红层地区滑坡滑带处水—岩(土)相互作用研究

红层地区滑坡滑带处水—岩(土)相互作用研究
陶叶青
【期刊名称】《《内江科技》》
【年(卷),期】2019(040)011
【总页数】2页(P64-65)
【作者】陶叶青
【作者单位】四川省自然资源资料馆
【正文语种】中文
通过对红层地区南江县大院子滑坡的滑带处的地下水的化学成分、滑带土及滑带下部土体的矿物成分和组构进行检测分析，表明滑带的生成和聚集是一种物理—化学耦合的水—岩（土）相互作用过程，其作用的产物主要为伊利石、绿泥石等粘土矿物。

地下水主成分分析结果能一定程度反映滑带处特殊的水—岩（土）化学相互作用的主要过程，对了解红层地区滑坡灾害的形成过程及滑坡发生的机理具有重要的参考价值。

本文以四川省南江县大院子滑坡为例，通过测试该滑坡滑带处的地下水化学成分，借助主成分分析对地下水化学成分进行提取和简化，揭示控制这些化学成分之间的内在因素，了解地下水化学成分之间、水化学成分与岩土环境之间的相互关系，探讨红层地区滑坡滑带处特殊的水—岩（土）化学相互作用的主要过程及其与地下水化学成分的内在联系。

1 大院子滑坡概况
大院子滑坡位于南江县南江镇长坪村，滑坡在2006年雨季发生第一次滑动变形后，近年来在雨季多有变形现象，严重威胁了附近居民的生命及财产安全。

大院子滑坡纵向上呈台阶状，滑坡前缘高程为890 m，后缘高程为765 m，滑坡前缘堆积体
宽310 m，中后缘宽度约为170 m，轴向纵长745 m，滑移变形主要方向为186°，滑体平均厚度约为4.2 m，滑坡体积约为52.374万 m2，为一浅层牵引式土质滑坡（图1）。

图1 大院子滑坡概况及探槽位置
图2 大院子滑坡滑带土及滑带下部土体X射线衍射谱图
根据滑带土和滑带下部滑床基岩进行X射线衍射分析（图2），滑带土中以石英为主，形成的次生黏土矿物以伊利石、绿泥石为主，滑床基岩为长石砂岩夹泥岩，矿物含量以石英为主，形成的次生粘土矿物以伊利石、蒙脱石、伊蒙混层和绿泥石为主，仅含少量的斜长石。

1.1 地下水化学特征
在一段时间内取大院子滑坡区同一地方滑带处的13个水样进行化学成分及溶解物杂质含量分析，分析结果见表1（精确到一位小数）。

滑带区地下水类型为
HCO3—SO4—Mg型水，水质呈弱碱性，而本区域雨水样品呈弱酸性，且雨水样品中杂质含量较地下水低得多，说明雨水经过下渗作用后，雨水在渗透性系数很小的滑带处汇集，并且在滑带处发生了水—岩作用，导致该处地下水性质较雨水发
生了较显著的变化。

表1 大院子滑坡地下水化学成分及雨水化学成分
表2 大院子滑坡地下水化学成分主成分分析结果
1.2 地下水化学主成分分析
地下水的化学成分常常与水岩作用的规模、时间地质历史等因素存在着错综复杂的关系，使水—岩（土）系统的演化研究变得困难。

因此，借助主成分分析法，对
原始变量因素进行提取和简化，揭示控制这些原始因素之间的内在因素，可进一步了解地下水化学成分之间、水化学成分与岩土环境之间的相互关系。

根据大院子滑坡地下水化学成分主成分分析结果（表2），选取前四个作为主成分的变量因子，其累计贡献率达到了85.35%，即前四个主成分基本上包含了以上8个指标因子绝大部分的信息。

2 水—岩（土）作用分析
地下水在滑带处所进行的水—岩（土）相互作用规律，一定程度地能通过该处地
下水的化学主成分分析结果显示出来，根据所选的四个主成分，初步分析滑带处滑带土的形成过程。

2.1 第一主成分
第一主成分贡献率达32.94%，其中对地下水的化学成分起主导作用。

在该因子中，Na+和K+的荷载值为负的最大值，是由于在滑带土中的伊利石为2:1型层状构造的晶体结构，仅晶体外表层的K+ 才能与其他阳离子发生交换作用。

原生骨架矿物晶体表层的K+ 大量转化至较稳定的伊利石中，导致Na+和K+的荷载值在该因子中为负的最大值。

因此，该因子在一定程度上体现了滑带土的形成和聚集过程中原生骨架矿物的伊利石化作用。

2.2 第二主成分
第二主成分方差贡献率达20.8%，主要为Ca2+、Mg 2+以及HCO3-。

骨架矿物长石等发生水—岩（土）作用，逐渐形成了伊利石、蒙脱石和绿泥石为主的粘土
矿物，相对易溶离子成分溶解于地下水中。

在第二主成分中Mg2+和HCO3-为所有因子中的主导因子，且均为正相关。

由于在滑带处明显不含原生矿物斜长石以及蒙脱石晶体，说明在滑带处发生了原生矿物的伊利石化作用，且在滑带处所取的地下水呈弱碱性，也更有利于长石、石英矿物的风化分解及蒙脱石向伊利石进行转化。

因此，该成分主要反映了骨架矿物的黏土化过程，也是滑带底部较完整基岩向滑带
土逐渐转化的重要过程。

2.3 第三主成分
第三主成分占总方差的18.29%，在该因子中，相对易溶离子成分为正的荷载，为负的荷载，该成分主要体现了在滑带处水—岩（土）之间的溶解作用和吸附作用。

由于滑带处所含的粘土矿物中阳离子与构造层之间以很低能量连接着，因此很容易进行阳离子间的交换作用，具有较大的阳离子交换性能。

所以在该因子中Mg2+
为负的荷载，Na+、K+ 为正的荷载，也正是岩土体中的Na+、K+ 阳离子与地下水中的Mg2+进行了交换作用。

说明在研究时段内，在滑带处主要发生的是溶解
作用而非结晶作用。

2.4 第四主成分
第四主成分占总方差的13.32%，SiO2为正的最大荷载，CO2为较大的负荷载。

由于SiO2在中性溶液中（pH=7）中溶解度最低，随着溶液酸碱性的的增大而增强，且由于在该处地下水呈弱碱性，因此该成分主要反映了地下水中CO2的含量对SiO2的溶解度的影响。

骨架矿物的黏土化过程是一个消耗CO2的过程，地下
水中CO2含量的降低，使得地下水PH值升高，SiO2的溶解度随之增大。

3 结论
滑带处的地下水化学成分与该处所发生的水—岩（土）相互作用产物有着密切的
联系，并能在一定程度下反应滑带土的生成和聚集过程，包括长石等骨架矿物的绿泥石化和伊利石化作用，矿物中易溶离子的溶解作用，黏土矿物的离子吸附作用，以及地下水中CO2的含量对SiO2的溶解度之间的影响关系。

本文以大院子滑坡为例，结合该滑坡滑带处的地下水及土体进行取样分析结果，初步显示，红层地区复杂的水岩相互作用是该地区在强降雨条件下极易爆发群发性滑坡灾害的重要原因。

滑带的生成和聚集是一种物理—化学耦合的水—岩（土）相
互作用过程。

该作用使红层地区砂泥岩互层结构，在泥岩处产生反应界面，加剧了
泥岩向泥化夹层甚至滑带进行转化。

水—岩（土）的相互作用不仅降低了土体自
身的力学强度和斜坡的稳定性，对强降雨产生“截流”作用，增加斜坡自重；并且其对骨架矿物的黏土化作用，使滑带黏土如“润滑剂”般，使得滑坡向前产生滑动，对滑坡的控制作用不容忽视。

【参考文献】
【相关文献】
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