陕西地区山前缓坡带黄土—砂泥岩接触面滑坡发育特征及塔位选择建议

宋世鑫，韩晓萌，岳英民

(中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西 西安 710054)

0 引言

黄土滑坡是陕西地区常见的滑坡类型，按照滑坡区的地层结构，一般分为黄土层内滑坡、黄土—砂泥岩接触面滑坡、黄土—砂泥岩接触面顺层滑坡和黄土—砂泥岩接触面切层滑坡，黄土滑坡的划分方法在滑坡地质灾害预防与治理的过程中被广泛接受[1]。

黄土—砂泥岩接触面滑坡一般指黄土沿着下伏砂泥岩接触面滑动的滑坡，在陕西地区广泛发育，本文主要讨论该区域山前缓坡地带的该类型滑坡，该类型滑坡受地形及地层结构控制，与其他类型的黄土滑坡有较大差异，一般具有滑面缓、滑速慢、前兆性弱等特点。该类型滑坡在空间分布上也受到地质环境条件的控制，在铜川、西安蓝田及渭南、宝鸡西南部等地均有分布。在时间分布上由于该类型滑坡的形成机制受水的影响较大，一般多发生于雨季，近年来陕西降雨量的增多也使该类型滑坡呈现频发态势。

近些年关于黄土滑坡的研究较为广泛，李同录[2]等对黄土滑坡进行了分类，胡广韬、文宝萍等对该类型滑坡的机制进行了探讨[3-4]，但在堆积发育特征、形成因素等方面存在不同的认识。输电线路工程对该滑坡类型的发育特征研究仍属于空白。

研究区黄土—砂泥岩接触面滑坡在山前缓坡带发育时地形相对较平缓，该类型滑坡运动过程一般以低速为主，前兆性不强，在输电线路塔位选择中往往误认为是理想的塔位。近年来由于陕西降雨量的增大，该类型滑坡发生的概率显著增加。笔者近年来在研究区输电线路地质灾害治理以及踏勘、塔基定位过程中，发现黄土—砂泥岩接触面所造成输电线路塔基受损及塔位选择问题较为突出。本文在对研究区进行了大量调查分析的基础上，结合前人的研究成果，分析该类型滑坡的形态特征及变形破坏特征，对陕西地区山前缓坡带黄土—砂泥岩接触面滑坡地段输电线路勘测具有一定意义。

1 滑坡基本特征

1.1 形态特征

该类型滑坡的坡面坡度一般受山前缓坡带原始地形坡度控制，坡度在15°～20°左右，多数呈现梯田或台阶地形式。一般在航片上观察滑坡侧边界比较清晰，两侧剪切裂缝在地表较为明显，后缘拉张裂缝受牵引式滑坡的影响，从滑坡中后部至后缘逐渐减少，滑坡后壁形态一般不规则甚至不清晰，滑坡体的中前部地表在滑动作用下，地表错动、挤压变形迹象明显。整体上，该类型滑坡坡面呈现略微下凹的形态。

1.2 滑体及滑床的物质结构特征

该类型滑坡地表坡度较小，滑体厚度受滑面控制，一般5～15 m 不等，滑体中前部厚度较为平均，向后部逐步缩减。滑体多为黄土构成，滑体中前部在底部滑面附近有薄层强风化砂泥岩。该地区黄土岩性一般为粉质黏土，垂直节理发育，易于地表水入渗，黏粒含量相对较高，抗剪强度相对较低。

1.3 滑面(带)特征

该类型滑坡滑面形态一般受地形及下伏黄土—砂泥岩界面影响，由于该地区砂泥岩产状一般近水平或0°～10°左右倾角，在历史沉积过程中，地表黄土对下伏基岩影响较小。该类型滑坡的滑面在滑动方向中下部一般沿着土岩界面呈10°～15°，滑面线向上部逐渐缓慢弯折，基本形态比较顺直，局部会有轻微起伏，当到达滑动方向中后部会有一个弯折点，向上倾斜达45°或更大。滑带土一般为黄土(粉质黏土)，下部带有少量强风化砂泥岩，在滑带附近由于下伏基岩形成隔水层，呈现饱和或接近饱和的状态，土体呈现软塑或者流塑状态，强度进一步降低。

2 主要影响因素

滑坡的发育受地质环境及人类活动等因素影响，根据对研究区内黄土—砂泥岩接触面滑坡的调查与分析，研究区内该类型滑坡一般有以下特征。

2.1 地形地貌

研究区的山前缓坡带一般呈现上陡下缓的形态，缓坡区坡度相对较小，在剖面上呈现一定的下凹趋势，在平面上滑坡区中部相对于两侧也向滑坡后部内凹，这种地形在一定程度上为地表水向滑坡区汇集形成条件，地表水在沿坡面下渗至滑面，同时在坡面进行侵蚀下切，在滑坡体的中前部或剪出口等部位形成冲沟。同时该类型滑坡区域前缘在坡度上受区域地形的控制形成增大趋势，局部形成临空，该类型滑坡滑面或潜在滑面坡度一般较小。

2.2 地层岩性

研究区该类型滑坡黄土层易于地表水下渗，且遇水后强度降低，黏粒含量相对较高，下伏砂泥岩与滑体土形成“上软下硬”的组合，为上部土层创造了隔水条件，形成天然滑床。在基岩面隔水的情况下呈近饱和状态，且基岩与黄土界面局部形成低洼状，使得地表水沿黄土层下渗，无法顺畅地沿滑面向滑坡剪出口方向排除，使滑带土长期处于近饱和及软塑状态。

2.3 水的作用

研究区该类型滑坡由于受地形和地层结构控制，不仅上覆土强度降低，同时在土岩界面处形成软化带。陕西地区近年来由于气候的变化，降雨量呈现猛增，尤其是7～9 月极端天气概率增大，降雨量远大于历史降雨量。降雨量的陡增使一些原本处于稳定的斜坡发生滑动，使本来处于稳定状态或趋于稳定状态的老滑坡“复活”。

2.4 人类工程活动

研究区对该类型滑坡影响较大的人类工程活动为梯田修建和斜坡前缘开挖。由于该类型滑坡原始斜坡一般地形较缓，潜在滑面(土岩界面)坡度也较小，自然状态下发生滑动的可能性较小，而缓坡地形适于梯田修建，梯田修建对滑坡的影响主要体现在3 个方面：①改造后台阶状的坡形更有利于平面处地表水的下渗和变阶处地表水的集中入渗，使原本相对顺直的坡形经改造后形成局部下凹，进而加大滑坡区地表水向滑坡区汇集。②受山前缓坡带地形影响，缓坡带前缘坡度会增大，梯田修筑时会依地势而建，形成上部阶宽而高差小，下部阶窄而高差大，而高差较大处往往集中在缓坡带下部，为滑坡滑动创造剪出临空条件。陕西铜川宜君一带的梯田区域黄土—砂泥岩接触面滑坡就是比较典型的，该区域历史上曾在山前缓坡带修建梯田，形成成片的滑坡区域，对该区域多条输电线路造成影响。③原始斜坡前缘修路、建房所造成坡脚开挖，在斜坡前缘形成临空条件，从而引发滑坡。

3 滑坡变形特征

3.1 低速滑动性

研究区该类滑坡的低速滑动是在整个滑动过程中(滑面贯通后)均以相对较低的速度滑动，一般低于1.5 m/月。该类滑坡主要受控于坡度较小的土岩界面滑面，导致滑体产生滑动的势能较小，滑动速率相对较慢，导致该类型滑坡产生的破坏力一般较弱，一般不会对滑坡前建筑物造成整体性破坏。滑坡按位移速率分类见表1 所列。

表1 滑坡按位移速率分类[3]

3.2 反复性

滑坡的稳定性一般采用稳定性系数K 表示。研究区该类型滑坡从滑坡启动开始以一种趋于稳定的过程运动，稳定性系数趋于1。对于一般滑坡，滑动的过程至稳定或相对稳定状态一般速度较快。研究区该类型滑坡在滑动过程中由于滑面局部发生变化、滑体滑带土含水量降低导致下滑力降低、抗滑力增加，滑坡会出现阶段性稳定，过了一段时间甚至数年，含水量增大导致滑坡重新启动“复活”。随着时间的推移，滑坡总是向稳定趋势发展，后期的运动位移幅度相对于前期越来越小，进而趋于稳定，这个过程一般较为漫长，伴随着若干次的“复活”—稳定—“复活”—稳定的反复过程。

3.3 隐蔽性

在一般斜坡场地的稳定性判别中，坡度是比较直接的判断方法，一般认为坡度小于15°的斜坡发育滑坡的可能性很低，为稳定斜坡。研究区该类型滑坡整体坡度较缓，与常规滑坡的地形坡度相差较大。同时该类型滑坡一般首次滑动时前兆较弱，后期反复滑动变形位移幅度相对较小，地表裂缝、土体挤压破坏的程度变化相对微弱，该类滑坡一般为牵引式滑坡。陕西省铜川市宜君县某输电线路塔基位于滑坡中部，塔基处及滑坡中前部地表有明显的塌陷、拉张裂缝，前缘垮塌，土体挤压也十分明显，但滑坡中后部后缘及两侧边界剪切及错动并不发育。

4 工程实例分析

陕西省铜川市宜君县某输电线路塔基滑坡，现场调查滑坡滑动时间为2021 年11 月。滑坡坡高约38 m，纵向长约130 m，宽度约120 m，整体坡度平面上呈“喇叭口状”，斜坡总体坡度约15°，梯田台阶呈上窄下宽，阶高呈上低下高，整体依地形修建。斜坡地层结构上部为Q3eol黄土，下部为三叠系砂泥岩互层。该滑坡为牵引式滑坡，滑坡体中下部地表变形破坏严重，多处垮塌，地表拉张裂缝明显。滑坡剪出口位于斜坡前缘土岩界面出露且台阶较高处，剪出口垮塌明显。根据现场调查，滑面由剪出口向上整体坡度较小，约5°～15°，前部沿土岩界面发育，上部逐渐向土层内扩展。塔基位于滑坡体中后部，采用掏挖式基础，基础均位于滑坡体内。调查时塔基未发生倾斜，但塔基下侧土体受滑坡作用下沉垮塌明显，基础部分外露。该处为老滑坡，本次滑坡滑动未发生前滑坡后缘明显，根据分析，本次滑坡“复活”主要原因为梯田修建使斜坡整体呈汇水状态，航拍影像中梯田台阶边线整体向斜坡中部轻微集中，且滑坡中下部因集中汇水形成小规模冲沟，同时由于2021 年该地区的大规模集中降雨，造成该滑坡“复活”再次滑动，如图1～图2 所示。

图1 宜君县某输电线路塔基斜坡滑坡航拍

图2 宜君县某输电线路塔基滑坡剖面图

陕西省宝鸡市凤县某输电线路塔基斜坡滑坡，现场调查本次滑坡时间为2021 年8 月。滑坡坡高约32 m，纵向长约105 m，宽度约90 m，整体坡度平面上整体呈梯形，斜坡总体坡度约10°，梯田台阶阶高呈上低下高，整体依地形修建。斜坡地层结构上部为Q3eol 黄土，下部为二叠系砂泥岩互层。该滑坡为牵引式滑坡，滑坡体中下部地表变形破坏严重，多处垮塌，后缘地表拉张裂缝明显，两侧滑坡侧界如图1 所示清晰可见。滑坡剪出口位于斜坡前缘土岩界面出露道路开挖边坡处，剪出口垮塌明显且有水流沿基岩顶面渗出。根据现场调查，滑面由剪出口向上整体坡度较小，约5°～10°，前部沿土岩界面发育，逐渐向土层内扩展。塔基位于滑坡体中后部，采用掏挖式基础，基础均位于滑坡体内，调查时塔基未发生倾斜，但塔基础下侧土体受滑坡作用下沉垮塌明显，基础部分外露。根据分析，本次滑坡变形破坏主要原因为梯田修建坡面台阶平缓易于积水下渗，前缘道路边坡为与土岩界面且形成临空条件，同时由于2021 年该地区的大规模集中降雨，造成该滑坡滑动破坏，如图3～图4 所示。

图3 凤县某±500 kV输电线路塔基斜坡滑塌现场

图4 凤县某±500 kV输电线路塔基斜坡滑塌剖面图

5 研究区滑坡对输电线路影响及塔位选择建议

5.1 研究区滑坡对输电线路塔基影响

研究区该类型滑坡虽然滑动时一般不会产生大规模整体性破坏，但是位于滑坡体上的输电线路塔基会受到滑坡的威胁。对于人工挖孔桩基础，一般设计过程中并未考虑桩基础的抗剪作用，由于滑体土层的推力及滑体上土体的差异性位移导致桩基础剪断或基础倾斜。对于掏挖基础，基础埋深较浅，基础一般位于滑面以上，塔基整体性移动或基础随滑体位移而形成沉降变形。一旦发生变形破坏，塔基基础便会受到一定程度破坏，由于塔基范围内的土体受到滑坡变形破坏扰动，即使采用治理措施也难以将塔基的状态恢复至滑坡发生之前，如图5～图6 所示。

图5 研究区某输电线路基础受滑坡影响剪断

图6 研究区某输电线路基础受滑坡影响整体移动

5.2 研究区滑坡对输电线路勘测工作影响及塔位选择建议

笔者根据近年来研究区该类型滑坡区域输电线路勘测及应急抢险、治理工作的经验，提出了以下几点建议。

1)可行性研究阶段：通过现场调查及卫星影像解译，判断拟选输电线路是否通过黄土—砂泥岩接触面滑坡发育区域，根据经验，该类型滑坡通常在山前呈带状或片状出现，应现场调查输电线路路径范围内滑坡发育区的一般特征，进一步判断滑坡区输电线路通过的可行性。

2)初步设计阶段：①通过卫星或航测影像判断塔位所在斜坡是否有老滑坡或正在滑动新滑坡的发育特征，若存在应尽量予以避让；当不存在历史滑坡时应初步判断塔位处发育潜在滑坡的可能，该类型滑坡发育地段一般地形坡度较小，应注意整体地形呈下凹型地段，一般汇水较为集中，造成斜坡区域土体饱水及土岩界面软弱带的形成。②注意斜坡前缘是否有较为明显的微地形变化，如坡度突然变陡或遇一些道路人工开挖的临空面，该类型滑坡发育临空面是重要的诱发因素，应予以重视。若满足多个不利条件，建议现场复核。③考虑可能潜在滑坡对塔基的影响，因为该类型滑坡一般为牵引式滑坡，滑坡上部一般变形破坏迹象较下部较小，且趋于稳定，建议一般尽量在在山前缓坡地带的上部选择塔位。

3)施工图设计阶段：该阶段当塔基所在斜坡前缘存在受河流或人类工程活动开挖所形成的临空面时，应判别是否存在土岩界面，临空面的坡面整体完整性，以及土岩界面处是否存在水流渗出痕迹，或土体是否呈近饱和或饱和状态。应现场调查或走访在雨季坡面土体存在大面积局部积水或土体饱和现象的情况，这些现象表明土岩界面相对较浅且坡度较小，土岩界面处滑动面虽然未形成贯通，但进一步发展存在形成滑动面的可能。

对于研究区具有特殊型梯田地段塔位所在的斜坡，应注意调查斜坡下部梯田台阶高差较大处台阶的完整性，以及梯田下部地层的结构特征(基岩面的露头状况)，并从较远的视角观察梯田整体，以及各台阶的汇水排水状况。

6 结论

1)山前缓坡带黄土—砂泥岩接触面滑坡在陕西地区广泛发育，近年来往往对输电线路造成很大影响。

2)研究区该类型滑坡的基本特征主要有坡面及滑面坡度较小，坡面一般呈下凹状，滑面受基岩面控制明显。

3)研究区该类型滑坡发育的主要影响因素有地形地貌、地层岩性、水的作用及人类工程活动几个方面。

4)研究区该类型滑坡的变形特征主要有低速滑动性、反复性和隐蔽性。

综合考虑，研究区该类型滑坡特征及输电线路勘测工作的特点，从可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段提出了相关建议。