西和縣東山滑坡形成機(jī)理分析

郭　彪，張　弘，陳　平，周虎東

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅蘭州730020）

西和縣東山滑坡形成機(jī)理分析

郭彪*，張弘，陳平，周虎東

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅蘭州730020）

針對(duì)甘肅省隴南市西和縣東山滑坡，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明，斷裂對(duì)該滑坡起控制作用，巖土體性質(zhì)決定了該滑坡的類(lèi)型，而水和人類(lèi)工程活動(dòng)易觸發(fā)該滑坡的發(fā)生。東山滑坡形成機(jī)理的分析結(jié)果可為日后相似條件下滑坡的防治提供一定的借鑒。

東山滑坡；斷裂；形成機(jī)理

西和縣隸屬于甘肅省隴南市，地處嘉陵江上游西禮盆地，縣城坐落于西漢水支流漾水河上游。區(qū)內(nèi)地層巖性組合多樣，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育。東山滑坡位于西和縣城東側(cè)，為一老滑坡，2008年以前一直處于較穩(wěn)定狀態(tài)，后經(jīng)“5.12”汶川地震及“7.22”岷漳地震影響，加劇了坡體的變形。目前由3個(gè)大小不等的滑坡組成，威脅祁家窯、董家窯、魚(yú)家磨、朝陽(yáng)村及沿街商鋪共計(jì)408戶(hù)2703人生命財(cái)產(chǎn)安全，潛在經(jīng)濟(jì)損失2.06億元，地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模為特大型［1］。

地震帶附近，在大斷層強(qiáng)烈破碎帶的長(zhǎng)期作用下，破壞了斷層強(qiáng)烈破碎帶兩側(cè)的巖土體的完整性，利于形成地下水的運(yùn)移通道，在有利地形下滑坡就有可能發(fā)生［2］。前人已對(duì)斷裂控制的滑坡進(jìn)行了研究，但對(duì)于地震帶附近黃土層及軟巖中的滑坡發(fā)生及發(fā)展的機(jī)理未做詳細(xì)研究。本文以西河縣東山滑坡為例，對(duì)該滑坡的形成機(jī)理進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出滑坡治理措施，對(duì)類(lèi)似的滑坡工程具有指導(dǎo)意義。

1　地質(zhì)環(huán)境條件

1.1地形地貌

東山滑坡地處西禮盆地中部，區(qū)內(nèi)地貌按地表形態(tài)特征和成因類(lèi)型可分為侵蝕下切黃土梁峁地貌、侵蝕堆積河谷地貌及重力堆積地貌三大地貌單元，海拔高程介于1745～1509m之間，最大高差為236m。

1.2地層巖性

滑坡區(qū)及周邊出露的地層巖性較簡(jiǎn)單，主要有新近系上新統(tǒng)（Nb）、第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積物（Q3eol）、第四系全新統(tǒng)沖洪積物及滑坡堆積物（Q4al+pl、Q4del）（圖1）。

1.3地質(zhì)構(gòu)造

西和縣城大地構(gòu)造上屬于秦嶺緯向構(gòu)造帶間的新生帶凹陷盆地之西禮盆地的南部邊緣（圖2）。該區(qū)處于兩組大斷裂的交匯地帶，其中一組斷裂經(jīng)過(guò)成縣—西和—禮縣，橫穿西禮盆地南部，總體呈北西走向，另一組斷裂走向北東，即為西禮斷陷的東緣主斷裂，該斷裂帶向南西方向延伸，與武都化馬一帶的北東向斷裂相接。從這兩組大斷裂對(duì)新生代的地層的控制和對(duì)現(xiàn)代地形地貌的影響可以推斷，它們均屬于活動(dòng)性斷裂構(gòu)造。此外，從有關(guān)的地震區(qū)劃研究資料中可知，西和、禮縣一帶都曾經(jīng)是近代以來(lái)許多強(qiáng)烈地震的震中。

1.4水文地質(zhì)條件

滑坡前部平坦穩(wěn)定地帶為漾水河河谷，漾水河發(fā)源于河口鄉(xiāng)鐵古坪，由南向北從縣城穿過(guò)，將城區(qū)劃分為東西兩片，流經(jīng)何壩、十里、漢源鎮(zhèn)、西峪、石堡、長(zhǎng)道等地，于禮縣蒙張匯入西漢水，流域總面積682km2，河流全長(zhǎng)47.4km，河道平均比降10‰，其中西和縣境內(nèi)流域面積618km2，多年平均流量2.05m3/s，年平均輸砂量195.86×104t，平均侵蝕模數(shù)3169.34t/km2。其主要的支流有南峪溝、橫嶺溝、趙五河、任河、白水河、盧家河、玉泉河、蘇家河、稍峪河、張劉河、水磨川河等。

滑坡區(qū)主要分布地下水為全新統(tǒng)滑坡堆積物孔隙水。

2　滑坡發(fā)育特征

2.1滑坡形態(tài)

東山滑坡位于西和縣城東側(cè)，是由3個(gè)大小不等的滑坡組成的滑坡群。

H3滑坡屬黃土—泥巖滑坡，平面形態(tài)呈“簸箕”形，滑坡體地勢(shì)總體東高西低，實(shí)測(cè)后緣高程1708m，前緣高程1600m，前后緣最大高差約108m，坡面平均坡度約13°，主滑方向?yàn)?79°，沿主滑方向縱長(zhǎng)約476m，前緣寬約600m，后緣寬435m，依據(jù)本次勘查成果計(jì)算確定，滑坡體厚度介于11.8～43.4m之間，平均為27.6m，面積約21.9×104m2，體積約603.4×104m3，按滑體厚度劃分，屬深層滑坡；按滑體體積劃分，屬大型滑坡。

2.2滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)鉆孔資料，H3滑坡上部為粉質(zhì)粘土（風(fēng)積黃土），厚度6.2～8m不等，松軟結(jié)構(gòu)，硬塑狀態(tài)；中部為泥巖碎屑，呈灰綠色，厚度2.4～3.5m不等，呈散體狀結(jié)構(gòu)，可塑—軟塑狀態(tài)；底部為泥巖，呈灰綠色，厚度4.9～9.1m不等，巖體組織結(jié)構(gòu)完全破壞，呈散體狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈土狀，可塑狀態(tài)。由東山滑坡1-1′剖面圖（圖3）可以看出，滑帶主要由灰綠色泥巖組成，含水量較高，多呈軟塑狀態(tài)，偶見(jiàn)滑動(dòng)擦痕，局部滑面光滑，摩擦熱變質(zhì)現(xiàn)象明顯。

3　滑坡形成機(jī)理分析

3.1滑坡主要控制因素分析

H3滑坡變形過(guò)程主要有以下4個(gè)控制因素。

3.1.1前后緣陡峭的地形條件

H3滑坡滑體中后部從地形來(lái)看，沿主軸線(xiàn)明顯有中間低兩側(cè)高的現(xiàn)象，有利于地表水匯集下滲；滑體前部地形變陡，坡度增大，由其前緣邊界部位，發(fā)育有明顯高出河流階地的陡坡和陡坎，坡高在5～15m之間，坡度一般在30°～50°之間，局部大于65°，坡面垂直裂縫及卸荷裂隙發(fā)育，局部已出現(xiàn)坍塌，這為滑坡發(fā)育創(chuàng)造了有利的地形條件。

3.1.2易軟化的巖性

H3滑坡地層巖性主要由風(fēng)積黃土、泥巖碎屑和泥巖組成。風(fēng)積黃土具大孔隙結(jié)構(gòu)，蟲(chóng)穴和垂直節(jié)理發(fā)育，有利于地表水水體垂直下滲，而下伏泥巖為半成巖，成巖作用弱，膠結(jié)差，另受地質(zhì)構(gòu)造的影響，節(jié)理裂隙普遍發(fā)育，使得巖體較破碎，屬極軟巖，抗風(fēng)化能力弱，力學(xué)強(qiáng)度較低，遇水極易軟化或泥化，為典型的易滑地層，這為早期滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。早期滑坡發(fā)生后，形成現(xiàn)有滑坡堆積物，主要由擾動(dòng)后的黃土和泥巖組成，土體結(jié)構(gòu)疏松，孔隙發(fā)育，有利于地表水體下滲，巖體組織結(jié)構(gòu)完全破壞，多呈散體土狀，飽水性強(qiáng)，當(dāng)?shù)乇硭w滲入后，受原滑面以下較完整泥巖阻隔，形成軟弱夾層，極易形成新的滑動(dòng)面（帶），這為再次滑動(dòng)提供了物質(zhì)條件。

3.1.3豐富的地下水活動(dòng)

滑坡區(qū)地下水水位埋深隨滑床埋深差異變化較大，一般滑床埋深增大，水位埋深亦隨之增大，水位最深可達(dá)9.1m、最淺為5.3m。依據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪成果，在H3滑坡前緣坡腳處，發(fā)現(xiàn)2處泉水出露點(diǎn)，但出水量均較小。滑帶土長(zhǎng)期充水軟化，使得其抗剪強(qiáng)度極大的降低，為滑坡復(fù)活下滑提供了一重要條件。

3.1.4斷裂控制

大斷層造成巖體破碎，地表水容易下切和側(cè)蝕，同時(shí)也為地下水活動(dòng)提供了通道［2］?；聟^(qū)處于2組大斷裂的交匯地帶，其中一級(jí)斷裂經(jīng)成縣—西和—禮縣，橫穿西禮盆地南部，呈北西走向，另一組斷裂走向北東，即為西禮斷陷的東緣主斷裂，該斷裂帶向南西方向斷續(xù)延伸，與武都化馬一帶的北東向斷裂相接。從這2組大斷裂對(duì)新生代的地層的控制和對(duì)現(xiàn)代地形地貌的影響可以推知，它們均屬活動(dòng)性斷裂構(gòu)造，此外，從有關(guān)的地震區(qū)劃研究資料中可知，西和、禮縣一帶都曾經(jīng)是近年來(lái)許多強(qiáng)地震的震中。構(gòu)造抬升不均衡使區(qū)內(nèi)新近系泥巖傾向坡腳，傾角介于5°～15°之間。據(jù)調(diào)查，具備臨空條件、坡面與構(gòu)造面傾向一致的斜坡地帶及易形成滑坡［3］。且區(qū)內(nèi)泥巖高角度節(jié)理特別發(fā)育，至少有6組方向，其中主要有北東東向、北北西向、北東向和北西向四組，節(jié)理密度分布不均，從鉆孔巖芯中可以看出，巖芯中節(jié)理細(xì)密，同一組節(jié)理間距可達(dá)2～3mm，主要以高角度節(jié)理為主，此外，還發(fā)現(xiàn)有1～2組緩傾角節(jié)理，傾角15°～30°，沿節(jié)理面常發(fā)現(xiàn)有滑動(dòng)磨擦的跡象，而且沿節(jié)理面上下附近巖石有被擠壓碾磨的特點(diǎn)，密集的節(jié)理裂隙切割巖層，破壞其側(cè)向連續(xù)性，并為地下水的聚集和貯存運(yùn)移提供了有利場(chǎng)所。

3.2滑坡變形破壞模式分析

東山滑坡具有典型且明顯的后緣牽引滑帶、中部主滑帶及前沿抗滑帶，其破壞過(guò)程與特點(diǎn)分述如下：

（1）在主滑帶的后端先蠕動(dòng)，使后緣牽引部分的滑體似基礎(chǔ)下陷般斷裂而生成牽引段滑帶（面），隨后則在地表水及地下水沿帶作用下逐步軟化而轉(zhuǎn)化為沿牽引滑帶的剪切破壞，產(chǎn)生向主滑體的推力。在主滑體穩(wěn)定下或旱季無(wú)地表水的作用，牽引滑帶可因暫時(shí)穩(wěn)定而恢復(fù)一定強(qiáng)度。不過(guò)在滑坡整體滑動(dòng)中該牽引段的巖土總是早就破壞沿滑帶移動(dòng)較遠(yuǎn)，達(dá)到當(dāng)時(shí)含水狀態(tài)下的殘余強(qiáng)度。

（2）中部主滑帶多數(shù)是沿滑動(dòng)斷面內(nèi)已有的相對(duì)于滑體及滑床為較軟弱、破碎及含水的帶為依附而發(fā)育生成。在地震、滑帶部位地下水等因素影響下，由于主滑帶自身所受應(yīng)力大于強(qiáng)度而產(chǎn)生蠕動(dòng)變形，在受牽引段的推力共同作用下先自身擠緊，而后將剩余下滑力作用于前部的抗滑段，在前部抗滑段被擠緊下僅產(chǎn)生微量移動(dòng)，直至抗滑段滑帶形成，隨其產(chǎn)生大規(guī)模的滑動(dòng)破壞。

（3）前部抗段滑帶與主滑帶生成所依附的軟弱結(jié)構(gòu)帶并非一致，而是在應(yīng)力集中處向臨空擠出為主。因此，有向臨空組合的軟弱帶為依附而生成的抗滑段滑帶者，歇于在主滑段推擠下、滑帶地下水逐漸浸濕下漸近破壞而貫通出口；由彈性變形（擠緊）到塑性變形（沿滑帶移動(dòng)）直至加速大動(dòng)破壞，此時(shí)抗滑段滑帶抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是當(dāng)時(shí)條件下的殘余強(qiáng)度。如出口滑帶是由應(yīng)力集中下生成（非地質(zhì)上軟弱帶），由抗剪斷強(qiáng)度突然脆性破裂轉(zhuǎn)為而間摩擦，則因剩余下滑力過(guò)大，可使抗滑段滑體滑動(dòng)距離較遠(yuǎn)，形成滑坡堆積體。

3.3滑坡形成機(jī)理分析

東山滑坡主要特征為黃土軟巖的順層滑動(dòng)，黃土具大孔隙結(jié)構(gòu)，蟲(chóng)穴和垂直節(jié)理發(fā)育，而泥巖成巖作用弱，膠結(jié)差，加之受風(fēng)化、地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，有利于大氣降水入滲。在雨季，一方面大部分降水形成面流向斜坡下游排泄，沖刷、侵蝕破壞斜坡，降低其穩(wěn)定性，同時(shí)軟化坡腳巖土體，降低其抗剪強(qiáng)度；少部分降水則沿節(jié)理裂隙直接入滲，轉(zhuǎn)化為地下水，其中一部分儲(chǔ)存于各種孔隙、裂隙中，致使巖土體重量增加，導(dǎo)致下滑力增大；而另一部分則繼續(xù)下滲，當(dāng)遇到下伏較完整的泥巖時(shí)，受其阻隔，沿隔水層面向坡腳方向運(yùn)移，但受含水介質(zhì)巖性條件的影響，徑流速度緩慢，形成了飽和帶土，致使土體軟化，抗剪強(qiáng)度降低，形成滑面或滑帶。另一方面坡體中的孔隙水壓力增加將降低有效應(yīng)力，導(dǎo)致滑帶摩阻力降低，地下水亦對(duì)滑體產(chǎn)生浮力，降低滑體對(duì)滑床的正應(yīng)力，使滑面摩阻力降低，地下水的滲透壓力作用，對(duì)滑坡體施加一個(gè)推力致使滑坡體頂托懸浮，即在土體中產(chǎn)生一個(gè)剪應(yīng)力，從而降低滑帶土的抗剪強(qiáng)度，也是滑坡形成的主要影響因素之一。該滑坡早期滑動(dòng)運(yùn)移形式為推移式，由于滑坡后緣失穩(wěn)開(kāi)裂，在上部荷載的作用下，后緣土體向下滑動(dòng)，導(dǎo)致前緣巖土體隆起開(kāi)裂從而發(fā)生滑動(dòng)。在現(xiàn)階段，由于人工開(kāi)挖坡腳，破壞原有地貌形態(tài)，形成新的臨空面，導(dǎo)致前緣失穩(wěn)，前一塊滑動(dòng)后，后一塊因失去支撐力會(huì)接著滑動(dòng)，運(yùn)移形式演變?yōu)闋恳健?/p>

4　滑坡發(fā)展趨勢(shì)與防災(zāi)措施

4.1當(dāng)今滑坡發(fā)展趨勢(shì)

H3滑坡在現(xiàn)狀條件下處于穩(wěn)定性較差狀態(tài)，在地震狀態(tài)、暴雨?duì)顟B(tài)下穩(wěn)定差，發(fā)生滑動(dòng)的可能性較大；隨著人類(lèi)工程活動(dòng)的增加，必然對(duì)滑坡穩(wěn)定性有一定影響，特別對(duì)坡腳開(kāi)挖破壞滑體原始應(yīng)力狀態(tài)導(dǎo)致滑坡復(fù)活，極端氣候也有可能引發(fā)滑坡進(jìn)一步復(fù)活，對(duì)滑坡體上及坡腳祁家窯、董家窯、朝陽(yáng)村、魚(yú)家磨村及沿街商鋪408戶(hù)2703人生命財(cái)產(chǎn)安全以及縣鄉(xiāng)道、輸電線(xiàn)路等安全帶來(lái)威脅。

4.2滑坡治理措施

根據(jù)滑坡的發(fā)育特征，穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果、危害對(duì)象以及場(chǎng)地實(shí)際條件，在充分考慮治理工程安全性與可行性、經(jīng)濟(jì)合理性等因素，提出總體抗滑和坡面截水的綜合治理方案。具體如下。

4.2.1抗滑工程

為防止滑坡整體滑動(dòng)，選用單排抗滑樁和樁間擋板進(jìn)行支擋，抗滑樁布設(shè)于滑坡前緣處。以通過(guò)抗滑樁的布設(shè)能有效提高滑坡整體的穩(wěn)定性。

4.2.2坡面截排水

水是導(dǎo)致滑坡滑動(dòng)的直接原因之一，選用在滑坡治理中常用的截排水渠工程，是穩(wěn)固滑體的有效治理措施之一，鑒于區(qū)內(nèi)降雨量大、降水集中的特點(diǎn)，治理工程建議在滑體外圍布設(shè)截排水渠工程，從而防止滑坡外圍來(lái)水進(jìn)入滑體。

4.2.3仰斜式排水孔

東山滑坡在滑帶附件存在地下水，其主要接受大氣降水的補(bǔ)給，地下水類(lèi)型主要為第四系松散巖類(lèi)孔隙水，含水介質(zhì)為滑坡堆積物。在擋土板中心處設(shè)置仰斜式排水孔，排水孔排出的水引入截排水系統(tǒng)。

5　結(jié)論

（1）東山滑坡主要是由于斷裂強(qiáng)烈破碎，導(dǎo)致巖土體破碎強(qiáng)度降低并為地下水的聚集和貯存運(yùn)移提供了有利場(chǎng)所。地下水滲流加劇了滑坡體的不穩(wěn)狀態(tài)。

（2）東山滑坡的變形破壞模式為：在主滑帶的后端先蠕動(dòng)，使后緣牽引部分的滑體似基礎(chǔ)下陷般斷裂而生成牽引段滑帶（面），在前部抗滑段被擠緊下僅產(chǎn)生微量移動(dòng)，直至抗滑段滑帶形成，隨其產(chǎn)生大規(guī)模的滑動(dòng)破壞。

（3）由于東山滑坡是典型的松散堆積物滑坡，斷層強(qiáng)烈破壞起著控制性作用，水和人類(lèi)活動(dòng)觸發(fā)了該類(lèi)滑坡的發(fā)生。為了避免此類(lèi)滑坡的發(fā)生，應(yīng)采取總體抗滑和坡面截水的綜合治理，對(duì)坡面上應(yīng)進(jìn)行退耕還林，減少農(nóng)業(yè)灌溉，避免開(kāi)挖坡腳等人類(lèi)活動(dòng)。

［1］張亮，郭彪，等.隴南市西和縣漢源鎮(zhèn)東山滑坡治理工程勘查報(bào)告［R］.甘肅水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，2015.

［2］張瑩，蘇生瑞，李鵬，等.斷裂控制的滑坡機(jī)理研究——以柳家坡滑坡為例［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2015，23（6）：1127-1137.

［3］盧螽槱，吳其偉，黃大庭，等.受活動(dòng)斷層控制的滑坡實(shí)例［C］//滑坡文集（第四集），北京：中國(guó)鐵路出版社，1984：78-84.

P642

A

1004-5716（2016）09-0012-06

2016-04-26

2016-05-10

郭彪（1983-），男（漢族），甘肅白銀人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程相關(guān)工作。