（地质工程专业论文）秦岭北坡地质灾害研究——以户县牡丹苑滑坡为例.pdf

摘要 随着西部大开发战略的实施，斜坡地质灾害防治问题将更加突出。秦岭北 坡地区，由于所处的地壳动力学环境独特，在断裂活动、长期强烈的新构造运 动和外动力地质作用下，崩塌、滑坡、泥石流等斜坡地质灾害极为发育。因此， 开展大规模工程经济活动时更应注意工程地质环境和生态环境的保护，防止诱 发斜坡地质灾害。 本文从秦岭北坡的地质环境特征入手，分析了该地区的主要地质灾害及其 发育和分布规律。并以户县牡丹苑滑坡为例，分析了牡丹苑滑坡的成因机制； 根据现场勘探和试验结果，采用地质分析、稳定性评价、数值模拟等方法，论 证了牡丹苑滑坡的成因机制和稳定性状况；并对治理措施进行研究，确定了最 优的治理方案。 从对牡丹苑滑坡的勘察和地质分析表明，牡丹苑滑坡为一中型推移式土质 老滑坡，位于秦岭山前洪积扇后缘，东西向宽1 0 0 - - 1 5 0 m ，南北长约2 2 0 m ，滑 坡体平均厚度约2 0 m ，由黄土状土和粉质粘土组成；对滑坡稳定性计算表明滑 坡在天然状态下基本稳定，在地震和持续降雨及人为作用下，老滑坡可能失稳 而复活；对滑坡数值模拟表明，滑坡后缘应力应变较大，滑坡前缘和坡脚对其 稳定性起着保护作用即阻滑作用。 针对滑坡变形及在降雨和地震作用下推力较大的特点，考虑当地旅游景区 建设，对治理方案进行研究的基础上，选择抗滑桩和排水的综合治理方案，并 对治理方案的有关参数进行了详细计算。 本文提出的滑披稳定性评价方法和滑坡防治措施为秦岭北坡中同类斜坡地 质灾害的研究提供了借鉴作用。 关键词：秦岭北坡、斜坡地质灾害、成因机制、稳定性、数值模拟、治理方案 a b s t r a c t w i t ht h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es t r a t e g yf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h ew e s t e r n r e g i o n s ，t h ei s s u eo fs l o p eg e o l o g i c a ld i s a s t e rp r e v e n t i o nh a s b e e nm o r ep r o m i n e n t o nt h en o r t hs l o p eo fq i nl i n gm o u n t a i n s ，d u et o l o c a t i n g i nu n i q u ec r u s t g e o d y n a m i c se n v i r o n m e n ta n du n d e rt h ea c t i o no ff a u l ta c t i v i t i e s 1 0 n g - t e r ms t r o n g n e wt e c t o n i cm o v e m e n t sa n de x o g e n e t i cf o r c e ，g e o l o g i c a ld i s a s t e r ss u c ha sr o c kf a l l ， l a n d s l i d ea n dd e b r i sf l o we t c e x t r e m e l yd e v e l o p t h e r e f o r e ，i no r d e rt op r e v e n t i n d u c i n gs l o p eg e o l o g i c a ld i s a s t e r s ，e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta n d e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ns h o u l db ep a i dm o r ea t t e n t i o nw h e na d v o c a t i n g t h el a r g e s c a l ee n g i n e e r i n ge c o n o m i ca c t i v i t i e s f r o mt h ev i e w p o i n to fg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h en o r t h s l o p eo fq i nl i n gm o u n t m n s ，t h em a i ng e o l o g i c a ld i s a s t e r si nt h i sr e g i o na n di t s d e v e l o p m e n ta n dd i s t r i b u t i o na r ea n a l y z e d t a k i n gp e o n yg a r d e nl a n d s l i d ei nh u c o u n t yf o re x a m p l e ，g e n e s i sm e c h a n i s mo ft h ep e o n yg a r d e nl a n d s l i d ei sa l s o a n a l y z e d b a s e do ns i t ee x p l o r a t i o na n dt e s tr e s u l t s ，u s i n gc o m b i n e dm e t h o d so f g e o l o g i c a la n a l y s i s ，s t a b i l i t ya s s e s s i n ga n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，g e n e s i sm e c h a n i s m a n ds t a b i l i t yc o n d i t i o n so ft h ep e o n yg a r d e nl a n d s l i d ea r ea r g u e d a n dc o n t r o l m e a s u r e sa r es t u d i e da n dt h eo p t i m a lc o n t r o lp l a ni sd e t e r m i n e d t h er e s u l t sf r o mt h ei n v e s t i g a t i o no fp e o n yg a r d e nl a n d s l i d ea n dg e o l o g i c a l a n a l y s i ss h o wt h a tt h ep e o n yg a r d e nl a n d s l i d ei sao l dt h r u s tl o a dc a u s e ds o i l l a n d s l i d ew i t hm e d i a ms i z e d 1 0 c a t e di nt h ep o s t e r i o re d g eo ff o r e l a n dp l u v i a lf a no f o i nl i n g t h ee a s t w e s tw i d t ho ft h el a n d s l i d ei s1 0 0 1 5 0 ma n dt h es o u t h n o r t h l e n g t hi sa b o u t2 2 0 mw i t ht h ea v e r a g et h i c k n e s so fa b o u t2 0 m t h el a n d s l i d ec o n s i s t s o fl o e s ss o i la n ds i l t yc l a y c a l c u l a t i o no fl a n d s l i d es t a b i l i t ys h o w st h a tl a n d s l i d ei s s t a b l ei nt h en a t i v es t a t e 、l l i l eu n d e rt h ec o n d i t i o n ss u c ha se a r t h q u a k e s u s t a i n e d r a i n f a l la n dh u m a ne f f e c t s ，o l dl a n d s l i d ec o u l df a i l s i m u l a t i o nr e s u l t so fl a n d s l i d e s h o wt h a ts t r e s s s t r a i no fl a n d s l i d ep o s t e r i o re d g ei sg r e a t e ra n dt h ef r o n ta n dt o eo f l a n d s l i d eh a sap r o t e c t i v ee f f e c to re f f e c ta g a i n s ts l i d i n gf o ri t ss t a b i l i t y a c c o r d i n gt od e f o r m a t i o no ft h el a n d s l i d ea n dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i co fg r e a t e r t h r u s tf o r c ei nr a i n f a l la n de a r t h q u a k e s c o n s i d e r i n gt h ec o n s t r u c t i o no fl o c a lt o u r i s m s c e n i cs p o t s ，b a s e do ns t u d y i n go fc o n t r o lp l a n ，t h ec o m p r e h e n s i v ec o n t r o lp l a no f a n t i s l i d i n gp i l ea n dd r a i n a g ei sc h o s e n a n dt h er e l e v a n tp a r a m e t e r so nc o n t r o lp l a n a r ec o m p u t e di nd e t a i l e v a l u a t i o nm e t h o d so ft h el a n d s l i d es t a b i l i t ya n dp r e v e n t i o nm e a s u r e so ft h e l a n d s l i d ep r o p o s e di nt h i st h e s i s p r o v i d ear e f e r e n c e f o r s t u d y i n g l a n d s l i d e g e o l o g i c a lh a z a r d so c c u r r e do nt h en o r t hs l o p eo fq i nl i n gm o u n t a i n s k e y w o r d s ：n o r t hs l o p eo fq i nl i n gm o u n t a i n s ；s l o p eg e o l o g i c a ld i s a s t e r ； g e n e s i sm e c h a n i s m ；s t a b i l i t y ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；c o n t r o lp l a n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：鞣瀹 珈7 年厂月j 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 要海 澎影锦 如7 r 年月厂日 沙每6 只5 日 长安大学硕士学位论文 1 1 选题依据及研究意义 第一章绪论弟一早珀t 匕 当今社会面临着环境日益恶化和资源严重短缺的严峻挑战，环境日益恶化 导致自然灾害日趋频繁，并对人类的生存与发展造成了严重的威胁。我国7 0 的国土为山区，由于特殊的地形和地质环境，一直是世界上崩塌、滑坡、泥石 流等地质灾害较严重的国家之一。尤其是西部地区，由于脆弱的地质环境，自 然灾害频发，规模巨大，危害严重，严重制约了西部经济发展。随着大规模基 础设施的建设，人类工程活动使自然条件的改变越来越大，人为诱发的地质灾 害也越来越多，尤其以滑坡规模大，性质复杂、灾害严重、治理费用昂贵。已 成为影响和制约社会与经济发展不可忽视的重要因素。中国的地质灾害不仅灾 害种类繁多、分布的范围广、发生的频率高，且有日益加重的趋势，直接影响 到国家经济的发展和人民生活的各个方面。 陕西省是我国地质灾害较为严重的省份之一( 图1 1 ) 。崩塌、滑坡和泥石 流作为地质灾害主要灾种，具有突发性强、分布范围广和具有一定的隐蔽性等 特点。每年都造成巨大的经济损失和人员伤亡，是造成国民经济建设和社会发 展的严重制约因素。近几年自然灾害有逐渐加重的趋势，其中2 0 0 1 年全省共发 生地质灾害4 9 起，死亡1 9 人；2 0 0 2 年共发生8 2 起，死亡1 1 人；2 0 0 3 年发生 地质灾害4 1 2 6 起，死亡9 5 人，失踪2 5 人，直接经济损失超过1 4 亿元【l 】。对 社会经济发展和人类生命和财产安全都造成较为严重的影响。 秦岭为中国东部纬向延伸的巨大山系，西端与青藏高原相接，东部到伏牛 山，东西长约1 0 0 0 k m 。秦岭山体高大，山脊一般海拔都在2 0 0 0 m 以上，主峰 太白山海拔3 7 6 7 m 。受新构造运动影响，山体北仰南俯，北坡窄陡，南坡宽缓， 主峰偏北，构成不对称水系，北坡短小，南坡源远流长。地形起伏大，断裂发 育，各种侵蚀与剥蚀作用非常强烈。地层自元古界至第四系均有分布，岩浆活 动强烈，山体多由多种变质岩类和侵入岩类组成，第四系松散堆积物广布于斜 坡沟谷地带。秦岭区属大陆性季风气候，北坡属暖温带，南坡属凉亚热带。平 均气温5 9 - - - - 1 5 7 。c 。降雨量3 4 0 - - 1 2 4 0l n n l ，南多北少，6 9 月为雨季，是 崩塌、滑坡和泥石流的频发期。秦岭地区以崩塌、滑坡、泥石流为主的突发性 第一章绪论 地质灾害点多面广，发生频繁。据2 0 0 1 年底统计资料显示，区内威胁3 0 人以 上的地质灾害点有9 8 6 处，其中滑坡8 2 1 处，泥石流1 0 4 处，崩塌5 2 处，地面 塌陷9 处【2 1 。 灾 害 图1 1 中国特大、较大型崩、滑、流分布直方图( 中国地质灾害，1 9 9 3 ) 秦岭北坡地区位于陕西中部，秦岭山区北缘，渭河盆地以南。研究区东至 蓝田，西达宝鸡，东西长约2 1 0 k m 。由于该区域地处秦岭隆升和渭河断陷的接 壤部位，地质结构复杂，地质作用强烈，地质环境与自然生态环境脆弱，加之 滥砍乱挖、人类工程活动等不合理的人为作用，使得该地区地质环境严重恶化， 造成滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害频繁发生，严重影响着该地区的经济发展 与人类生命和财产安全。因此，对秦岭北坡地区地质灾害的研究迫在眉睫。 1 2 国内外斜坡地质灾害研究现状 1 2 1 斜坡地质灾害成因及变形破坏机理研究现状 斜坡地质灾害的形成与其所处的地质环境背景条件密切相关。区域断裂的 活动，新构造运动的作用等为斜坡地质灾害的形成提供了基本动力；山体上升， 河流下切，岩层风化等为斜坡地质灾害的形成提供了有利条件；降雨、地震及 工程活动为斜坡地质灾害的发生起到诱发作用。 作为主要斜坡地质灾害的滑坡，其变形破坏机理的研究已经到了相当深的 程度。国内外许多学者对滑坡的变形机理都提出了各种不同的模式，但是归结 起来分为工程地质分析，物理模拟和数值模拟三种类型。工程地质分析法是指 依据对滑坡的总体勘察，在详细了解滑坡的变形现状，滑坡的岩土体特征，地 2 长安大学硕士学位论文 形和地质构造的基础上，通过现场分析得出滑坡的变形破坏机理；物理模拟是 把滑坡简化为材料模型，通过实验等手段收集岩土有关数据，从而改变数据来 模拟实现滑坡的变形破坏情况；而数值模拟是指把地质模型转化为数值模型， 通过数值计算得出滑坡的位移变形情况和应力分布情况，为滑坡的治理提供参 考依据。 在滑坡的变形破坏机理研究方面，国内外学者都做了大量的研究。1 9 5 0 年， t e r z a h g i 就发表了滑坡机理一文，并对滑坡的成因、稳定性计算方法和在 实践工程中如何应用都做了详细的介绍。1 9 7 8 年，j v a r l l e s 根据斜坡的岩土体 特征以及运动类型，将斜坡变形破坏分为崩塌、滑坡、倾倒、侧向扩展、流动 以及他们的复合类型。在国内，1 9 8 1 年，晏同珍等依据地质力学分析，把滑坡 变形破坏机制按照工程地质条件，成因及滑动方式等分为八种类型；1 9 8 1 年， 刘汉超等通过仔细研究我国龙羊峡水库滑坡，首次提出了滑坡的变形破坏具有 累积性。1 9 8 2 年，罗国煜等提出斜坡“优势面”的概念；杜永廉在大量研究斜 坡变形的基础上，提出较为系统的斜坡弯曲倾倒变形破坏机理；1 9 9 3 年，张倬 元等在研究大量斜坡变形破坏和实地考察的基础上，提出斜坡岩体稳定性的工 程地质分析原理。 可见，虽然国内外许多学者在滑坡变形破坏机理研究方面做了许多研究和 探索，但由于滑坡本身所处地质条件复杂、种类繁多、作用因素众多，所以在 滑坡变形破坏机理方面研究的还不是很系统。 1 2 2 斜坡地质灾害稳定性研究现状 早期对斜坡稳定性的研究主要有两个不同途径：一是利用静力学平衡原理 把滑体进行条分，分析滑坡各种破坏模式下的受力状态，然后对滑坡体条块的 抗滑力和下滑力建立平衡方程，从而来评价滑坡的稳定性，即极限平衡法。目 前极限平衡分析方法又分为多种细方法，如f e l l e n i u s 法【3 1 、b i s h o p 法【4 1 、j a u b u 法【5 1 、m o r g e n s t e r np r i n c e 法【6 1 、楔体极限平衡分析法等等；二是通过从边坡所 处的地形地貌，地质构造，水文等工程地质条件对滑坡发生的地质环境及成因 机制进行分析，如自然历史分析法、工程地质类比法、图解法等，但基本上都 是定性的【7 1 。 2 0 世纪6 0 年代以来，由于人类经济活动日益剧烈，滑坡事故越来越多， 3 第一章绪论 从而地质学家开始注重边坡工程地质的研究，即边坡的工程地质条件和岩体的 结构特性对边坡稳定性的影响研究【8 1 。1 9 6 5 年，岩体结构控制论以及斜坡岩体 的稳定性研究方法由中国科学院地质研究所提出，对斜坡稳定性的分析是一个 具有创新和预见性的发剧9 1 。7 0 年代，由于边坡岩土体加固、物理模拟试验、 岩体力学试验方面取得明显进展，数值模拟方法开始诞生，并且强调利用各种 方法综合分析评价边坡稳定性。8 0 年代，滑坡的动态监测的引入，在斜坡稳定 性分析和综合评价中发挥了重要作用。张倬元、黄润秋通过分析若干岩体失稳 的位移观测曲线和声发射特征曲线实例，提出岩体斜坡变形破坏时间预报的“黄 金分割数0 6 1 8 法等【10 1 。 进入9 0 年代，随着我国水利、水电、矿山、铁路、公路、城市建设事业的 高速发展，边坡稳定性问题日趋严重，与此同时，斜坡研究取得了一些突破性 进展： ( 1 ) 研究技术思路和方法日益完善； ( 2 ) 引入非线性科学理论，耗散理论、突变理论、分行理论、灰色理论等 作为非线性科学支柱也被引入工程地质中，并且在边坡稳定性研究中取得了良 好的成果； ( 3 ) 高陡边坡变形破坏运动过程的模拟研究。 随着边坡稳定性研究的飞速发展，边坡稳定性的评价方法也变得越来越 多，其中离散单元法、有限元法、f l a c 法、可靠度法、灰色系统法、模糊方 法、聚类分析法、神经网络法、专家系统法、遗传算法等先后被众多研究学者 应用于边坡稳定性评价中，但任何方法都有缺点，把两种或多种方法结合起来， 取长补短，则是未来的一种很好的发展趋势。同时由于对边坡工程本身的研究 具有复杂性，应用计算机技术，形成综合集成式智能稳定性评价系统，也是未 来较有前途的发展方向之一【1 1 1 。 1 2 3 斜坡地质灾害防治研究现状 斜坡地质灾害防治目的主要是预防和排除因地质灾害造成的各种各样的危 害。目前地质灾害防治主要以预防为主，并有针对性的进行必要治理。具体的 治理措施主要是减重反压，支档工程，排水工程以及改变滑带岩土特征等方法， 其中减重反压是最经济有效的手段，其次排水工程对治理滑坡是特别有效的方 4 长安大学硕士学位论文 法，对于下滑力较大的滑坡，有必要进行支档。改良滑带土的治理方法由于施 工困难且价格昂贵，所以该方法目前还没普遍采用。总之，斜坡地质灾害防治 的目的就是阻止滑坡的运动，或改变其运动方向，从而使损失将到最小。 现在斜坡治理已由原来的单一方式向现在的综合方式发展，由早期的被动 式向主动式发展。如早期对滑坡整治由于受经济等因素制约，工程措施主要是 用挡墙和混凝土框架支护为主，对岩质斜坡以削坡为主，而现在经济飞速发展， 出现了高强度抗滑桩、大吨位锚索、预应力锚杆、锚洞、排水等综合治理。 对于滑坡防治，目前国际上根据其潜在危害和危害程度不同而采取不同的 工程措施【1 2 1 ，归纳起来主要有两种： ( 1 ) 对于短期内不直接严重危害工程建设和人民生命和财产安全、但又存在 一定的潜在危害的滑坡，布置一些监测设施，加上适量的加固处理，达到控制 其变形速率的效果即可； ( 2 ) 对于直接危害工程建设和人民生命和财产安全的滑坡，必须综合运用各 种加固处理措施，提高斜坡的稳定性，消除滑坡的危害。 随着人类工程经济活动越来越频繁，规模也越来越大，遇到的地质灾害问 题也越来越突出，人们也开始越来越注重滑坡治理方法的研究。国内外对滑坡 防治的办法基本是相同的，总的看来有以下几种办法【1 3 】： ( 1 ) 对大型而复杂的滑坡或很多滑坡集中地段，采取绕避或避开其危害的办 法。 ( 2 ) 排除地表水。 ( 3 ) 疏干排除地下水和降低地下水位。 ( 4 ) 改变滑动体外形( 减重和压载) 。 ( 5 ) 支挡滑动体。 ( 6 ) 改变滑动面( 带) 土体的性质( 钻孔爆破、冻结、压浆、电渗、焙烧等) 。 ( 7 ) 其它( 清除滑动体，防冲刷等) 。 1 3 研究思路及方法 本文以陕西户县牡丹苑滑坡地质灾害应急治理项目为依托，对秦岭北坡地 质灾害类型和分布特征进行分析研究。通过对户县牡丹苑滑坡的成因分析、稳 定性评价和治理工程的研究，给秦岭北坡地区地质灾害的分析和防治提供参考 第一章绪论 依据。具体研究内容如下： ( 1 ) 详细分析了秦岭北坡地质环境背景及其在诱发地质灾害中的作用； ( 2 ) 阐述了秦岭北坡地区主要地质灾害及其分布特征； 析； ( 3 ) 对户县牡丹苑滑坡环境地质条件详细调查的基础上进行了滑坡成因分 ( 4 ) 利用极限平衡理论的传递系数法对滑坡体的稳定性进行定量评价； ( 5 ) 应用a n s y s 有限元方法对滑坡体进行数值仿真分析； ( 6 ) 在牡丹苑滑坡稳定性分析的基础上，提出该滑坡防治措施。 本文研究的技术路线如图1 2 。 6 长安大学硕士学位论文 秦岭北坡背景特征研究 ，t 大地构造背景 地层岩性 气候特征地貌特征新构造运动 上 秦岭北坡主要地质灾害 崩塌、滑坡泥石流 一 典型滑坡地质环境特征 一 ，t i 气象、水文地形、地貌地震动力学环境 新构造运动岩性、构造 上 老滑坡成因机制分析 上 滑坡稳定性分析与评价 ， 工程地质分析 极限平衡法分析数值模拟分析 l 滑坡治理方案研究 上 最优治理方案 ， 抗滑桩支档工程排水工程 li ， 结论 图1 2 本文研究的技术路线 7 长安大学硕士学位论文 第二章秦岭北坡地质环境背景特征 秦岭北缘断裂是陕西大地构造、地球物理、地貌及新构造运动差异的明显 边界，而秦岭北坡研究区就位于该断裂带上，地理座标在东经1 0 7 0 - 1 0 9 0 附近。 研究区以南为秦岭山地，以北为渭河盆地和鄂尔多斯块体。本章对该区域大地 构造位置，地层岩性，地貌及新构造运动特征等做一论述【1 4 】。 2 1 气候特征 陕西气候属大陆性季风气候，由于地势南北高，中间低，对气候的影响非 常大。秦岭区，南坡属凉亚热带，北坡属暖温带，平均气温5 9 1 5 7 c ，降雨 量3 4 0 1 2 4 0 m m ，南多北少，6 9 月为雨季，是崩塌、滑坡和泥石流的频发期。 秦岭与关中平原属同一气候带，但因海拔高度的影响，使其具有独特的山 地气候的特征，主要表现在温度和降水随高度的变化上。 1 气温 秦岭山体狭窄而高峻，纬度对气温的分布影响不大，据有关资料，在相同 的纬度范围内，纬度每变化一度，温度变化小于o 5 ，而秦岭山地南北相距不 到半个纬度，其温度随纬度的变化就微乎其微。山地温度的变化，主要是受海 拔高度的影响。其等温线与等高线及山脉走向大体一致。 秦岭北坡研究区东到蓝田，西至宝鸡，横向分析，全年平均气温东部略高 于西部【1 5 1 6 】( 表2 1 ) 。 2 降水 一般认为，秦岭山地南坡为迎风坡，降水量较多，山地北坡为背风坡，降 水量较少。但西安地区降水主要是由西风带天气系统造成的，当降水天气系统 从北方南下或东移时，秦岭北坡处在迎风坡位置，由于山地的阻滞和抬升作用， 使得北坡上也有较多的降水，只有当天气系统从西南向东北移出时，北坡处在 背风坡位置，降水才会较少。 秦岭北坡的降水量随海拔增高面增加很快，高度每增加l o o m ，降水量约增 加7 0 m m 左右。这样，在海拔1 0 0 0 - - - 1 4 0 0 m 形成多雨带，年降水量就超过1 0 0 0 m m ， 而在1 4 0 0 m 以上，降水量又随高度增加而减少。海拔每升高l o o m 降水约减少 2 5 m m 左右。 9 第二章秦岭北坡地质环境背景特征 表2 1 秦岭北坡各县1 、4 、7 、1 0 月及年平均气温( 1 2 ) 月 翅劳 1 月4 月7 月1 0 月 全年 名 蓝田 1 31 3 72 6 81 3 71 3 1 长安o 91 3 62 6 8 1 3 7 1 3 3 产县 o 51 3 92 6 81 3 81 3 5 周至 1 11 3 92 6 41 3 61 3 2 眉县o 91 2 82 5 71 3 21 2 9 宝鸡 - 0 51 3 52 5 31 3 11 2 9 秦岭山区降水量的年内分配以夏秋最多，春季次之，冬季最少，与关中平 原区无明显区别。这是因为它们都受同一天气系统影响所致。 沿秦岭北坡地区分析，全年平均降雨量东部略高于西部( 表2 2 ) 表2 2 秦岭北坡各县1 、4 、7 、1 0 月及全年平均降水量( r a m ) 月 趟劳 1 月4 月7 月1 0 月全年 名 蓝田8 76 2 91 0 9 18 4 77 1 9 8 长安 7 46 3 79 3 58 0 36 5 4 4 户县7 46 2 8 8 9 5 7 5 o6 2 7 6 周至7 86 2 51 1 8 57 2 26 6 5 3 眉县 5 76 1 59 4 76 7 15 9 4 5 宝鸡6 06 5 11 1 6 97 4 86 8 0 1 这些气候环境特点对斜坡地质灾害的发展和失稳提供了有利的背景条件。 2 2 地貌特征 地貌是地质构造、新构造运动和外营力相互作用的结果。区域大地貌反映 了地壳运动的基本面貌。该区地势的总特点是南高北低。南部为秦岭山地，海 拔多在1 0 0 0 - - 3 0 0 0 m ，北部为黄土塬和洪积平原，海拔3 2 0 - - - 8 0 0 m 左右，同时 地势由西向东逐渐降低。独特的大地构造环境和地理位置，使本区不仅在形成 演化历史上有许多独特之处，而且在构造地貌的类型和分布上别具一格。山地 的险峻、沟谷的深切，黄上塬、河流阶地的广泛发育及其不均一性都十分引人 注目( 图2 1 ) 。 该区域的地貌主要有秦岭山地、黄土塬和洪积平原。 秦岭山地东西向延绵耸立于渭河盆地南缘，山势北陡南缓，西高东低。由 元古代变质岩和燕山期花岗岩组成，是一个在褶皱基础上断块掀升作用形成的 l o k 安大学硕学位论女 中高山地。最高峰太白山海拔3 6 7 6 m ，一般海1 5 0 0 3 0 0 0 m ，由西向东由太白 山、终南山、华山组成，秦岭北坡的许多河流鄙具有套谷结构，即上部为宽缓 的u 形谷，下部为v 形谷。u 形谷可能相当于中新世的侵蚀面，现代河谷是在 此宽谷的基础上深切形成的。因此现代秦岭山地的许多河谷至盆地出口处变得 狭窄，而向南部越趋宽缓。北坡河流短而直，谷壁陡直。河床比降大，多瀑布、 跌水，说明河流发育历史暂短。是近期秦岭山地以北缘断裂为界，强烈向北翘 起的结果。 图2 1 秦岭北坡及邻区地貌图 ( 据陕西省地震局，1 9 9 6 ) 1 冻融作用的高i h ；2 磙融作用的巾；3 y , t y k 侵蚀鞘蚀的中山； 低山；s 平缓黄土垣： b 设扶黄土塬：7 黄土高原：8 洪积平原( 祧积扇群) 9 冲积( 河谷) 平原：i o 洼地 黄土塬是上新世末、早更新世初随着断块差异运动的发展和黄土堆积的进 行而形成的。它的分布受构造运动的制约，其边缘往往为构造控制。秦岭北侧 的黄土台塬，呈东西长条状延伸主要分布在秦岭北缘断裂带的东西两端。西 端的黄土塬由西向东有八鱼塬、庸家塬、张上塬、五丈塬、楼观庵塬、方家塬 等。台塬前缘一般平坦，与渭河高阶地相接，也可称为“平缓黄土塬”，后缘多 为因后期侵蚀而形成的局部起伏较大的黄土粱峁地形塬面向北向东倾斜，拔 河高度8 0 1 8 0 m 。这种渡状起伏的黄上台塬也称“波状黄土台塬”。东端的黄 土台塬由东向西有白鹿塬、少陵塬、神禾塬。由于受骊山地区新构造运动的影 响塬面具有由东向西逐渐降低的特征。在黄土台塬分布区，普遍发育有渭河 支流的i 、】i 级阶地，个别还可见| u l l l 级。黄土塬代表了块体为相对稳定的上 第二章秦岭北坡地质环境背景特征 升区。 秦岭山前洪积扇与黄土台塬相比，为相对强烈的下降区，二者相间排列。 主要分布于秦岭北坡的周至、长安地区。洪积扇具有时代新、洪积颗粒粗、厚 度大的特点，组成物质由下而上分别为下更新统到全新统洪冲积的含泥砂卵石、 砂、砂质粘土层，扇面为东西向波状起伏，向北倾斜，前缘角度l o 3 0 ，与i 、 i i 级阶地呈缓坡接触，后缘起伏较大，约3 0 7 0 。在v 、级冲沟出口处往往 发育有全新世晚期的洪积扇。扇面延伸约为5 0 0 - - 1 0 0 0 m ，覆盖于老洪积扇裙之 上。这是构造活动的最新反映。本文的户县牡丹苑滑坡就发育在此地貌结构上。 2 3 地层岩- 陛 研究区内新生代以前的地层主要分布在秦岭北坡以南的秦岭山地区，另外 在宝鸡一带也有出露，主要有元古代宽坪群、中生代白垩系，新生代地层主要 出露在秦岭北坡以北的阶地、台塬上。 该区域地层由老到新叙述如下： ( 1 ) 中元古代宽坪群( p t 2 k n ) 主要分布在北秦岭长安、户县、眉县、宝鸡一带，由一套海相碎屑岩、碳 酸盐岩夹中基性火山岩组成，沉积厚度在8 0 0 0 m 以上。主要岩性为云母英片岩， 硅化的白云质大理岩、千枚岩等。据陕西省区域地质志，该套地层具有多期变 形和变质作用，第一期变质作用时间为1 4 - - - 1 2 亿年，第二期为1 0 , - - 一8 亿年的晋 宁期，第三期为区域热动力变质作用，时间大致为4 亿年的加里东期。中生代 仅在岩体周围接触带有局部变质现象。 据岩性组合及层序可划分为上、中、下三个业群。 下亚群( p t 2 k m ) ：出露于周至黑河至眉县汤峪河一带，岩性组合以云母石 英片岩为主，厚7 0 0 - 3 0 0 0 m 。下部为二云石英片岩与黑云斜长片( 麻) 岩互层， 夹绿色片岩和大理岩，上部为二云石英片岩夹绿色片岩及钙质石英岩。 中亚群( p t 2 k n 2 ) ：与下亚群整合过渡，岩性以绿色片岩为主，厚9 0 0 3 0 0 0 m 。周至黑河一带以绿泥钠长阳起石片岩为主，夹绢云石英片岩、钙质石 英岩及少量硅质白云质大理岩等。 上亚群( p t 2 h 3 ) ：与中、下群整合接触、以云母石英片岩为主，厚7 0 0 2 0 0 0 m 。在长安沣峪口以黑云斜长片麻岩和混合片麻岩为主，夹石英岩及大理 1 2 长安大学硕士学位论文 岩。户县纸房一带下中部以层纹状黑云绢云石英片岩、变长石石英砂岩为主， 夹石英岩、钙质绿泥片岩；上部为大理变粒岩、斜长角闪片( 麻) 岩。至黑河、 泥峪河一带，上部层位缺失，只出露下中部层位。眉县桐峪。斜峪关一带，由 三段岩性不同的地层组成，下段以变质的安山质火山角砾岩、火山碎屑熔岩为 主，夹变质英安岩、凝灰岩及大理岩等，为铜的赋存层位；中段以变质长石石 英砂岩为主；上段为绿色片岩夹钙硅岩。 ( 2 ) 中元古代秦岭群( p t 2 辨) 主要分布在周至黑河和蓝田岱峪一带，岩性为一套中级变质的海相碎屑岩、 碳酸盐岩及火山岩，总厚度大于7 0 0 0 m 。下部为长英质片麻岩；中部为石墨大 理岩夹斜长角闪片麻岩，上部为长英质片岩。 秦岭群地质构造复杂，原岩面貌和原始层序多较模糊，并缺乏可靠的古生 物证据，时代划分多有分歧。根据已取得的全岩铷锶等时代，推测年龄大于1 8 亿年，因而多数学者将其时代暂归属于中元古代。 ( 3 ) 下古生界( p z l ) 主要分布在眉县桐峪向东经西骆峪、涝峪到蓝田汤峪。是一套浅变质火山 沉积岩，它是从宽坪群中划出来的，称斜峪关群。厚度达千米以上，下与宽坪 群呈微不整合。在铜峪矿床方铅年龄为4 7 7 m a 和3 8 2 m a 。其上与晚古生代甘峪 组变质砂岩、大理岩呈微角度不整合。甘峪组分布于甘峪、涝峪、高冠峪带。 下部为石英砂岩，中部为碳酸质板岩、千枚岩，上部为大理岩。 ( 4 ) 下白垩统( k 1 ) 主要分布在研究区西部宝鸡市太宁沟一带，为一套河湖相沉积，岩性下部 为紫红色砾岩夹石英砂岩、长石砂岩，灰色含煤泥质粉砂岩、薄煤层及其灰岩 透镜体，厚度达1 7 0 0 m ，上部为肉红色、紫红色细角砾岩，厚度大于2 4 0 m 。在 研究区内与下伏、上覆地层均以断层接触。 ( 5 ) 新近系上中新统( 胛) 该套地层地表土要出露在宝鸡市清姜河至茵香河带，另外，在断裂带的东 端岱峪河一汤峪河一带也有出露。岩性下部( 灞河组砣) 为棕红一棕灰色砂岩， 砂砾岩，厚度大下2 0 2 m 。上部( 蓝田组碥) 为棕红色钙质粘土，含钙质结核亚 1 3 第二章秦岭北坡地质环境背景特征 粘土、含砾亚粘土夹砂砾石透镜体，厚度大于3 9 m ，两者呈不整合接触，该套 地层多超覆于老地层之上。 ( 6 ) 第四系( q ) 研究区内第四系从下更新统至全新统均有出露，且黄土堆积发育。黄土堆 积与河流相冲积物相衔接和互相叠置构成了区内渭河阶地、黄土塬、洪积扇和 漫滩。二级以上阶地上部或中，上部及塬区为风积黄土，一级以上阶地下部为 冲积层或冲洪积层。在塬区的出口处及秦岭北坡的梁峁塬底多为坡洪积层。区 内冲沟发育，边坡滑坡、坍塌及人为耕地改造，植被发育。黄土地层( 图2 2 ) 主要发育于宝鸡、眉县的黄土塬区及渭河高阶地上，另外在长安、户县、周至 残余黄土台地也有出露。 02 m a 圈1 旺圈2 皿3 皿圆4 哑皿5 圆6 匡刍，匿固8 图2 2 秦岭北缘山前台地黄土地层实测剖面图 ( 据陕西省地震局，1 9 9 6 ) 1 耕作层；2 黄土状土；3 黑垆土；4 晚更新世黄土；5 冲更新世黄土；6 古土壤；7 淤泥层；8 砂、砾石 a 大峪口；b 太乙河口；c 太平峪口；d 涝峪河口；e 数峪口；f ：下熨斗 2 4 岩浆岩 研究区有燕山晚期侵入岩，岩性主要以花岗岩类为主，中性及中酸性小岩 枝或岩脉出现，主要大岩体有宝鸡岩体、太白岩体和翠华岩体三个。 ( 1 ) 宝鸡岩体( 以) 岩体呈不规则岩基产出，陕西境内出露面积达1 5 0 0 k m ，为多次侵入的复式 1 4 长安大学硕士学位论文 岩休，根据穿插关系可有四次侵人活动。岩体的岩性复杂，有闪长岩、石英闪 长岩、石英二长岩二长花岗岩，总的特点是由老到新由中性向酸性演化。早期 岩石主要为中粗粒结构，块状、片麻状、斑状构造等；而晚期岩石为半自形粒 状结构，块状构造，有的蚀变强烈，具绢云母化、高岭土化等。主要矿物为斜 长石、钾长石、石英、云母、普通角闪石等，岩石的铀钍铅法年龄测定在 1 1 3 - - - 7 2 6 m a 。岩体侵入到前奥陶纪地层中。秦岭北缘断裂带切割了该岩体。 ( 2 ) 太白岩体( 以) 该岩体出露于太白山一带，东西长7 0 k m 左右，南北宽l o - - 3 0 k m 。岩体北 部熔融程度较低，地层残留体较多，形成部分熔融的混合岩，岩体南部熔融程 度较高，形成典型的岩浆花岗岩。岩石主要有眼球状混合岩，闪长花岗岩、二 长花岗岩，具花岗变晶结构、中一细粒结构，眼球状构造、片麻状构造等。主 要矿物有斜长石、钾长石、石英、黑云母为主，岩体西部有白垩系不整合覆盖 在岩体之上。由铀一钍一铅法年龄测定为1 1 3 , - - - - 5 8 4 m a 。 ( 3 ) 翠华山岩体( 以) 岩体出露在长安、蓝田的秦岭山区，岩体呈长条状，东西长6 0 k m 左右， 南北宽近5 k m ，主要岩性为二长花岗岩，由钾氩法年龄测定为1 2 0 - 1 3 5 m a 。 2 5 大地构造背景 秦岭北坡所处的大地构造范围是中朝准地台与秦岭褶皱系的交接部位。从 次级构造位置上看，它正好位于渭河断陷带南缘与秦岭造山带相接处( 图2 3 ) 。 活动断裂带不仅是约束山系和盆地发育和发展的决定因素，而且还控制着 现今的构造活动。秦岭北坡地处鄂尔多斯块体的南缘，是秦岭断块与渭河断陷 的分界线，该区域及邻区主要活动断裂如图2 4 。 由于本次研究重点为秦岭北坡地带，对该区域影响较大的断裂为秦岭北缘 断裂( f 2 ) ，周至一余下断裂( f 3 ) ，故仅介绍这两大断裂的主要特征。 ( 1 ) 秦岭北缘断裂带：秦岭北缘断裂带亦称渭河断陷南缘断裂西段，该断 裂东起蓝田，西到宝鸡，呈北西西向折线延伸，全长约2 1 0 k m ，是秦岭断块与 渭河断陷的分界断裂，是一条具有强烈活动特征的正断层。其地貌景观醒目， 断裂带规模宏大，结构类型多样，通过对该断裂资料分析，断裂中东段( 石头 1 5 第二章秦岭北坡地质环境背景特征 河以东) 具有强烈的活动，并有古地震遗迹，而断裂西端，全新世以来没有明 显的位移活动，该断裂带具有旋转的正断层和铲式断层的几何学特点。 囫囫2 回3 囤4 图2 3 秦岭北坡大地构造单元位置图 ( 据陕西省地震局，1 9 9 6 ) 1 一级构造单元分区界限；2 二级构造单元分界线；3 南北板块拼接带；4 秦岭北坡研究区 i 中朝准地台；i1 山西断隆；i2 豫西断隆；i3 山西断陷；i m 渭河断陷； i4 鄂尔多斯拗地；1 5 陕甘宁盆缘褶皱带；秦岭褶皱带；扬子地台 图2 4 秦岭北坡及邻区断裂构造图 ( 据陕西省地震局，1 9 9 6 ) 1 活动断裂：2 隐伏活动断裂；3 断层编号 1 6 长安大学硕士学位论文 ( 2 ) 周至余下断裂：该断裂在渭河盆地内，主要是地震反射探测查明的 一条隐伏断裂。西起周至南，向东到蓝田进入秦岭与蓝桥古城断裂相接。盆 地内呈东西走向、倾向北、倾角6 0 0 - 8 0 0 的正断层，长1 4 0 多k m 。断裂以北早 第三纪及第四纪地层齐全；断裂以南仅有上新统一第四系发育，缺失下第三系 和中新统。断裂两盘的第三系厚度差3 7 0 0 m ，第四系厚度差9 8 m 。新近系断距 达1 0 0 - - 3 0 0 m 。 2 6 新构造运动 本区新构造运动主要表现为大面积显著的垂直升降运动和断层活动等。它 具有间歇性、继承性和新生性的特点。由于区域穿越一条活动断裂一秦岭北缘 断裂，其上升盘为秦岭山地，下降盘盘为渭河平原。第三纪末期及第四纪以来， 秦岭山地上升速率为0 7 - l m m a ，渭河冲积平原和秦岭山前洪积扇区相对下降 接受巨厚沉积，第四纪沉积厚度达千米以上，进3 0 0 0 年来沉积速度最大达 1 5 9 m m a 。因此，新构造运动的结果是形成典型的高山峡谷。陡峻的秦岭山地 上升盘高出渭河平原3 2 0 0 m 以上，其上残存有四级夷平面、三级剥蚀台地和六 级以上阶地。渭河平原下降盘新生代地层厚6 5 0 0 以上，第四系厚1 2 4 0 m ，其垂 直位移总量新生代以来达1 0 0 0 0 m 。另外，区内河流众多，如石头河、崂峪河、 黑河等，河流纵比降大，由于间歇性抬升，河床多为急流，且秦岭北缘断裂的 切割，多处发育悬谷、峡谷、谷中谷地貌。在石头河、石砭峪等谷中，可见到 第四纪砾石