陕北地区矿山地质灾害的成因机制研究
2021-01-24王维超袁湘秦
王维超，袁湘秦
（陕西工程勘察研究院有限公司，陕西 西安 710000）
陕北地区属于黄土高原地貌，在内外地质营力的作用下，形成了现今沟壑纵横、梁峁起伏、坡面陡峭、地形残破、陷穴遍坡的黄土峁梁和梁涧地形地貌，地质环境条件较脆弱，是我国地质灾害高易发区，区内地质灾害遍布，给当地正常生产生活带来了极大的威胁[1-5]。
因此，本文选取陕北典型黄土地质灾害—长庆油田分公司第九采油厂吴三联合站地质灾害为例，分析研究此类地质灾害的成因机制，能够为该地区黄土地质灾害的防治提供一定的理论支持。
1 地质灾害基本特征
吴三联合站地质灾害为一滑坡群，位于陕西省吴起县榆树沟村，如图1所示，按滑坡变形强弱划分为北部西侧潜在滑坡（1区）、北部东侧潜在滑坡（2区）、南部西侧基本稳定边坡（3区）和南部东侧潜在滑坡（4区）。平面形态呈明显的圈椅状。各区滑坡体积均大于10万立方米，小于100万立方米，为中型滑坡。
滑坡群所在区域地貌属黄土梁峁区，在新构造运动和河流侵蚀等综合因素的作用下，形成梁沟相间、连绵起伏的地形。场地地貌单元属于黄土峁之间的黄土梁，梁顶较平缓，呈长梁状，沟谷深，沟坡陡，多呈V型，沟深约50.0m～70.0m。
图1 滑坡分布平面图
根据钻探资料，滑坡滑体物质为第四系上更新统马兰黄土和第四系中更新统离石黄土，其中马兰黄土土质疏松、具大孔隙、垂直节理发育，易于地表水的入渗。离石黄土结构较致密，含钙质结核层，为相对隔水层。滑带物质为饱和离石黄土，以软塑状态为主，局部为流塑状态，受坡体滑动力的影响，土体结构杂乱。滑床物质为新近系红黏土。滑动面位于第四系中更新统离石黄土与新近系红黏土的接触带，最深埋深为24m，1区潜在滑坡软弱面倾向265°，倾角约11°～31°，形态呈中下缓上部陡；2区和4区潜在滑坡软弱面倾向95°～105°，倾角一般9°～26°，局部地段坡脚较平缓，均属于中层黄土滑坡（图2所示）。滑坡体内未见有地下水位。
图2 滑坡剖面图
目前滑坡处于前期发展阶段，滑坡体变形特征表现为蠕动变形，滑动距离较小。
2 滑坡成因机制分析
2.1 滑坡形成的影响因素分析
滑坡的形成主要受地形地貌、地层岩性和水（降雨和地表、地下水）的影响。其中，地形是滑坡形成的必要条件，岩性是滑坡形成的物质基础，水是滑坡形成的主要的诱发因素。
从地形地貌看，坡体位于两个黄土峁之间的黄土梁的两侧的斜坡地带，边坡高度介于40m～74m，坡体较陡，一般为50°～60°。坡体前缘具有一定的临空高度，为滑坡的形成提供了有利的地形条件。
其次，从坡体堆积物质看，其坡体上部主要物质为较松散回填土、黄土（粉土），下部为新近系红粘土。其接触面受原始地形的控制，呈中部高东西两侧低的特征，形成了倾向两侧沟谷的结构面，由于地层形成时代及成因的差异，形成上部较软松散，下部坚硬致密的地层结构，为滑坡的形成提供了有利的物质和结构条件。
再次，由于勘察区降雨等影响，大量降水渗入坡体内部，上部填土及黄土土体结构相对较疏松，孔隙裂隙较发育，有利于降雨和地表水下渗，由于新近系红黏土的隔水作用，在新近系顶部形成相对隔水层，饱和软化第四系中更新统离石黄土，形成滑动面（带）。
2.2 滑动带（面）的形成
根据钻探结果，第四系中更新统离石黄土（粉土），呈湿～饱和状态，以软塑状态为主，局部为流塑状态，天然状态下抗剪强度指标远小于其余土层，且该土层倾向与边坡倾向一致，构成外倾的软弱结构面。因此，该软弱结构面即为该滑坡的滑动带或滑面。
2.3 次级破裂面的形成
本次勘察现场对裂隙的发育分布情况调查、测绘，结合物探成果及资料的综合分析，目前场地内的地面裂缝、地基下陷、墙体开裂等现象均为在滑坡体上发育的次级破裂面在地表的变形反映。
次级破裂面的形成原因：由于第四系中更新统离石黄土构成的外倾的软弱滑动带（面）的存在，边坡土体在自身重力的作用下，具有沿着滑动带（面），向沟谷方向滑动的势能，在滑坡形成的初期，坡体处于蠕动变形阶段，滑动距离小，坡体内的土体受重力影响，在土体内发生剪切破坏，产生的剪切面与土体中原生节理裂隙重合迭加，即在坡体内形成了次级破裂面，钻探及物探成果表明，滑坡体内的次级破裂面具有多条，并近似平行分布，这些次级破裂面与地表的裂缝重合迭加一体；在地表形成裂缝，并由地面向下纵深发展延伸。
2.4 黄土滑坡形成机制
通过以上分析，陕北黄土滑坡形成机制主要为高陡的黄土地形条件为滑坡的形成提供了空间条件，离石黄土中存在有相对隔水层，为形成饱和软弱带提供了地层结构条件，降雨以及人类工程活动产生的生活用水为滑带的形成提供了水源条件。当降雨及生活用水下渗至相对隔水层形成局部饱水带时，由于离石黄土饱和后，抗剪强度急剧降低，抗滑力降低，最终土体剪切破坏，坡体发生滑动，形成滑坡。
3 防治措施建议
基于对滑坡形成机制的研究，其治理方案可选择锚索抗滑桩结合坡率法联合使用的措施。锚索的锚固段应穿过滑裂面或软弱结构面进入可靠的持力层中，建议基础持力层应选新近系红黏土，并深入红黏土一定深度。在挡墙或抗滑桩后部(内侧)修建排水盲沟，排水盲沟应深入至饱和的第四系中更新统离石黄土中，在挡墙上设置仰斜排水孔，并做好防渗漏措施。
在坡体范围内及周界外侧，应修建完善的排水系统（沟、渠），并应采取水泥砂浆或浆砌石片处理，做好底部防渗漏措施，确保降雨、地表水及时畅通排泄。并进行长期的边坡变形监测。
4 结语
在滑坡治理之前，一定要对滑坡的基本特征和形成机制进行详细的研究。在研究成果的基础上，采取有针对性的工程治理手段。
