西和县东山滑坡形成机理分析

2016-09-20周虎东

西部探矿工程 2016年9期

关键词：滑带滑体节理

郭　彪，张　弘，陈　平，周虎东

（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃兰州730020）

西和县东山滑坡形成机理分析

郭彪*，张弘，陈平，周虎东

（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃兰州730020）

针对甘肃省陇南市西和县东山滑坡，在现场调查的基础上对其形成机理进行了分析研究，结果表明，断裂对该滑坡起控制作用，岩土体性质决定了该滑坡的类型，而水和人类工程活动易触发该滑坡的发生。东山滑坡形成机理的分析结果可为日后相似条件下滑坡的防治提供一定的借鉴。

东山滑坡；断裂；形成机理

西和县隶属于甘肃省陇南市，地处嘉陵江上游西礼盆地，县城坐落于西汉水支流漾水河上游。区内地层岩性组合多样，地质构造较复杂，新构造运动强烈，滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害较为发育。东山滑坡位于西和县城东侧，为一老滑坡，2008年以前一直处于较稳定状态，后经“5.12”汶川地震及“7.22”岷漳地震影响，加剧了坡体的变形。目前由3个大小不等的滑坡组成，威胁祁家窑、董家窑、鱼家磨、朝阳村及沿街商铺共计408户2703人生命财产安全，潜在经济损失2.06亿元，地质灾害规模为特大型［1］。

地震带附近，在大断层强烈破碎带的长期作用下，破坏了断层强烈破碎带两侧的岩土体的完整性，利于形成地下水的运移通道，在有利地形下滑坡就有可能发生［2］。前人已对断裂控制的滑坡进行了研究，但对于地震带附近黄土层及软岩中的滑坡发生及发展的机理未做详细研究。本文以西河县东山滑坡为例，对该滑坡的形成机理进行分析，并根据分析结果提出滑坡治理措施，对类似的滑坡工程具有指导意义。

1　地质环境条件

1.1地形地貌

东山滑坡地处西礼盆地中部，区内地貌按地表形态特征和成因类型可分为侵蚀下切黄土梁峁地貌、侵蚀堆积河谷地貌及重力堆积地貌三大地貌单元，海拔高程介于1745～1509m之间，最大高差为236m。

1.2地层岩性

滑坡区及周边出露的地层岩性较简单，主要有新近系上新统（Nb）、第四系上更新统风积物（Q3eol）、第四系全新统冲洪积物及滑坡堆积物（Q4al+pl、Q4del）（图1）。

1.3地质构造

西和县城大地构造上属于秦岭纬向构造带间的新生带凹陷盆地之西礼盆地的南部边缘（图2）。该区处于两组大断裂的交汇地带，其中一组断裂经过成县—西和—礼县，横穿西礼盆地南部，总体呈北西走向，另一组断裂走向北东，即为西礼断陷的东缘主断裂，该断裂带向南西方向延伸，与武都化马一带的北东向断裂相接。从这两组大断裂对新生代的地层的控制和对现代地形地貌的影响可以推断，它们均属于活动性断裂构造。此外，从有关的地震区划研究资料中可知，西和、礼县一带都曾经是近代以来许多强烈地震的震中。

1.4水文地质条件

滑坡前部平坦稳定地带为漾水河河谷，漾水河发源于河口乡铁古坪，由南向北从县城穿过，将城区划分为东西两片，流经何坝、十里、汉源镇、西峪、石堡、长道等地，于礼县蒙张汇入西汉水，流域总面积682km2，河流全长47.4km，河道平均比降10‰，其中西和县境内流域面积618km2，多年平均流量2.05m3/s，年平均输砂量195.86×104t，平均侵蚀模数3169.34t/km2。其主要的支流有南峪沟、横岭沟、赵五河、任河、白水河、卢家河、玉泉河、苏家河、稍峪河、张刘河、水磨川河等。

滑坡区主要分布地下水为全新统滑坡堆积物孔隙水。

2　滑坡发育特征

2.1滑坡形态

东山滑坡位于西和县城东侧，是由3个大小不等的滑坡组成的滑坡群。

H3滑坡属黄土—泥岩滑坡，平面形态呈“簸箕”形，滑坡体地势总体东高西低，实测后缘高程1708m，前缘高程1600m，前后缘最大高差约108m，坡面平均坡度约13°，主滑方向为279°，沿主滑方向纵长约476m，前缘宽约600m，后缘宽435m，依据本次勘查成果计算确定，滑坡体厚度介于11.8～43.4m之间，平均为27.6m，面积约21.9×104m2，体积约603.4×104m3，按滑体厚度划分，属深层滑坡；按滑体体积划分，属大型滑坡。

2.2滑坡物质组成及结构特征

根据钻孔资料，H3滑坡上部为粉质粘土（风积黄土），厚度6.2～8m不等，松软结构，硬塑状态；中部为泥岩碎屑，呈灰绿色，厚度2.4～3.5m不等，呈散体状结构，可塑—软塑状态；底部为泥岩，呈灰绿色，厚度4.9～9.1m不等，岩体组织结构完全破坏，呈散体状结构，岩芯呈土状，可塑状态。由东山滑坡1-1′剖面图（图3）可以看出，滑带主要由灰绿色泥岩组成，含水量较高，多呈软塑状态，偶见滑动擦痕，局部滑面光滑，摩擦热变质现象明显。

3　滑坡形成机理分析

3.1滑坡主要控制因素分析

H3滑坡变形过程主要有以下4个控制因素。

3.1.1前后缘陡峭的地形条件

H3滑坡滑体中后部从地形来看，沿主轴线明显有中间低两侧高的现象，有利于地表水汇集下渗；滑体前部地形变陡，坡度增大，由其前缘边界部位，发育有明显高出河流阶地的陡坡和陡坎，坡高在5～15m之间，坡度一般在30°～50°之间，局部大于65°，坡面垂直裂缝及卸荷裂隙发育，局部已出现坍塌，这为滑坡发育创造了有利的地形条件。

3.1.2易软化的岩性

H3滑坡地层岩性主要由风积黄土、泥岩碎屑和泥岩组成。风积黄土具大孔隙结构，虫穴和垂直节理发育，有利于地表水水体垂直下渗，而下伏泥岩为半成岩，成岩作用弱，胶结差，另受地质构造的影响，节理裂隙普遍发育，使得岩体较破碎，属极软岩，抗风化能力弱，力学强度较低，遇水极易软化或泥化，为典型的易滑地层，这为早期滑坡的形成提供了物质基础。早期滑坡发生后，形成现有滑坡堆积物，主要由扰动后的黄土和泥岩组成，土体结构疏松，孔隙发育，有利于地表水体下渗，岩体组织结构完全破坏，多呈散体土状，饱水性强，当地表水体渗入后，受原滑面以下较完整泥岩阻隔，形成软弱夹层，极易形成新的滑动面（带），这为再次滑动提供了物质条件。

3.1.3丰富的地下水活动

滑坡区地下水水位埋深随滑床埋深差异变化较大，一般滑床埋深增大，水位埋深亦随之增大，水位最深可达9.1m、最浅为5.3m。依据工程地质测绘成果，在H3滑坡前缘坡脚处，发现2处泉水出露点，但出水量均较小。滑带土长期充水软化，使得其抗剪强度极大的降低，为滑坡复活下滑提供了一重要条件。

3.1.4断裂控制

大断层造成岩体破碎，地表水容易下切和侧蚀，同时也为地下水活动提供了通道［2］。滑坡区处于2组大断裂的交汇地带，其中一级断裂经成县—西和—礼县，横穿西礼盆地南部，呈北西走向，另一组断裂走向北东，即为西礼断陷的东缘主断裂，该断裂带向南西方向断续延伸，与武都化马一带的北东向断裂相接。从这2组大断裂对新生代的地层的控制和对现代地形地貌的影响可以推知，它们均属活动性断裂构造，此外，从有关的地震区划研究资料中可知，西和、礼县一带都曾经是近年来许多强地震的震中。构造抬升不均衡使区内新近系泥岩倾向坡脚，倾角介于5°～15°之间。据调查，具备临空条件、坡面与构造面倾向一致的斜坡地带及易形成滑坡［3］。且区内泥岩高角度节理特别发育，至少有6组方向，其中主要有北东东向、北北西向、北东向和北西向四组，节理密度分布不均，从钻孔岩芯中可以看出，岩芯中节理细密，同一组节理间距可达2～3mm，主要以高角度节理为主，此外，还发现有1～2组缓倾角节理，倾角15°～30°，沿节理面常发现有滑动磨擦的迹象，而且沿节理面上下附近岩石有被挤压碾磨的特点，密集的节理裂隙切割岩层，破坏其侧向连续性，并为地下水的聚集和贮存运移提供了有利场所。

3.2滑坡变形破坏模式分析

东山滑坡具有典型且明显的后缘牵引滑带、中部主滑带及前沿抗滑带，其破坏过程与特点分述如下：

（1）在主滑带的后端先蠕动，使后缘牵引部分的滑体似基础下陷般断裂而生成牵引段滑带（面），随后则在地表水及地下水沿带作用下逐步软化而转化为沿牵引滑带的剪切破坏，产生向主滑体的推力。在主滑体稳定下或旱季无地表水的作用，牵引滑带可因暂时稳定而恢复一定强度。不过在滑坡整体滑动中该牵引段的岩土总是早就破坏沿滑带移动较远，达到当时含水状态下的残余强度。

（2）中部主滑带多数是沿滑动断面内已有的相对于滑体及滑床为较软弱、破碎及含水的带为依附而发育生成。在地震、滑带部位地下水等因素影响下，由于主滑带自身所受应力大于强度而产生蠕动变形，在受牵引段的推力共同作用下先自身挤紧，而后将剩余下滑力作用于前部的抗滑段，在前部抗滑段被挤紧下仅产生微量移动，直至抗滑段滑带形成，随其产生大规模的滑动破坏。

（3）前部抗段滑带与主滑带生成所依附的软弱结构带并非一致，而是在应力集中处向临空挤出为主。因此，有向临空组合的软弱带为依附而生成的抗滑段滑带者，歇于在主滑段推挤下、滑带地下水逐渐浸湿下渐近破坏而贯通出口；由弹性变形（挤紧）到塑性变形（沿滑带移动）直至加速大动破坏，此时抗滑段滑带抗剪强度指标是当时条件下的残余强度。如出口滑带是由应力集中下生成（非地质上软弱带），由抗剪断强度突然脆性破裂转为而间摩擦，则因剩余下滑力过大，可使抗滑段滑体滑动距离较远，形成滑坡堆积体。

3.3滑坡形成机理分析

东山滑坡主要特征为黄土软岩的顺层滑动，黄土具大孔隙结构，虫穴和垂直节理发育，而泥岩成岩作用弱，胶结差，加之受风化、地质构造等因素的影响，节理裂隙十分发育，有利于大气降水入渗。在雨季，一方面大部分降水形成面流向斜坡下游排泄，冲刷、侵蚀破坏斜坡，降低其稳定性，同时软化坡脚岩土体，降低其抗剪强度；少部分降水则沿节理裂隙直接入渗，转化为地下水，其中一部分储存于各种孔隙、裂隙中，致使岩土体重量增加，导致下滑力增大；而另一部分则继续下渗，当遇到下伏较完整的泥岩时，受其阻隔，沿隔水层面向坡脚方向运移，但受含水介质岩性条件的影响，径流速度缓慢，形成了饱和带土，致使土体软化，抗剪强度降低，形成滑面或滑带。另一方面坡体中的孔隙水压力增加将降低有效应力，导致滑带摩阻力降低，地下水亦对滑体产生浮力，降低滑体对滑床的正应力，使滑面摩阻力降低，地下水的渗透压力作用，对滑坡体施加一个推力致使滑坡体顶托悬浮，即在土体中产生一个剪应力，从而降低滑带土的抗剪强度，也是滑坡形成的主要影响因素之一。该滑坡早期滑动运移形式为推移式，由于滑坡后缘失稳开裂，在上部荷载的作用下，后缘土体向下滑动，导致前缘岩土体隆起开裂从而发生滑动。在现阶段，由于人工开挖坡脚，破坏原有地貌形态，形成新的临空面，导致前缘失稳，前一块滑动后，后一块因失去支撑力会接着滑动，运移形式演变为牵引式。

4　滑坡发展趋势与防灾措施

4.1当今滑坡发展趋势

H3滑坡在现状条件下处于稳定性较差状态，在地震状态、暴雨状态下稳定差，发生滑动的可能性较大；随着人类工程活动的增加，必然对滑坡稳定性有一定影响，特别对坡脚开挖破坏滑体原始应力状态导致滑坡复活，极端气候也有可能引发滑坡进一步复活，对滑坡体上及坡脚祁家窑、董家窑、朝阳村、鱼家磨村及沿街商铺408户2703人生命财产安全以及县乡道、输电线路等安全带来威胁。

4.2滑坡治理措施

根据滑坡的发育特征，稳定性综合评价结果、危害对象以及场地实际条件，在充分考虑治理工程安全性与可行性、经济合理性等因素，提出总体抗滑和坡面截水的综合治理方案。具体如下。

4.2.1抗滑工程

为防止滑坡整体滑动，选用单排抗滑桩和桩间挡板进行支挡，抗滑桩布设于滑坡前缘处。以通过抗滑桩的布设能有效提高滑坡整体的稳定性。

4.2.2坡面截排水

水是导致滑坡滑动的直接原因之一，选用在滑坡治理中常用的截排水渠工程，是稳固滑体的有效治理措施之一，鉴于区内降雨量大、降水集中的特点，治理工程建议在滑体外围布设截排水渠工程，从而防止滑坡外围来水进入滑体。

4.2.3仰斜式排水孔

东山滑坡在滑带附件存在地下水，其主要接受大气降水的补给，地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水，含水介质为滑坡堆积物。在挡土板中心处设置仰斜式排水孔，排水孔排出的水引入截排水系统。