桐柏县地质灾害形成条件分析

刘小二，张春生，王林峰，来亚芳，杨鲁玉，罗颖，牛祥

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，郑州 450001)

1 前言

桐柏县的地质灾害主要以崩塌、滑坡、泥石流灾害为主，地面塌陷为辅。河南中州地矿岩土水务有限公司于2011～2013年开展了桐柏县地质灾害详细调查工作，2016年开展了桐柏县地质灾害防治“十三五”规划工作。两次工作野外实际调查点共计1 483个，包括地质环境调查点1 427个和地质灾害点56个，其中崩塌灾害点22个，不稳定斜坡灾害点12处，滑坡灾害点7个，泥石流灾害点12个，地面塌陷灾害点3个[1-4]。

桐柏县地质灾害的形成及分布严格受自然地质条件和人为因素的制约，多分布在剥蚀丘陵区。崩塌、滑坡主要分布于桐柏县东北部、中部、南部的低山丘陵区域，为中、小型规模，稳定性一般较差。泥石流主要分布在降水量较大、地形起伏大的桐柏山区，均为低易发。地面塌陷主要分布于矿业活动密集的丘陵区域，稳定性为较稳定-不稳定。

2 自然地理概述

2.1 交通位置

桐柏县是河南省南阳市下辖县，位于河南省西南部，南阳盆地东缘，桐柏山腹地，豫、鄂两省交界处，素有“宛东咽喉”、“信西屏障”之称。地理坐标：东经113°00′～113°49′，北纬32°17′～32°43′，县境东西长76.1 km，南北宽25.5 km，桐柏县总面积1 941 km2，宁西铁路、312国道及沪陕高速、焦桐高速贯穿境内，省道连通南北，县境内各乡(镇)之间公路畅通，交通便利。

2.2 气象、水文

桐柏县属亚热带向暖温带过渡地区气候。年平均气温14.9 ℃，极端高温41.1 ℃，极端低温-20.3 ℃。年平均降水量1 149.84 mm，年平均降水量南部高于北部，年最大降水量1 819.1 mm,发生在2005年；年最小降水量663.4 mm，发生在2001年； 6～9月降水量占全年降水量的40%以上， 15 a内日最大降水量：207.3 mm，出现在2005年7月10日，历年1 h最大降水量：74.0 mm ，10 min最大降水量：20.7 mm。

桐柏县为淮河的发源地。境内水系属淮河、长江流域两大水系，西岭(属淮源镇固庙村)和新坡岭(属大河镇土门村)是江淮两大流域分水岭，分水岭以西为长江流域三夹河水系，分水岭以东为淮河流域淮河水系。流域面积在100 km2以上的河流有9条。淮河水系有淮河、月河、陈留店河、五里河、毛集河5条，三夹河水系有三夹河、鸿仪河、鸿鸭河、江河4条。

2.3 地形地貌

桐柏县地处南阳盆地东缘，大的地貌单元可分为构造剥蚀低山区、剥蚀丘陵区、堆积剥蚀岗地区、 冲积河谷平原区。构造剥蚀低山区分布于桐柏县西南太白顶—线，中部及东北部零星分布，海拔500～1 000 m，相对高差200～500 m。剥蚀丘陵区分布于桐柏县大部分地带，海拔高度200～500 m，相对高差小于200 m。堆积剥蚀岗地分布于安棚、吴城地带，海拔高程110～200 m。冲积河谷平原分布于桐柏县埠江、月河、固县等地，海拔高程75～190 m。

3 地形地貌与地质灾害的关系

控制崩塌、滑坡灾害发育的先决条件之一是地形地貌。桐柏县地处桐柏山腹地，是淮河发源地，区内约75%的面积属于低山丘陵区。区内淮河、三夹河支流众多，纵横交错，沟谷十分发育，地形破碎，提供了形成崩塌、滑坡、泥石流发育的地形地貌条件。斜坡的几何形态控制其稳定性和变形破坏模式，决定斜坡体内应力的分布及大小。

3.1 宏观地貌与地质灾害的关系

构造剥蚀低山区内人烟稀少， 人类工程活动很少，地质灾害不发育。剥蚀丘陵区内沟壑纵横，密布的沟谷切割深度较大，修路、开矿和建房等人类工程活动比较强烈，是桐柏县内地质灾害最主要的分布地区。据调查统计，发现的56处地质灾害有53处分布在这一地貌单元里，占到总数的94.64%。堆积剥蚀岗地地势开阔，地形坡度一般在5°～15°之间，下切深度5～10 m，局部有基岩出露，区内地质灾害不发育。冲积河谷平原地势平坦开阔，地形坡度小于5°，河流发育，河谷不对称，河曲处多陡坎，切割深度2～10 m，局部发育有二级阶地，区内地质灾害不甚发育，调查仅发现1处滑坡，2处崩塌，占总数的5.36%(表1)。

表1 各地貌类型地质灾害统计一览表

3.2 微观地貌与地质灾害的关系

3.2.1 斜坡坡型

桐柏县斜坡坡面形态为直线型、凸型、阶梯型及凹型等4个基本类型。直线型和凸型为正向类型，阶梯型和凹型为负向类型，这4种基本坡型又可组合为凸凹型、凹凸型和波型等形式。

在调查的7处滑坡有5处发生于正向类型坡，全部为凸型，占滑坡总数的71.43%；2个发生于负向坡型，全为凹型，占滑坡总数的28.57%(表2)。

表2 各类坡型地质灾害统计一览表

在22处崩塌中有20处发生于正向类型坡，其中5个发生于凸型坡，占崩塌地质灾害的22.73%；15个发生于直线型坡，占崩塌地质灾害的68.18%。2处发生于负向坡型，全部为凹型，占崩塌总数的9.09%。

12处不稳定斜坡均发生于正向类型坡，其中3个发生于凸型坡，占不稳定斜坡地质灾害的25%；9个发生于凹形坡，占不稳定斜坡地质灾害的75%。

由表2可知，崩塌、滑坡地质灾害更容易发生在正向类斜坡上，凸型和直线型正向类斜坡产生的地质灾害占总数的90.24%。应力集中程度在正向类斜坡上明显提高，稳定程度明显降低。

崩塌、滑坡地质灾害在负向类斜坡上较不容易发生，因为在斜坡走向方向上受到了应力支撑，应力集中程度在阶梯型和凹型负向坡上减缓，负向类斜坡发生的灾害占总数的比例仅为9.76%，稳定程度明显增高。

3.2.2 斜坡坡度

将斜坡微地貌按照其坡度可划分为3种类型：坡面坡度>50°为陡崖，20°<坡面坡度<50°为陡坡，5°<坡面坡度<20°为缓坡。

调查了7个滑坡，发生在陡坡上的有4个，占滑坡灾害的67.5%；发生于陡崖上的有1个，占滑坡灾害的12.1%；发生于缓坡上的有2个，占整个滑坡灾害的20.4%。

调查了22处崩塌，发生在陡崖的有17处，占崩塌灾害的77.27%；发生在陡坡上的有5处，占崩塌灾害的22.73%。

调查的12处不稳定斜坡,有5处发生在陡崖，占崩塌总数的41. 7%；7处发生在陡坡，占总数的58.3%(表3)。

表3 各类坡度地质灾害统计一览表

综合分析崩塌、滑坡发生的坡度区间以及不同坡度的不稳定斜坡未来的变化趋势，可得出结论，在桐柏县内20°～50°之间的斜坡最易发生滑坡，而50°～90°之间的斜坡最易引发崩塌。

3.2.3 斜坡坡高

据研究表明，斜坡坡高与地质灾害的发生存在着明显的控制关系，斜坡坡顶、坡面、坡脚及谷底的应力状态会随着斜坡坡高的变化发生显著的变化，最终导致沟谷不同部位产生变形破坏。在各方面相同条件下，随着坡高的增大，坡体安全系数减小[5]。另外，斜坡坡高对灾害的危害范围有明显影响，对崩塌的影响尤为明显。在崩塌体体积相同的条件下，斜坡高度越大，崩塌的威胁范围越大。

本次调查结果显示，60～85 m坡高的斜坡带是滑坡的多发区，有5处滑坡发育在该斜坡带，占滑坡灾害的71.4%； 25 m坡高以下的斜坡带是崩塌的多发区，20处崩塌发育在该斜坡带，占整个崩塌灾害的90.9%。这是因为崩塌的发生和人类工程活动的关系密切相关，主要表现为人类削坡，导致了斜坡应力平衡的原始状态被破坏。而人类工程活动切坡在桐柏县内主要是修路、建房，建房切坡的高度一般5～10 m，而修路切坡的高度一般不大于30 m，所以5～30 m之间的斜坡带亦是不稳定斜坡的多发区，10处不稳定斜坡发育在该斜坡带，占整个此类灾害的83.3%。

4 地层、岩土体结构、地质构造与地质灾害的关系

4.1 地层及岩土体结构与地质灾害的关系

桐柏县内易滑地层主要为片岩、片麻岩。片岩主要分布于桐柏县东北部，主要包括回龙大部、毛集东北部以及黄岗西南的小部分地区。片岩片理十分发育，工程、水文地质条件都较差，岩性软弱，易破碎，与其他透水性差的岩层接触面易成为滑动面，从实地调查来看，该类接触面大多位置比较低，不宜形成滑坡。另外，沿片岩内部片理也可能形成滑坡，但是调查仅发现1处该类滑坡。片麻岩主要分布于桐柏山区，岩石致密坚硬，工程、水文地质条件都比较好，但是其内部裂隙比较发育，当裂隙面产状与坡面相近形成顺向坡时，极有可能形成滑坡。

桐柏县内易崩地层主要为花岗岩、片麻岩、变粒岩及第四系粉质粘土。花岗岩、片麻岩多分布于桐柏中部、西部的桐柏山区，岩石致密坚硬，力学强度高，但比较脆，在修路切坡地段或者坡脚有水流冲刷时，岩层内部如发育有垂直且与斜坡面平行的裂隙，发生崩塌的可能性很大。变粒岩整体性较好，裂隙不甚发育，但在风化作用强烈，比较破碎的地段，易发生小型崩塌。在桐柏县东南部河流沿岸，第四系粉质粘土广泛分布，其结构较为松散，据调查，当岸高度大于2 m，坡度大于70°，且无植被保护时，受到洪水冲刷，易发生河岸崩塌。

4.2 地质构造与地质灾害的关系

地质构造对地质灾害的分布和发育起着重要的控制作用，区内的地质灾害点不仅沿着主要道路、河流呈条带状以及在矿山周边分布，同时也沿着区内几条主要的地质构造带分布。这一点在地面塌陷以及泥石流这两种灾种上体现得尤为明显。这是因为区内地面塌陷均是由于长期的地下采矿引发，而像条山-铁山背斜、大河断裂、破山断裂均为桐柏县内的主要成矿地带。另外根据调查，县内已经发生的泥石流，绝大多数泥石流沟的物源均为矿山尾矿渣，这就使得泥石流沟往往会沿着主要成矿断裂分布。

值得指出的是地质构造对地质灾害的分布和发育并不起到直接的控制作用，而是一种间接的控制作用，也就是说，并不是在断裂带或者褶皱带上一定会发生地质灾害，而是在断裂带或者褶皱带更容易出现易发生地质灾害的岩性、岩土体结构。

5 降雨与地质灾害的关系

降雨是地质灾害最重要的诱发因素之一，多年平均降雨量与多年来地质灾害发育密度具有较好的正相关关系。从空间上看，桐柏县从南到北，年均降雨量呈递减趋势。从调查结果来看，在低山丘陵区，西南部、南部地区地质灾害发育密度远大于东北部；在平原区，仅有的1处地质灾害也发育于南部。从时间上看，降雨丰水年，一般也是崩塌、滑坡等地质灾害的高发年，据调查在桐柏县2010～2012年连续干旱的3 a内，新发生的地质灾害仅有4处。将时间周期缩短到1 a，夏秋多雨季节，也是地质灾害的高发期。

桐柏县年平均降水量1 149.84 mm，其中有40%集中在6～9月，多暴雨和大雨且时间集中。调查结果显示，区内地质灾害绝大多数发生于这几个月，尤其是7～9月这3个月内更是地质灾害频发时间段。降雨沿着孔隙下渗，饱水带岩土体饱和重力增加，形成孔隙水压力，强度明显降低，改变了斜坡内部应力状态，引发斜坡失稳，致使坡体局部出现各种变形，如裂缝、膨胀、下挫等，从而发生崩塌、滑坡等地质灾害。

6 人类工程活动与地质灾害的关系

随着经济社会的迅猛发展，人类工程活动无论是在深度上还是在广度上都日益加剧，特别是对自然斜坡的不合理开挖，打破了地质历史时期形成的斜坡平衡状态，造成斜坡变形失稳，已成为引发地质灾害的主要因素之一[6]。区内人类工程活动对斜坡稳定性造成影响并引发地质灾害主要体现在以下几个方面。

(1) 交通工程

城市经济的发展，必然伴随着公路、铁路等基础设施工程建设的长足发展。桐柏县内现有沪陕高速、焦桐高速、宁西铁路、国道G312、省道S206、S234、S239、S335，另有县道、乡道若干，村村通公路已贯通绝大多数行政村。在山区修路不可避免的要进行切坡，切坡规模受当地地形、公路等级的影响。高速公路、铁路切坡规模最大，但是由于其重要程度，沿线地质灾害防治措施到位，在调查过程中，未在高速、铁路沿线发现地质灾害。而在国道G312、省道S234、S239沿线，切坡规模也比较大，坡高一般在3～10 m，坡度一般在70°以上，区内的崩塌点也主要集中于这3条公路沿线，其他县乡公路沿线也有崩塌发生，但数量较少，规模也要小得多。

(2) 城乡建设

近年来，随着经济建设的迅速发展，城镇建设规模扩大，建设用地需求不断增加。在低山丘陵区，回龙、毛集、黄岗、朱庄、大河、淮源等集镇大多坐落于河谷内或者山间平地，可用作建设用地的平地并不多，这就导致要想获得建设用地，就必须得向山要地、向坡要地，大规模的切坡不可避免。切坡活动打破了斜坡的自然平衡状态，随着时间的推移，加上降雨、震动等其他因素的影响，斜坡稳定性不断降低，最终诱发滑坡、崩塌等地质灾害。

(3) 矿山开发

桐柏县矿产资源丰富，已探明矿藏56种，主要有金、银、铜、铁、石油、天然碱、萤石、大理石、花岗石等为桐柏县创造了良好的经济效益，同时，矿山开发也会引发多种地质灾害。主要表现在以下3个方面：一是露天矿山(例如花岗岩、大理石)开采过程中易形成高陡边坡，甚至悬空面，使斜坡岩土体失去支挡或支撑，易引发崩塌滑坡。二是地下开采矿山(比如金、银、铁、萤石等)，长时间的开采，形成大面积的采空区，诱发地面塌陷，造成田地开裂、下陷，严重威胁着群众的生命财产安全。三是露天矿山和井采矿山都会产生大量的尾矿渣，生产较为规范的矿山大多建有尾矿库，而中小型矿山矿渣无序堆积情况比较严重，大多随意堆砌于沟谷内或山坡上，由于此类斜坡一般结构较为松散，易形成泥石流隐患或者不稳定斜坡。

总之，地质灾害的触发因素很多，但最主要的是不合理的人类工程经济活动和降水的双重作用，二者的综合效应是诱发本区地质灾害发生的最主要的外在因素，其中人类工程活动的影响又最为严重。

7 结论

(1) 桐柏县的地质灾害主要以崩塌、滑坡、泥石流灾害为主，地面塌陷为辅。桐柏县地质灾害的形成及分布严格受地形地貌、地层等诸多自然地质条件和人类工程活动等人为因素的制约。

(2) 剥蚀丘陵区内沟壑纵横，密布的沟谷切割深度较大，修路、开矿和建房等人类工程活动比较强烈，是桐柏县内地质灾害最主要的分布地区。

(3) 正向类凸型和直线型斜坡明显更容易引发滑坡和崩塌灾害。桐柏县内20°～50°之间的斜坡最易发生滑坡，而50°～90°之间的斜坡最易引发崩塌；滑坡多发生坡高60～85 m的斜坡带上，崩塌多发生在25 m以下的斜坡带上，不稳定斜坡多发生在5～30 m之间的斜坡带上。

(4) 桐柏县内易滑地层主要为片岩、片麻岩，易崩地层主要为花岗岩、片麻岩、变粒岩及第四系粉质粘土。

(5) 地质构造对地质灾害的分布和发育起着重要的控制作用，在断裂带或者褶皱带更容易出现易发生地质灾害的岩性、岩土体结构。

(6) 降雨是地质灾害最重要的诱发因素之一，桐柏县地质灾害主要发生在7～9月，降雨量与地质灾害发育密度具有较好的正相关关系。

(7) 地质灾害诸多形成条件中，地质环境条件变化缓慢，人类工程活动和降雨是最活跃的因素，人类工程活动的影响又最为严重。

[1] 河南省桐柏县地质灾害详细调查报告[R].河南中州地矿岩土水务有限公司，2013.

[2] 桐柏县地质灾害防治“十三五”规划[R].河南中州地矿岩土水务有限公司与桐柏县人民政府，2016.

[3] 中国地质调查局.滑坡崩塌泥石流灾害调查规范(1∶50万)(DD2008-02)[S].2008.

[4] 国家技术监督局.1∶5万区域水文地质工程地质环境地质综合勘查规范(GB/T 14158-93)[S].1993.

[5] 杨红强.淅川县地质灾害形成条件分析[J].地质灾害与环境保护，2013，24(4)：13-17.

[6] 陈震.嵩县地质灾害形成条件及防治建议[J].中国科技纵横，2015，214(10)：158-159.