甘肅省靖遠(yuǎn)縣三灘鎮(zhèn)朝陽村不穩(wěn)定斜坡特征及穩(wěn)定性評價

劉青松

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

1 引言

不穩(wěn)定斜坡是對人民的生命及財產(chǎn)安全造成危害的主要地質(zhì)災(zāi)害之一[1-2]。甘肅省中部靖遠(yuǎn)縣地處祁連山余脈、騰格里沙漠向黃土高原過渡地帶。區(qū)內(nèi)2處不穩(wěn)定斜坡直接威脅斜坡坡頂三灘中學(xué)及坡腳朝陽小學(xué)、幼兒園及村民共計1 083人的生命及財產(chǎn)安全，險情等級為特大型。為減輕地質(zhì)災(zāi)害危害，改善生存發(fā)展空間，本文研究該2處不穩(wěn)定斜坡的特征，分析其致災(zāi)影響因素，評價坡體穩(wěn)定性，服務(wù)于為當(dāng)?shù)厝罕妱?chuàng)造一個安全的生存生活條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間的重大民生需求。

2 區(qū)域自然地理與地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 自然地理?xiàng)l件

三灘鎮(zhèn)位于靖遠(yuǎn)縣城北部23 km，黃河西岸，東與東灣鎮(zhèn)相望，原名三角城。本次研究的不穩(wěn)定斜坡位于三灘鎮(zhèn)朝陽村5社，共發(fā)育2處不穩(wěn)定斜坡,分別命名為X1、X2。本次勘查范圍地理位置：東經(jīng)104°40′9″～104°40′15″，北緯36°41′13″～ 36°41′34″。項(xiàng)目區(qū)東距黃河約3.6 km，地處侵蝕堆積河谷平原向構(gòu)造侵蝕中低山過度地帶，勘查區(qū)內(nèi)未見常年流水河流。

2.2 地質(zhì)環(huán)境條件

項(xiàng)目區(qū)地貌類型為侵蝕—堆積河谷平原，主要為黃土掩埋的黃河Ⅳ級高階地，由沖洪積物組成，近年來人工改造改變了項(xiàng)目區(qū)原有地形地貌。地勢總體西高東低，高程1 345.00～1 386.5 m，相對高差41.5 m，東側(cè)基巖直接出露。

項(xiàng)目區(qū)地層簡單，有白堊系和第四系。白堊系下伏于第四系，巖性為砂礫巖、砂巖。砂礫巖坡段礫石磨圓度、分選性差，成巖性較差；砂巖坡段局部巖體產(chǎn)狀近平緩，節(jié)理裂隙及風(fēng)化裂隙較發(fā)育。馬蘭黃土垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，疏松、多孔。全新統(tǒng)雜填土分布于勘查區(qū)斜坡頂部，為坡頂修建房屋時回填形成，厚約0.2～0.5 m不等。含有建筑垃圾及少量生活垃圾，土體松散，力學(xué)性質(zhì)差。

靖遠(yuǎn)縣地處隴西旋卷構(gòu)造體系與河西構(gòu)造體系交匯地帶[3]，新生代以來新構(gòu)造運(yùn)動活躍，項(xiàng)目區(qū)處于天水—蘭州—河西走廊地震帶，有記載以來靖遠(yuǎn)縣共發(fā)生地震17次。鄰區(qū)強(qiáng)烈地震每次都波及到調(diào)查區(qū)，造成區(qū)內(nèi)大量崩塌、滑坡的發(fā)生。靖遠(yuǎn)縣抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.2 g。

2.3 工程地質(zhì)條件

勘查區(qū)巖體屬碎屑巖建造，中厚層—薄層較堅(jiān)硬至軟弱砂巖夾泥巖巖組。該巖組中砂巖質(zhì)地堅(jiān)硬，而泥巖則較軟弱，為不良工程地質(zhì)巖組。馬蘭黃土處于軟塑—可塑狀態(tài)，是調(diào)查區(qū)崩塌、滑坡災(zāi)害的多發(fā)地層和易滑巖組。

3 不穩(wěn)定斜坡特征及影響因素

3.1 不穩(wěn)定斜坡特征

勘查區(qū)受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地震活動以及居民建房等的影響，區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件較為脆弱，區(qū)內(nèi)共發(fā)育有2處不穩(wěn)定斜坡X1和X2，見圖1。

X1起于勘查區(qū)南三灘中學(xué)東南角上山道路處，總坡寬615 m，斜坡走向南北，平面形態(tài)呈“弧”形，其中坡體中部發(fā)育170 m朝陽石窟群，屬巖土質(zhì)斜坡，物質(zhì)組成為第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉土和白堊系砂巖、泥巖夾砂礫巖，第四系沖洪積層粉土及卵石層厚度自西向東自北向南逐漸減小。斜坡總體坡高8～34 m，坡度35°～80°，為開挖坡腳修路及坡頂修建房屋開挖而成，坡體砂礫巖、砂巖成巖性差，表層風(fēng)化嚴(yán)重，局部裂隙發(fā)育，以風(fēng)化裂隙為主，表面平直，以泥質(zhì)或碎屑充填為主，部分無充填，結(jié)合很差。坡面形態(tài)大致呈“折線”形，上緩下陡，局部直立。X1局部存在明顯的變形跡象，斜坡前緣出現(xiàn)局部崩塌，發(fā)育小裂縫及斜坡南側(cè)貫穿裂縫，斜坡的主要變形方式為崩塌，威脅坡頂中學(xué)、壓埋坡腳小學(xué)及居民、民房。

X2位于三灘中學(xué)北側(cè)，總坡寬180 m，斜坡走向東—西，平面形態(tài)呈“弧”形，屬土質(zhì)斜坡，坡體自上而下分別為第四系馬蘭黃土、黃土狀粉土及卵石層。該斜坡為早期開挖坡腳、坡體中部修路建房屋而成，坡體垂直節(jié)理、裂隙發(fā)育，時常掉塊、崩落，坡頂為果園，坡腳處為三灘中學(xué)教學(xué)樓，斜坡主要對坡腳三灘中學(xué)58名教師及486名學(xué)生造成威脅，坡面形態(tài)整體呈“直線”形。X2坡頂陡坎上部土體滑塌跡象明顯，垂向卸荷裂隙發(fā)育，變形破壞以土體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的崩塌、垮塌為主，主要變形方式為崩塌，威脅壓埋坡腳三灘中學(xué)及過往學(xué)生。

3.2 不穩(wěn)定斜坡致災(zāi)影響因素

受地質(zhì)環(huán)境條件等多因素的綜合影響，區(qū)內(nèi)斜坡帶破壞形式主要以傾倒式和滑移式為主，影響因素有：地形地貌、地層巖性和降雨、地震以及人類工程活動等。

不穩(wěn)定斜坡發(fā)育區(qū)為黃河Ⅳ級階地部位，2處斜坡前緣均陡峻，局部直立，具備不利于其穩(wěn)定的臨空條件。坡體受人為改造影響程度高，坡體地勢起伏變化大，原始坡腳遭到改變，坡度變陡等。坡體前緣多處近直立狀，坡面垂直裂縫及卸荷裂隙發(fā)育。X1不穩(wěn)定斜坡發(fā)育區(qū)坡體高度一般在8～34 m，坡度約35°～80°，為巖土質(zhì)斜坡，坡體較陡，基巖出露；X2斜坡坡高4～20 m，坡度約25°～85°，為土質(zhì)斜坡，上部土體局部外凸，下部近于懸空，具備產(chǎn)生斜坡失穩(wěn)的基本地形條件，有利于該斜坡的滑塌。

X1斜坡黃土及黃土狀粉土具有大孔隙和垂直節(jié)理的特殊結(jié)構(gòu)，垂直方向的滲透性較水平方向大，遇水崩解，抗剪強(qiáng)度低；X2巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面傾向坡體臨空面且傾角大，邊坡開挖時，由于卸荷作用，這些陡傾結(jié)構(gòu)面上部先行拉開。降雨時，上部拉張裂縫充水，由于動靜水壓力作用，軟弱面前面的巖土體向臨空面傾覆，從而產(chǎn)生崩塌破壞。

本區(qū)地處天水—蘭州—河西走廊地震帶，歷史上發(fā)生過多次強(qiáng)震，地震活動在造成人員及財產(chǎn)巨大損失的同時，對地質(zhì)環(huán)境的破壞也是極為強(qiáng)烈的。區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)及接觸關(guān)系不利于抗震。

4 坡體穩(wěn)定性評價

基巖邊坡的穩(wěn)定性主要由坡體的節(jié)理裂隙控制。對邊坡區(qū)發(fā)育的節(jié)理裂隙進(jìn)行統(tǒng)計，分析最發(fā)育的節(jié)理面，以分析得出的最發(fā)育節(jié)理面制作赤平投影圖，對基巖穩(wěn)定性進(jìn)行評價。在X1、X2坡體的危巖體處，均選取1 m × 5 m窗口范圍，量取所有的結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計分析，見圖2。

4.1 X1坡體穩(wěn)定性評價

通過上述節(jié)理統(tǒng)計，制作赤平投影圖，分析認(rèn)為X1坡體主要發(fā)育J1、J2結(jié)構(gòu)面。J1結(jié)構(gòu)面不穩(wěn)定，沿此結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生崩塌型破壞；J2結(jié)構(gòu)面基本穩(wěn)定，主要起對巖體的切割破壞作用，有可能沿此結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生崩塌型破壞。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該坡體近年來發(fā)生數(shù)次小規(guī)模危巖體崩塌災(zāi)害，多為小型掉塊，穩(wěn)定性差，坡體內(nèi)危巖體在自重工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下處于欠穩(wěn)定性狀態(tài)，地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 X2坡體穩(wěn)定性評價

通過上述節(jié)理統(tǒng)計，制作赤平投影圖，分析認(rèn)為X2坡體主要發(fā)育J3、J4結(jié)構(gòu)面。J3、J4結(jié)構(gòu)面均為控制切割不穩(wěn)定危巖體。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該坡體主要由馬蘭黃土及黃土狀粉土組成，自身結(jié)構(gòu)不利于其穩(wěn)定，且其周邊坡體已有部分崩塌。在外部因素如地震、地表水、強(qiáng)降雨等外力作用下，極易發(fā)生崩塌、滑塌變形。綜合判斷其穩(wěn)定性差。

5 結(jié)論

(1)勘查區(qū)內(nèi)發(fā)育X1和X2處不穩(wěn)定斜坡。X1巖土質(zhì)斜坡坡寬615 m，走向南北，平面呈“弧”形，坡面呈“折線”形，上緩下陡，局部直立。X2土質(zhì)斜坡坡寬180 m，走向東—西，平面呈“弧”形，坡面呈“直線”形。

(2)通過結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計及赤平投影分析，綜合確定了斜坡的穩(wěn)定性。X1不穩(wěn)定斜坡在自重工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定性狀態(tài)，在地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；X2不穩(wěn)定斜坡在自重工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。