特克斯达坂滑坡灾害发育特征、成因机制及防治措施

曹小红 尚彦军 弓小平

摘  要：地形、岩土性质与岩土结构、降水及融雪为滑坡的发生提供了极有利的条件。通过现场调查、文献调研，分析特克斯达坂滑坡灾害发育特征及孕灾机制，计算其稳定性，推测其形成的力学机制为推移式;揭示特克斯黄土+泥岩结构、黄土+基岩（灰岩）结构、黄土+砂砾石+软岩（泥岩）岩土体结构主要滑坡类型的致滑机理;对研究区内不稳定斜坡采用“内外钢丝网+横纵混凝土梁+混凝土盖和防护柱（外壁带钢筋倒刺）+黄土中植草”加固。

关键词：滑坡灾害;发育特征;成因机制;稳定性;防治措施

地质灾害属自然灾害，主要包括崩塌、滑坡、泥石流等，是地壳表层在地球内、外动力共同作用下，对人类生命及生态环境造成破坏的地质作用。地质灾害频繁发生，不仅反映自然地质环境的脆弱性，也反映了人类工程活动与地质环境间的矛盾[1]。地质灾害广泛分布于世界各地，随着人类活动规模与强度的不断增大，越来越多地干预地球表层演化的自然过程，导致地质灾害发生的频率越来越高，影响的范围越来越大。

伊犁是新疆地质灾害发生较严重地区，近几年来发生山体滑坡的频率和面积越来越大，地质灾害不仅破坏生态环境，更造成巨大经济损失和人员伤亡。本次研究选择天山山脉西段伊犁哈萨克自治州特克斯县特克斯达坂滑坡灾害为研究对象，分析其发育特征，探讨其形成机理，为减灾防灾提供参考。

1  地质环境条件

1.1  地形地貌

特克斯达坂滑坡位于特克斯达坂公路（K13+543），滑坡所在地貌单元属新构造运动地壳抬升后剥蚀作用形成的中高山，海拔1 700～1 800 m，地形起伏最大高差100 m左右，新近系之上有黄土覆盖。特克斯达坂滑坡区地形总体呈西高东低，滑坡体呈上陡下缓的阶梯状斜坡地形，坡度11°～20°。坡体植被发育一般，覆盖率30%～40%。受降水侵蚀影响，斜坡北部发育一条冲沟，冲沟走向130°左右。

1.2  地层岩性

特克斯达坂滑坡范围内出露地层主要有石炭系、新近系和第四系。石炭系主要分布于勘察区西北及东侧切割强烈的山体，为一套浅海相-陆源碎屑、中基性火山岩建造，岩性主要为薄-中厚层状灰岩、砂质灰岩等。第四系出露地层主要有上更新统风积层及全新统冲积层。

1.3  岩土体工程地质类型

如图1所示，研究区内岩土体可划分5类工程地质岩组+2类土体，各工程地质岩组分布及工程地质特征分述如下：

（1）块状坚硬侵入岩组分布在南部山区的中部，呈EW向延伸，由华力西中晚期侵入岩组成，岩性以花岗岩、细晶花岗岩类为主，岩性均一，完整性好，坚硬、致密块状，工程地质性能良好。

（2）坚硬-较坚硬中-厚层状碳酸盐岩岩组大面积分布于县境南部至北部的中山-高山地区，岩性主要为灰绿色凝灰粗砂岩、砂砾岩、粉砂岩、砂质灰岩、灰岩、砾状碎屑灰岩，局部夹砂岩、钙质粉砂岩。以层状结构为主，岩石坚硬、工程地质条件较好，在山区断裂破碎带及沟谷深切处易形成崩塌，也易为泥石流提供物源。

（3）互层状较坚硬-较软弱以砂岩、泥岩为主的碎屑岩岩组出露面积少，主要分布在阔克铁热克乡东侧地区，其次在托斯景牧场北侧山坡稍有发育，以砂岩、泥岩及正常碎屑岩为主，抗风化能力强。

（4）块状、层状较坚硬-较软弱砂岩为主的碎屑岩岩组呈条带状分布于县境北部及特克斯达坂一带，岩性主要为砂岩、粗砂岩和钙质粉砂岩等，构造运动强烈，岩石多呈中等-强风化，工程地质条件一般，县内煤矿多分布于此，易形成地面塌陷。

（5）层状软弱-较软弱泥岩为主的碎屑岩岩组主要分布在县境西北部吾尔塔米斯沟、乔拉克米斯沟、苏阿苏沟、巴哈勒克等沟谷的中下游地区，由软弱的新近系组成，岩性多为棕红色、棕黄色泥岩，抗风化能力差，是县内黄土滑坡的高发地区。

（6）砂卵砾石单层土体出露面积小，主要分布在乔拉克铁热克乡东南侧，主要为砂石、砾石，磨圆度高，分选性一般。

（7）粉土、砂、砾石双层土体分布面积较大，主要分布在河谷地带，沿着乡镇呈不规则状分布，也是县域内地质频发区和重灾区。

1.4  水文地质条件

研究区地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水及碎屑岩类裂隙、孔隙水。第四系松散岩类孔隙水主要分布于勘察区沟谷地带，主要接受大气降水的渗入补给，含水层岩性为砂卵砾石层，卵砾石直径8～20 cm，最大30 cm，地下潜水水位埋深一般小于3 m，单井涌水量100～1 000 m3/d，水量中等，水质较好。碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存于古近系泥岩、砂岩裂隙、孔隙中，裸露较少，以山区大气降水和冰雪融水入渗补给为主，为HCO3·SO4-Ca·Na型水。由于地表径流利于地表水的排泄，加之古近系泥岩透水性较差，故碎屑岩类孔隙裂隙水水量欠丰。

1.5  人类工程活动

研究區人类工程活动强烈，主要为放牧和修建道路。近年来，随着人口增长和牲畜数量增大，过度放牧使草场载畜量过大，山坡土体践踏严重，导致草场退化严重、地表植被覆盖率降低、自然生态环境遭受破坏。在降水、地震等因素影响下，勘察区内极易诱发滑坡灾害，给社会经济和人民财产带来严重损失[2]。

2  滑坡发育特征

如图2所示，达坂公路（省道202）从特克斯达坂滑坡体上通过。滑坡所在山体斜坡高120 m，坡长300 m，宽约232 m，面积约6.96×104 m2，平均坡度12°，主滑方向为NE80°。滑坡体主勘探线剖面图见图3。该滑坡无明显滑坡后壁，滑坡中部由于切割坡体修路形成陡坎，陡坎高约3～3.5 m，坡体表层为松散粉土层，左右两侧滑坡边界向下延伸近350 m至沟床。滑坡独有的微地貌特征明显，滑坡形成的堆积体分布于坡体中下部（道路下），能观测到的裂缝仅在滑坡上部和中部道路上有数条，上部裂缝长约8～10 m，宽2～10 cm，中部受滑动挤压，形成数条长5～20 m的裂缝，最大宽度10～15 cm，整个滑坡下部呈鼓丘状地形。滑坡前缘被堆积物覆盖，滑动带与剪出口在地面上不可见。根据钻探，主滑方向滑动带埋深0.5～8.7 m，经计算，滑坡体积为40.28×104 m3，属中型规模滑坡。

3  致滑机理分析

致使滑坡形成的原因包括内因和外因两个方面，二者共同作用在斜坡体上，使斜坡体抗滑力逐步削弱至丧失。内因是斜坡体自身的组构条件，主要是地质因素，包括构造、岩性、水文地质、地形地貌等因素;外因是导致斜坡体抗力削弱至失稳滑动的外在作用，主要包括地震、持续强降雨、融雪作用和人类活动等。

3.1  影响因素

3.1.1  内因

地形因素  地形坡度不仅影响斜坡内的应力分布，且对斜坡表面地表水径流、斜坡体内地下水的补给与排泄、斜坡上松散物堆积厚度、植被发育等起决定性控制作用[3]，控制着斜坡的稳定性。滑坡体平均坡度在12°，滑坡中部坡度大于60°，从地形角度分析，滑坡有着巨大势能，利于滑坡的发生。

岩土性质与岩土结构  滑坡区内厚度不一的粉土直接覆盖在新近系泥岩之上，构成滑坡的物质来源，是滑坡发生与发展的物质基础。经室内岩土测试分析，区内粉土为低液限粉土，上部发育成土壤，由于土壤层透水性强，粉土层虫孔、大空隙构造和垂直节理较发育，下伏泥岩透水性差，在长期春季融雪水和雨水作用下，上部土层的抗剪强度随着含水量的增加迅速下降，形成易滑地层。

地下水  钻孔揭示滑坡区内未见地下水出露，不能辨别地下水对滑坡的影响。

3.1.2  外因

降水及融雪  该滑坡发生于2002年5月，据气象资料统计，5月份降雨量89 mm，4月16日至5月12日期间，降雨量达143.3 mm，且3-5月又是融雪季节，大量雪水渗入地下，土层饱水程度增高，土体抗剪强度遇到累积性破坏，可诱发滑坡。据以往调查资料统计分析，周边黄土滑坡主要发生在降水及融雪季节。

地震  研究区地震动峰值加速度0.20 g，基本烈度为Ⅷ度。根据收集的资料，特克斯县有记载的最晚一次地震发生于1970年的5.4级地震，区内潜在滑坡发生时间是2002年，地震活动对滑坡的直接影响缺少判断依据[4-5]。

人类工程活动  研究区内人类工程活动主要为开山修路。由于对坡体削坡、开挖、堆方工程等，且来往车辆众多，车辆自重长期加载在滑坡体上，破坏了坡体稳定性，易诱发滑坡发生。

3.2  形成机理

特克斯县新近系和古近系砂、砾岩、泥岩上覆第四系黄土地区滑坡发育密集。中高山区滑坡主要发育在第四系风积黄土与古生界坚硬基岩组成的斜坡结构上，大多沿山区公路分布，主要是由于人为开挖边坡诱发[6]。

特克斯县的滑坡受黄土分布控制，主要发生在3种岩土体组合上（图4）：第一种类型为黄土直接披覆于软岩（泥岩）之上的斜坡结构（图4-①），滑动带位于土体和泥岩的接触面上，这类滑坡在降雨及融雪条件下水分不易下渗，常在表层达到饱和，在坡面加载、降雨等长期作用下易发生滑坡;第二种类型为黄土直接覆盖于基岩之上（图4-②），这类滑坡一般形成的坡度较陡，多在30～40°左右，黄土覆盖较薄，在降雨等条件下多发生高速滑动，属推移式滑坡;第三种类型为黄土覆盖于第四系砂砾石之上，而砾岩、泥岩等软岩又上覆砂砾石层（图4-③），这类滑坡在降水及融雪水下渗后，常在砂砾石层形成透水层，有些又与泉水混合，滑动带很难确定，往往发生黄土和砂砾石层一起滑动的情形[7]。

滑坡区主勘探线剖面调查表明（图3），滑坡体的平均坡度在12°之间，中部坡度大于60°，该滑坡存在较大的势能，导致斜坡稳定性差。滑坡体结构为上部为第四系上更新统风积层，主要为粉土，下伏新近系泥岩，粉土和泥岩构成了滑坡的软弱结构面，泥岩面具有一定的坡度并倾向临空面，并且临空面的坡度大于软结构面的坡度，此条件下容易导致斜坡失稳。岩土测试表明，滑坡区内的粉土为低液限粉土，上部发育成土壤层，加之粉土层垂直节理和大孔隙构造较为发育，透水性极强，而下伏的泥岩层透水性极差，导致粉土层的含水量增加，随着含水量的增加，粉土層的抗剪强度下降，形成极易滑坡的地层。该滑坡体发生在2002年5月。气象资料表明，5月份区内降雨量89 mm，在4月16日至5月12日期间，降雨量达143.3 mm，且3～5月又是融雪季节。土体的自身容重随着降水量的增加而增加，土体抗剪强度遇到持续的累积性破坏，土体沿着软弱结构面向下运动，发生滑坡。该滑坡的成因结构模式为图4-①。按滑坡体受力运动形式，滑坡可分为牵引式和推移式滑坡。其中，牵引式滑坡变形特征一般为土体向临空方向的剪切蠕动，坡体上产生自地表向深部的拉裂，进一步明显变形产生贯通良好的拉裂缝，然后剪切进一步贯通，地表裂缝增多，伴有局部崩滑、掉块产生，最终滑动面产生坍塌;推移式滑坡的变形特征一般表现为土体向临空方向迅速剪切滑动，剪切面由已有软弱结构面控制，坡体变形是由深部潜在剪切面逐步向地表发展，滑坡体后缘与剪切口位于地形变化转折部位。根据现场对特克斯达坂滑坡特征的分析，该滑坡属于推移式滑坡。

4  特克斯达坂东侧滑坡稳定性计算

采用瑞典圆弧滑动法分析、计算特克斯达坂东侧斜坡在天然自重、自重+暴雨和自重+暴雨+地震3种工况下的稳定性。分析结果表明，该斜坡天然状态下基本稳定，暴雨或持续降雨条件下不稳定，暴雨和地震双重作用下不稳定。影响滑坡稳定的有利滑坡的地形条件、不利于稳定的岩土体性质及结构、地下水等内部因素，还有降水、融雪入渗、地震、地表水和人类工程活动等外在因素，诱发滑坡的主要控制因素为降水、融雪入渗和人类工程活动。

人类活动对斜坡稳定性影响表现为牛羊踩踏植被改变或破坏斜坡形态、斜坡表层土体疏松、雨水入渗条件改变、人工削坡等，结合现场勘察，建立上部为黄土+泥岩的滑坡结构模式边坡简化模型（图5），在FLAC软件模拟计算中通过降低土体抗剪强度指标粘聚力、内摩擦角的形式计算，不考虑地下水的作用，输入表1中的力学参数，计算天然状态下该边坡稳定性系数为1.18（图6）;图7是考虑过度放牧、人类工程活动改变斜坡形态、雨水入渗条件的稳定系数0.99，可看出过度放牧、人类工程活动使坡体稳定性系数降低。图8显示计算时长0.2 s后坡体后缘拉张破坏、坡脚受剪破坏区逐渐增大。据潜在滑坡现今活动特征，综合分析各种影响因素，参考斜坡稳定性计算结果，可以认为：目前滑坡处于较稳定状态，今后如果发生强烈地震、强降雨或有较大规模扰动坡脚的人类工程活动，发生较大规模滑坡的可能性急剧增大。

5  不稳定斜坡防治措施

边坡体在被厚层岩石破碎带、断层破碎带穿过时，大部分边坡体的下滑力较大，需要采用重型支护结构进行防护，如采用锚索、抗滑桩、锚索抗滑桩、抗滑桩板桩墙、锚索抗滑桩板桩墙等[8]。一般采用抗滑桩或锚索抗滑桩;抗滑桩板桩墙或锚索抗滑桩板桩墙等结构进行边坡防护的费用较锚索为高。当采用锚索进行防护时，由于锚索设置的间距一般较大，坡面岩土体又比较破碎，单独采用锚索无法保证锚索间边坡体浅层的滑动或崩塌，因此，需要锚索和另外一种支护结构相结合，形成复合支护结构。在已有复合支护结构类型中，锚索墩（板）为“锚索+墩（或板）”这一复合支护结构由于其底面积有限，不可能形成对锚索间破碎岩体的有效防护;锚索地梁为“锚索+ 钢筋混凝土梁”这一复合支护结构只是形成一个个毫无关联的条带状约束，地梁的约束范围也是有限的;锚索间破碎岩土体的崩塌、滑动问题不可能得到有效解决;锚索格构梁为“锚索+ 十字交叉钢筋混凝土梁”由于其为十字交叉结构，大大约束了坡面破碎岩土体的变形，但框格中心部分的破碎岩体还会在四周锚索及格构梁的强力约束下继续垮落、崩塌，且解决不了岩石的继续风化、剥落等问题;锚索网为“钢带+ 锚索+ 锚杆+ 钢筋网”四者形成的复合支护结构，主要用于煤炭采掘巷道的支护，其大大限制了锚索间表面破碎岩土体的变形，防止了表层破碎岩土体的滑动、崩塌与坠落，但由于破碎岩土体表层没有封闭，此种复合支护结构解决不了永久边坡坡面岩土体的风化及剥落问题。

本文提出利用“内外钢丝网+横纵混凝土梁+混凝土盖和防护柱（外壁带钢筋倒刺）”复合防护体系（图9），包纵向混凝土梁、横向混凝土梁、外钢丝网、内钢丝网、紧固混凝土盖和防护柱，内钢丝网的横向上设置有横向混凝土梁，内钢丝网的纵向上设置有纵向混凝土梁，纵向混凝土梁和横向混凝土梁交错处设置有防护柱，防护柱内部设置有紧固钢筋，防护柱内设置有混凝土层，防护柱顶端设置有紧固混凝土盖，紧固钢筋的顶端与紧固混凝土盖浇筑固定在一起，纵向混凝土梁和横向混凝土梁的上表面设置有外钢丝网，外钢丝网通过紧固混凝土盖与纵向混凝土梁和横向混凝土梁贴合固定在一起。注意，防护柱外壁上设置有钢筋倒刺。外钢丝网和内钢丝网之间填有黄土。

这套综合防护结构简单，操作方便，通过纵向混凝土梁、横向混凝土梁将内钢丝网紧紧贴附在边坡上，与边坡成为一体，通过纵向混凝土梁和横向混凝土梁交错处设置有防护柱为主要受力构件，以钢丝网、混凝土等为辅助受力构件共同组成复合防护结构，提高了锚索对破碎岩体的整体支护能力，在实际应用中效果良好，防止了破碎岩土体的进一步风化及剥落，外钢丝网通过紧固混凝土盖与纵向混凝土梁和横向混凝土梁贴合固定在一起，设置双层钢丝网进行双层防护作用;外钢丝网和内钢丝网之间填有黄土可以种植草坪起到加固作用。后期跟踪调查抗滑桩防治初期效果明显，桩身入土大于1/3桩长;在靠近公路一侧采用板桩墙防护，在较陡的层状泥岩为主的碎屑岩斜坡中，适宜采用上述复合防护体系+黄土中植草加固措施。

6  结论

（1）特克斯达阪滑坡为推移式滑坡。

（2）地形、岩土性质与强度、降水及融雪为滑坡的发生提供了极为有利的条件，在灾害防治及预警中必须考虑。

（3）采用瑞典圆弧滑动法、FLAC软件建模分析、计算特克斯达坂东侧斜坡在自重、自重+暴雨和自重+暴雨+地震3种工况下的稳定性，特克斯达坂东侧滑坡天然状态下基本稳定，暴雨或持续降雨条件下不稳定，暴雨和地震双重作用下不稳定;过度放牧、人类工程活动条件下坡体稳定性系数降低，坡体后缘受拉破坏、坡脚受剪破坏区逐渐增大。

（4）对特克斯达坂东侧滑坡适宜抗滑桩、板桩墙防治，在较陡的层状泥岩为主的碎屑岩斜坡中，采用“内外钢丝网+横纵混凝土梁+混凝土盖和防护柱（外壁带钢筋倒刺）+黄土中植草”加固措施，效果较好。

参考文献

[1]    王现国，葛雁，吴东民，等，河南省小秦岭地区地质灾害研究[M].  中国地质大学出版社.2010.

[2]    李守定，白亚恒，姜越，等.基于内外动力耦合成因理论的新疆地质灾害气象预警显式统计模型[J].地球科学与环境学报，2017，     39 （2）：286-300.

[3]    胡卫忠.新疆地质灾害及减灾防治对策[J].地质灾害与环境保护，    1992（2）：16-22.

[4]    李帅，陈建波，吴国栋.2012年新疆新源—和静M_S6.6地震极震区地质灾害特征研究[J].地震研究，2015，38（03）：389-395+517.

[5]    李帅，许冲，陈建波，等.新疆新源、和靜交界M_S6.6地震地质灾害诱发因素浅析[J].内陆地震，2012，26（4）：365-372.

[6]    陈文平，韩小明，范英霞.SPOT 5影像数据在伊犁谷地地质灾害遥感调查中的应用[J].新疆地质，2008，26（4）：396-398.

[7]    刘威，廖灵芝.新疆新源县阿拉善村滑坡地质灾害特征分析[J].地下水，2018，40（2）：125-126+162.

[8]    田宪好，安飞，兆轶林.新疆巩留县沙尕村地质灾害特征与防治[J].西部探矿工程，2010，22（8）：100-102.

Abstract： Topography， geotechnical properties and geotechnical structure， precipitation and snowmelt provide extremely beneficial to conditions for the occurrence of landslides. This paper analyzes the development characteristics of the landslide and the mechanism of pregnancy disaster through field investigation and literature investigation. Its stability is presumed to be a landslide; it reveals the loess and mudstone structure， loess and bedrock （limestone） structure， loess and sand gravel and soft rock （mudstone） rock and soil structure in Turks County. The landslide type causes the sliding mechanism; Adopting "inside and outside steel wire mesh + transverse longitudinal concrete beam + concrete cover and guard column （outer wall with steel bars barbed） + planting grass in loess" reinforce.

Key words： Landslide hazard;Developmental characteristics;Genetic mechanism;Stability; Protection measures