甘肅武都馬槽溝滑坡特征及治理對(duì)策

劉心彪

（甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

甘肅武都地區(qū)地處甘肅東南邊陲，東接秦嶺，南通巴蜀，山高谷深、梁峁起伏、溝壑縱橫，滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害分布廣泛，危害嚴(yán)重，給該區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。在本區(qū)由于受青藏構(gòu)造帶和武都弧形構(gòu)造的控制，以及青藏高原差異抬升作用的影響，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈。白龍江河谷普遍存在3～4級(jí)階地，河谷深切達(dá)130m。厚度達(dá)50m左右。僅漢代以來(lái)就發(fā)生過16次大地震，尤其是2008年“5.12”地震松動(dòng)了表層巖土體，引誘部分老滑坡復(fù)活。區(qū)內(nèi)氣候冷暖干濕反應(yīng)敏感，波動(dòng)幅度大，降雨集中，出現(xiàn)大雨、暴雨頻繁，生態(tài)環(huán)境日益惡化，森林后退近1000m，土地大面積砂石化，山體變荒，加之人類不合理的開發(fā)活動(dòng)較多，山地環(huán)境惡化加劇，使該區(qū)成為滑坡、泥石流等山地斜坡災(zāi)害地質(zhì)作用高發(fā)區(qū)［1］。本文以馬槽溝滑坡為例，對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的特征進(jìn)行了闡述并提出相應(yīng)的治理和加固措施。

1 滑坡形態(tài)

馬槽溝位于武都區(qū)北部馬街鎮(zhèn)，屬于白龍江一級(jí)支流北峪河左支溝，交通便利，距武都城區(qū)13km。馬槽溝村山大溝深，自然條件差，人地矛盾緊張，村莊多建在老滑坡臺(tái)地上。受“5.12”地震的影響馬槽溝村滑坡后緣斜坡多處出現(xiàn)拉張裂縫，裂縫長(zhǎng)度15～30m不等，寬10～25cm，滑坡穩(wěn)定性差，直接威脅馬槽溝村的安全（圖1）。

圖1 馬槽溝滑坡地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Macaogou landslide

馬槽溝村座落于老滑坡臺(tái)地上，威脅馬槽溝村安全的主要是位于村西的H1、H2兩個(gè)黃土滑坡。馬槽溝村滑坡體次生滑坡發(fā)育，土質(zhì)疏松，坡體上多見落水洞，滑坡后緣陡坎高40m左右。H1滑坡滑體平面呈圓弧狀，主滑方向 115°，滑體長(zhǎng)約 200m，寬約150m，厚 30～50m，滑體表面坡度 35°～45°，受地震、強(qiáng)降雨及人類活動(dòng)影響，滑體上拉張裂隙發(fā)育，滑塌體較多?；潞缶壭逼鲁噬酄?，高80～120m，斜坡坡度45°～65°。斜坡上部出露10～20m厚上更新統(tǒng)馬蘭黃土，下部為中更新統(tǒng)離石黃土，斜坡坡體上次生崩塌、滑坡分布較多（圖2），黃土陷穴及落水洞發(fā)育。由于“5.12”地震的作用斜坡頂部發(fā)育3條裂縫，裂隙走向330°～360°，裂隙最長(zhǎng)達(dá)55m，地表最大寬度10～18cm。H2滑坡滑體平面呈半圓形，主滑方向130°，滑體坡度約 35°～ 45°，滑體長(zhǎng)約 180m，寬約150m。后緣斜坡呈不規(guī)則狀，坡體凌亂、破碎，黃土陷穴及落水洞發(fā)育。高90～110m，斜坡坡度45°～60°。斜坡上部上更新統(tǒng)馬蘭黃土厚度小于10m，下部為中更新統(tǒng)離石黃土，斜坡前緣有沖溝深切，深約2m，呈“V”型狀?！?.12”地震引發(fā)滑塌體危及坡腳房屋，并使斜坡頂部形成3條裂縫，裂縫走向25°～35°，裂縫長(zhǎng)約10～25m，寬約 5～10cm。

圖2 馬槽溝滑坡典型剖面圖Fig.2 Typical profile of the Macaogou landslide

表1 滑坡黃土物理力學(xué)性質(zhì)表Table 1 Indexes of physical and mechanical properties of the landslide

2 滑坡形成條件

2.1 自然因素

2.1.1 地形地貌

地形地貌是滑坡發(fā)育的空間因素，具有一定高度和坡度的斜坡是滑坡發(fā)生的必要條件。馬槽溝村老滑坡后緣陡坎高100m左右，相對(duì)高差較大，山體坡角較陡，坡度大于40°，坡形狀下陡中緩上陡，局部達(dá)65°～90°，斜坡變形區(qū)的高度約40m，具有良好的臨空條件，不利于斜坡的穩(wěn)定。

2.1.2 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震

隴南地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，新生代以來(lái)處于長(zhǎng)期上升過程中，主要表現(xiàn)為差異升降運(yùn)動(dòng)，形成高山、深谷的地貌，如白龍江河谷形成了八級(jí)階地，高差達(dá)350m，馬槽溝深切200m。在多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中斜坡也遭受了各種地質(zhì)作用的長(zhǎng)期累進(jìn)性破壞，這有利于滑坡的形成［2］。

隴南地處南北地震帶中段天水—武都地震帶，并受鄰近松潘—平武地震帶的強(qiáng)烈影響，屬地震多發(fā)區(qū)，其地震烈度為Ⅷ度，僅史料記載的7級(jí)以上地震就達(dá)16次。2006年臨江地震曾引發(fā)馬槽溝左岸崩塌，“5.12”汶川地震更是引發(fā)多處滑坡、崩塌，僅馬槽溝流域內(nèi)發(fā)生中型滑坡3處，小型滑坡10處，溝岸小型崩塌不計(jì)其數(shù)。

2.1.3 地層巖性

馬槽溝村滑坡、不穩(wěn)定斜坡的構(gòu)成主要為黃土，上部馬蘭黃土厚5～30m，結(jié)構(gòu)疏松，空隙發(fā)育，具有垂直節(jié)理，有較強(qiáng)的濕陷性，易受降水沖蝕破壞，發(fā)生崩解。下部離石黃土厚50～70m，質(zhì)地較密實(shí)，裂隙發(fā)育，易溶鹽含量高，局部可達(dá)0.93％（表1）。黃土的疏松、不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)決定了其內(nèi)聚力較低，以粉粒為主的細(xì)粒成分使黃土摩擦角較小，易溶鹽含量高使得遇水后強(qiáng)度降低，黃土垂直節(jié)理發(fā)育、落水洞的存在使其完整性破壞，并為水流提供了良好的通道。

2.1.4 降水

武都地區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，具有雨量集中、降雨量大等特點(diǎn)。據(jù)馬街站多年平均降水量512.6mm，年最大降水量646.6mm（1984）。年降水分布不均，多以暴雨形式，6～9月份降水量占66.5％。24h最大降水量 90.5mm，1h最大降水量40.0mm，10min最大降水量16.2mm。降雨強(qiáng)度達(dá)到或超過了隴南地區(qū)觸發(fā)滑坡的暴雨強(qiáng)度臨界值［3］。降水作用在黃土斜坡上，增加坡體上重量，同時(shí)浸泡軟化黃土，使土體抗剪強(qiáng)度大幅度降低；水充滿裂隙時(shí)形成靜水壓力，出現(xiàn)水頭差時(shí)形成動(dòng)水壓力；干濕交替導(dǎo)致巖土體裂開，使更多的水進(jìn)入坡體促進(jìn)滑坡發(fā)生發(fā)展。

2.2 人為因素

馬槽溝自然條件差，溝內(nèi)村莊多，用地緊張，隨著人口和社會(huì)的發(fā)展，不斷削坡修路、建房。這些不合理的工程活動(dòng)改變了原來(lái)坡體的應(yīng)力分布，誘發(fā)了滑坡、崩塌發(fā)生。此外由于開挖窯洞成本低廉，窯洞作為經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)常用房舍。馬槽溝村在滑坡后緣斜坡坡腳下開挖窯洞，窯洞的開挖，使斜坡底部失去了支撐，不利于斜坡的穩(wěn)定。

3 滑坡變形特征及穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡危害特征及破壞方式

馬槽溝村H1、H2滑坡后緣斜坡高度大、坡度陡，受“5.12”地震的破壞巖土體結(jié)構(gòu)松散裂隙發(fā)育，加之雨水沖飾及人類開挖窯洞、拓寬道路等不合理的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響，斜坡結(jié)構(gòu)受到破壞，穩(wěn)定性差。若發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，土體在滑塌過程中伴隨碰撞解體，運(yùn)動(dòng)軌跡難以確定，將直接危害滑坡腳下馬槽溝村莊680多人生命及財(cái)產(chǎn)的安全［4］。

從現(xiàn)場(chǎng)勘查來(lái)看：H1滑坡后壁北側(cè)坡體高陡，特別是坡頂前緣地段臨空面高且接近直立，坡體被一組結(jié)構(gòu)面切割，頂部發(fā)育裂縫，其破壞方式以坡頂部分坡面小規(guī)模的崩塌破壞為主；H2滑坡北側(cè)滑坡體有復(fù)活的跡象，滑坡體上裂縫發(fā)育，滑坡前緣局部臌脹變形，其破壞模式以滑坡為主。通過對(duì)馬槽溝滑坡及其后緣斜坡的分析認(rèn)為，控制滑坡和崩塌發(fā)育的結(jié)構(gòu)面主要有以下兩種：一是以巖土體差異面為控滑面，主要是指老滑坡的復(fù)活，在老滑坡滑動(dòng)帶由于滑坡體與底層黃土體性質(zhì)不同而引起的滑坡控制面；二是以黃土節(jié)理裂隙面為控滑結(jié)構(gòu)面。馬槽溝滑坡后壁馬蘭黃土、離石黃土垂直節(jié)理均發(fā)育，沿垂直節(jié)理面利于崩塌的發(fā)生或新的滑坡形成。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，馬槽溝村滑坡以蠕滑緩動(dòng)滑坡為主。坡體由變形到破壞需要一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間，裂縫的存在即已顯示變形的開始和加劇，黃土體裂隙的發(fā)育為降水入滲創(chuàng)造了條件，大量水入滲促使控制面貫通，加速滑坡、崩塌的發(fā)生。因而馬槽溝村滑坡目前尚未發(fā)生明顯滑移，但潛在的破壞危險(xiǎn)確實(shí)存在，應(yīng)該引起人們重視。

3.2 穩(wěn)定性分析

馬槽溝村滑坡概化為雙層結(jié)構(gòu)黃土斜坡，滑坡穩(wěn)定性分析根據(jù)坡體典型剖面計(jì)算，H1滑坡以崩塌破壞為主，H2滑坡以滑坡破壞為滑移，計(jì)算參數(shù)主要根據(jù)測(cè)試值，并經(jīng)過反演計(jì)算確定（表2）。

表2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)選取表Table 2 Parameters used for the landslide stability analysis

根據(jù)探井資料，滑坡體內(nèi)無(wú)統(tǒng)一的地下水位，鑒于此種情況，穩(wěn)定性計(jì)算僅考慮三種工況：（1）自重（滑帶非飽和狀態(tài)，旱季）；（2）自重+降水（滑帶土為飽和狀態(tài)，雨季）；（3）自重+地震力?；碌挠?jì)算模型考慮折線滑面，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算?；潞蟊谛逼虏捎缅e(cuò)斷式崩塌穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果見表3：

表3 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果表Table 3 Results of stability analysis of the landslide

從穩(wěn)定性分析結(jié)果（表3）可以看出，現(xiàn)狀條件下馬槽溝村滑坡、斜坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，降雨、地震條件下處于臨界穩(wěn)定—失穩(wěn)狀態(tài)。從典型剖面的穩(wěn)定性分析可以看出，H2滑坡Ⅰ號(hào)剖面以南段穩(wěn)定性較好，Ⅰ號(hào)剖面以北段穩(wěn)定性較差。H1南部穩(wěn)定性較好，北部Ⅴ號(hào)剖面穩(wěn)定性較差，其破壞方式以崩塌為主。

4 滑坡治理措施

根據(jù)馬槽溝村滑坡的穩(wěn)定性及其危險(xiǎn)性，特別是考慮到武都地區(qū)土地緊張，搬遷避讓沒有適合場(chǎng)所，建議對(duì)馬槽溝村滑坡采用工程治理方案（圖3）：頂部削坡減載，中部格構(gòu)錨桿穩(wěn)坡，底部漿砌石壓腳護(hù)坡，在滑坡體、滑坡底部設(shè)置截排水渠排出地表水的方案。

具體方案是：①削坡減載，Ⅰ剖面斜坡南段坡頂削坡3～4級(jí)，每級(jí)坡高8m，削坡坡比坡頂段為1∶1；Ⅰ-Ⅴ剖面段坡高80～110m，設(shè)計(jì)全坡段9～12級(jí)削坡，每級(jí)坡高8m，削坡坡比坡頂段為1∶1，坡底段坡比1∶0.75；每級(jí)斜坡設(shè)有卸荷平臺(tái)，寬度2m。每隔四級(jí)斜坡設(shè)計(jì)寬平臺(tái)，消除坡體集中應(yīng)力，寬平臺(tái)設(shè)計(jì)寬為5m。②格構(gòu)錨桿穩(wěn)坡，根據(jù)典型剖面剩余下滑力的計(jì)算確定需要格構(gòu)錨桿支護(hù)區(qū)段及錨桿、格構(gòu)規(guī)格。格構(gòu)采用鋼筋混凝土方形格構(gòu)，間距為3.0×3.0m。格構(gòu)肋柱和橫梁的尺寸為高350mm，寬300mm。根據(jù)配筋計(jì)算，格構(gòu)主筋采用 HRB335級(jí)Φ18鋼筋，豎肋箍筋采用 Φ10鋼筋，橫梁箍筋采用Φ8鋼筋。錨桿采用全粘結(jié)灌漿，主筋采用 Φ28（As=615.8mm2）螺紋鋼，根據(jù)滑坡滑動(dòng)面的位置及錨固長(zhǎng)度確定錨桿長(zhǎng)度為19.5m。③ 坡腳護(hù)坡墻，為了防治人類活動(dòng)對(duì)坡腳的破壞及雨水的沖刷剝蝕，在坡腳危險(xiǎn)地段設(shè)置漿砌石護(hù)坡墻，護(hù)坡墻高8m，基礎(chǔ)埋深1.5m，墻底寬1.5m，墻頂寬0.9m，墻體上設(shè)計(jì)直徑10cm排水孔。④防、排水工程，為了減少斜坡體地表水的下滲造成坡體失穩(wěn)，在卸荷平臺(tái)上設(shè)置漿砌石截水溝，并每隔30m在坡體上設(shè)置縱向排水溝。

圖3 馬槽溝滑坡治理規(guī)劃圖Fig.3 Preventing and con trolling plan of Macaogou village landslide

5 結(jié)論及建議

甘肅武都地區(qū)梁峁起伏，溝谷深切，地震活躍，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地層松散，降雨集中，人地矛盾緊張，這種特殊的自然地理?xiàng)l件，為滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生發(fā)展提供了條件。馬槽溝村滑坡為隴南地區(qū)典型的黃土滑坡，滑坡巖土體結(jié)構(gòu)松散、凌空面高，滑坡類型多為巨型-大型，危害極為嚴(yán)重。

地質(zhì)災(zāi)害的治理措施多樣，治理方案應(yīng)針對(duì)被防護(hù)對(duì)象的重要性采用切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)安全的治理措施，以消除滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危害。武都地區(qū)土地緊張，沒有合適的搬遷避讓場(chǎng)所，馬槽溝村滑坡的治理建議采用工程治理方案，通過削方減載（砍頭）、格構(gòu)錨桿穩(wěn)坡（捆腰）、漿砌石護(hù)破（壓腳）及坡體截排水等工程相結(jié)合的治理措施達(dá)到穩(wěn)定斜坡，保護(hù)村莊的目的。

建議完善監(jiān)測(cè)機(jī)制，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)治理前、后均進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握并分析地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況和治理效果。

［1］王志祿，張燕，孫暢，等.隴南地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)及預(yù)警技術(shù)研究［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2005，16（1）：105-110.WANG Zhilu，ZHANG Yan，SONG chang，et al.Study on geology disaster weather forecast and forewarning techniqu in Longnan Area［J］.Journal of Geological Hazards and Environment Preservation，2005，16（1）：105-110.

［2］甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局.甘肅省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社，1989.Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral.Gansu Regional Geological Annals［M］.Beijing：Geological Publishing House，1989.

［3］吳瑋江.甘肅滑坡災(zāi)害［M］.蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2006.WU Weijiang.Gansu Landslide Disaster［M］.Lanzhou：Lanzhou University Publishing House，2006.

［4］劉心彪，郭富赟，張龍生，等.甘肅武都區(qū)馬槽溝滑坡、崩塌、泥石流治理勘查［R］.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2009.LIU Xinbiao，GUO Fuyun，ZHANG Longsheng，et al.Wudu Macaogou Landslide， Collapse， Debris flow Exploration， Gansu ［R］.Geological Environment Monitoring Institute of Gansu Province.2009.