西宁市北山地区林家崖滑坡发育特征及稳定性分析

魏刚，殷志强，史立群，袁材栋，赵无忌

1.青海省环境地质勘查局，青海西宁810007；2.中国地质环境监测院，北京100081；3.中国地质大学，北京100083

西宁市北山地区林家崖滑坡发育特征及稳定性分析

魏刚1，殷志强2，史立群1，袁材栋1，赵无忌3

1.青海省环境地质勘查局，青海西宁810007；2.中国地质环境监测院，北京100081；3.中国地质大学，北京100083

西宁市北山地区位于地质灾害高易发区，尤其是大寺沟至王家庄段是西宁市特大型地质灾害群中灾害隐患最多、最严重、最危险的区段.在分析该区段滑坡总体特征的基础上，以林家崖滑坡群为研究对象，分析了该滑坡群的空间形态特征、物质组成和结构特征，并选择折线形滑动模型和3种不同工况对其稳定性进行了计算，最后对滑坡群进行了稳定性评价.认为：1）北山大寺沟至王家庄段共发育崩塌危岩31处，大型滑坡体4处，大型泥石流沟2条；2）林家崖滑坡群滑体主要以崩积物为主，物质组分为粉质黏土夹碎块石；3）受地形地貌、地层岩性、降雨制约和人类工程活动影响，滑坡群目前整体处于等速变形阶段，应加强治理，防止变形进一步加剧.研究成果将为该地区严重的地质灾害防治提供基础地质依据.

林家崖滑坡群；稳定性分析；地质灾害；变形；西宁市

青海省西宁市地处青藏高原与陇西黄土高原过渡带内的湟水谷地带，受高原构造隆升和流水侵蚀下切作用的共同影响，谷地带两侧高阶地及低山丘陵前缘形成了高差100余米，坡度达60～90°的高陡斜坡［1-4］.同时由于构成斜坡岩体结构强度低，遇水易崩解、软化，西宁市沿湟水岸坡带崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害十分发育［5-6］，是我国省会城市地质灾害隐患最为严重的城市之一.近年来，受全球气候环境的影响，西宁市年降水量、气温在逐年增加与升高，对含盐较高的西宁市周边高陡斜坡稳定性带来了更大的威胁，诱发了多起严重的地质灾害事件.调查发现，西宁市现有地质灾害（隐患）点114处，其中崩塌48处，滑坡28处，泥石流38条［7-8］.位于北山地区的林家崖滑坡群受坡体岩土体性质、斜坡坡度和人类工程活动等影响，对周边居民区以及交通干线产生严重威胁.文章以西宁市北山地区的林家崖滑坡群为研究对象，在野外调查、遥感解译和室内模拟的基础上，分析林家崖滑坡群的发育特征，并对其稳定性进行评价，以期为西宁市科技防灾减灾提供基础资料和技术支撑.

1 研究区地质背景

西宁市北山地区地貌类型为黄土丘陵区、崩坡积区和河谷平原区.地势北高南低，最低海拔2200 m，最高海拔2800 m，最大高差达600 m，地形切割强烈，沟壑纵横，支离破碎，沟谷多呈“V”字形，沟谷纵坡60‰～350‰.受新构造运动垂直差异升降控制，地形地貌相对高差达150～200 m，地形坡度达35～47°，且上陡下缓，发生变形破坏的几率高，也为滑坡的形成发育提供了临空条件［9-10］.滑坡区岩性主要由古近系—新近系红色泥岩、砂岩和石膏岩及上覆黄土组成［11］（图1），且对含水量变化极为敏感，为区内的主要易滑地层.研究区在大地构造上属祁连加里东褶皱系祁连中间隆起带，经燕山晚期振荡运动，形成西宁盆地中—新生代的红色含盐碎屑岩建造，受新构造运动影响形成近东西向褶皱带.间歇性的上升运动导致湟水强烈下切，形成了多级宽阔阶地［12］，并在北山斜坡前缘形成了高陡斜坡，同时为滑坡、危岩（崩塌）的形成提供了临空条件.

图1 西宁北山地层岩性与地质灾害点分布图Fig.1 The lithology and distribution of geological hazards in Beishan area,Xining

根据西宁市气象站资料，该地区多年平均降水量为369.1 mm，且主要集中在6～9月份，占年降水量的80%以上，而滑坡的变形多发生在雨季.鉴于滑坡区土体渗透性强，裂缝发育，降水极易渗入滑体，滑坡受降水入渗的影响，造成土体及部分泥岩、石膏块软化与崩解，从而使土体物理力学性质发生改变，最终导致滑坡稳定性降低.

1987年在滑坡区修建了通往电视发射塔的泮子山公路.修筑中由于开挖边坡而形成临空，而未进行有效的支挡防护.同时该地区的绿化灌溉、输水管道漏水等是浅层滑坡的主要诱发因素.

2 林家崖滑坡发育特征

西宁市北山大寺沟至王家庄段灾害区东西长2.8 km，南北宽约3.61 km，是北山地区地质灾害地段中灾害隐患最多、最严重、最危险的区段.主要包括31处崩塌危岩（大寺沟4处、林家崖14处、一颗印3处、路家庄6处、王家庄4处），4处大型滑坡（大寺沟东滑坡、林家崖滑坡、一颗印滑坡、王家庄滑坡），1处中型滑坡（路家庄滑坡），2条大型泥石流（大西沟泥石流、小西沟泥石流），1条中型泥石流（王家庄泥石流）（表1）.笔者选取危害最严重的林家崖滑坡进行发育特征和稳定性研究.

2.1 滑坡形态特征

图2 林家崖滑坡群平面分布图Fig.2 Distribution map of the Linjiaya landslide group

林家崖滑坡地处低山丘陵前缘之高陡斜坡地带，滑坡以北为低山丘陵区，以南为湟水河谷区，由不同时期的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号老滑坡和多处新滑坡构成滑坡群（图2），整体属推移式滑坡.滑坡群西起庙沟沟口，东至小西沟沟口，滑体平均长298 m，平均宽198.1 m，总体平面形态呈不规则扇形，滑动区面积18×104m2，体积约320×104m3，主滑方向215°，属大型滑坡［13］.除滑坡外，在林家崖滑坡区还分布着大小危岩体14块，总体积为6.01×104m3.3处老滑坡的基本发育特征如下.

表1 北山地区大寺沟至王家庄地质灾害统计表Table 1 Statistics of geological hazards in Dasi gou-W angjiazhuang of Beishan area

Ⅰ号滑坡：分为Ⅰ1号滑坡和Ⅰ2号危岩崩塌区，位于庙沟东侧.总体地形坡度较陡，为31°，最陡处位于滑体后缘，达40～47°，中部和前缘较缓.滑坡体东西两侧边界由冲沟控制，冲沟切割深度0.5～2.3 m.北侧后壁发育不连续，高1.4～36.2 m.泮子山公路横穿滑坡体，绿化灌溉用输水管道纵贯南北.滑坡体平均长277.3 m，前缘宽320 m，中部及后部宽分别为230、146 m，平均宽172.2 m，整体平面形态呈古钟形.滑动体积约151×104m3，主滑动方向为222°.

Ⅱ号滑坡：位于Ⅰ号滑坡东侧，总体地形坡度较陡，为25°，最陡处位于滑体后缘，达40°，中部和前缘较缓.滑坡体东西两侧边界由冲沟控制，冲沟切割深度0.4～6.7 m.北侧后壁高陡，高约33 m.泮子山公路横穿滑坡体，绿化灌溉用输水管道纵贯南北.滑坡体前缘有居民点13户，前缘人为活动频繁，滑体被开挖成阶梯状，并可见一废弃的蓄水池.滑体平均长304.7 m，平均宽149.5 m，总体平面形态呈舌形.滑动体积约85× 104m3，主滑动方向为202°.

Ⅲ号滑坡：位于小西沟西侧，总体地形坡度较陡，为29°，地表起伏不平，最陡处位于滑体后缘，达45°，中部和前缘较缓.滑坡体东西两侧边界由冲沟控制，冲沟切割深度0.2～9.2 m.泮子山公路盘旋滑坡体而上，绿化灌溉用输水管道纵贯南北.滑坡体前缘有居民点70户，人为活动频繁、强烈，坡脚人工开挖严重，且建有大量的建筑物，呈阶梯状排布.滑坡体中部和前缘有泉出露，为下降泉.

2.2 滑坡体物质组成及结构特征

林家崖滑坡产生于以崩积物为主的地层中，坡体成分主要为粉质黏土夹碎块石，碎块石成分为石膏岩和泥岩，因各滑坡均处在同一地貌单元，故滑坡体物质结构基本一致.新、老滑坡物质成分相同，为粉质黏土夹石膏碎块.粉质黏土呈暗红色，稍湿，稍密，硬塑至可塑状，石膏碎块为灰白色、灰绿色，呈棱角状，坚硬—半坚硬状.粒径一般0.5～24 cm，最大可见粒径达1~3 m，含量约占25%.另有约5%的漂石夹杂其间，漂石的母岩成分多为砂岩、石英岩，磨圆度较好，粉质黏土含量约占70%.老滑带位于第四系松散堆积层与古近系泥岩、石膏互层的接触部位.组成滑带土的物质成分为粉质黏土夹石膏碎块，粉质黏土呈暗红色，很湿，稍密，可塑—软塑状.石膏碎块为灰白色、灰绿色，呈棱角状、扁平状，粒径一般0.5～2 cm，含量10%～20%.石膏碎块长轴沿坡向呈定向排列（图3）.

图3 林家崖滑坡地貌剖面图Fig.3 Geomorphic profile of the Linjiaya landslide

滑床岩性主要为泥岩、泥岩与泥质石膏岩互层.岩层产状水平.泥岩呈紫红色，自下而上由深变浅，稍湿，致密，坚硬，泥质结构，块状、层状构造，单层厚度0.3～5.0 m，为厚层—巨厚层状.石膏呈灰绿色，稍湿，致密，坚硬，块状、层状构造，单层厚度10～20 cm，为薄—中厚层状，粒度自下而上呈现粗—细—粗的变化规律.滑床表层岩体受滑坡滑动影响，岩体拉裂、破碎，裂隙发育，裂隙间多充填经水解重结晶的石膏脉，该层强风化厚度5～10 m.

2.3 滑坡岩土力学性质

1）滑体：组成林家崖I号滑坡滑体的主要物质成分为粉质黏土夹石膏碎块.通过采取原状土样进行室内土工试验，其物理力学性能指标见表2.

表2 林家崖滑坡滑体土物理性质统计表Table 2 Statistics of soil physical properties of Linjiaya landslide mass

2）滑带：组成林家崖滑带土的物质成份为粉质粘土夹石膏碎块，由于滑带土中含有石膏碎块，其抗剪强度试验结果离散性大，变异性高，但其抗剪强度值与含水量有一定的相关性，随着含水量的增大，内聚力和内摩擦角都有逐渐减小的趋势.

3）滑床：滑床岩性为泥岩夹石膏岩构成，岩层产状平缓，节理裂隙发育.泥岩坚硬，天然状态下抗压强度一般在1.98～6.05 MPa之间，抗拉强度在0.10～1.29 MPa之间；石膏岩干燥、坚硬，天然抗压强度与抗拉强度分别为11.26 MPa和1.57 MPa，力学强度明显高于泥岩.

3 林家崖滑坡稳定性分析

3.1 滑坡变形宏观分析

笔者通过现场滑坡地面调查、测绘后发现，林家崖滑坡群每个滑坡体中部及后部地面裂缝发育且成群出现，多为拉张裂缝，一般长2.5～23.4 m，宽5～83 cm，最大可见深度147 cm.根据滑坡群上布设的24处永久性水泥墩监测点全站仪每月一次的监测结果，发现Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号滑坡体的中、后缘变形量均较大，且Ⅰ号滑坡体中、后缘变形量比Ⅱ、Ⅲ号较大，Ⅰ号滑坡体前缘变形量相对Ⅱ、Ⅲ号滑坡体小，Ⅱ、Ⅲ号滑坡体整体均有变化.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号滑坡体的水平位移量均大于垂直位移量，滑坡整体处于等速变形阶段，变形量从后缘—中部—前缘逐渐减少，目前已导致该段泮子山公路路基沉陷.2006～2012年间滑坡位移监测结果见表3，林家崖Ⅰ号滑坡变形监测结果见图4.

表3 林家崖滑坡群2006～2012年位移监测结果Table 3 Displacement monitoring results of the Linjiaya landslide group between 2006 and 2012

图4 林家崖Ⅰ号滑坡变形监测结果Fig.4 Deformation monitoring results of the Linjiaya landslideⅠ

3.2 滑坡稳定性计算

根据滑坡的水文地质、工程地质、滑体的结构特征判断，该滑坡滑体在基岩接触面上滑动，最可能产生折线型滑动［14］.根据现场槽探勘查成果，其滑动面也近于折线型，因此选择折线型滑动法进行稳定性计算，计算模型如下：

式中

Wi—第i条块体重量（kN/m）；

Ci—第i条块滑面上黏聚力（kPa）；

φi—第i条块滑面上内摩擦角（°）；Li—第i条块滑面长度（m）；

αi—第i条块滑面倾角（°），岩土体反倾时取负值；

A—地震加速度（重力加速度g）；

Fs—稳定系数；

ψi—第i条块的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数（j=i）.

林家崖滑坡群滑体物质组成为山前崩坡积物的松散堆积层，成分主要为含碎块石粉质黏土，性质不均一，且各滑块之间差异较大，致使试验参数离散性较大.为了使计算更为切合实际，在具体取值时，根据各分区工程地质特点，采用试验值、经验值和反演参数三者相统一的原则进行考虑［15-16］.根据自重、自重+暴雨（或连续降雨）和自重+地震3种工况，笔者分别计算了林家崖滑坡群的稳定性（表4）.

表4 林家崖滑坡群稳定性计算表Table 4 Calculation results of stability of Linjiaya landslide group

根据表4的滑坡稳定性计算结果，林家崖滑坡群中的3个滑坡体绝大部分处于不稳定状态，滑坡体的中、后部发育大量的地面裂缝，裂缝均属于拉张裂缝，且裂缝多成群出现，主、次滑面已基本贯通，在强降雨和地震影响下，地面裂缝不断加剧变形，3个滑坡均有可能随时产生失稳，出现整体滑动，且次级滑面的滑动可能性更大.建议采用削方卸载、回填反压和前缘抗滑桩支挡的措施进行治理.

4 结论

本研究以西宁市北山地区的林家崖滑坡群为研究对象，在总结研究区地形地貌、地层岩性、活动构造和人类工程活动的基础上，分析了滑坡群的分布特征、岩土体组合类型，并对滑坡进行了稳定性评价，主要认识如下：

1）西宁北山的大寺沟至王家庄段是西宁市特大型地质灾害群中灾害隐患最多、最严重、最危险的区段，共发育崩塌危岩31处，大型滑坡体4处，大型泥石流沟2条.

2）研究区因新构造差异性升降运动形成的高陡斜坡是滑坡形成主导内部因素；地层强度低、受降水作用易软化是滑坡发生的物质基础；相对集中且强烈的降水是诱发滑坡的主要因素；开挖修建公路、缺少支挡防护以及绿化灌溉、输水管道漏水是滑坡活动加剧的外部诱发因素.

3）林家崖滑坡由不同时期的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号老滑坡和多处新滑坡组成，整体属推移式滑坡.滑体平均长298 m，平均宽198.1 m，平面形态呈不规则扇形，体积约320× 104m3，主滑方向215°.

4）林家崖滑坡群主要发育于第四系松散堆积层与古近系泥岩、石膏互层的接触部位，坡体成分为粉质黏土夹碎块石，滑床岩性主要为泥岩、泥岩与泥质石膏岩互层.

5）林家崖滑坡群中的3个滑坡体绝大部分处于不稳定状态，在强降雨和地震影响下，地面裂缝加剧变形的可能性大，建议采用削方卸载、回填反压和前缘抗滑桩支挡的措施进行治理.

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THE DEVELOPMENT CHARACTERISTICS AND STABILITY ANALYSIS OF LINJIAYA LANDSLIDES IN BEISHAN REGION,XINING CITY

WEI Gang1,YIN Zhi-qiang2,SHI Li-qun1,YUAN Cai-dong1,ZHAO Wu-ji3
1.Qinghai Bureau of Environmental Geological Exploration,Xining 810007,China; 2.China Institute of Geo-Environment Monitoring,Beijing 100081,China;3.China University of Geosciences,Beijing 100083,China

The Beishan region in Xining City is located in the geological hazard-prone zone,in which the Dasigou-Wangjiazhuang area includes the most numerous,severe and dangerous geological disasters.Based on the overall characteristics of landslide in this region,taking Linjiaya landslide group for example,the authors analyze its space morphological characteristics,material composition and structural features,calculate the stability under three different operating conditions with folded line slide model,and finally assess its stability.It is concluded that:1)There are 31 collapse perilous rock bodies,4 large landslides and 2 large debris flow gullies in the Dasigou-Wangjiazhuang section;2) The Linjiaya landslide group mainly consists of colluvium of silty clay with clastic gravel;3)Influenced by the landform, lithology,rainfall and human activities,the Linjiaya landslide group at present is generally in a constant speed deformation phase,which should be effectively controlled to prevent further deformation.

Linjiaya landslide group;stability analysis;geological hazard;deformation;Xining City

1671-1947（2015）02-0146-06

P642.22；P694

A

2014－04－01；

2014-04-13.编辑：张哲．

国家自然科学基金（41372333）；国土资源部地质调查项目（1212011220123）.

魏刚（1980—），男，主要从事滑坡灾害稳定性评价研究工作，通信地址青海省西宁市德令哈路278号，E-mail//weigang906@126.com