华池县北街桥不稳定斜坡发育特征及成因分析

2020-09-09朱利辉

资源信息与工程 2020年4期

关键词：岩性斜坡工程地质

朱利辉

（甘肃省地质调查院，甘肃兰州730000）

华池县位于黄土高原区，黄土丘陵、沟壑发育，属于地质灾害易发区。北街桥滑坡发育在白马镇王沟门村北街桥安置点北侧，距华池县人民政府约52 km，处于白马镇政府北侧，毗邻县道，交通极为便利。

1 地质环境条件

1.1 气象、水文

华池县属陇中北部冷温带半干旱区，总的气候特点是干旱少雨，光照充足，温凉干燥，降雨不均，冬长夏短，霜期较长。根据华池县气象站资料，多年平均气温8.6 ℃，最冷月（一月）平均气温－13 ℃，最热月（七月）平均气温28.9 ℃，极端高温37.5 ℃，极端低温－23.2 ℃，最大冻结深度1.50 m，无霜期142 ～185 天。

受大陆性季风气候以及地貌和地形的影响，华池县域内在空间分布上降水呈现出由西北向东南递增的趋势。华池县东南部南梁—悦乐一带，年平均降水量536～545 mm 以上；乔川镇以西年降水量减少至425 mm 以下，县域中部地区庙巷—上里塬一带，年平均降水量为475 ～535 mm；县域北西部乔川—怀安一带，年平均降水量达437～469 mm。

研究区位于泾河水系马莲河支流白马河：属马莲河的二级支流，马莲河的发源地为环县樊家川乡堡子坟湾，由白马村杏树咀流入县域境内，于五蛟乡五蛟村南东侧汇入元城河。马莲河全长49.4 km，通过县域境内长34.8 km，河谷比降4.2‰，该河流域面积444 km2，华池县境内流域面积289.3 km2。多年平均入境流量0.121 m3／ s，过境流量0.374 m3／ s，最大洪峰流量1 140 m3／ s（1977 年），多年平均输沙量382×104t，侵蚀模数8 640 t／ km2。研究区位于河谷北岸一级阶地上，场地距离白马河150 m，河水对场地无直接影响，研究区内无地表水。

1.2 地形地貌

华池县位于陇东黄土高原北东部，属丘陵沟壑区，沟壑纵横，地形较为破碎，地势上由北西部向南东部稍倾斜，最大高差671.6 m，最高处位于县域西北部的中山梁，海拔1 781.6 m，最低处位于县域南部林沟口，海拔1 210.0 m。根据地貌成因及其形态特征划分，区内可分为构造侵蚀黄土梁峁沟壑、构造侵蚀黄土残塬和构造侵蚀堆积河谷3 种地貌类型。

研究区位于白马河河谷区，为侵蚀堆积河谷地貌。研究区位于河谷北岸一级阶地上，场地距离白马河150 m。阶面开阔平坦。研究区西侧为马路，北侧为人工开挖不稳定边坡，南侧、东侧为待平整场地。

1.3 地层岩性

研究区内出露的地层比较简单，主要为第四系全新统冲洪积层（Q4al＋pl），以及人工填土，研究区南北侧出露有风积相马兰黄土（Q32eol），现将研究区及相邻区地层岩性特征如下：

风积相马兰黄土（ Q32eol）：分布于研究区北西侧，岩性为浅黄色、土黄色粉土，结构疏松，质地均一，垂向节理发育，具有大孔隙，厚1～1.2 m，总厚度5～20 m。

第四系全新统冲洪积层（ Q4al＋pl）：分布于白马河的北侧台地上，沿河沟谷呈狭长条带状分布，为河流Ⅰ级阶地的主要堆积物，具有典型二元结构。岩性下部为砂砾、卵石层，厚度一般1 ～2.5 m；上部为黄土状粉土、砂土夹小砂砾石，厚度一般小于10 m。

人工填土（ Q4ml）：分布于研究区，为新近堆填土，厚0.5 ～1 m，呈褐黄色，其成分主要为黄土并夹有砂岩、泥岩碎块，土质不均匀、结构松散。

1.4 地质构造与区域地壳稳定性

1.4.1 地质构造

华池县处于鄂尔多斯地块西南部的陇东盆地内，属中生代内陆拗陷盆地，自中晚元古代以来基本上处于长期稳定状态，构造简单微弱。陇东盆地主要构造为天环向斜，向斜两翼地层产状平缓，接触关系平合，其他各种线性构造不甚发育。研究区位于天环向斜东翼北侧，上部为黄土覆盖，深部无大型断裂通过，岩层产状近似水平。

1.4.2 新构造运动与地震

研究区及其周围新构造运动十分频繁，其主要特征是以大面积整体性隆起运动为主，沟头溯源侵蚀现象较为普遍，最终导致主、支沟快速向下切割，形成了特殊的侵蚀沟壑地貌。沟谷两侧坡面重力侵蚀强烈，沟上部边岸不断水平扩展，表现出发育旺盛期的沟谷特点，由此可见研究区内新构造运动十分活跃。

根据国家地震区划图，华池县位于华北地震区鄂尔多斯西南缘地震带，该地震带历史上曾发生多次大的地震，最早地震记载为公元前965 年的庆阳、环县5 级地震，受影响最大地震为1920 年的宁夏海原8.5 级特大地震，华池县境内未发生过大震，主要是来自邻近地区地震的影响［1］。

根据《中国地震动参数区划图》（ GBI8306—2001），华池县抗震设防烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.15g［1］。

2 工程地质条件

根据甘肃省工程地质分区，华池县属陇东黄土高原较不稳定工程地质亚区。依据《岩土体工程地质分类标准》（DZ／ T0219—2004）及《岩土体工程地质分类标准》（DZ／ T0219—2004）对区内岩土体进行工程地质分类，主区内主要为土体，现叙述如下：

根据土体的组成物质和结构连接的基本特征，可将土体划分为：黄土状土、砂砾石双层土体、黄土以及人工填土3 类。

2.1 黄土状土、砂砾石双层土体

分布于研究区内及周围，具有双层结构，上部黄土状土，稍密-松散，物理力学主要性质：天然容重17.0～18.25 kN／ m3，干容重16.66 ～19.60 kN／ m3，比重2.67 g ／ cm3，天然含水率2.25% ～5.76%，孔隙比70.7% ～80.4%，内摩擦角27° ～30o，液限21.0% ～22.3%，湿陷性系数0.013～0.024，属弱湿陷性黄土，地基承载力特征值fak＝90 ～115 kPa；下部为卵石砂砾层，成份以弱变质的砂岩为主，次棱角状，分选性差，物理力学主要性质：天然含水量1.57% ～2.15%，天然容重21.27～21.95 kN／ m3，孔隙比20%，内摩擦角50° ～55°，地基承载力特征值fak＝300～400 kPa。

2.2 黄土

分布于研究区北西侧，为灰黄色、浅黄色黄土，岩石较为酥松且具有大孔隙，质地较为均匀，节理垂直发育。物理力学主要性质：天然含水率1.36% ～5.57%，内摩擦角34°～36.5°，天然容重值14.58～16.06 kN／ m3，比重：2.7 g／ cm3，干容重13.80～14.20 kN／ m3，孔隙比90.1% ～95.3%，液限23.0% ～23.4%，湿陷性系数0.089 ～0.127，湿陷深度12 ～19.8 m，属于强湿陷性黄土，地基承载力特征值fak＝50～100 kPa。

2.3 人工填土

分布于场地的表层，岩性为混杂粉土，厚度1.0～3.0 m。地基土承载力（fak）120～150 kPa。

3 水文地质条件

根据地下水的赋存条件、含水介质和分布的性质，研究区及周围地下水类型主要为松散岩类孔隙水。其又包括黄土孔隙裂隙潜水和河谷冲积层潜水。

3.1 河谷冲积层孔隙潜水

分布于研究区所在的白马河谷北侧上。其含水层主要为卵石、砂砾层，砾石粒径多为0.8 ～2.9 cm之间，最大深度可达4.8 cm，岩性为砂岩、砂质泥岩，呈次圆状，分选性较差。含水岩组厚度较薄，含水层埋深6～8 m，一般在1～3 m 之间。单井涌水量小于100 m3／ d，富水性贫乏。

3.2 黄土孔隙裂隙潜水

分布于研究区北西侧。水位埋深在斜坡坡脚泉水出露处较小，厚度15～50 m。因沟谷切割，单泉流量一般小于1.0 m3／ d。

4 不稳定斜坡特征

目前研究区内项目建设已基本结束，经现场实际调查和对已有成果资料的综合研究和分析，研究区内发育的地质灾害主要为不稳定斜坡，其次为黄土状粉土湿陷。不稳定斜坡为安置区北西侧。

发育特征：位于场地北西侧，走向南东（约50°）展布，坡宽约73 m，坡高16 m，坡度约80°。该坡经过简单的削坡处理，未进行锚构处理，坡顶灌木类植被较为茂密，坡面岩性为黄土状土。发生滑坡、崩塌的可能性较大。其剖面图见图1。

图1 北街桥不稳定斜坡剖面图

5 不稳定斜坡形成原因分析

通过实地调查和收集资料综合分析，研究区内不稳定斜坡主要由地质条件、气象水文条件和人类工程活动共同作用形成。研究区内不稳定斜坡的形成与地形地貌、地层岩性、降水和人类活动有较为密切的关系。

地形地貌：研究区内的不稳定斜坡发育在黄土沟谷地区，地形地貌较复杂。

地质条件：不稳定斜坡主要由全新统黄土状土组成，结构疏松，具有湿陷性，湿陷系数0.050 左右，湿陷等级为Ⅰ、Ⅱ级（中等）非自重湿陷性黄土，黄土结构疏松，具大孔隙，易溶盐含量较高，节理裂隙发育。其土体特性有利于斜坡失稳产生滑坡、崩塌地质灾害［2］。

气象水文条件：研究区降水量分配不平衡，汛期（5～10 月）降水量、降水强度较大，充沛的降水引发不稳定斜坡失稳的主要因素之一。雨水入渗后，加大了坡体自身的重量，降低了土体原有的粘聚力，加大了颗粒滑移的力度，同时在地表水的大量入渗作用下潜蚀作用加强，在沟坡地段发育大量的黄土陷穴、侵蚀形成的沟槽地等破碎微地貌地段，使坡体朝不稳定的方向不断转化，进而使斜坡失稳产生滑坡、崩塌等地质灾害。

人类活动：不稳定斜坡均是由于平整场地时所形成的人工开挖边坡。坡体岩性由黄土状土构成，人工开挖后，斜坡坡度增大，达80°；坡高较大，最高16 m。坡面裸露，增大降水的渗入面积，进而使斜坡失稳产生滑坡、崩塌等地质灾害。