华池县城西北不稳定斜坡成因机制研究

2020-11-10范鹏举

资源信息与工程 2020年5期

范鹏举

(甘肃省地质调查院，甘肃兰州 730000)

华池县位于甘肃省东部，地处六盘山脉关山梁东麓的陇东黄土高原丘陵沟壑区。境内地质构造复杂，新构造运动活动强烈，致使断裂、褶皱较为发育，加之人类工程活动的影响，使得滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害较为严重[1]。

1 自然地理环境概况

研究区位于华池县城中街西部斜坡，华池县职业中学后，总面积约 0.24 km2。研究区交通较方便，打(扮梁)—庆(阳)二级公路(S202)从研究区东侧穿城区而过，与城区道路、村道相连通往工作区。地理坐标：N：36°27′23.62″E：107°58′41.45″。

根据甘肃省气候区划，华池县属于陇中北部冷温半干旱区，气候总的特点是：光照充足，温凉干燥，降雨不均，冬长夏短，霜期较长，自然灾害频繁。据华池县城气象站提供的资料表明，研究区内多年(1965～2003年)平均降雨量493.5 mm，年最大降雨量663.2 mm(1988年)，年最小降雨量仅311.1 mm(1972年)，降雨年变率大。研究区多年平均气温8 ℃，年极端最高气温36.6 ℃，年极端最低气温-26.5 ℃，气温平均日较差11～15 ℃。多年平均蒸发量1 565 mm，平均无霜期145 d，最大冻土深度76 cm。全年平均风速1.7 m/s，年内最多风向为偏北风。

华池县河流属黄河流域泾河水系，研究区位于柔远河流域内东沟与柔远河的交汇处西侧，东沟为柔远河左岸一级支沟，柔远河属马莲河上游左岸一级支流，而马莲河则为泾河一级支流。

2 地质环境条件

2.1 地形地貌

研究区位于陇东黄土高原丘陵沟壑区内，地貌类型属侵蚀黄土丘陵地貌，地势西高东低，最高点为西山山顶，海拔1 410 m，最低点研究区东侧柔远河河谷，海拔1 265 m，相对高差145 m[2]。

2.2 地层岩性

研究区内大部分为黄土所覆盖，在工作区外围的柔远河沟底有基岩出露，区内地层由老至新依次有：

离石黄土：位于研究区马兰黄土下部，与马兰黄土分界较明显，人工改造斜坡上基本被揭露，褐黄色，可见古土壤层(深褐色)与零星的钙质结核(姜石，直径3～5 cm)，土质均匀，分布连续。

马兰黄土：研究区内斜坡大部分为马兰黄土所覆盖，呈披覆式分布于山坡的表层，坡顶较厚，向坡脚逐渐变薄，岩性单一，为灰黄色、浅灰黄色的粉土、粉质黏土，均质、疏松、垂直柱状节理发育，具大孔隙。

2.3 地震

研究区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，而且强度大，频率高，余震不断。据有关资料表明，最早地震记载为公元前965年的庆阳、环县5级地震，最大地震为1920年的宁夏海原8.5级特大地震[3]。至2002年底，该地震带共发生有感地震80余次，其中8.5级特大地震1次；8.0级地震3次；5.0～7.5级地震14次。2008年5月12日，震惊世界的“5.12”汶川地震造成了工作区局部陡坡滑塌等灾害，并未造成人员伤亡。

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010—2016年版)及《建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3055—2011)，工作区抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g。

3 水文地质条件

根据钻孔资料显示，研究区内黄土层内无地下水分布，地下水赋存于基岩裂隙内。沟谷冲洪积层潜水：在研究区主要分布于柔远河局部河沟谷漫滩，Ⅰ级阶地冲洪积层为零星微弱的含水层或透水不含水岩层，泉水流量小于10 m3/d，矿化度小于1 g/L，水化学类型为HCO3-Na+型。

4 岩土体工程地质特性

根据勘查区岩土体类型及其工程地质性质可划分为以下类型：

土体工程地质特性：

黄土：马兰黄土厚度5～20 m，土质较均匀，具大孔隙，垂直节理裂隙发育。天然含水率9.5%～12%，天然容重13.6～14.5 kN/m3，干容重12.4～13.2 kN/m3，孔隙率50.1%～53.6%，液限25.4%～26.0%，塑限16.4%～16.7%，压缩系数0.18～0.67 MPa-1，压缩模量3.19～11.56 MPa，黏聚力16.6～18.2 kPa，内摩擦角25.8°～27.0°，湿陷性系数0.030～0.054，属湿陷性黄土；离石黄土致密，含钙质结核，属于非湿陷性黄土。

岩体工程地质特性：

沉积相软弱-半坚硬层状砂质泥岩岩组：该岩组为白垩系环河组泥岩，强风化，在人工开挖的高陡边坡下部呈带状产出，岩性为蓝灰、灰绿色与紫褐色泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩，粉粒状结构，块状构造，泥岩表面风化强烈，节理、裂隙极为发育。天然容重22.423.1 kN/m3，干容重20.6～21.5 kN/m3，天然含水率7.34%～8.48%，孔隙率11.29～15.26%，天然抗压强度8.22～8.41 MPa，残余内摩擦角31.3°～32.4°，黏聚力2.35～3.20 MPa。

5 不稳定斜坡的发育特征

5.1 X1不稳定边坡

X1不稳定斜坡平面形态呈近直线状，近南北向展布，南北向长34 m，东西宽约20 m，高差4.5 m，坡度70°～80°，斜坡平面总面积约0.068×104m2，坡向155°。该斜坡原为黄土梁峁缓坡地带，受人为开挖呈陡坎后修筑窑洞，坡脚原有窑洞现已废弃，未封堵，坡面进行了修整，现状坡面较光滑平整。斜坡坡度较陡，坡面几乎无植被发育；斜坡横向上整体基本呈等高，高低起伏变化不大。见图1。

图1 X1不稳定斜坡特征

5.2 X2不稳定边坡

X2不稳定斜坡位于华池县城西北滑坡区最北端的杨庄子沟沟口右岸斜坡地带，华池县职业中学西北侧，发育于黄土梁坡地带，详见图2。根据斜坡发育特征，将其分为AB、BC段：

图2 X2不稳定斜坡特征

AB段：X2不稳定斜坡AB段平面形态呈直线状，近南北向展布，南北向长218 m，东西宽约20 m，高差6～10 m，坡度70°～85°，斜坡平面总面积约0.436×104m2，坡向约177°。该斜坡坡面主要为坡脚人工开挖形成的高陡斜坡，坡脚修建了浆砌块石挡墙，斜坡整体呈“东高西低”，临空面较大，坡面较为光滑，植被稀疏。斜坡坡顶为道路及居民区，局部村户已搬迁，斜坡前缘及坡脚原为华池县职业中学老校区。

BC段：X2不稳定斜坡BC段平面形态呈近弧形状，近南北向展布，南北向长192 m，东西宽约40 m，高差10～20 m，坡度55°～65°，斜坡平面总面积约0.768×104m2，坡向约186°。该斜坡坡面主要为坡脚人工开挖形成的高陡斜坡，坡面进行人工修整，较为规整，斜坡中部因开挖形成一小平台，宽1～1.5 m，高5～6 m，平台上部斜坡高5～15 m，斜坡整体呈“中间高，两边低”，临空面大，坡面较为光滑，植被稀疏。斜坡坡顶为山坡，南段坡顶为乡村土路及1户居民院落，该村户现已搬迁，受人类工程活动影响坡顶地形高低起伏变化较大、错坎发育。斜坡前缘及坡脚原为华池县职业中学新校区拟建场地。

5.3 X3不稳定边坡

X3不稳定斜坡位于华池县城西北滑坡区最北侧、柔远河左岸斜坡地带、华池县职业中学北侧，发育于黄土梁坡地带。

斜坡平面形态呈近直线状，近南北向展布，东西向长50 m，南北向宽约15，高差5～8 m，坡度50°～65°，斜坡平面总面积约0.04×104m2，坡向约93°。该斜坡原为黄土梁峁缓坡地带，斜坡经人工修整，坡面较为平整，整体呈“西高东低，西缓北陡”，临空面较大，坡面较为光滑，植被不发育。斜坡坡顶为村路及住户，斜坡前缘及坡脚原为为华池县中等职业学校用地。

6 不稳定边坡形成机制分析

6.1 地形地貌

不稳定斜坡坡体的临空条件好。区内斜坡坡高4～20 m不等，平均坡度较大，局部近直立状，适宜的坡度和一定的高差是产生斜坡失稳的基本地形条件。勘查区内斜坡坡面陡峭，为坡体的潜在崩塌、滑移提供了良好的地形条件。

6.2 地层岩性

区内斜坡主要由黄土组成，斜坡顶部马兰黄土，下部为离石黄土，岩性主要为粉质黏土，土层之间存在异性结构面，构成“双层异质”结构体。岩性的显著差别，导致力学强度的明显差异性，在适宜条件下很容易形成软弱结构面，从而发展为连续贯通的滑动面，为斜坡滑动变形孕育奠定了物质基础[4]。从坡体物质组成看，该斜坡体上部为马兰黄土，力学性质较差，在天然状态、含水量较低条件下具有较大自然休止角(壁立性较好)。人为改造切坡只要保持合理的削坡角度，在适当的条件下自身依然可以稳定。但其具大孔隙性，垂直节理发育，土质相对软弱，利于地表水的入渗和流通。在降雨、地震或其他触发因素下稳定性下降，极易产生滑动或坍塌。下部离石黄土虽然干强度及压缩固结程度较高，但遇水后，土层迅速软化，力学强度显著降低，形成软弱结构面。坡体在降雨、地震或其他触发因素下稳定性下降，极易产生滑动变形。

6.3 水的作用

区内不稳定斜坡体内地下水不发育，因此，地下水对斜坡稳定性影响较小。该斜坡坡体物质结构较松散，具大孔隙，坡面垂直裂缝等发育，且坡体表面植被覆盖率差，大气降水容易下渗，导致土体饱和，软化后抗剪强度急剧降低，形成软弱结构面，从而使破裂面产生。据统计资料显示，该不稳定斜坡区内降水主要集中在夏季，且暴雨较多。加之，区内斜坡体上下居民密布，无系统排水设施，导致坡体排水不畅，雨水大量渗入坡体，部分雨水滞留于坡体浅表层，使坡体含水量增加，坡体重量随之加大；部分雨水沿黄土节理、裂隙入渗到坡体软弱带内，进一步加速坡体蠕滑变形的发展。因此，地表水作用为该不稳定斜坡产生变形的主要诱发因素之一。