地块边缘地带破坏机理及防治研究

高长红

（陕西省土地工程建设集团有限责任公司铜川分公司,陕西 西安 710075）

1 前言

占补平衡是我国推行的一项保障18 亿亩耕地红线的重要决策。黄土地区地质环境脆弱,常见的地灾有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地面开裂（地裂缝）,在坡度不超过30°的荒坡上进行土地平整工作,原有等边坡稳定状态被打破。同样,建成后的边缘地带也处于不稳定状态,因此会面临很多关于地质方面的问题。

地块边缘地带破坏现象主要发生在湿陷性黄土地区,大多数研究都是关于土地平整过程中发生的灾害,而建成以后发生的灾害关注度明显不足,几乎没有此方面的研究[1-6],员学锋等认为影响黄土侵蚀主要因素有人口分布、降水、土地利用类型、海拔和土壤类型[7]。

陕西铜川地区2004 年建设的某土地平整工程,于2019 年进行质量提升（修复）,其地块平均长度在30 m~50 m,田坎高度2 m~9 m,在很多地块外缘中间位置发生了崩塌、黄土暗穴、小型滑坡等现象（图1、图2）。

图2 地块外缘整体向下滑移

2 工程环境

铜川市耀州区庙湾镇,属乔山山脉南支,鄂尔多斯台地南部边缘。区内地势西北高而东南低,峡谷区山高谷深,谷坡陡峭,岩石裸露,地面崎岖,起伏剧烈,项目区平均海拔1250 m,区内沟壑纵横。项目区西北侧比场地海拔高30 m左右,多为泥岩,风化程度严重,沟底有体积较大岩石掉落。

项目区境内有沮河,属于渭河水系石川河的源头河流,流域地势西北高,东南低,平均海拔高程1100 m,先后流经耀州区庙湾镇、柳林镇、瑶曲镇、关庄镇,在耀州城区南与漆水河汇流,并入石川河。沮河河道总长度77 km,流域面积915 km2,河床平均比降10.5‰。项目区场地西北侧岩石缝隙有泉眼,为长流水。

项目区位于铜川市耀州区瑶曲镇杜家山,于2005 年前后建成。经过多年遇水冲刷,加之地块边缘地带地质灾害频发,经实地统计,在近14 年期间,约300 亩整治后的土地上,共有55 处地块外缘发生破坏的现象。其中最大一处冲沟,流失土方约120 余立方米。造成这些地质灾害现象的主要原因有：①山体过陡,且多为冲洪积岩土。田坎裸露石块、砾石、圆砾等大小不一,使得边坡不够稳定；②地块外缘田坎设计过陡,边坡处在不稳定状态；③填方区土层厚度过大,有的达到了15 m左右。项目区卫星云图见图3。

图3 项目区卫星影像图

以上地质灾害给当地居民和承包户带来了很多困扰,不利于农作物产值提升,同时也对人们生命财产安全带来了很大影响。结合以上不利条件,质量提升工程需要从影响因素入手,结合灾害诱因,通过工程手段对其进行治理。

3 破坏机理

3.1 诱因

项目区处在山区,地质环境十分脆弱。很多地方填方厚度过大,没有采取有效压实措施,同时边坡过高过陡。严重的地方填方区所用材料为圆砾、角砾等没有粘性的土质。

同时,湿陷性黄土在未受水时,一般强度较高,压缩性小。当在一定压力下遇水浸湿后,土体结构遭到破坏,即遇水具有崩解性。为满足不均匀沉降导致发生边坡地质灾害,土地整治施工时一般情况为地块外缘略高于内部。田块外缘属于填方区,地质环境脆弱,加之遇水侵蚀,更使得边缘地带节理裂隙发育充分。严重时这些裂隙形成贯通的通道。地块边缘地带破坏成因,根据实地调查,可以概括为：

1）田坎断面设计不合理,过陡的田坎造成边坡不稳定,这与普通地质灾害所说的滑坡一样,即边坡坡度是诱发灾害的原因之一。

2）田块边缘地势较低,地表径流汇聚于此,诱发了滑坡或崩塌等现象。

3）由于原状土被开挖后,破坏原来的应力平衡,随着时间的推移,地应力缓慢释放,造成田坎向外隆起或被拉裂成数条裂缝。

4）机械化种植的发展,致使地块边缘受震动影响,外缘开裂。

一般情况下破坏原因为以上几种条件下的一种或多种组合。

3.2 破坏机理

地块外缘田坎处土质有原状土和回填土之分,原状土在田坎坡比太大时,多由地应力释放,造成田坎开裂。而回填土同其它工程条件下一样,遇水都会发生湿陷,导致周围地势降低,为地表径流汇水提供了有利地势条件,进而发展成黄土暗穴[8]。

地块外缘破坏过程如下（见图4~图7）：

图4 地表径流向地势低的地方流动

图7 坡体向下滑移

1）地块外缘开裂,水是主要诱因。原地势为地块内部高,地块外缘低,或因外缘区域为填方区,降雨后造成地势降低,这些都是造成地表径流汇集的有利条件。

2）田坎修筑完成后,坡体整体性差,土体抗剪强度不高,植被短时间内难以形成规模,不能对坡体形成约束。同时,大量地表水在地块外缘汇集。

3）沿节理裂隙开始下渗,随着时间推移,孔洞的孔径增加,增加了坡体重量,地块外缘坡体内孔径数量增加、孔洞路径更长,整个田坎小幅度下移,与原地面形成落差,高度约4 cm~15 cm。

若田坎坡比较大,坡体没有足够的支撑,随着降雨持续,整个田坎崩塌。

图5 地表水在地块外缘汇集

图6 水开始下渗，形成一定的裂隙

4 治理措施

铜川地区年降水量较少,设计一种既能节水,又能防止地块外缘发生灾害的构筑物对保障作物产量十分必要。经过长期调查和分析,在填方区地质环境脆弱的田块,容易发生田坎滑移现象。通过采取在地块外缘布设截水沟和集水池的方法,既可以预防田块外缘发生破坏,多余的水可以蓄积起来,在旱季可以灌溉,节约资源。此外,在修筑田坎时,注重田坎坡比不宜过大,回填区的压实度要有治理保证。

如图8 所示,集水池深1.0 m,宽1.0 m,长1.5 m,坑壁为砖砌体,24 墙,墙壁用防水砂浆处理。截水沟也为砖砌体,为尽量少占用农田,长度宜为填方区长度的1/5。根据历时一年多观察,该处置方案效果较好（图9、图10）,基本上大部分田坎没有发生滑移现象。

图8 地块外缘集水池平面图

图9 蓄水池施工

图10 蓄水池建成后

该工程措施虽占用了农田等有效耕地面积,但从长远来看是十分有必要的,如不处理,随着边坡地质灾害的发育程度加剧,可能导致整个田块丧失耕种功能。此工程措施能解决一部分高原地区缺雨、缺水现象,也为节能环保做出来一定贡献。

5 结论与展望

有关农田完整性的防护措施与研究少之甚少,而这是关乎粮食产量的大问题,尤其是在黄土高原地区,地块外缘破坏现象比较常见。

地块外缘破坏机理可以概括为：地表径流向地势低的田坎处流动—在外缘处发生湿陷,地表下沉聚水—积水向裂隙渗透—扩大裂隙,最终贯通,导致田坎崩塌或滑移。关于田坎设计、技术要求以及防治措施亟需改进,需引起社会关注。

本文提到的治理措施,局限于地质环境脆弱的黄土高原地区。在地块外缘布置集水池的方法,适用于地质环境脆弱地区,建议在项目选址时尽量避开此类地区。不可避免时,在施工期间应充分考虑地质脆弱带来的各种不安全隐患。