祁連縣鴿子洞危巖(滑坡)穩(wěn)定性評價及生態(tài)修復研究

白 云，張 鵬，曾 磊，徐順乾，白里成，王 斌

(1.四川水利職業(yè)技術學院，四川 崇州，611231；2.四川省冶金地質勘查局六○五大隊，四川 眉山，620860；3.甘肅省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質礦產(chǎn)勘查院，蘭州，730050；4.甘肅省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉，735000)

鴿子洞村滑坡(危巖)位于祁連縣扎麻什鄉(xiāng)鴿子洞村，主滑方向與S204公路呈近似垂直相交，直接威脅10戶，60人，潛在經(jīng)濟損失小于500萬元。威脅祁連縣扎麻什鄉(xiāng)政府、鴿子洞村、村道公路、放牧通道等重要駐地及設施[1]。

1 危巖帶地質背景

1.1 地形地貌

危巖帶位于祁連縣扎麻什鄉(xiāng)鴿子洞村，地形整體上南側高、北側低，地處Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級階地，屬于構造剝蝕丘陵地貌類型。斜坡總體上為靠椅狀，地形上緩下陡，巖質斜坡區(qū)因巖性差異，下部呈陡崖狀，危巖分布斜坡寬約1200.00m，坡腳高程約1421.66m，坡頂約2289.99m，相對高差約800.00m，總體坡度為50°～70°，危巖區(qū)局部坡度達80°～90°。

1.2 地層巖性

主要出露第四系及白堊系地層。第四系殘坡積、崩坡積、沖洪積層的碎石土、黃土質土、碎塊石主要分布于陡崖上部的緩坡地帶、陡崖段坡體坡腳及河床附近。白堊系下統(tǒng)新民堡群(K1xna)砂巖或含礫砂巖與砂質泥巖互層主要分布在陡崖地段，多呈裸露分布；在陡崖腳凹腔部位，風化、構造裂隙發(fā)育，基巖大部分裸露。

1.3 構造

區(qū)內構造運動總體表現(xiàn)為震蕩式的隆升運動。新構造運動整體震蕩式隆升的這一基本特征，構成了區(qū)內地形地貌輪廓。區(qū)內斷裂構造極發(fā)育，有黑河大斷裂自西而東通過區(qū)內，由該斷裂產(chǎn)生的次一級斷裂形成一系列斷裂帶。斷裂構造與區(qū)域構造線方向一致，為北西西-南東東向展布。

1.4 水文地質條件

區(qū)內水文地質條件復雜。地下水主要類型有松散巖類孔隙潛水、碎屑巖類裂隙孔隙水。松散巖類孔隙潛水含水巖性主要為第四系卵礫石層，透水性強。在溝谷切割低洼處泄出及在斜坡體前緣與階地的接觸處泄出，接受冰雪融化和大氣降水補給，水量較為豐富，含水層厚度一般為5m～10m，單泉流量小于1L/s。碎屑巖類裂隙孔隙水含水巖性主要為白堊系的泥質砂巖、礫巖、砂巖，補給來源主要為山區(qū)地表水、基巖裂隙水的側向補給，丘陵區(qū)局部地段有風化裂隙水。

2 危巖帶發(fā)育特征分析

2.1 危巖(帶)分布及特征

鴿子洞村3條危巖帶總體走向北西-南東-南西，呈折線狀展布。共發(fā)育危巖8塊。基巖主要為砂巖、礫巖，在微地貌上呈陡崖狀。由于構造作用、差異風化、卸荷作用及地震作用，陡崖部砂巖節(jié)理裂隙較為發(fā)育。發(fā)育裂隙多為張開裂隙(縫)，張開寬度1cm～30cm，少量充填巖塊、巖屑及次生泥。每處危巖體發(fā)育有1～4條卸荷裂隙，相對于陡崖呈縱向分布，傾向于坡外，卸荷帶寬度1m～3m不等，垂直發(fā)育深度2m～4m，一般靠近陡崖外側深度較深，內側次之。

表1 危巖特征統(tǒng)計

2.2 滑體特征

滑坡區(qū)上覆地層為第四系堆積物，下覆基巖主要為白堊系下統(tǒng)新民堡群下巖組(K1xna)砂巖?；w主要分布在山體滑坡邊界范圍內。巖性為黃土狀土、碎石粉質粘土、粉質黏土，滑體土硬塑-可塑，含10%～15%碎石，碎石粒徑一般在10mm～20mm，表面稍有光澤，切面粗糙，韌性差，干強度一般，結構較致密。滑體土總體較厚，厚度一般在7.6m～12.9m[2]。

2.3 滑床特征

滑床主要為白堊系下統(tǒng)新民堡群(K1xna)砂巖，紫紅色，砂狀結構，層狀構造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體破碎呈柱狀、短柱狀，少量塊狀。巖層產(chǎn)狀213°∠26°，與滑動方向呈小角度相交，基巖中未發(fā)現(xiàn)明顯軟弱夾層。巖石飽和單軸抗壓強度平均34.5MPa，屬于較硬巖。

2.4 滑帶特征

總體滑帶傾向為南東向，傾角呈上陡下緩分布，滑坡滑帶為基覆界面的一層擾動較強的含碎石粉質粘土，結構凌亂，土質不均，前部深度大于后部，具有一定的梯度，厚0.2m～2.4m，其中滑坡中部滑帶略厚，含水量較高，呈可塑狀。由于基巖為相對隔水層，地下水在下滲的過程中在滑帶富集，特別是雨季雨水的下滲長期對該層粉質粘土浸潤，使其強度降低，坡體易沿該層產(chǎn)生滑動[3]。

2.5 滑坡形成條件

該區(qū)滑坡體在滑動前，基本未受人類活動影響，處在天然生態(tài)環(huán)境下，坡體完整，自然排水條件好。后期由于當?shù)啬撩襁^度放牧和S204省道修建，導致林草植被遭到嚴重破壞和人為因素造成了斜坡結構破壞，水土流失現(xiàn)象嚴重，為地質災害的形成和發(fā)展提供了條件。1998年，祁連縣降水達到20年來年降水最高值573.1mm。在經(jīng)歷此次暴雨后，該滑坡首次出現(xiàn)滑動。其后每遇較大降雨，軟弱帶便發(fā)生局部滑動。

3 滑坡穩(wěn)定性評價

3.1 計算模型與計算方法的確定

根據(jù)滑坡變形特征，在滑坡變形區(qū)內布置了具有典型性和代表性的1-1′、2-2′剖面進行滑坡穩(wěn)定性計算與評價。重點對推測剪出口進行分析研究。除了前緣剪出口以外，滑坡體在滑坡中上部發(fā)育拉陷槽、拉裂縫以及下挫陡坎處剪出的可能性較大。滑坡穩(wěn)定性計算簡圖見圖1-圖3。

圖1 滑坡1-1′穩(wěn)定性計算

圖2 滑坡2-2′①穩(wěn)定性計算

圖3 滑坡2-2′②穩(wěn)定性計算

3.2 滑坡參數(shù)的確定

滑體以含碎石粉質粘土為主，天然重度室內試驗成果統(tǒng)計平均值及經(jīng)驗值取r=18.5kN/m3，飽和重度室內試驗成果統(tǒng)計平均值及經(jīng)驗值取r=20.0N/m3。在勘查過程中，對滑體土取樣4件，滑帶土取樣5件進行了統(tǒng)計分析，滑體土粘聚力與內摩擦角平均值和最小值指標統(tǒng)計見表2。

表2 滑體內摩擦角與土粘聚力指標統(tǒng)計

滑體土物理力學參數(shù)主要根據(jù)現(xiàn)場勘探鉆孔及室內試驗綜合確定，而滑帶土則是粉質粘土軟化形成，取土樣進行室內土工試驗并結合滑坡現(xiàn)狀情況反算結果綜合確定?；聺撛诨嬖诨步缑妫鶕?jù)滑坡現(xiàn)狀調查及室內試驗資料統(tǒng)計分析、反演分析，與類似工程相對比，對滑坡現(xiàn)狀進行綜合分析，得出各變量相互協(xié)調并與實踐吻合較好的計算參數(shù)，作為滑坡推力和穩(wěn)定性系數(shù)計算的適用值。即HP01滑帶土飽和狀態(tài)取內聚力12.2kPa，內摩擦角9.1°，天然狀態(tài)取內聚力19.0kPa，內摩擦角11.8°，地震加速度根據(jù)最新修訂值取0.2g[5]。滑帶土參數(shù)詳值見表3。

表3 滑帶土參數(shù)取值

3.3 滑坡穩(wěn)定性計算與結果

根據(jù)當?shù)毓こ填惐群屯凉ぴ囼灤_定滑帶土參數(shù)，按照折線形滑面，運用傳遞系數(shù)法進行滑坡穩(wěn)定性及剩余下滑推力計算。計算了2條剖面的3個剪出口，計算中地下水浸潤線以下，采用飽和重度，地下水位天然工況下采用本次勘查結果，暴雨工況下地下水位采用收集調查的本地最高地下水位來計算。計算成果見表4。

表4 滑坡變形體穩(wěn)定性計算成果

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218-2006)，斜坡穩(wěn)定狀態(tài)根據(jù)其穩(wěn)定系數(shù)按表5確定。

表5 斜坡穩(wěn)定狀態(tài)分級

從計算結果看，在3個推測剪出口中，2-2′①剖面剪出口在工況2(自重+暴雨)條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；2-2′②剖面剪出口在工況2(自重+暴雨)條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；其他剪出口和其他工況下均為穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 滑坡穩(wěn)定性影響分析

3.4.1 地形地貌

冰溝村滑坡所處地勢西北側高、南東側低，相對高差約50m左右，滑坡區(qū)前緣公路開挖形成高陡邊坡，為滑坡形成提供了有利的地形地貌條件。

3.4.2 地層巖性

滑坡區(qū)表層為厚度較大的冰水堆積砂礫石土，其結構松散，孔隙度較大，下層基巖裂隙發(fā)育，利于地表水下滲。在外界因素的觸發(fā)下，易發(fā)生局部滑移。

3.4.3 水的作用

降雨與滑坡關系密切，是誘發(fā)滑坡的重要因素之一，往往當一定時間內降雨量超過某個值時，就會引發(fā)滑坡事件。降雨入滲使得邊坡體內的地下潛水面升高，滑面處巖土體被軟化，從而降低了邊坡的穩(wěn)定性，導致滑坡的發(fā)生。同時，降雨滲入邊坡巖土體，到達潛水面滲流過程，使?jié)撍嫔喜繋r土體經(jīng)歷了一個非飽和-飽和滲流過程，降雨前，邊坡中處于非飽和狀態(tài)的巖土體物理力學性質，在降雨入滲過程中變化，對于邊坡穩(wěn)定性降低甚至失穩(wěn)至關重要[6]。

3.4.4 地震

地震是滑坡發(fā)生變形的主要誘導因素。2015年11月23日，祁連縣發(fā)生5.2級的地震，震動使得滑體下滑力增強，土體變形，產(chǎn)生新的拉裂縫，原有拉裂縫變寬變長，也使得滑體局部趨于松散。

3.4.5 人類工程活動

滑坡區(qū)前緣為省道，破壞地質環(huán)境的人類工程活動主要有道路修建、放牧等。滑坡前緣修道路等，開挖形成了高陡人工邊坡，破壞了斜坡原平衡條件。同時斜坡放牧破壞了坡體雨水涵養(yǎng)能力，進一步降低了邊坡的穩(wěn)定性[7]。

4 生態(tài)修復

針對危巖(滑坡)成因、破壞模式，結合本工程特點，針對不同災害類型，不同保護對象，采取分段設計，分段治理的方針，優(yōu)化提出二種生態(tài)修復治理工程方案。

方案一：擬采取“抗滑擋土墻+削坡減載+截水溝+防護腳墻+裂縫封填+被動網(wǎng)防護+清危+空腔封填+支頂+山坡綠化”的綜合治理方案。

即：針對HP01采用抗滑擋土墻+削坡減載+抗滑樁板墻+截水溝+山坡綠化；針對HP02采用抗滑擋土墻+擋土墻+截水溝+山坡綠化；針對HP03采用削坡減載+防護腳墻+山坡綠化。

針對危巖帶(危巖)采用被動防護+搬遷避讓措施的防治方案。在各危巖下方設置H=4m的RXI-150型被動網(wǎng)，并對不同危巖帶(危巖)的危險區(qū)內居民進行搬遷避讓。

方案二：擬采取“抗滑樁板墻(抗滑擋土墻)+削坡減載+格構護坡+錨索+裂縫封填+截水溝攔石墻+清危+空腔封填+支頂+山坡綠化”的綜合治理方案。

即：針對HP01采用削坡減載+抗滑樁板墻+格構護坡+山坡綠化；針對HP02采用抗滑擋土墻+格構護坡+錨索+山坡綠化；針對HP03采用抗滑擋土墻+格構護坡+防護腳墻+山坡綠化。

針對不同的危巖帶(危巖)采用主動網(wǎng)+清危+空腔封填+支頂。WYD5設置H=4m的RXI-150型被動網(wǎng)；對WY2和WY4底部凹巖腔采用漿砌塊石填補，形成直立式支墩結構；WY08采用局部清方，然后在陡坎腳設置擋土墻。

5 結論

(1)受暴雨及地震影響，滑坡體前緣出現(xiàn)明顯變形，后緣拉裂縫變形加劇，寬度變寬并伴有下錯現(xiàn)象?；挛＜笆〉繱204(二級公路)及過往車輛和行人的生命和財產(chǎn)安全，潛在經(jīng)濟損失約300萬。

(2)對于未來滑坡穩(wěn)定性影響關鍵因素是降雨和地震。自然狀態(tài)下，滑坡在處于穩(wěn)定狀態(tài)，在地震暴雨下可能產(chǎn)生失穩(wěn)滑移。

(3)通過對3個潛在剪出口進行穩(wěn)定性評價和推力計算評價，2-2′②剖面剪出口在工況2(自重+暴雨)條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，2-2′①剖面剪出口在工況2(自重+暴雨)條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。其他剪出口和其他工況下均為穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)在生態(tài)保護優(yōu)先條件下，建議采用“抗滑樁板墻(抗滑擋土墻)+削坡減載+格構護坡+錨索+裂縫封填+截水溝攔石墻+清危+空腔封填+支頂+山坡綠化”的生態(tài)修復治理法對滑坡體進行治理。