FAST保护区地质灾害发育特征及形成机理与防治建议.pdf
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1、钻探工程Drilling Engineering第 50卷第 5期2023年 9月Vol.50 No.5Sep.2023:52-59FAST保护区地质灾害发育特征及形成机理与防治建议翟龙象1,2,宋小庆1,2,朱博勤3,王虎1,2,严召进*1,2(1.贵州省地质矿产勘查开发局 111地质大队,贵州 贵阳 550081;2.贵州地质工程勘察设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081;3.贵州射电天文台,贵州 贵阳 550081)摘要:FAST(中国天眼)保护区内地质灾害发育,目前共有在册地质灾害 132处,属地质灾害高易发区域,区内地质灾害隐患已对 FAST 工程的安全运行构成威胁。本文以 F
2、AST 保护区现有地质灾害为研究对象,采用实地调查、资料收集、数理统计等方法,对保护区内地质灾害的发育特征进行分析,建立地质灾害关联模型,研究区内地质灾害孕灾条件及影响因素之间的耦合关系,并对区内地质灾害成因机理进行分析研究,提出了防治措施及监测预警建议。FAST 保护区滑坡地质灾害主要有“牵引式”、“推移式”两种破坏力学模式,其中小型滑坡多呈“牵引式”破坏,中型、大型滑坡多呈“推移式”破坏;区内崩塌危岩体的主要破坏模式有“倾倒式”、“坠落式”、“滑移式”。区内地质灾害主要诱发因素是强降雨和人类工程活动,因此,强降雨前后应做好地质灾害巡查防控,区内开展岩土工程活动前需做好科学评估和规划,避免人
3、为引发地质灾害。关键词:FAST保护区;地质灾害;发育特征;影响因素;形成机理;防治措施;监测预警中图分类号:P642.2 文献标识码:A 文章编号:2096-9686(2023)05-0052-08Characteristics of the development,formation mechanism and prevention suggestions of the geological disasters in FAST protected areasZHAI Longxiang1,2,SONG Xiaoqing1,2,ZHU Boqin3,WANG Hu1,2,YAN Zhaoji
4、n*1,2(1.111 Geological Team,Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province,Guiyang Guizhou 550081,China;2.Guizhou Geological Engineering Survey,Design and Research Institute Co.,Ltd.,Guiyang Guizhou 550081,China;3.Guizhou Radio Observatory,Guiyang Guizhou 550025,China)
5、Abstract:Geological disasters are development in the FAST(Fivehundredmeter Aperture Spherical radio Telescope)protected area which is geological disasters prone area where 132 registered geological disasters exist.Hidden hazards of geological disasters in this area have posed threats to the safe ope
6、ration of the FAST project.In this paper,the existing geological disasters in the FAST protected area are taken as the research objects,methods of field investigation,data collection and mathematical statistics are adopted to analyze the development characteristics of geological disasters in the pro
7、tected area.The correlation model of geological disasters is established to study the coupling relationship between the disasterbreeding conditions and influencing factors of geological disasters,the formation mechanism is analyzed and studied,and the prevention and control measures and monitoring s
8、uggestions are also put forward.As a result,the landslide in FAST protected area are mainly divided into two mechanical failure modes,namely,“traction type”and“push type”.Small landslides are mostly“traction type”,and medium and large landslides are mostly“push type”.The main failure modes of danger
9、ous rock mass in the area are“toppling”,“falling”收稿日期:2023-05-21;修回日期:2023-07-10 DOI:10.12143/j.ztgc.2023.05.008基金项目:贵州省科技厅科技支撑计划(编号:黔科合支撑 2020 4Y022 号、黔科合支撑 2022 一般 245)第一作者:翟龙象,男,汉族,1986年生,工程师,硕士,主要从事地质灾害防治、自动化监测方面的工作,贵州省贵阳市观山湖区石林西路 171号贵州地质科技园 5号楼,。通信作者:严召进,男,仡佬族,1973年生,副队长,高级工程师,主要从事水工环地质及地质测绘研究
10、工作,贵州省贵阳市观山湖区石林西路171号贵州地质科技园 5号楼,。引用格式:翟龙象,宋小庆,朱博勤,等.FAST保护区地质灾害发育特征及形成机理与防治建议 J.钻探工程,2023,50(5):52-59.ZHAI Longxiang,SONG Xiaoqing,ZHU Boqin,et al.Characteristics of the development,formation mechanism and prevention suggestions of the geological disasters in FAST protected areas J.Drilling Enginee
11、ring,2023,50(5):52-59.第 50卷第 5期翟龙象等:FAST保护区地质灾害发育特征及形成机理与防治建议and“sliding”.Heavy rainfall and human engineering activities are the main inducing factors of geological disasters in the area.therefore,geological disaster inspection and prevention should be carried out before and after heavy rainfall.Sc
12、ientific assessment and planning should be made before carrying out geotechnical engineering activities to avoid manmade geological disasters.Key words:FAST protected area;geological disaster;developmental characteristics;influencing factors;formation mechanism;prevention and control measures;monito
13、ring and early warning0引言FAST(中国天眼)保护区指以直径 500 m 射电望远镜台址为中心,半径 30 km 的无线电宁静区域。保护区内峰丛、洼地、落水洞、天坑群等喀斯特地貌发育,台址区地形起伏大,溶蚀峰林、大型岩堆、大型溶沟、溶槽、溶蚀裂隙密布,各种岩溶不良地质现象发育集中,地质环境条件极为复杂1。保护区内喀斯特地貌的形成过程伴随着地质灾害的演化与发展,地质灾害是制约保护区内工程建设的关键因素之一2-3。由于 FSAT 工程对无线电静默及地形的特殊要求,决定了该工程无法“绕避”不良地质地带4。FAST 工程建设初期面临严重的崩塌、滑坡等地质灾害威胁5。FAST 工
14、程建设期间,对台址区及进场道路排查出的 200 余处崩塌危岩体、滑坡等不良地质体,进行过系统治理4,6。地质灾害的孕育及发生是一个动态的过程,尤其是在喀斯特地貌峰丛洼地区域,因其地形高陡、切割强烈,具备良好的崩塌灾害孕灾环境7。区内降雨丰沛植被较为发育,部分崩塌危岩体受树木遮挡排查难度较大,此类崩塌危岩分布位置高,具有隐蔽性强、突发性强的特点,排查、治理难度大1。既有地质灾害,尤其是潜在高位、隐蔽性地质灾害已对FAST 工程安全运行构成威胁,也影响到当地以“中国天眼”为核心的旅游业发展6。对 FAST 保护区地质灾害的发育特征、形成机理进行研究,对防控地质灾害、保护 FAST工程安全运行具有重
15、要意义。1保护区地质环境条件1.1地形地貌FAST 保护区位于贵州高原山地向广西丘陵过渡的斜坡地带,总体地势北高南低1,地貌以峰丛洼地及峰丛槽谷为主,岩溶峰丛及岩溶槽谷高程变化悬殊,峰顶标高多在 8001200 m,峰洼相对高差300500 m,局部达 600700 m。槽谷狭窄,坡面较陡峻,河谷深切,岩溶峰丘、洼地、落水洞极为发育,地形起伏不平呈锯齿状。1.2气象与水文FAST 保护区属中亚热带季风气候区,年均降雨量 1259 mm,510 月为雨季,集中了全年降水量的 75.16%,11 月至次年 4 月份仅占全年降水量的24.84%。降水强度随季节变化,雨季降水多而集中,降水强度大。保护
16、区属珠江流域的红水河水系,地表河流有摆郎河、羡塘河、曹渡河、蒙江,区内岩溶地下河管道发育,属大、小井地下河系统。区内河流表现为典型的山区性河流特征,上游河谷开阔,水量小,水流平缓;中游河谷束放相间,水流湍急;下游河谷深切狭窄,水量大1。1.3地层岩性及地质构造FAST 台址位于贵州省平塘县克度向斜轴部近东翼,轴部地层为三叠系,以轴部为核心两翼(向东、向西)分别出露二叠系和石炭系;保护区北侧自克度以北开始出露二叠系、石炭系、泥盆系,南侧自董当以南开始出露二叠系、石炭系。区内碳酸盐岩广泛分布,局部有砂岩、泥岩、页岩等地层出露,第四系零星分布、主要为残坡积红粘土、冲(洪)积砂砾层,厚度一般小于 5
17、m,洼地底部以及斜坡地带有成层崩塌块石堆积层分布,厚度变化大。保护区地处江南复合造山带黔南坳陷区-都匀南北向隔槽式褶皱变形区,南侧局部跨江南复合造山带右江裂谷-前陆盆地区-望谟北西向褶断带,横跨两处五级构造单元分区8。主要褶皱有克度向斜、西关背斜、雅水背斜、砂厂背斜、董当向斜、沫阳背斜等。区内主要断裂有平塘-开花寨断裂带、惠水-边阳断裂带、罗甸-八茂断裂带,延伸长度3598 km,属压扭性断裂,呈南北、北东走向;次一级断裂有董当断层、店塘断层、董架断层、腾子冲断层等,延伸长度 120 km,走向近南北,以张性正断层为主,其中董当断层直接贯穿 FAST 台址大窝凼532023年 9月钻探工程洼地
18、,呈南北向展布。2地质灾害发育特征2.1地质灾害类型与规模FAST 保护区内主要发育崩塌、滑坡、不稳定斜坡 3 种地质灾害类型,有现状地质灾害 132 处。其中,崩塌 94处,占灾害总数的 71%;滑坡 31处,占灾害 总 数 的 24%;不 稳 定 斜 坡 7 处,占 灾 害 总 数 的5%。区内地质灾害以崩塌为主。其中,大型 12处,占 灾 害 总 数 的 9.1%,中 型 10 处,占 灾 害 总 数 的7.6%,小型 110处,占灾害总数的 83.3%。区内地质灾害规模以小型为主。详见表 1、图 1。2.2地质灾害分布地质灾害的发育类型、密度及空间分布与地层岩性、地形地貌关系密切9-1
19、2。FAST保护区内崩塌地质灾害主要分布于中部及北西侧的碳酸盐岩出露区域,地形切割深度较大,整体呈片状散点式分布,局部沿构造呈带状集中分布,分布位置较高;滑坡、不稳定斜坡地质灾害主要分布于南侧、西侧软质岩类出露区域,地形起伏较小,呈散点状分布,主要沿槽 谷 冲 沟 及 河 流 两 岸 分 布,分 布 位 置 较 低(见图 2)。2.3地质灾害与断裂构造之间的关系FAST 保护区内地质灾害与断裂构造有关联,如图 3所示。有 9处滑坡分布在断层及其影响带上,占滑坡总数的 29%;有 46处崩塌分布在断层及其影响带上,占崩塌总数的 48.9%;有 2处不稳定斜坡分布 在 断 层 及 其 影 响 带
20、上,占 不 稳 定 斜 坡 总 数 的28.6%。断层对区内地质灾害的发育及分布有影响,其中又以崩塌地质灾害发育与断层关系最为密切,受断裂构造影响,断裂带及两侧影响区域内节理裂隙发育,岩体较为破碎,更容易受到风化、侵蚀,从而在地形上形成深大沟槽,沟槽两侧容易孕育崩塌、滑坡等地质灾害。0%C&GC&?图 1FAST保护区地质灾害类型及规模直方图Fig.1Type and scale histogram of geological disarsters in FAST Protected area%0图 2FAST保护区地质灾害分布Fig.2Geological disaster distribu
21、tion map of FAST Protected area表 1FAST保护区地质灾害发育类型、数量及规模统计Table 1development type,quantity and scale of geological disarsters in FAST protected area类型滑坡崩塌不稳定斜坡合计数量/处31947132规模大型21001中型116221小型28775110F%0C&2C&2图 3FAST保护区地质灾害发育与断层关系Fig.3Relationship between geological disaster development and faultage
22、in FAST Protected area54第 50卷第 5期翟龙象等:FAST保护区地质灾害发育特征及形成机理与防治建议2.4地质灾害发育与地层岩性之间的关系FAST 保护区内地质灾害发育类型与地层岩性之间有密切关联,所有崩塌地质灾害均发育在碳酸盐岩为主的地层中,有 73处发育在以灰岩为主的地层中,有 21 处发育在以白云岩为主的地层中;有 27处滑坡、5处不稳定斜坡地质灾害发育在以泥岩、砂岩、粘土岩为主的地层中,分别占滑坡、不稳定斜坡地质灾害总数的 87.1%和 71.4%。如图 4 所示,地层岩性对区内地质灾害发育类型控制作用明显。地层岩性控制灾害类型作用机制是灰岩、白云岩属硬质岩类
23、,其自身坚硬抗风化能力强,与硬质岩相比软质岩类抗风化能力较弱,更容易受到风化侵蚀,软硬相间或上硬下软的地层组合在地质演化过程中容易形成高陡斜坡9-10,陡斜坡是发生崩塌地质灾害的必要条件13-14。泥岩、砂岩、粘土岩等属软质岩类,其岩质较软,抗风化能力弱,容易受到风化侵蚀,不容易形成高陡的斜坡,在风化、降雨、河流侵蚀等地质营力作用下孕育滑坡、不稳定斜坡等地质灾害。2.5地质灾害发育与地形坡度之间的关系FAST 保护区内滑坡不稳定斜坡地质灾害主要发育在 1040的斜坡内,分别占其总数的 97%和100%;崩塌地质灾害主要发育在 4070的斜坡内,占其总数的 94.7%。如图 5所示,地形坡度直接
24、控制地质灾害发育类型,崩塌地质灾害一般发育在大于 45的岩质斜坡中,滑坡、不稳定斜坡一般发育在小于 45的岩土混合斜坡中。2.6地质灾害发育与岩层倾角之间的关系FAST 保护区内有 86 处崩塌地质灾害发生在岩层倾角 30以下的地层中,占区内崩塌总数的91.5%;有 20 处滑坡地质灾害发生在倾角 1050的岩层中,占区内滑坡地质灾害总数的 77.4%;7 处不稳定斜坡地质灾害均发生在 1050的岩层中。区内地质灾害发育数量与岩层倾角有关联性,如图6 所示。缓倾岩层容易孕育崩塌地质灾害,与岩体结构面发育与应力分布有关,碳酸盐岩一般发育两组垂直岩层面的优势节理面,在缓倾岩层中节理面容易拉应力集中
25、发展成卸荷裂隙,从而形成崩塌地质灾害;1050的岩层更有利于滑坡和不稳定斜坡的发育,因为一般岩体软弱结构面的内摩擦角介于1050之间,岩层倾角大于软弱面内摩擦角的斜坡不稳定会很快失稳消失,岩层倾角小于内摩擦角的斜坡属稳定结构不容形成滑坡。因此,岩层倾角与软弱结构面内摩擦角接近的斜坡更容易因外界因素干扰,打破坡体原有平衡状态,孕育滑坡地质灾害。2.7地质灾害发育与高程之间的关系FAST 保护区发育在海拔 800 m 以上区域的崩塌有 88 处,占区内崩塌地质灾害总数的 94%,发生在海拔 800 m 以下区域的滑坡有 19 处,占滑坡总数的 61.3%。海拔高程大小主要与地形地貌相关,地&,#.
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