西塘灣滑坡成因分析及穩定性評價＊

楊秀元 田運濤 王愛軍

1 工程概況

靈臺縣地處隴東黃土地區,地形破碎,溝壑縱橫,水土流失嚴重,植被條件差。區內第四紀黃土大面積覆蓋,土體豎直節理發育,結構疏松,工程條件差,為地質災害的發育創造了有利條件。據2008年完成的靈臺縣地質災害詳細調查[1],區內發育崩滑流地質災害476處之多,其中滑坡就達285處,嚴重制約著當地經濟社會的發展。對黃土地區滑坡成因及其穩定性的分析研究有助于黃土滑坡的防治。西塘灣滑坡是靈臺縣一典型的黃土滑坡[2],曾于近50年內發生過變形,對其成因和穩定性進行分析評價,具有重大的實際意義。

2 滑坡概況

西塘灣滑坡位于甘肅省靈臺縣中臺鎮西塘灣村,距離縣城約1 km,地理坐標：107°35′40″E,35°04′30″N。 該滑坡歷史上曾發生過多次滑動。根據走訪調查：該滑坡于海原地震(1920年12月16日)期間形成,最近一次滑動發生于1976年9月7日～8日(中秋節)。目前,滑坡區內人類活動頻繁,滑坡體中后部為耕地,前緣經人工切坡后在其上修筑公路和進行工程建設與生產,中臺鎮蔬菜脫水廠、靈臺縣房屋構件廠、居民房屋以及高壓輸電塔等均位于其中,滑坡威脅人口200余人,資產約500萬元。

2.1 滑坡形態

滑坡位于達溪河北岸,屬于黃土殘塬塬邊河谷斜坡地貌,坡體地勢北高南低,前緣高程958 m,后緣高程1 073.5 m。滑坡兩側沖溝發育,滑坡體上呈現三級平臺,后緣圈椅狀陡壁明顯,陡壁高約20 m,滑坡主滑動方向 175°,平均坡度 28°。經勘查測量,滑坡南北長 445 m,東西寬 566 m,平均厚度 21.3 m,滑坡體積約536.8×104m3,屬于大型中層滑坡。

2.2 地層巖性

滑坡區主要出露地層有：白堊系涇川組(K1j),棕褐～棕紅色泥質砂巖和砂質泥巖,細粒結構或泥質結構,薄～中厚層狀構造;第四系(Qdel4),淺黃～棕黃色粉土和粉質黏土,疏松,中?！毩＝Y構,大孔隙和豎直節理發育,包括下更新統、中更新統、上更新統和全新統的午城、離石、馬蘭黃土,廣泛覆蓋于白堊系之上。

滑坡體由第四紀松散堆積層組成,平均厚度21.3 m,主要為全新世堆積物(Qdel4)、沖積物(Qal4)和坡積物(Qpl4)。

滑床為白堊系涇川組棕紅色泥質砂巖,中薄層泥質結構,強風化,產狀近水平,巖層裂隙較發育,浸水易軟化。

滑動面為下覆基巖風化層和上覆粉質黏土接觸面,基巖工程性質較好,透水性差,地下水沿基巖面向下流動,接觸面土層遇水軟化,形成易滑地層。

2.3 水文地質

滑坡區地下水類型為黃土孔隙裂隙潛水,含水層為第四系黃土,下部的砂質泥巖、泥質砂巖構成隔水層。大氣降水滲入地下水后,沿黃土與下伏泥巖接觸面徑流,以泉或地下潛流的形式排泄;泥巖、泥質砂巖與黃土接觸面地帶飽水,常形成滑動面。

2.4 地質構造及地震

滑坡區在大地構造位置上處于阿拉善——華北板塊的次級單元鄂爾多斯地塊西南緣。區域構造活動以整體抬升為主,構造形跡不發育,區域上無斷裂通過。地震大多為周邊地震波及到境內,地震烈度為7度,地震動峰值加速度為0.15g。

3 滑坡成因分析

1)黃土塬邊斜坡是黃土滑坡廣泛發育的地段,其中,黃土—基巖復合型斜坡滑坡最為發育[3],2008年靈臺縣地質災害詳細調查成果表明[1]：縣域內滑坡多發于坡度在 25°～40°之間的黃土斜坡。西塘灣滑坡原始地形坡度約30°,坡體為典型黃土—基巖二元結構,斜坡兩側溝谷發育,坡面破碎并有臺坎,坡腳開挖后形成了“陡—緩—陡”的階梯形坡面。2)黃土地層覆蓋于基巖地層之上的軟硬地層組合極易形成黃土—基巖滑坡[6]?；鶐r上部黃土層在干燥時具有較高的強度,而遇水后表現出明顯的濕陷性,其物理力學性質受含水量的影響,變化較大。下伏泥質砂巖為相對隔水層,干燥時具有一定的強度,浸水后可迅速軟化,隨之體積膨脹,使結構變得疏松,強度也隨之降低,減小了坡體的有效應力,降低了斜坡的穩定性。根據鉆孔勘探資料,滑動面為黃土與下伏泥質砂巖接觸面,滑面斜向S,傾角約12°。3)持續降雨或暴雨會導致黃土地層中的含水量增大,穩定性降低,是導致滑坡的一大誘因[7]。西塘灣滑坡歷史上曾發生過變形,滑坡體內賦存地下潛水,地下水侵蝕黃土,使大量易溶鹽溶解流失,土體內顆粒結構發生改變,造成相互間引力下降,抗剪強度逐漸降低,同時地下水導致土體顆粒之間的摩擦力降低。泥質砂巖表面長期受到地下水的浸泡,使基巖表面軟化甚至泥化。雨水大量滲入坡體內,一部分滯留在土體中,使土體的天然容重增加,另一部分沿孔隙浸入到基巖,加速了滑坡的下滑。4)該滑坡在1976年發生滑動前,滑坡體上有少量的窯洞,最大的人類工程是滑坡前緣的縣道靈新公路,該公路在修筑時曾對滑坡坡腳進行開挖,坡腳開挖使坡體下部支撐力大幅降低。

4 滑坡穩定性計算

瑞典條分法式(1)和傳遞系數法式(2)是兩種典型的滑坡穩定性分析方法。

根據滑坡勘查資料,該滑坡存在前后兩個滑動面,選取主縱剖面進行計算,計算模型見圖1,滑帶土體力學參數見表1,計算結果見表2。

表1 西塘灣滑坡穩定性計算參數

表2 西塘灣滑坡穩定性計算結果

計算結果表明：滑坡在天然狀態下處于穩定狀態;在飽水狀態下處于臨界穩定狀態;在地震作用下處于不穩定狀態。在飽水狀態下,盡管滑面Ⅰ的穩定系數相對較高,但滑面Ⅱ的穩定系數接近臨界點,其失穩必然導致滑坡的整體變形。

5 結語

從該滑坡歷史變形來看,地震和降雨是滑坡產生的主導因素?；履壳疤幱诜€定狀態,但在強降雨或地震等條件下可能失穩,另外,坡腳開挖以及坡體加載也有可能導致滑坡失穩。由于現階段滑坡區內人類活動頻繁,滑坡一旦失穩勢必造成重大損失。建議停止在滑坡區進行工程建設,在有條件的情況下對滑坡進行工程治理。

[1]王洪德.甘肅省平涼市靈臺縣地區地質災害詳細調查報告[R].保定：中國地質調查局水文地質環境地質調查中心,2009.

[2]吳瑋江,王念秦.甘肅滑坡災害[M].蘭州：蘭州大學出版社,2006.

[3]黃玉華.陜北“對滑”型黃土滑坡發育特征及其整治對策探討——以子長縣閻家溝滑坡為例[J].西北地震學報,2009,31(2)：152-156.

[4]許 嶺,戴福初.黃土滑坡典型工程地質問題分析[J].巖土工程學報,2009,31(2)：287-292.

[5]吳瑋江,何 涼.甘肅省東部滑坡發育規律[J].中國地質災害與防治學報,1993,4(3)：89-97.

[6]吳瑋江,王念秦.黃土滑坡的基本類型與活動特征[J].中國地質災害與防治學報,2002,13(2)：36-40.

[7]徐張建,林在貫,張茂省.中國黃土與黃土滑坡[J].巖石力學與工程學報,2007,26(7)：1297-1312.

[8]蘇愛軍.滑坡穩定性評價原理與方法——條分法的改進[M].武漢：中國地質大學出版社,2008.