中國(guó)小興安嶺北部淺層滑坡地質(zhì)與變形特征的研究

摘要[目的] 研究中國(guó)小興安嶺北部淺層滑坡的地質(zhì)特征和變形特征。[方法] 以穿越小興安嶺西北段的北安至黑河高速公路K178+530路段滑坡為例，采用地質(zhì)勘察、地表GPS變形監(jiān)測(cè)、路基和邊坡土體地溫變化監(jiān)測(cè)等方法，研究分析滑坡的地質(zhì)特征和變形特征。[結(jié)果] 滑坡位于高緯度多年凍土區(qū)，區(qū)域內(nèi)有島狀多年凍土層分布，由于大氣降水、島狀多年凍土退化、區(qū)域氣候條件和特殊的地質(zhì)條件影響，滑坡每年5月末至11月初滑動(dòng)，冬季處于穩(wěn)定狀態(tài)。至2014年1月，滑坡體中、后部滑動(dòng)距離最大達(dá)113.32 m，滑坡體前緣向前滑動(dòng)26.4 m。[結(jié)論] 滑坡體中、后部滑動(dòng)速率大于前緣，滑坡滑動(dòng)方式為推進(jìn)式，滑坡的變形具有季節(jié)性、間歇性和低角度等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞高緯度多年凍土；地質(zhì)勘察；滑坡；變形監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）05-211-04

基金項(xiàng)目交通運(yùn)輸部科技項(xiàng)目（2011318223630）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助（2572014AB07）。

作者簡(jiǎn)介胡照廣（1986-），男，河南漯河人，博士研究生，研究方向：林區(qū)道路工程。*通訊作者，教授，博士，從事巖土工程災(zāi)害研究。

收稿日期2014-12-25

多年凍土區(qū)斜坡穩(wěn)定性研究是滑坡學(xué)一個(gè)獨(dú)特的研究領(lǐng)域。40多年來(lái)，我國(guó)在寒區(qū)開(kāi)展了大量的工程和經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)活動(dòng)，線性工程建設(shè)規(guī)模日益加大，將不可避免地影響到多年凍土的熱穩(wěn)定性，從而引發(fā)不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害，如融沉、滑坡等。目前，我國(guó)對(duì)于多年凍土地區(qū)滑坡形成機(jī)理和滑動(dòng)特征的研究主要集中在青藏高原的高海拔凍土地區(qū)，研究的重點(diǎn)也集中在了多年凍土的熱融滑塌導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。馬立峰等[1]通過(guò)研究青藏公路K3035里程處的熱融滑塌，得出了熱融滑塌的產(chǎn)生、發(fā)展及其消亡與多年凍土條件和外因力的誘發(fā)關(guān)系密切，且滑塌范圍的擴(kuò)展隨地溫的周期變化波動(dòng)進(jìn)行，并主要集中在7～9月，最大擴(kuò)展范圍出現(xiàn)在沿坡體傾向方向。李同錄等[2]通過(guò)對(duì)川藏公路102滑坡群進(jìn)行研究，分析了川藏公路沿線滑坡的發(fā)育特征，得出了地下水活動(dòng)、河流沖刷、地震影響等各種營(yíng)力長(zhǎng)期作用是導(dǎo)致滑坡滑動(dòng)的主因。谷天峰等[3]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、監(jiān)測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)和有限元模擬分析研究了藏東南妥壩堆積體滑坡，得出了高強(qiáng)度降水、季節(jié)性?xún)鐾寥诨且鸷图觿』碌男纬珊徒怏w的主要原因，滑坡的運(yùn)動(dòng)特征為間隙性的牽引式低速滑動(dòng)。

在寒區(qū)滑坡的研究中，對(duì)于我國(guó)黑龍江省小興安嶺地區(qū)的滑坡研究較少，小興安嶺北部屬于高緯度多年凍土地區(qū)。近年來(lái)，此地區(qū)的多年凍土處于劇烈的退化狀態(tài)，滑坡地區(qū)地面坡度較低，滑坡的形成機(jī)制和變形特征都存在其特殊性，目前，在此方面研究的理論和實(shí)踐都尚不成熟。該研究以穿越小興安嶺西北段的北安至黑河高速公路K178+530斷面的滑坡為例，結(jié)合地質(zhì)勘察和GPS定位技術(shù)研究小興安嶺北部多年凍土地區(qū)土質(zhì)滑坡的形成機(jī)制和運(yùn)動(dòng)特征。

1研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1自然地理?xiàng)l件和滑坡概況

研究區(qū)地處小興安嶺北部，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季短、回暖快，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季短、降溫快，冬季寒冷漫長(zhǎng)；年平均氣溫為0.6 ℃，平均降雨量510～650 mm，平均降雪期為215 d，無(wú)霜期為90～120 d；降雨多集中于6～9月，約占全年總降水量的65%；初雪一般在10月下旬，終雪一般在翌年3月末或4月初。季節(jié)性?xún)鐾翆由疃葹?.30～2.50 m，在部分溝谷低洼地段有島狀多年凍土分布。

如圖1為K178+530滑坡區(qū)域三維地形，滑坡位于道路左側(cè)填方，筑路棄土、路基填土和邊坡表層土一同沿溝谷發(fā)生滑動(dòng)，滑動(dòng)最遠(yuǎn)距離公路200 m?；麦w平面呈舌狀，寬20～30 m，面積約6 000 m2，前后緣距離200 m，前緣高程254 m、后緣高程285 m。圖1為滑坡區(qū)域三維地形，圖2為滑坡現(xiàn)場(chǎng)照片，前緣將原地面地表腐殖土（塔頭）推起一起向前滑動(dòng)，滑坡后緣有階弧形錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)臺(tái)位于加寬路基范圍之內(nèi)。在滑坡舌的位置有樹(shù)木傾斜的現(xiàn)象。

1.2地質(zhì)條件

研究區(qū)地表出露地層由老至新有：上白堊統(tǒng)嫩江組、第三系中上新統(tǒng)孫吳組、第四系全新統(tǒng)現(xiàn)代河流沖積層。侵入巖不發(fā)育。上白堊統(tǒng)嫩江組（K2n）出露于山體或丘陵的中下部，面積較大，為一套河湖相的細(xì)碎屑沉積，巖性為褐灰、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾黃色泥質(zhì)粉細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖，下部見(jiàn)有黃色細(xì)砂巖和薄層含礫砂巖，弱膠結(jié)，抗風(fēng)化能力差，風(fēng)化深度較大，近地表部分基本全風(fēng)化，既含水又隔水，不整合于上侏羅統(tǒng)神樹(shù)組和下白堊統(tǒng)光華組火山巖及晚印支期花崗巖基底之上，被第三系中上統(tǒng)孫吳組不整合覆蓋。第三系中上新統(tǒng)孫吳組（N1-2s）出露于區(qū)內(nèi)山體或丘陵的頂部，面積較大，為一套河流相碎屑沉積，巖性以含礫砂巖為主，夾薄層泥巖，巖石基本無(wú)膠結(jié)，呈松散狀態(tài)，呈帽狀不整合于上白堊統(tǒng)嫩江組之上。第四系全新統(tǒng)現(xiàn)代河流沖堆積（Q）分布于地勢(shì)低洼的溝谷灘地，由地表腐植土、粘土、礫砂、淤泥質(zhì)土組成。

研究中，在K178+530斷面首先進(jìn)行以鉆探為主的工程地質(zhì)勘察，布設(shè)A、B、C和D共4個(gè)工程勘察鉆孔，鉆孔孔深14～26 m，鉆孔分布如圖1所示。

在研究路段勘察范圍內(nèi)所見(jiàn)土體巖性自上而下為：第四系松散層、第三系含礫砂巖、白堊系泥巖、粉砂巖，地質(zhì)剖面見(jiàn)圖3。路基填土或筑路棄土：黃色，主要為挖方第三系含礫砂巖和白堊系泥巖、砂質(zhì)泥巖松散混雜體，干時(shí)松散，飽和軟塑；粉質(zhì)粘土：黃色，軟可塑，干強(qiáng)度和韌性較大，且有多個(gè)粗砂夾層，單層厚度約1～10 cm，大大增加了土體的滲水能力；第三系含礫砂巖：全風(fēng)化，成分以長(zhǎng)英石以及砂土礦物為主，級(jí)配良好，強(qiáng)透水性；全風(fēng)化粉砂巖：黃色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，滲水能力較差。全風(fēng)化泥巖：黃色或灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，遇水抗軟化能力差，滲水能力較差。強(qiáng)風(fēng)化泥巖：黑灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖石弱膠結(jié)。中等風(fēng)化泥巖：褐、黑灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。

勘察結(jié)果表明：滑坡體上游滑動(dòng)面位于4.2 m深度的礫砂和粉砂巖交界面，滑動(dòng)面以下為滲水能力較差的粉砂巖；滑坡體中、下游滑動(dòng)面位于6.5 m深度的粉質(zhì)粘土和泥巖交界面，滑動(dòng)面以下為滲水能力較差的泥巖；滑坡體最前緣在粉質(zhì)粘土層中剪出。大氣降水、融雪水、裂隙泉水和坡體淺層季節(jié)性?xún)鐾寥诨疄樯襟w滑坡提供了持續(xù)水源，坡面上的鼓脹裂縫和淺層高滲透性的巖土體為地表水和地下水提供了入滲通道，低滲透性的基巖形成隔水層，隔水層處巖土體達(dá)到飽和狀態(tài)抗剪強(qiáng)度急劇下降形成滑動(dòng)帶。

2滑坡變形特征分析

2.1滑坡的滑動(dòng)位移監(jiān)測(cè)

2010年7月22日，位于K178+530滑坡體上的兩個(gè)深度變形監(jiān)測(cè)管A和B分別在距滑坡體地表面6.5 m、4.2 m處被剪斷，滑坡土體發(fā)生了滑動(dòng)，變形監(jiān)測(cè)管上部隨著滑坡體滑動(dòng)。以A和B為GPS變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，連續(xù)不間斷地對(duì)滑坡進(jìn)行滑動(dòng)位移監(jiān)測(cè)。

如圖4和圖5所示，分別為變形監(jiān)測(cè)管A和B水平方向和豎直方向的滑動(dòng)位移曲線圖。由A和B的滑動(dòng)曲線可以看出，從2010年7月22日滑坡體開(kāi)始滑動(dòng)起到2010年11月中旬，滑坡一直處于滑動(dòng)狀態(tài)，11月中旬以后，地表層開(kāi)始冰凍，直到2011年5月末，滑坡體始終處于不滑動(dòng)狀態(tài)，從2011年5月末，滑坡又開(kāi)始滑動(dòng)。兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形位移具有不完全同步性，且位移變化幅度各異。兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在啟動(dòng)變形時(shí)，不具有同步性，如2011年5月末監(jiān)測(cè)B已經(jīng)開(kāi)始滑動(dòng)，但監(jiān)測(cè)點(diǎn)A還處于靜止?fàn)顟B(tài)，這說(shuō)明滑坡體啟動(dòng)變形時(shí)，后緣先開(kāi)始滑動(dòng)，變形逐漸向前緣方向傳遞，經(jīng)過(guò)10多天以后，靠近前緣位置才開(kāi)始滑動(dòng)，且滑坡體后緣位移量比滑坡體前緣較大，此滑動(dòng)變形特征充分表明了滑坡屬于推進(jìn)式滑坡，動(dòng)力來(lái)源于滑坡體后緣。

2.2滑坡體周界變化特征

K178+530滑坡外部形態(tài)呈現(xiàn)為條帶狀，隨著滑坡體的形成和不斷發(fā)展，滑坡體的表觀形態(tài)在不斷發(fā)生變化，滑坡范圍在逐漸增大。如圖7所示為

2010年10月份滑坡圖像，此時(shí)的滑坡體面積為2004年滑坡體面積（見(jiàn)圖6）的1.5倍，滑坡在近幾年發(fā)生了較大的變形。

研究中，為了研究近幾年滑坡的周界變化，分別于2010年7月、2010年11月、2012年8月和2014年1月4次對(duì)滑坡體周界進(jìn)行GPS定位測(cè)量，掌握了滑坡體周界的變化。如圖8所示，為K178+530滑坡周界變化圖，圖中用綠線、藍(lán)線、桔黃線和紅線分別表示前后4次對(duì)滑坡體周界進(jìn)行GPS定位測(cè)量。由圖8可知，滑坡體后緣在不斷往道路方向侵蝕擴(kuò)張，滑坡對(duì)道路的侵蝕危害正在增強(qiáng)；滑坡體前緣位置在不斷向滑動(dòng)方向推進(jìn)，自2010年7月到2010年11月，滑坡體前緣位置向前推進(jìn)了15.5 m，自2010年7月到2014年1月，滑坡體前緣位置向前推進(jìn)了26.4 m。2010年7月滑坡體坡面坡度為8.07°，2014年1月滑坡體坡面坡度為6.2°。

3結(jié)論

（1）K178+530滑坡屬于土質(zhì)淺層滑坡，滑坡體上游滑動(dòng)面位于4.2 m深度的礫砂和粉砂巖交界面；滑坡體中、下游滑動(dòng)面位于6.5 m深度的粉質(zhì)粘土和泥巖交界面；滑坡體最前緣在粉質(zhì)粘土層中剪出。裂隙水的不斷侵蝕、較大強(qiáng)度相對(duì)集中的降雨、后緣大量的堆積土是滑坡形成的主要誘導(dǎo)因素。

（2）由于地處高緯度多年凍土地區(qū)，該區(qū)域滑坡受天氣條件影響，滑動(dòng)特征具有季節(jié)性、間歇性，夏季滑動(dòng)較快，冬季相對(duì)靜止。滑坡坡面具有低角度特點(diǎn)，2010年7月K178+530滑坡體坡面坡度為8.07°，2014年1月坡度為6.2°。

（3）K178+530滑坡屬于推進(jìn)式滑坡，動(dòng)力來(lái)源于滑坡體后緣。在同一時(shí)期內(nèi)，滑坡體各個(gè)位置滑動(dòng)位移量相差較大，滑坡體中上游滑動(dòng)位移量大于滑坡體前緣處。

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責(zé)任編輯張彩麗責(zé)任校對(duì)李巖