青海省尖扎縣夏藏灘移民安置區(qū)岸坡穩(wěn)定性淺析

摘 要：安置區(qū)所在的夏藏灘盆地屬黃河Ⅳ級階地，階地階面地形相對平坦，前緣高出黃河260-340m，后緣由相對高差達200-550m、呈圈椅狀分布的中山組成，是由黃河向西側蝕形成的大轉彎在歷史演變中形成的。夏藏灘為一表面相對平坦的灘地，但其整體為一高出侵蝕基準面達300m的臺地，南北兩側分布有兩條大沖溝，溝谷切割深、谷坡坡度陡峻，溝谷溯源侵蝕使岸坡穩(wěn)定性相對較差，尤其是在谷坡地層結構不利地段，由于人類工程活動的影響，有5段約1500m長的岸坡穩(wěn)定性差，對安置工程構成威脅，需進行有效整治。

關鍵詞：夏藏灘盆地；溯源侵蝕；岸坡穩(wěn)定；穩(wěn)定性

前言

黃河公伯峽水電站水庫庫區(qū)移民尖扎縣夏藏灘安置區(qū)建成于2006年6月，共安置水庫淹沒區(qū)移民590戶、2956人。建有藏族村和回民村兩個村莊，一所中學，周邊新開墾耕地2328畝，配套建設公路4Km，干渠7km，支渠12km。工程建成后，由于受滑坡、崩塌、泥石流等不良地質現(xiàn)象的影響，移民對夏藏灘整體穩(wěn)定性產(chǎn)生了懷疑，并對場地的適宜性產(chǎn)生了擔憂。尤其是相繼出現(xiàn)的建筑物開裂、渠道毀壞，農(nóng)田沉陷，溝谷岸坡滑塌等一系列問題，進一步引起了廣大移民的不安，也引起了政府及有關部門的高度重視。

夏藏灘南北兩側溝谷，由于溝谷切割深，岸坡坡度大，一般大于60°，組成谷坡巖性為泥巖、卵石及黃土狀土，受溝谷側向侵蝕、降雨及人類工程活動（農(nóng)灌）等影響，溝內(nèi)崩塌十分發(fā)育。

1 沖溝溯源侵蝕及岸坡基本特征

夏藏灘盆地相對黃河為一高達260-340m的河流基座階地，盆地南北兩側分布有兩條沖溝，將盆地中心的平原環(huán)抱，由于與侵蝕基準面距離近，高差大，沖溝溯源侵蝕明顯，表現(xiàn)為源頭高差大、塌岸速率高的特點，源頭多形成大于10m的陡坎。尤是北側支溝具有6條小沖溝伸向盆地平原，對灘地進行逐步吞噬。特別是渠道退水、農(nóng)田灌溉尾水加劇了溯源侵蝕。

夏藏灘盆地兩側兩大沖溝所形成的岸坡長達9km，由黃土、卵石、泥巖組成，溝谷均呈“V”型，溝谷蜿蜒曲折，溝底狹窄，岸坡陡峭，坡度達60度以上，坡高達30-120m，均呈高陡邊坡，其上植被稀少，小沖溝發(fā)育，部份岸坡穩(wěn)定性差，尤其是土質岸坡，存在卸荷變形現(xiàn)象，其上崩塌發(fā)育，農(nóng)灌活動進一步加劇了岸坡變形。

2 岸坡穩(wěn)定影響因素及失穩(wěn)條件分析

依據(jù)調(diào)查資料，結合地區(qū)經(jīng)驗，灘地岸坡危害特點，區(qū)內(nèi)岸坡失穩(wěn)破壞在與降雨量、地震等因素相關的同時，主要與下列6個要素關系明顯。

2.1塌岸、溯源侵蝕與人類工程活動關系密切。

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近期失穩(wěn)岸坡均與移民工程的水利工程、農(nóng)田開發(fā)工程等有關。人類工程活動是加劇岸坡失穩(wěn)的最主要因素，主要表現(xiàn)在三方面：一是渠道退水口在溝口源頭，溯源侵蝕極度加劇，一次試水就造成上溯10余米；二是農(nóng)灌水渠密度大，且尾水大多排向岸坡附近，最終排向沖溝，其對岸坡穩(wěn)定性影響大；三是開發(fā)農(nóng)田過于靠近岸坡前緣，大水漫灌引起的黃土濕陷，加劇岸坡變形。

2.2岸坡破壞與坡體巖性及結構關系密切

夏藏灘兩大沖溝中，現(xiàn)有岸坡失穩(wěn)與坡體結構及組成巖性關系下十分密切，小型崩塌及變形劇烈的岸坡多分布在具有濕陷性的黃土及黃土狀土中，在卵石類土及泥巖巖組中分布較少。同時，在單一結構的濕陷性土層、或雙層結構濕陷性土層厚度大于16m時，失穩(wěn)發(fā)生的可能性最大，占60%以上，雙層結構濕陷性土層厚度12—16m時，失穩(wěn)發(fā)生的可能性次之，雙層結構濕陷性土層厚度8-12m時，失穩(wěn)發(fā)生的可能性較小，雙層結構濕陷性土層厚度小于8m時，失穩(wěn)發(fā)生的可能性極小。單一結構的卵石，自穩(wěn)能力較好，發(fā)生坡體失穩(wěn)的可能性較小，且局部失穩(wěn)不對灘地造成很大影響。單一結構的泥巖，分布在灘地南側支溝及北側支溝的北岸，自穩(wěn)能力相對較好，坡體塌岸速率小，對灘地不構成大的影響。

2.3岸坡破壞與岸坡坡度關系密切

據(jù)區(qū)域資料，岸坡失穩(wěn)與坡度有明顯的非序選擇性，表現(xiàn)為30°—45°坡角的斜坡穩(wěn)定性最差，岸坡失穩(wěn)與岸坡變形關系密切次之，60°—90°更次，小于30°的岸坡穩(wěn)定性較好。區(qū)內(nèi)岸坡平均坡度大于55°，作為巖土邊界系統(tǒng)的主要因素對于整個岸坡的穩(wěn)定有著重要的影響。

2.4岸坡破壞與岸坡高度具有關聯(lián)

現(xiàn)場調(diào)查與區(qū)域資料顯示，坡高是影響岸坡失穩(wěn)或欠穩(wěn)的幾何要素之一。區(qū)域上岸坡高度大于5m，坡體就有失穩(wěn)現(xiàn)象，灘地沖溝中，岸坡30-60m之間的岸坡失穩(wěn)最為明顯，大于60m、15-30m岸坡失穩(wěn)次之，小于15m較少。

2.5岸坡失穩(wěn)與岸坡變形關系密切

調(diào)查及相關資料表明，岸坡上崩塌、滑坡愈發(fā)育、卸荷拉裂等變形愈明顯，坡體愈易失穩(wěn)。區(qū)內(nèi)岸坡上崩塌較為發(fā)育，在溯源侵蝕地帶以及退水口附近，拉張裂縫極為發(fā)育，拉張裂縫寬度0—25cm，長度數(shù)米至數(shù)十米不等，這些變形對岸坡穩(wěn)定性具有很大影響。

2.6岸坡失穩(wěn)與主應力方向有關聯(lián)

研究表明，岸坡失穩(wěn)與岸坡走向與現(xiàn)代構造應力場面最大主應力方向之間相關較為密切。當兩者夾角為65°—90°時，失穩(wěn)的可能性大，45°—65°次之，25°—45°失穩(wěn)的可能性較小，小于25°時失穩(wěn)的可能性最小。區(qū)內(nèi)主應力方向為27°，溝道總體方向與其夾角不利岸坡穩(wěn)定。

區(qū)內(nèi)降雨量、地震、植被等對岸坡穩(wěn)定性均有較大影響，但總體處于同一強度上，影響水平相當。

3 岸坡穩(wěn)定性評價

3.1評價原則與方法

3.1.1評價原則

岸坡的穩(wěn)定性相對劃分為不穩(wěn)定、次不穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、穩(wěn)定四級。不穩(wěn)定區(qū)以若不采取治理工程必將產(chǎn)生灘地流失為標準，次不穩(wěn)定以只需采取一些防護措施就能避免大片灘地流失為標準，基本穩(wěn)定區(qū)在現(xiàn)狀條件下，岸坡失穩(wěn)的范圍不影響農(nóng)田區(qū)為標準；穩(wěn)定區(qū)為岸坡失穩(wěn)的可能性很小區(qū)。

岸坡穩(wěn)定性評價以工程地質類比為預測基礎，充分考慮區(qū)域性特點，結合灘地實際。

3.1.2評價方法

為了合理評價岸坡穩(wěn)定特征，本次采用“模糊綜合評判”預測法，以隸屬函數(shù)和隸屬度區(qū)分岸坡的不穩(wěn)定類到穩(wěn)定類。具體步驟：

（1）建立評判對象因素集U={u1，u2，…，un}。

（2）建立評判集V={v1，v2，…，vn}。即判別樣本的歸屬問題。

（3）建立單因素評判，即建立一個從U到F（V）的模糊映射

，1≤ i≤ n，1≤ j ≤m

由f可以誘導出模糊關系，得到模糊矩陣

稱R為單因素評判矩陣，于是（U，V，R）構成了一個綜合評判模型。

（4）綜合評判：由于對U中各個因素有不同的側重，需要對每個因素賦予不同的權重，它可表示為U上的一個模糊素集

A=（a1，a2，…，an），且規(guī)定

在R與A求出之后，則綜合評判模型為B=A ×R。

3.2影響因素分級標準與隸屬函數(shù)

3.2.1影響因素分級標準

據(jù)上述岸坡失穩(wěn)條件分析，岸坡的變形和破壞是很多因素綜合作用的結果。結合本次岸坡評價原則，建立人類工程活動（u1）、坡體結構類型（u2）、岸坡坡度（u3）、岸坡坡高（u4）、河谷走向與最大構造主壓力方向夾角（u5）、岸坡現(xiàn)有變形特征（u6）等因素的穩(wěn)定性等級劃分標準（表1）

表1 影響因素穩(wěn)定性等級劃分標準

等級

標準

因素 不穩(wěn)定 次不

穩(wěn)定 基本

穩(wěn)定

穩(wěn)定

U1 人類工程活動 強烈（退水口

或大于5條毛渠） 較強烈

1-3條 較弱

1條渠 弱

（無）

U2結構類型 單層結構

或黃土>16 雙結構

16-12 雙結構

12-4 雙結構

<12

U3岸坡坡度 >72 54-36 36-18 <18

U4岸坡坡高 >60 60-45 45-30 <30

U5岸坡現(xiàn)有變形特征 >12 12-9 9-6 <6

U6河谷走向與最大構造

主壓力方向夾角 >80 80-60 60-40 <40

3.2.2隸屬函數(shù)

利用柯西公式法，確定各主控因子隸屬函數(shù)的α、β值，各主控因子的隸屬函數(shù)為：

（1）人類工程活動（u1）隸屬函數(shù)：

不穩(wěn)定區(qū)：

次不穩(wěn)定區(qū)：

基本穩(wěn)定區(qū) ：

穩(wěn)定區(qū)：

（2）易滑地層（u2）隸屬函數(shù)：

不穩(wěn)定區(qū)：

次不穩(wěn)定區(qū)：

基本穩(wěn)定區(qū)：

穩(wěn)定區(qū)：

（3）坡度（u3）隸屬函數(shù)：

不穩(wěn)定區(qū)：

次不穩(wěn)定區(qū)：

基本穩(wěn)定區(qū)：

穩(wěn)定區(qū)：

（4）坡高（u4）隸屬函數(shù)：

不穩(wěn)定區(qū)：

次不穩(wěn)定區(qū)

基本穩(wěn)定區(qū)

穩(wěn)定區(qū)

（5）變形特征（u5）隸屬函數(shù)：

不穩(wěn)定區(qū)：

次不穩(wěn)定區(qū)

基本穩(wěn)定區(qū)

穩(wěn)定區(qū)

（6）坡向與主壓應力方向夾角（u6）隸屬函數(shù)：

不穩(wěn)定區(qū)

次不穩(wěn)定區(qū)

基本穩(wěn)定區(qū)

穩(wěn)定區(qū)

3.2.3權重集確定

將因素集中的元素兩兩比較得到比較矩陣A：

由Aω=λmaxω得知：

λmax=2.38，CR=0.022<0.1，即權集ω=（0.15 0.21 0.08 0.12 0.25 0.19）

3.3岸坡穩(wěn)定性評價

3.3.1評價段劃分：

岸坡評價單元的劃分以保持地形地貌和工程地質條件的完整性為原則確定，共劃出29段。

3.3.2穩(wěn)定性評價

對各斜坡單元進行綜合評價，根據(jù)隸屬度最大原理，得到29個斜坡段的歸屬結果，見表2。

例如對8號斜坡單元進行評價，將主控因子量化值帶入相應的隸屬函數(shù)中，得到評判矩陣：

從而得到評判集：

B=ω×R=[ 0.67 0.42 0.40 0.34]

根據(jù)最大隸屬度原則，8號斜坡單元屬于不穩(wěn)定區(qū)。

其中：8、14、15、17段為不穩(wěn)定岸坡，3、6、11、16、24段為次不穩(wěn)定岸坡，1、5、7、9、10、18、25、28、29段為基本穩(wěn)定岸坡，2、4、12、13、19、20、21、22、23、26、27段為穩(wěn)定岸坡。

表2 評價結果統(tǒng)計表

斜坡段 不穩(wěn)定 次不穩(wěn)定 基本穩(wěn)定 穩(wěn)定 評價結果

1 0.27 0.53 0.54 0.44 基本穩(wěn)定

2 0.39 0.54 0.47 0.58 穩(wěn)定

3 0.30 0.57 0.58 0.49 次不穩(wěn)定

4 0.13 0.35 0.72 0.80 穩(wěn)定

5 0.17 0.58 0.86 0.53 基本穩(wěn)定

6 0.37 0.74 0.60 0.39 次不穩(wěn)定

7 0.32 0.46 0.76 0.57 基本穩(wěn)定

8 0.67 0.42 0.40 0.34 不穩(wěn)定

9 0.45 0.53 0.57 0.46 基本穩(wěn)定

10 0.27 0.62 0.84 0.49 基本穩(wěn)定

11 0.48 0.69 0.54 0.43 次不穩(wěn)定

12 0.21 0.42 0.65 0.70 穩(wěn)定

13 0.26 0.43 0.59 0.63 穩(wěn)定

14 0.59 0.56 0.48 0.30 不穩(wěn)定

15 0.53 0.52 0.48 0.31 不穩(wěn)定

16 0.68 0.91 0.63 0.37 次不穩(wěn)定

17 0.38 0.37 0.51 0.46 不穩(wěn)定

18 0.26 0.31 0.52 0.65 基本穩(wěn)定

19 0.18 0.26 0.46 0.72 穩(wěn)定

20 0.23 0.43 0.50 0.63 穩(wěn)定

21 0.21 0.42 0.54 0.64 穩(wěn)定

22 0.31 0.45 0.49 0.58 穩(wěn)定

23 0.16 0.40 0.62 0.68 穩(wěn)定

24 0.49 0.66 0.51 0.43 次不穩(wěn)定

25 0.23 0.46 0.79 0.54 基本穩(wěn)定

26 0.22 0.37 0.56 0.66 穩(wěn)定

27 0.34 0.41 0.59 0.61 穩(wěn)定

28 0.36 0.44 0.62 0.61 基本穩(wěn)定

29 0.29 0.49 0.70 0.66 基本穩(wěn)定

3.4岸坡穩(wěn)定對場地穩(wěn)定性影響

3.4.1不穩(wěn)定岸坡

分布在北測沖溝中下游兩條長支溝的頂部、及下游長支溝的兩岸。兩支溝的頂部，組成巖性為黃土狀粉土，為單一結構的濕陷性土體，坡高在30m左右，坡度65度左右，坡體上植被不發(fā)育，岸坡穩(wěn)定性條件差。同時，這一地帶溝谷溯源侵蝕強烈，溝谷分支較多，加之坡體周邊為農(nóng)田分布區(qū)，人類工程活動強烈，渠道排水口分布密集，致使岸坡變形十分明顯，塌岸、拉裂現(xiàn)象發(fā)育。岸坡失穩(wěn)將快速吞農(nóng)田，對場地穩(wěn)定性影響大。

下游長支溝兩岸不穩(wěn)定斜坡區(qū)，組成巖性為單一結構的濕陷性土體，坡高在30m以上，坡度在70度左右，岸坡穩(wěn)定性條件差，但是，由于該段岸坡周邊人類活動不強烈，附近無農(nóng)田分布，岸坡的天然塌岸速率較低，因此岸坡失穩(wěn)對場地穩(wěn)定性影響不明顯。

3.4.2次不穩(wěn)定岸坡

分布在北側沖溝上游、中游及沖溝上游長支溝的西岸、下游長支溝的東岸部分地段。組成巖性多為卵石、黃土狀土雙層結構土體，坡高大于30m，坡度較陡，岸坡穩(wěn)定性條件較差。但岸坡天然塌岸速率低，岸坡失穩(wěn)對周邊農(nóng)田影響不明顯，對場地穩(wěn)定性影響較小。

3.4.3基本穩(wěn)定岸坡

分布在南側沖溝上游、下游段，北側沖溝上游及該沖溝上游長支溝中下游。組成巖性為單一結構的卵石或泥巖。岸坡穩(wěn)定條件相對較好，坡體天然塌岸對以農(nóng)田主的場地穩(wěn)定性影響小。

3.4.4穩(wěn)定岸坡

分布在南側沖溝的中游、北側沖溝的中、下游。組成巖性多為單一結構的泥巖。岸坡穩(wěn)定性條件好，坡體對場地穩(wěn)定性影響小。

4 結語

夏藏灘周邊分布有滑坡、崩塌、泥石流等不良地質現(xiàn)象，其中，滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性相對較好，對場地穩(wěn)定產(chǎn)生影響較小，崩塌因加劇岸坡失穩(wěn)對場地的穩(wěn)定性有較大的影響。特別是南北兩側沖溝溯源侵蝕的加劇對安置區(qū)的農(nóng)田及水利設施產(chǎn)生了較大的威脅，需要采取有效合理的防治措施。在采取適當防治工程后場地適宜居民安置。本次通過不同的影響因子，對南北兩側沖溝岸坡的穩(wěn)定性進行了分段評價，劃分出了不穩(wěn)定、次不穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、穩(wěn)定四個等級，并針對其提出了對應的防治措施。

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作者簡介：

王錦濤（1990.5），男，漢族，青海西寧人，大學本科，畢業(yè)于青海大學資源勘查工程專業(yè)，工學學士學位。2015年12月任水工環(huán)助理工程師，就職于青海煤炭地質局。研究方向：主要從事工程地質勘查和環(huán)境地質專業(yè)技術工作。