神木县斜坡体结构类型与地质灾害的关系

杜江丽,李永红，姚超伟，刘海南，仵拨云，彭捷

(陕西省地质环境监测总站，西安 710054)

神木县斜坡体结构类型与地质灾害的关系

杜江丽,李永红，姚超伟，刘海南，仵拨云，彭捷

(陕西省地质环境监测总站，西安 710054)

岩土体是斜坡体的重要物质组成，与地质灾害的形成关系密切。神木县境内的岩土体主要有砂质泥岩夹砂岩碎屑岩、砂泥岩互层碎屑岩、泥岩组、多层土体、风成黄土单层土体、风成中细沙单层土体这6种，这些岩组构成了5种不同的斜坡体结构类型，进而引发不同的地质灾害，土岩双层结构、岩体单层及土体单层结构多发生崩塌灾害，土粘土岩双层结构多发生滑坡灾害，土岩多层结构多发生地面塌陷；根据不同的岩土体结构类型引发的地质灾害特点，研究其与地质灾害的关联性，并进一步研究陕北地区崩塌、滑坡、地面塌陷的形成机理，最后提出相应的治理措施，这对陕西省乃至全国正在实施的地质灾害详细调查项目有一定的指导意义。

斜坡体结构类型；地质灾害；防治措施；神木县

岩土体是地质灾害、工程建设的重要载体的物质基础[1]。岩土体的性质、结构、空间分布与产出状态等，在一定外动力作用下，与地质灾害的形成有着密切的关系，是诱发地发质灾害的重要因素之一，同时斜坡体结构类型不同、人类工程活动方式不同，诱发地质灾害的类型也不尽相同。本文依托于神木县地质灾害详细调查项目[2]，研究斜坡岩土体结构类型与地质灾害的关联性，旨在为研究陕北地区崩塌、滑坡、地面塌陷的形成机理，进一步达到针对不同的岩土体类型实施不同的治理工程的目的。

神木县位于陕西省北部的毛乌素沙漠与黄土高原交界处，东西长95 km，南北宽141 km，面积7 635 km2。区内煤炭开采强度大[3]，地质灾害发育。据本次野外调查结果统计，地质灾害隐患点224处，其中崩塌166处、滑坡30处、地面塌陷28处，崩塌、滑坡均为自然因素引发或人类建房、修路开挖坡体引发的，煤矿开发引发的崩塌、滑坡灾害发育较少，且无威胁对象。

1 研究区岩土体类型

神木县境内岩土体按岩石强度、结构类型、建造类型等划分为岩体和土体，依据岩石的物理学性质及

完整性、坚硬程度及岩性等特征，可进一步划分出6个工程地质岩组(表1、图1)。

1.1 层状半坚硬砂质泥岩夹砂岩碎屑岩组

主要为三叠系中统纸坊组岩石。主要出露于万镇以北的黄河及沙峁以南的窟野河沿岸，呈带状分布，其下部为长石砂岩加少量砂质泥岩。上部为砂质泥岩、泥岩、长石砂岩、且以泥岩为主。该类岩体多为巨厚层状，且节理裂隙发育，易产生崩塌灾害。

1.2 层状坚硬—半坚硬砂泥互层碎屑岩组

由东南到西北沿深切沟谷及河谷两岸呈带状出露，由侏罗系下统富县组、中下统延安组及白垩系下统洛河组砂岩、砂泥岩、泥岩组成。由于有泥页岩及煤等软弱岩层存在，使得整个岩体抗剪强度降低。尤其在雨季，雨水下渗，地下水位上升浸泡易形成崩塌、滑坡等地质灾害。值得指出的是由于所处沉积环境的不同，砂泥含量之比各地有差异，因此岩体强度各地亦不相同。

1.3 层状较软弱泥岩组

除沙漠滩地区外，其他地区广泛分布，多见于沟脑及冲沟中上游斜坡处，为上新统三趾马红土层。岩性为棕黄、棕红色泥岩，局部地段夹有细砂，层状结构，结构疏松或半泥质胶结，强度低，抗水性差，易软化和泥化。

1.4 卵砾石、中粗砂、黄土状土多层土体

主要为第四纪冲积、洪积物，出露于黄河及较大支流沿岸。下部为灰色卵砾石，上部为灰白、灰黄色中粗砂、中细砂及黄土，水平层理发育，砾石大小混杂，成分为石英岩、大理岩及灰岩，层状结构，结构较松散，透水性好，稳定性差。部分地区的冲洪积层厚度达5 m以上，形成陡坎，易于产生崩塌、滑坡灾害。

1.5 风成黄土单层土体

主要为离石及马兰黄土，广泛分布于黄土梁峁区，披盖在梁峁中上部、坡面及阶地的表面，除沙漠滩地区外，区内各处几乎随处可见。为单层土体夹多层古土壤层，层理不发育，土体结构均匀、致密，孔隙度较小，具微湿陷性。由于所处地貌部位及其所夹土壤层，决定其极易形成黄土崩塌及滑坡。

1.6 风成中细沙单层土体

主要为现代风积层，分布于西北部沙漠滩地区，北部梁峁顶部低洼处亦有分布，构成毛乌素沙漠东南边缘。由浅黄、褐黄色中细沙及粉细沙构成，土体结构简单，质地均一松散，孔隙度较大，但由于地势低平未受构造运动的破坏，不易发生地质灾害。

2 斜坡岩土体结构

岩土体特征是斜坡变形破坏的物质基础，它的性质和结构对崩塌、滑坡的活动具有决定性作用。岩性坚硬、结构完整、抗剪强度大、抗风化能力强的岩石，斜坡整体性好，不容易发生变形破坏[4-5]，如县境内出露的白垩系砂岩斜坡变形较少。相反岩性松软、结构不完整，特别是裂隙发育，存在软弱夹层时，斜坡容易变形失稳，县境内侏罗系、三叠系砂泥岩和第四系黄土大都属于这种情况。

神木县斜坡体按岩层结构主要分为单层结构和双层结构，组合关系有土岩(粘性土+砂泥岩)双层结构、土粘土岩(粘性土+红粘土)双层结构与岩体(砂泥岩)单层结构、土体(粘性土)单层结构、土岩多层结构等五种类型，见图2、表2。

从图上可以看出，组成滑坡的岩土体类型为土岩双层结构、土粘土岩双层结构、土体单层结构等三种，无岩质滑坡；组成崩塌的岩土体类型有上述五种情况；而地面塌陷影响范围内均为土岩多层结构。

3 斜坡岩土体结构与地质灾害的关系

3.1 土岩双层结构斜坡体与崩塌灾害的关系

这类斜坡体在神木县黄土梁峁深切的沟谷中广布，此类岩土体结构的地质灾害主要为崩塌，一般上伏中上更新统黄土、下部为三叠系、侏罗系、白垩系的砂泥岩地层。由于黄土节理发育，下部砂泥岩风化差异强烈，地质灾害发生时表现为下部以崩塌为主，上部以滑塌为主，崩塌物质多为土体和岩体(图3)。

3.2 土粘、土岩双层结构斜坡体与滑坡灾害的关系

这类斜坡体在神木县黄土梁峁沟谷的中上部发育，本次调查发现的224处地质灾害点，有18处灾点的岩体结构属于土体+粘土岩，斜坡体上部为中上更新统黄土，下部坡脚为新近系红粘土，由于红粘土隔水性能较好，上部土体接受大气降水后转为黄土孔隙裂隙水下渗至二者之间易形成软弱结构面(图4)，土体易沿土岩面发生滑动，同时下部粘土岩具有一定的胀缩性，反复胀缩后其力学性质降低，在自重等外营力的作用下也易发生规模不等的剥坠落，威胁坡脚下方生命财产的安全。

3.3 岩体单层结构斜坡体与崩塌灾害的关系

这类斜坡体在神木县均发育为崩塌灾害，本次调查共有80处灾点属于岩体单层结构，主要是人为的削坡建房、修建公路等造成，坡体一般是由三叠系、侏罗系、白垩系的砂岩或砂泥岩互层的碎屑岩组成，这些碎屑岩风化差异较强烈，灾害发生时表现为中小型的崩塌。

三叠系、侏罗系、白垩系出露的岩性软弱区或软硬相间岩层区，具有碎屑岩建造的特征，崩塌、滑坡等斜坡地质灾害成片发育，灾害主要分布于软弱岩层区或软硬互层地区。如泥岩、泥质粉砂岩等，这些岩层粘土含量较高，易于风化和遇水后易软化，岩石强度低，在一定条件下，易产生灾害。同时泥岩、砂岩的差异风化，常常造成斜坡体局部地段呈为负坡，坡顶上方的硬度相对较大的砂岩临空或在裂隙面的作用下，块裂成危岩体，在自重和卸荷裂隙作用下也易失稳，成为崩塌灾害(图5)。

3.4 土体单层结构斜坡体与崩塌灾害的关系

神木县黄土丘陵区中上更新统黄土广布，土体厚度不等，以粘土、粉土组成，夹有多层古土壤层和钙质结核。上更新统黄土披覆于下更新统黄土之上，成分以粉土为主，粉砂质含量较高，粘土颗粒含量很低，多见大孔隙，垂直节理发育，结构疏松，颗粒间联结力差，手捻即碎，强度低；下更新统黄土成分以黄土质粉土为主，粘粒含量较上部黄土明显增加，具大孔隙，土质较密实、坚硬(图6)。

陕北地区的黄土在干燥情况下，强度较高，直立性好，而浸水时则易发生湿陷变形及崩解，抗剪强度大幅度降低；黄土中节理是土体经风化作用张开、加宽和扩宽而形成的，若遇冰冻、胀裂等作用后呈柱状或碎块状，若因温差变化则形成板片或小块，因此这些节理是导致黄土滑坡、崩塌等地质灾害发生的潜在地质因素；黄土中的节理面、中上更统黄土层接触面或黄土与古土壤接触带是斜坡变形的主要软弱结构面。神木县土体属单层结构的地质灾害主要是崩塌，共54处。

3.5 土岩多层结构斜坡体与地面塌陷的关系

这边坡体在神木县多发生地面塌陷灾害，本次调查共有30处。地面塌陷主要是由于侏罗系煤层开采后，形成大面积采空，使其天然应力平衡状态受到破坏，围岩强度不足以抵抗上覆岩土体的重力，顶板岩层产生向下的弯曲和移动，进而产生断裂、破碎并相继冒落，最终形成地面塌陷和地裂缝[10-11]。

神木县地面塌陷区岩土体类型均为多层结构，一般由上而下为第四系黄土(图7)、新近系红粘土、侏罗系与三叠系砂泥岩互层等.

4 地质灾害防治措施

神木县位于陕西省北部的毛乌素沙漠与黄土高原交界处，根据调查，其坡体的岩土体结构和地质灾害类型在陕北地区普遍存在，具有代表性。因此对神木县地质灾害提出的防治措施可供陕北其他地区灾害防治参考。

4.1 崩塌防治措施

崩塌灾害主要有两种斜坡结构，一种是岩体单层结构坡体，另外一种是土岩双层结构坡体。对于岩体单层结构的坡体，可采用挂柔性防护网锚喷技术，同时配合地表排水工程以及坡脚拦挡工程[6-7]；对于土岩双层结构的坡体，对于上部土体坡面可削为台阶式坡面，并加入坡面排水工程及种草。具体崩塌防治措施可根据其危害性、经济性等不同而采取不同的方法搭配治理。

4.2 滑坡防治措施

滑坡灾害主要发生于土粘、土岩双层结构坡体，少数发生于土体单层结构坡体。对于土粘、土岩双结构的坡体，可采用削方减载、抗滑桩、坡面排水、坡脚拦挡等措施进行防治；对于土体单层的坡体，可采用地表排水、削方减载、格构锚固、种植花草等措施防治[7-9]。

4.3 地面塌陷防治措施

地面塌陷主要发生于土岩多层结构的坡体。根据神木县地面塌陷形成的机理，采取不同的方法进行防治。对于已形成的塌陷坑可采取回填、整平、绿化等方式综合治理，对于尚未形成的塌陷坑的地面塌陷，可采用注浆、爆破等方法治理[10-12]。

5 结论

(1) 神木县的地质灾害与岩土体类型关系密切，侵蚀切割较深地区由于基岩出露以岩质崩塌为主，侵蚀较轻地区以黄土崩塌和滑坡为主。

(2) 神木县境内岩土体分为6个工程地质岩组，层状半坚硬砂质泥岩夹砂岩碎屑岩，层状坚硬-半坚硬砂泥岩互层碎屑岩，层状较软弱泥岩组，卵砾石、中粗砂、黄土状土多层土体，风成黄土单层土体、风成中细沙单层土体。

(3) 神木县境内地质灾害的斜坡体有5种不同的结构类型，土岩双层结构、土粘土岩双层结构、岩体单层结构、土体单层结构、土岩双层结构。

(4) 土岩双层结构的斜坡体多发生崩塌灾害，土粘土岩双层结构的斜坡体多发生崩塌和滑坡灾害，岩体单层结构的斜坡体均发生崩塌灾害，土体单层的斜坡体多发生崩塌和滑坡灾害，土岩多层结构的斜坡体多发生崩塌和地面塌陷灾害。

(5) 根据地质灾害的不同类型，提出了不同的防治措施，为神木县或陕北地区治理地质灾害提供参考依据。

[1] 李宗发.贵州构造-岩土体分区及其与地质灾害形成的关系[J].贵州学报,2012,30(3):32-37.

[2] 李永红,刘海南，等.陕西省神木县地质灾害详细调查报告[R].西安:陕西省地质环境监测总站，2014.

[3] 范立民.榆神府区煤炭开采强度与地质灾害研究[J].中国煤炭，2014,40(5)：52-55.

[4] 杜江丽.神木县地质环境质量评价研究[D].西安：西安科技大学硕士学位论文，2013.

[5] 宋宪林.延安市坡体结构类型与地质灾害关系分析[D].西安：长安大学硕士学位论文，2012.

[6] 江中乐.挂网锚喷在岩质边坡崩塌灾害治理工程中的应用[J].煤炭工程.2013,16(4):44-49.

[7] 徐开祥,黄学斌，等.滑坡及危岩(崩塌)防治工程措施选择与工程设置[J].中国地质灾害与防治学报,2005,16(4):130-134.

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[12]李永红，姚超伟，程晓路，等.神府煤矿区矿山地质环境问题及恢复治理探讨——以赵家梁煤矿为例 [J].资源与产业，2014,16(6)：112-117.

THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SLOPE STRUCTURE TY

DU Jiang-li,LI Yong-hong,YAO Chao-wei,LIU Hai-nan WU Bo-yun,Peng Jie

(Shaanxi Institute of Geo-Environment Monitoring, Xian, Shaanxi 710054,China)

The rock-mass is an important composition of the slope ,and closely associated with the formation of geological hazards, After field investigation, the rock-mass is divided into six main engineering geological strata in Shenmu County, sandy mudstone folder sandstone detrital rock, sand shale interbed of clastic rock and mudstone, multi-layer soil, eolian loess layer in the soil, aeolian sand soil layer; These kinds of petrofabric constitute five different types of slope structure,and causing different geological hazards. Soil-rock double layer structure 、soil- mass single layer structure and rock-mass single layer structure usually occur collapse disasters, soil clay rock double layer structure and often occur landslide, rock-soil multilayer structure tend to occur ground collapse; According to characteristics of the geological disasters caused by different on the types of slope rock mass, studies the relationship between the structure type of slope rock and the geological disasters and the formation mechanism of collapse, landslide, and ground collapse in north of shaanxi, puts forward some corresponding control measures.This research has a certain guiding significance to the detailed investigation of geological disasters taking place in shaanxi province and even the whole country.

the models of slope structure; geological disasters; the prevention and control measures；Shenmu county

1006-4362(2015)04-0046-06

2015-09-03改回日期：2015-10-15

国家重点基础研究发展(973)计划(2013CB227901)；陕西省公益性地质调查项目(陕地调院发〔2014〕33号文)资助

P694;X141

A

杜江丽(1985- )，女，硕士，助理工程师，主要从事地质灾害防治工作。E-mail：djl0913@126.com