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2008年1月10日到2月3日,我国南方地区遭遇了自1954年以来最严重的冰冻雨雪灾害天气,此次冰雪灾害持续时间长,受灾面积大,影响人数多,造成的损失也是巨大的。在雨雪冰冻期间,尤其是积雪融化后,引发了一系列地质灾害,给人民群众的生命财产安全造成了严重的威胁。
目前我国冰雪引发的地质灾害研究主要集中在高寒地区,针对南方地区由冰雪引发的地质灾害的相关研究基本上是空白的。而高寒地区的气候环境同南方低纬度地区是存在很大差异的。因此开展南方极端冰雪灾害条件下地质灾害危险性评价及预警研究具有十分深远的理论意义和防灾减灾意义。本论文以极端冰雪灾害条件下地质灾害防治技术研究项目(国家科技支撑项目)为依托,针对08年极端冰雪灾害条件下发生的地质灾害的特点,以湖北省地质灾害多发区恩施州为研究区对南方地区冰雪融化条件下滑坡灾害危险性评价进行了研究。
本论文在野外调查和室内地质资料分析的基础上,分析了湖北省2008极端冰雪灾害条件下的气象特征和灾害分布特征,总结了地质灾害分布规律和发育规律。重点对十堰和恩施两个地区的气象与地质灾害的相关性进行了分析。从这两个地区的气温、降水量、地温、积雪、融雪的特征入手,对气侯条件对地质灾害影响进行了定性分析。在此基础上,建立融雪诱发滑坡的地质力学模型,分析不同融雪条件下斜坡的稳定性状况,通过统计分析等数学手段,提出影响斜坡稳定性的有效融雪模型。并以湖北恩施州为例,采用有效融雪模型对恩施州08年的冰雪灾害进行融雪危险性评价。在思施州滑坡灾害易发性分级的基础上得到08年湖北恩施州极端冰雪条件下的滑坡灾害危险性预警等级。通过本文的研究,主要取得了以下成果:
(1)2008年南方极端冰雪灾害气象条件的主要特点为:后冬气温异常偏低,大部分地区降水量比常年偏多。雨雪冰冻天气结束以后,气温持续升高,降水量少,积雪迅速融化。研究区内气温对地温的影响范围为40cm,存在的冻土类型为地表瞬时冻土,且瞬时冻土存在的时间很短。
(2)极端冰雪期间发生的地质灾害集中在冰雪融化期间,以小型浅层滑坡为主,主要为松散堆积层滑坡。冰雪条件对地质灾害的影响表现在:低温雨雪冰冻天气下地表土壤出现反复冻融,土体结构松散,强度降低,加剧了斜坡的变形破坏。同降雨相比,融雪水入渗是一个缓慢的过程,融雪水有足够的时间入渗。加上表层岩土体在冻融作用下土体更加松散,容易入渗。但是融雪量远小于一次降雨过程,入渗影响的深度较降雨也要小的多。因此,在极端冰雪期间,仅在较小的融雪水入渗的情况下就能诱发大范围的地质灾害的发生,且地质灾害规模较小。
(3)根据恩施州自然地理特征和地质灾害特征,选取了不良地质发育程度(地灾现状),地层岩性,地形坡度,人类工程活动,斜坡结构,水文地质,沟谷发育程度,地质构造8个评价因子,采用了集对分析模型进行了研究区基于地质环境的滑坡灾害易发性评价。该模型简单易懂,容易操作,结果与实际相符。通过研究,恩施州滑坡灾害的高中易发区主要集中在巴东、恩施的大部分地区以及利川、建始的部分区域。易发区岩性主要为层状软弱岩,以志留系页岩、粉砂岩,三叠系粉砂岩页岩以及侏罗系中统砂岩泥岩为主,这类岩石中含有大量的亲水矿物,是典型的易滑地层。可见软硬相间的岩性条件是滑坡发育的基础条件。
(4)通过对冰雪期间地质灾害的分析,建立融雪条件下滑坡灾害的地质模型。对模型的分析表明,雪荷载对斜坡的整体稳定性影响甚微,仅对地表浅层土体有影响。在此基础上,提出了考虑关键融雪因子(积雪厚度、密度、融雪速率)的有效融雪模型。通过分析,该模型对松散土体具有较好的适用性。并应用该模型对恩施州的冰雪危险性等级进行了预测和分级,以此确定了08年研究区域的冰雪危险性等级。恩施州高易发岩组区域为融雪危险性等级为中,其余区域为低危险等级。
(5)基于滑坡易发性区划结果及融雪危险等级,建立了融雪滑坡灾害预警分级体系,并以恩施州为例进行了模型验证。从预警结果可以看出,08年极端冰雪气候条件对滑坡灾害的影响不大,主要表现为对高易发地区高易发岩组存在影响,部分地区达到了4级预警。少数高中易发地区为3级预警,其余均为不预警区。这与实际情况是相吻合的,恩施地区08年1-2月份由冰雪诱发的地质灾害主要为小型的滑坡,绝大部分均未达到统计标准,而对已有的滑坡,冰雪条件会加剧其变形,应加强对其的监测,对灾害危险区应开展预防。