黃土地區(qū)崩塌災(zāi)害變形特征及穩(wěn)定性分析
——以陜西永壽儀井鎮(zhèn)王家莊黃土崩塌為例

滕宏泉,張新宇

(陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，西安 710054)

黃土地區(qū)崩塌災(zāi)害變形特征及穩(wěn)定性分析
——以陜西永壽儀井鎮(zhèn)王家莊黃土崩塌為例

滕宏泉,張新宇

(陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，西安 710054)

以永壽縣儀井鎮(zhèn)王家村黃土崩塌為例，探討黃土邊坡變形破壞特征及成因。采取宏觀定性分析與定量計算相結(jié)合的方法, 分析和評價崩塌體的穩(wěn)定性，并結(jié)合實際對提出該崩塌體應(yīng)急治理對策。

黃土崩滑；變形特征；穩(wěn)定性；應(yīng)急治理

近些年來，受降雨、人為工程活動等因素影響，陜西省黃土地區(qū)崩塌災(zāi)害日趨增多，每年均有不成程度的黃土崩塌造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。為了更有效地防治黃土崩塌，研究其發(fā)生的機理，分析其穩(wěn)定性并提出合理可行的應(yīng)急治理措施顯得十分迫切和必要。本文通過對陜西永壽儀井鎮(zhèn)王家莊黃土崩塌野外實際調(diào)查并結(jié)合室內(nèi)試驗研究，在對黃土崩塌體的基本形態(tài)、工程地質(zhì)條件、變形破壞特征、形成原因等有了足夠認(rèn)識的前提下，對其形成機制進行了綜合分析，在此基礎(chǔ)上，對黃土崩塌體穩(wěn)定性進行了定性定量評價，提出了應(yīng)急治理初步方案，為減輕該崩塌體的危害性提供了解決方案。

1 崩塌體工程地質(zhì)條件

該黃土崩塌體位于陜西永壽縣儀井鎮(zhèn)王家村。永壽縣處于中朝準(zhǔn)地臺陜甘寧臺坳黃土高原南緣殘塬梁峁溝壑區(qū)，總地勢北高南低。地貌類型主要為黃土殘塬、黃土梁峁及中低山區(qū)。永壽梁呈脊梁狀分布于轄區(qū)中偏北部，成為涇河與渭河兩流域的分水嶺，使整個地形向北、東、南三面傾斜。境內(nèi)河流沖溝發(fā)育，將全縣地貌切割的支離破碎，地形較為復(fù)雜。王家莊崩塌的工程地質(zhì)條件主要特征有：

(1) 地形地貌：儀井鎮(zhèn)地貌單元屬黃土殘塬溝壑地貌，塬面破碎，王家莊崩塌點為黃土沖溝腦陡崖。該崩塌體寬約10 m、長約400 m、高約15～30 m、體積約10.0×104m3，屬大型黃土崩塌。坡度較陡，可達60°～ 80°。

(2) 地質(zhì)構(gòu)造：永壽縣位于祁連、呂梁、賀蘭山地形構(gòu)造前弧東翼中段、秦嶺緯向構(gòu)造體系東西向構(gòu)造帶、隴西帚狀施扭構(gòu)造體系東南端的復(fù)合部位。以富平、乾縣至岐山大斷裂為界，南為渭北構(gòu)造斜坡帶?？h內(nèi)斷裂比較發(fā)育，按其力學(xué)性質(zhì)分為壓性、壓扭性及張性、張扭性斷裂，以復(fù)合式張扭斷裂為主。

(3) 地層巖性：根據(jù)現(xiàn)場探井揭露、工程地質(zhì)測繪及出露地層斷面，研究區(qū)出露的地層巖性主要有第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土(馬蘭黃土)、中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土(離石黃土)、全新統(tǒng)崩坡積物和人工堆填物組成。按其時代由老到新具體為：

① 第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土(Q2eol)：該層分布于陡壁中下部，厚度大于10 m，呈黃褐色-淡紅褐色，硬塑，土質(zhì)致密，具有針孔狀孔隙，可見鈣質(zhì)結(jié)核和蝸牛殼，結(jié)核粒徑0.5～1.5 cm，垂直節(jié)理發(fā)育。

② 第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土(Q3eol)：該層主要分布于陡壁上部，厚度6～12 m，呈淺黃-黃褐色，可塑-硬塑，含零星鈣質(zhì)結(jié)核，可見蝸牛殼、鈣質(zhì)薄膜及植物根系。土質(zhì)疏松，大孔隙發(fā)育，節(jié)理、裂隙發(fā)育。

③ 第四系全更新統(tǒng)雜填土(Q4ml)：其主要分布于坡腳及溝底處，呈淺黃色，以粉質(zhì)粘土為主，土質(zhì)雜亂松散，可見大量建筑垃圾和生活垃圾。

(4) 地震及水文地質(zhì)條件

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，永壽縣儀井鎮(zhèn)地震基本烈度為Ⅶ度，永壽縣地震動峰值加速度為0.10 g。綜合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2001)，永壽縣抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10 g。

區(qū)內(nèi)地下水的補給、徑流與排泄受地形地貌、地層巖性和氣候條件影響，主要接受大氣降水補給，局部地帶受地表水補給。從宏觀上看地下水的徑流方向與地表水流方向一致，地下分水嶺與地表分水嶺一致，即山梁、斜坡地帶為地下水的補給徑流區(qū)，溝谷地帶則為地下水、地表水的排泄區(qū)，由分水嶺向溝谷區(qū)，地下水位由深變淺，富水性由弱變強。

根據(jù)含水介質(zhì)及埋藏條件，將地下水分為：基巖裂隙層間水、黃土層裂隙孔隙水和第四系沖洪積層孔隙水。該崩塌坡體地下水埋藏較深，在坡體周圍均未發(fā)現(xiàn)任何泉水跡象及濕地，對邊坡穩(wěn)定性影響較小。

工程地質(zhì)平面圖見圖1。

2 邊坡變形破壞特征及成因分析

2.1 崩塌體基本形態(tài)

崩塌體寬約10 m、長約400 m、高約15～30 m、體積約10.0×104m3，屬大型黃土崩塌。威脅崩塌體上部近200 m公路及王家莊30戶、115人、90間房屋(含窯洞)的安全。

2.2 邊坡變形破壞特征

坡體物質(zhì)主要由馬蘭黃土、離石黃土、第四系崩坡積物和人工堆填物質(zhì)組成。坡度較陡，可達60°～ 80°。其中，在王家莊西側(cè)沿公路約200 m長危險程度較高，已有3處崩塌點、2處崩塌隱患點、3處洞底與沖溝底部貫通的落水洞、兩條與公路近平行的裂縫(長分別為9.5 m和20 m，縫寬10～30 cm)、多條豎向發(fā)育的裂縫及2處匯水區(qū)域。為方便描述，將其分別記為：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號崩塌點；Ⅰ、Ⅱ號崩塌隱患點；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號落水洞；Ⅰ、Ⅱ號匯水區(qū)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ崩塌點已經(jīng)緊貼到公路邊緣，直接威脅到公路的安全，如圖2所示；Ⅰ、Ⅱ號崩塌隱患點豎向裂縫發(fā)育，并不斷有局部垮塌，其中Ⅰ號崩塌隱患點水平裂縫較寬、豎向裂縫已經(jīng)貫通，并在其底部形成出口，隨時有崩塌的可能，如圖3所示；Ⅰ、Ⅱ號匯水區(qū)位于公路東側(cè)，由于排水不暢致使東側(cè)路基遭到浸蝕破壞，并有繼續(xù)加深的趨勢，如圖4所示；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號落水洞位于公路西側(cè)，洞口直徑約為1.5～3.5 m，底部與下部沖溝貫通，不斷向公路退蝕，其中Ⅱ、Ⅲ號落水洞已經(jīng)退蝕到公路邊緣地帶，并有繼續(xù)退蝕和串聯(lián)趨勢，如圖5、圖6所示。

2.3 邊坡變形破壞成因分析

從野外調(diào)查來看，該崩塌形成的內(nèi)在條件主要為：(1)邊坡高陡(陡坎高15～30 m。)，為崩塌形成提供了動力及地形條件；(2)黃土節(jié)理、裂隙發(fā)育，為崩塌的形成發(fā)育提供了內(nèi)在地質(zhì)條件；(3)黃土疏松、裂隙透水性較好，促進了邊坡變形破壞的發(fā)展。

崩塌形成的外部因素主要為：(1)因人為工程活動開挖坡腳，使臨空面暴露時間過長；(2)降水充沛，大量雨水入滲裂隙和坡體，飽和度增加，加劇了坡體失穩(wěn)；(3)汶川地震波及此處，加劇了邊坡裂隙發(fā)育，破壞了邊坡的穩(wěn)定性。

3 崩塌體穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡穩(wěn)定性定量分析

為了最大限度的反映目前狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性，采取理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件進行了定量分析。參數(shù)取值主要考慮了以下幾個因素：①崩塌體的物質(zhì)組成及綜合性狀；②以c、φ值的反算分析；③當(dāng)?shù)匾寻l(fā)生崩塌的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)經(jīng)驗值；④崩塌土體的物理力學(xué)性質(zhì)試驗成果。崩塌體Q2eol及Q3eol兩組地層的探井進行了人工取樣，根據(jù)土工實驗報告，并結(jié)合類似工程黃土參數(shù)及工程經(jīng)驗值，最終該邊坡土體天然狀態(tài)下的計算參數(shù)取值見表1。

3.2 計算工況的確定

依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2002)，該崩塌點邊坡安全等級應(yīng)為Ⅱ級，圓弧滑動法算得的安全系數(shù)應(yīng)不低于1.25。

表1 天然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)取值

根據(jù)目前坡體的穩(wěn)定情況，考慮地震作用等不利因素的影響，穩(wěn)定性計算按天然狀態(tài)、地震作用下兩種工況來考慮。地震影響下邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)選擇：地震基本烈度為7度，水平地震加速度系數(shù)為0.1，地震綜合影響系數(shù)為0.25。

因崩塌體坡體較陡，東側(cè)為公路，匯水面積不大，且前緣形成近直立的陡坎，故坡體在降雨條件下很難形成飽和狀態(tài)，故不對飽和狀態(tài)下的坡體穩(wěn)定性加以計算。各種工況下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)見表2。

表2 原始坡形下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)統(tǒng)計表

通過計算可知，安全系數(shù)K均大于1.25,說明該崩塌體目前處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，只是崩塌體前部局部崩塌下挫，而不會產(chǎn)生整體性崩滑。但是，前部的不斷崩塌下挫，使得崩塌體上部邊緣不斷向公路靠近，威脅公路的安全運營和公路東側(cè)居民的生命財產(chǎn)安全。

4 應(yīng)急治理對策

針對該崩塌體的特點，采取應(yīng)急治理措施如下：

(1)Ⅰ～Ⅲ號崩塌點和Ⅰ、Ⅱ號崩塌隱患點

因Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號崩塌點和Ⅰ、Ⅱ號崩塌隱患點位于沖溝同一側(cè)，并沿公路延伸方向發(fā)育，故將其統(tǒng)一考慮。黃土沖溝上寬下窄，溝底有大量崩、坡積物和人工堆填物，土質(zhì)比較松散，承載力較差，不利于支擋結(jié)構(gòu)的布置。擬采用填方壓實措施，并重點考慮了如下幾個方面：①填方高度不能過大；②填土與原狀土在接觸帶上加強銜接處理；③填筑體上部的崩塌隱患體采用削方減載和對地表裂縫夯實回填處理；④確保堆填體的抗滑穩(wěn)定。

(2) 落水洞

因Ⅰ號落水洞與地面裂縫已貫通，并有不斷順裂縫延伸方向拓展的趨勢，因此擬采用夯實回填方案，即將Ⅰ號落水洞及與其貫通的裂縫夯實回填。Ⅱ、Ⅲ號落水洞較深，且與底部深溝貫通，并不斷向公路方向退蝕，故不宜采用夯實回填，擬采用漿砌片石硬化層從公路路邊鋪設(shè)到Ⅱ、Ⅲ號落水洞洞邊，減少地表水對洞壁的破壞，進而阻止其退蝕。

(3) 匯水區(qū)

Ⅰ、Ⅱ號匯水區(qū)位于公路東側(cè)，因排水不暢致東側(cè)路基浸蝕破壞，且有繼續(xù)加深的趨勢，擬采用攔水墻和過水涵洞相結(jié)合的方法進行治理。即，沿公路方向布置攔水墻，以阻止匯水對路基的浸蝕；同時采用過水涵洞對積水進行疏導(dǎo)。

(4) 崩塌體整體排水

擬在沖溝填筑面中部設(shè)一道排水溝，南起Ⅰ號崩塌點，北至護腳墻，最終流入原沖溝排出。坡面匯水及Ⅰ號匯水區(qū)積水通過排水溝排出坡體。

5 結(jié)論

通過該黃土崩塌體的工程地質(zhì)條件、變形破壞特征及應(yīng)急治理措施，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性分析成果詳細(xì)討論了該崩塌的形成機理，可得以下幾點結(jié)論：

(1) 永壽縣儀井鎮(zhèn)王家莊崩塌臨空面高陡，黃土疏松，裂隙發(fā)育，是產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)變形從而形成崩塌的主控因素。

(2) 降雨、排水不暢，加之地震影響，是崩塌體變形破壞的主要引發(fā)因素，同時，該崩塌威脅上部公路及王家莊住戶，開展應(yīng)急治理十分必要。

(3) 根據(jù)崩塌體工程地質(zhì)特征及穩(wěn)定性分析評價結(jié)果，針對該崩塌體邊坡治理，提出了排水、削方、堆填相結(jié)合的應(yīng)急治理措施。

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A CASE STUDY OF DEFORMATION FEATURES AND STABILITY OF COLLAPSES IN LOESS AREAS——TAKING LOESS COLLAPSE OF WANG JIA VILLAGE IN YONGSHOU COUNTY OF SHAANXI PROVINCE AS EXAMPLE

TENG Hong-quan,ZHANG Xin-yu

( Shaanxi Institute of Geo-Environment Monitoring, Xi’an 710054,China )

The loess collapse in Wangjia Village, Yijing, Yongshou is taken as a case to investigate the deformation features and causes of loess slopes. Qualitative analysis and quantitative calculation are adopted to evaluate the stability of the collapse. Emergency countermeasures are proposed for that collapse, according to the local conditions.

loess collapse; deformation feature; stability; emergency treatment

1006-4362(2015)01-0025-05

2014-11-12 改回日期：2014-12-17

P642.21

A

滕宏泉(1974- )，男，陜西興平人，高級工程師，主要從事地質(zhì)工程與地質(zhì)災(zāi)害方面的研究工作。E-mail: 630167271@qq.com