奥依曼布拉克村希望小学滑坡灾害发育特征及形成机制研究

2018-04-16

地下水 2018年3期

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

研究区范围位于伊宁市北约17 km，距伊宁县约22 km处，行政区划上属伊宁县喀拉亚尕奇乡管辖，从伊宁市有泊油路可达研究区，交通方便。研究区呈近似长方形，东西宽约68 m，南北长约120 m，面积约0.033 km2。由于目前对区内滑坡地质灾害没有采取任何有效防治措施，根据滑坡的规模、危害范围的预测，滑坡如再次发生，将直接威胁到希望小学教学楼、居民房屋、道路、输电线路的安全使用，以及240名学校师生人、过往行人的生命安全。因此，本文在野外实地调查和室内资料收集整理分析的基础上，参考相关研究成果[1-5]，以研究区内发育的2处滑坡地质灾害作为研究对象，对区内滑坡地质灾害的发育特征和形成机制进行分析和评价，进而为后续研究区滑坡地质灾害的稳定性和防治方案提出建议。

1 研究区地质条件分析

1.1 地形地貌

研究区所在区域地貌类型为构造剥蚀丘陵地貌、河流侵蚀堆积地貌，整体地势西高东低，海拔高程在885～830 m。

(1) 构造剥蚀丘陵地貌：滑坡隐患处位于奥依曼河中下游地段西侧山体，地貌类型为构造剥蚀丘陵地貌，两个滑坡体之间发育小型冲沟，整体地势西高东低。

(2) 河谷侵蚀堆积地貌：位于奥依曼河西侧阶地上，即研究区东侧的学校至民房一带，呈南北向条带状分布，整体地势西北高东南低，地形平坦、开阔，相对高差较小，地形略有起伏。

1.2 地层岩性

研究区内出露的地层全部为新生界，由老到新分别为①新近系、②第四系上更新统-全新统冲洪积层、③第四系上更新世风积层、④第四系全新统残坡积、⑤第四系全新统人工堆积层。

1.3 地质构造与区域地壳稳定性

1.3.1 地质构造

区域地质构造为天山纬向构造带西部的东西向复杂构造带中，伊犁河断陷盆地的北部、科古尔琴复背斜之南缘。基底为中生代和第三纪地层组成的巩乃斯复向斜，北部山区为北西西向构造带的科古尔琴复背斜。区域上较大的断裂主要为博罗霍罗南坡断裂(F7)和科博河断裂(F10)。

1.3.2 新构造运动与地震

伊犁谷地是新疆地震活动较强烈的区域之一，具有地震活动频度与强度均较高的特点。根据伊犁谷地震中分布规律，地震活动一般发育在活动断裂附近，而研究区距离最近的区域性活动断裂F9约70 km，因此研究区范围内地震活动相对较弱。此外，根据《中国地震动参数区划图(2001)》，研究区所在区的地震动峰值加速度为0.15 g，地震基本烈度为Ⅶ度，据区域地壳稳定性分区和判定指标判定，拟建工程场地属基本稳定区。

1.4 水文地质条件

1.4.1 地下水类型

1)松散岩类孔隙潜水含水组

(1)第四系全新统冲洪积孔隙潜水含水层

主要分布于研究区东侧奥依曼河河床两岸，该河北向南流经研究区，含水层由冲洪积砾石、卵石、砂砾等组成。颗粒粗、孔隙大、透水性好，补给条件充足，厚8.1～14.2 m，地下水量丰富，由北向南径流，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型，溶解性总固体一般小于1 g/L，水质好。地下水以孔隙潜水的形式赋存于冲洪积层中。

(2)第四系全新统风积及残坡积透水不含水层

主要分布在勘查内西侧山坡上，由粉土、砂、砾石和腐质土组成，厚1.5～3.0 m。由于分布位置较高，地形坡度较大，虽透水性较好，但不具储水条件，为透水不含水层。

2)新近系碎屑岩类裂隙孔隙水

广泛分布研究区内，本次勘探钻孔35.1 m内无地下水出露，据在研究区内收集的钻探资料，含水层厚度为20.5～43.5 m。地层岩性主要由砂岩、含砾砂岩、泥岩组成，含水层与隔水层以互层的形式组成。其中隔水层岩性主要以泥岩为主，而含水层岩性主要以砂岩为主。

1.4.2 地下水补给、径流、排泄条件

研究区地下水的补给主要是冰雪融水和大气降雨通过地表风化、构造裂隙入渗补给地下水，以及北部高山区的侧向径流补给地下水。奥依曼河由研究区东侧通过，赋存于奥依曼河两侧的第四系松散洪冲积物，孔隙发育，在河水自北向南运移的过程中，接受河水的补给形成第四系潜水，其运移速度快，径流通畅，为研究区地下水的主要补给源之一。

地下水径流的过程也是地下水不断排泄的过程，地下水的径流方向是由北往南，奥依曼河是排泄通道。

1.5 工程地质条件

1.5.1 软弱-较软泥岩与砂岩互层岩组

主要分布在滑坡体及其四周的第四系地表覆盖层之下，在滑坡体后缘及滑坡体的坡面上零星出露。岩性主要为泥岩、砂岩、含砾砂岩等，根据钻孔采样情况分析，一般0～4 m岩层为强风化，4 m以下为中风化，本次未揭穿，岩体呈层状，抗压强度较大，力学强度较高。根据本次采取岩石样做力学性质试验可知，饱和砂岩单轴抗压强度5.75～9.63 MPa，工程地质条件较好。

1.5.2 粉土与卵石双层结构土体

主要分布在研究区东侧的学校及居民区，呈南北向条带状分布。粉土出露于地表，结构稍密-密实，干燥-稍湿，厚度约1.5～3.5 m，下伏地层岩性为卵石，呈次圆状，砾径一般在2～3 cm，最大约30 cm，颗粒级配好，分选性差，松散无固结，厚度8.1～14.2 m。结合勘察规范以及当地经验综合确定承载力特征值fak=230 kPa。工程地质条件好。

1.5.3 黄土状粉土单体结构土体

广泛分布于研究区内西侧山坡上。黄土状粉土为风积成因，土黄色或者浅棕色，干燥—稍湿，厚度依据原始山体地势有一定厚度变化，一般在1.5～2.0 m，最厚约3.0 m，局部微塑，松散—稍密，具有大孔隙结构。上部受地表降雨入渗影响呈稍湿状态，下部干燥、易碎，具有轻微—强烈湿陷性。

1.5.4 含砾粉土结构土体

主要分布于研究区内古滑坡体上、滑坡后缘及坡面上。地层岩性以粉土为主，含块石、碎石、角砾等，母岩成分以砂岩、泥岩为主，呈尖棱状，砾径组成为：2～20 mm约占10%，20～60 mm约占20%，>60 mm约占5%，余为粉土、砂粒，干燥-稍湿，结构稍密-密实，厚度0.3～1.1 m，滑坡体上分布有裂隙和不稳定土体等不良地质作用。工程地质条件差。

1.5.5 杂填土单体结构土体

主要分布于HP1滑坡体的坡脚，呈近南北向条带状分布。由建筑垃圾、原始山坡土体堆积而成，岩性以粉土为主，结构松散-稍密，土质较均匀，含砖块约10%，工程地质条件差。

1.6 人类工程活动

研究区人类活动主要有两个方面的原因，一是斜坡坡面上人工种植树木，平整了多级平台，采用人工浇灌，由于平台长期侵水造成坡面土体重度增大导致失稳；二是坡角的开挖使斜坡前缘形成了临空面，高度约5～8 m，长度约30～40 m，破坏了斜坡土体的平衡。

2 研究区滑坡地质灾害发育特征

2.1 地质灾害类型及分类

通过勘查发现区内，仅发育一种地质灾害，即滑坡灾害。研究区内HP1和HP2均为潜在滑坡，根据类型可划分为堆积层土质滑坡。滑坡体主要以第四系上更新统风积黄土组成，覆盖厚度1.0～3.8 m，为浅层滑坡，下伏基岩为第三系上新统泥岩砂岩互层。通过对奥依曼布拉克希望小学老师和当地居民的走访了解到，HP2于1997年夏天坡角下人工取土，造成了该斜坡局部滑动，已滑体积约18 696 m3。

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)，滑坡规模级别划分标准和物质组成和结构因素分类，HP1、HP2滑坡类型均为堆积层小型滑坡，属黄土滑坡，按发生年代划分HP2为老滑坡。

2.2 地质灾害发育特征

通过现场勘查，根据地形地貌、揭露的堆积体厚度及岩土体结构情况等特征判断，对滑坡发育坡面形态及滑坡周界进行了圈定，其中HP1潜在滑坡基本特征分述如下：

(1)滑坡体平面形态

HP1潜在滑坡体分布于教学楼西侧山坡，地形呈西高东低、北高南低，潜在滑坡后缘高程为867.95 m，前缘高程为837.02 m，相对高差30.93 m，自然斜坡整体平均坡度29°，潜在滑坡后缘坡度7°～19°，前缘坡度45°，潜在滑坡整体呈上缓下陡。潜在滑坡体周界北、南两侧以小冲沟为界，西侧以后缘分水岭为界，东侧为坡脚。东西宽约58 m，南北长约82 m，面积为4 076 m2，坡向101°。潜在滑坡平面形态整体呈舌形，边界轮廓较清晰，表层植被发育良好，潜在滑坡体地表发育有9条拉张裂缝，整个滑坡体均有发育，潜在滑坡中部裂缝相对较集中，呈直线形，走向多在16°～22°，裂缝宽2～5 cm，最大达20 cm，可见深度5～20 cm，长度4～8 m。

(2)滑体

根据钻孔和探井揭露情况并结合物探资料综合分析，滑坡体平均厚度2 m，滑体堆积厚度前缘和后缘相对较小，厚度在1.3～1.5 m之间，中部厚度最大，滑体岩性以第四系风积黄土为主，体积约8 152 m3。

(3)滑面(带)

根据探井和钻孔成果分析，该滑坡的滑面为第四系风积黄土与第三系强风化泥岩接触面。滑带上部黄土的透水性一般，遇水易软化，滑带下部为泥岩、砂岩，透水性差，起到隔水作用，接触面的倾向与坡向基本一致，在地表水的不断入渗下，受下伏砂岩、泥岩面的阻隔，下部体土容重逐渐增大以至饱和时，滑体将产生滑动，形成滑坡。

(4)滑床

根据钻孔和探井揭露情况并结合物探资料综合分析，滑床为第三系泥岩、砂岩，风化程度强—中，产状280°∠5°，平均埋藏深度2 m，前缘与后缘埋藏深度相对较浅，中部埋藏较深。

3 研究区滑坡地质灾害的形成机制

滑坡灾害的形成机制包括内因和外因两种因素，内因包括地层岩性因素、地形地貌因素等，外因为持续强降雨、融雪入渗及地震和人类活动。

3.1 地层岩性条件

研究区内HP1、HP2潜在滑坡体地层岩性均为上更新统风积黄土，覆盖厚度一般1.5～3.2 m，最大厚度达3.8 m，构成了滑坡的物质来源。黄土具有湿陷性，垂直节理发育，加之下伏基岩为第三系砂岩、泥岩互层，相对隔水，基岩风化后形成砂砾土，易形成滑动面，上部黄土在降雨或融雪水作用下，土体饱和度增加从而加大土体的重度，使其沿软弱结构面下滑，这就为滑坡的形成奠定了基础条件。

3.2 地形地貌条件

地形地貌条件在滑坡灾害形成中起着与地质条件同等重要的作用，是滑坡形成的必要条件。研究区地貌上属低山区，地形东高西低、北高南低，滑坡分布的斜坡坡高约30～40 m，斜坡整体坡度29°～37°，局部较陡，43°～45°，为滑坡的发育创造了有利的地形条件。

3.3 气象、水文条件

研究区属半湿润大陆性温带气候，年平均降水量392.4 mm，其中年最大降水量536.0 mm(1998年)，年最小降水量207.8 mm(2008年)，大气降水是滑坡灾害的主控因素，对滑坡的诱发影响主要体现在：降水入渗(尤其是集中强降雨)使坡体土层含水增加，不仅增大了滑坡土体的重度，破坏斜坡平衡稳定状态，增加下滑力，而且还能促使滑移面形成及软化滑动面，在多次重复剪切下使土体抗剪强度急剧降低，从而诱发形成滑坡。

3.4 人类活动作用

研究区内人类工程活动较强烈，也是诱发地质灾害是主要原因，主要表现在当地居民工程建设时对HP2潜在滑坡坡脚过度开挖取土，造成边坡失稳，垮塌，造成局部滑动。对HP1滑坡坡脚开挖修建教学楼，对坡体挖沟植树。一定程度上破坏了滑坡的土体结构，在坡体上人为形成汇水面，使得强降雨、融雪在坡体汇集后进一步入渗、冲蚀，使得地表水入渗补给滑坡体，增加了土体的容重，破坏了土体的抗剪强度，诱发滑坡发生。