中國小興安嶺北部淺層滑坡地質與變形特征的研究

摘要[目的] 研究中國小興安嶺北部淺層滑坡的地質特征和變形特征。[方法] 以穿越小興安嶺西北段的北安至黑河高速公路K178+530路段滑坡為例，采用地質勘察、地表GPS變形監測、路基和邊坡土體地溫變化監測等方法，研究分析滑坡的地質特征和變形特征。[結果] 滑坡位于高緯度多年凍土區，區域內有島狀多年凍土層分布，由于大氣降水、島狀多年凍土退化、區域氣候條件和特殊的地質條件影響，滑坡每年5月末至11月初滑動，冬季處于穩定狀態。至2014年1月，滑坡體中、后部滑動距離最大達113.32 m，滑坡體前緣向前滑動26.4 m。[結論] 滑坡體中、后部滑動速率大于前緣，滑坡滑動方式為推進式，滑坡的變形具有季節性、間歇性和低角度等特點。

關鍵詞高緯度多年凍土；地質勘察；滑坡；變形監測

中圖分類號S181.3文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）05-211-04

基金項目交通運輸部科技項目（2011318223630）；中央高校基本科研業務費專項資金資助（2572014AB07）。

作者簡介胡照廣（1986-），男，河南漯河人，博士研究生，研究方向：林區道路工程。*通訊作者，教授，博士，從事巖土工程災害研究。

收稿日期2014-12-25

多年凍土區斜坡穩定性研究是滑坡學一個獨特的研究領域。40多年來，我國在寒區開展了大量的工程和經濟開發活動，線性工程建設規模日益加大，將不可避免地影響到多年凍土的熱穩定性，從而引發不同類型的地質災害，如融沉、滑坡等。目前，我國對于多年凍土地區滑坡形成機理和滑動特征的研究主要集中在青藏高原的高海拔凍土地區，研究的重點也集中在了多年凍土的熱融滑塌導致斜坡失穩。馬立峰等[1]通過研究青藏公路K3035里程處的熱融滑塌，得出了熱融滑塌的產生、發展及其消亡與多年凍土條件和外因力的誘發關系密切，且滑塌范圍的擴展隨地溫的周期變化波動進行，并主要集中在7～9月，最大擴展范圍出現在沿坡體傾向方向。李同錄等[2]通過對川藏公路102滑坡群進行研究，分析了川藏公路沿線滑坡的發育特征，得出了地下水活動、河流沖刷、地震影響等各種營力長期作用是導致滑坡滑動的主因。谷天峰等[3]通過現場勘察、監測、室內試驗和有限元模擬分析研究了藏東南妥壩堆積體滑坡，得出了高強度降水、季節性凍土融化是引起和加劇滑坡的形成和解體的主要原因，滑坡的運動特征為間隙性的牽引式低速滑動。

在寒區滑坡的研究中，對于我國黑龍江省小興安嶺地區的滑坡研究較少，小興安嶺北部屬于高緯度多年凍土地區。近年來，此地區的多年凍土處于劇烈的退化狀態，滑坡地區地面坡度較低，滑坡的形成機制和變形特征都存在其特殊性，目前，在此方面研究的理論和實踐都尚不成熟。該研究以穿越小興安嶺西北段的北安至黑河高速公路K178+530斷面的滑坡為例，結合地質勘察和GPS定位技術研究小興安嶺北部多年凍土地區土質滑坡的形成機制和運動特征。

1研究區地質環境條件

1.1自然地理條件和滑坡概況

研究區地處小興安嶺北部，屬寒溫帶大陸性季風氣候，春季短、回暖快，夏季溫熱多雨，秋季短、降溫快，冬季寒冷漫長；年平均氣溫為0.6 ℃，平均降雨量510～650 mm，平均降雪期為215 d，無霜期為90～120 d；降雨多集中于6～9月，約占全年總降水量的65%；初雪一般在10月下旬，終雪一般在翌年3月末或4月初。季節性凍土層深度為2.30～2.50 m，在部分溝谷低洼地段有島狀多年凍土分布。

如圖1為K178+530滑坡區域三維地形，滑坡位于道路左側填方，筑路棄土、路基填土和邊坡表層土一同沿溝谷發生滑動，滑動最遠距離公路200 m。滑坡體平面呈舌狀，寬20～30 m，面積約6 000 m2，前后緣距離200 m，前緣高程254 m、后緣高程285 m。圖1為滑坡區域三維地形，圖2為滑坡現場照片，前緣將原地面地表腐殖土（塔頭）推起一起向前滑動，滑坡后緣有階弧形錯臺，錯臺位于加寬路基范圍之內。在滑坡舌的位置有樹木傾斜的現象。

1.2地質條件

研究區地表出露地層由老至新有：上白堊統嫩江組、第三系中上新統孫吳組、第四系全新統現代河流沖積層。侵入巖不發育。上白堊統嫩江組（K2n）出露于山體或丘陵的中下部，面積較大，為一套河湖相的細碎屑沉積，巖性為褐灰、灰綠色泥巖、粉砂質泥巖夾黃色泥質粉細砂巖、粉細砂巖，下部見有黃色細砂巖和薄層含礫砂巖，弱膠結，抗風化能力差，風化深度較大，近地表部分基本全風化，既含水又隔水，不整合于上侏羅統神樹組和下白堊統光華組火山巖及晚印支期花崗巖基底之上，被第三系中上統孫吳組不整合覆蓋。第三系中上新統孫吳組（N1-2s）出露于區內山體或丘陵的頂部，面積較大，為一套河流相碎屑沉積，巖性以含礫砂巖為主，夾薄層泥巖，巖石基本無膠結，呈松散狀態，呈帽狀不整合于上白堊統嫩江組之上。第四系全新統現代河流沖堆積（Q）分布于地勢低洼的溝谷灘地，由地表腐植土、粘土、礫砂、淤泥質土組成。

研究中，在K178+530斷面首先進行以鉆探為主的工程地質勘察，布設A、B、C和D共4個工程勘察鉆孔，鉆孔孔深14～26 m，鉆孔分布如圖1所示。

在研究路段勘察范圍內所見土體巖性自上而下為：第四系松散層、第三系含礫砂巖、白堊系泥巖、粉砂巖，地質剖面見圖3。路基填土或筑路棄土：黃色，主要為挖方第三系含礫砂巖和白堊系泥巖、砂質泥巖松散混雜體，干時松散，飽和軟塑；粉質粘土：黃色，軟可塑，干強度和韌性較大，且有多個粗砂夾層，單層厚度約1～10 cm，大大增加了土體的滲水能力；第三系含礫砂巖：全風化，成分以長英石以及砂土礦物為主，級配良好，強透水性；全風化粉砂巖：黃色，砂質結構，層理構造，滲水能力較差。全風化泥巖：黃色或灰綠色，泥質結構，層狀構造，遇水抗軟化能力差，滲水能力較差。強風化泥巖：黑灰色，泥質結構，層狀構造，巖石弱膠結。中等風化泥巖：褐、黑灰色，泥質結構，層狀構造。

勘察結果表明：滑坡體上游滑動面位于4.2 m深度的礫砂和粉砂巖交界面，滑動面以下為滲水能力較差的粉砂巖；滑坡體中、下游滑動面位于6.5 m深度的粉質粘土和泥巖交界面，滑動面以下為滲水能力較差的泥巖；滑坡體最前緣在粉質粘土層中剪出。大氣降水、融雪水、裂隙泉水和坡體淺層季節性凍土融化水為山體滑坡提供了持續水源，坡面上的鼓脹裂縫和淺層高滲透性的巖土體為地表水和地下水提供了入滲通道，低滲透性的基巖形成隔水層，隔水層處巖土體達到飽和狀態抗剪強度急劇下降形成滑動帶。

2滑坡變形特征分析

2.1滑坡的滑動位移監測

2010年7月22日，位于K178+530滑坡體上的兩個深度變形監測管A和B分別在距滑坡體地表面6.5 m、4.2 m處被剪斷，滑坡土體發生了滑動，變形監測管上部隨著滑坡體滑動。以A和B為GPS變形監測點，連續不間斷地對滑坡進行滑動位移監測。

如圖4和圖5所示，分別為變形監測管A和B水平方向和豎直方向的滑動位移曲線圖。由A和B的滑動曲線可以看出，從2010年7月22日滑坡體開始滑動起到2010年11月中旬，滑坡一直處于滑動狀態，11月中旬以后，地表層開始冰凍，直到2011年5月末，滑坡體始終處于不滑動狀態，從2011年5月末，滑坡又開始滑動。兩個監測點的變形位移具有不完全同步性，且位移變化幅度各異。兩個監測點在啟動變形時，不具有同步性，如2011年5月末監測B已經開始滑動，但監測點A還處于靜止狀態，這說明滑坡體啟動變形時，后緣先開始滑動，變形逐漸向前緣方向傳遞，經過10多天以后，靠近前緣位置才開始滑動，且滑坡體后緣位移量比滑坡體前緣較大，此滑動變形特征充分表明了滑坡屬于推進式滑坡，動力來源于滑坡體后緣。

2.2滑坡體周界變化特征

K178+530滑坡外部形態呈現為條帶狀，隨著滑坡體的形成和不斷發展，滑坡體的表觀形態在不斷發生變化，滑坡范圍在逐漸增大。如圖7所示為

2010年10月份滑坡圖像，此時的滑坡體面積為2004年滑坡體面積（見圖6）的1.5倍，滑坡在近幾年發生了較大的變形。

研究中，為了研究近幾年滑坡的周界變化，分別于2010年7月、2010年11月、2012年8月和2014年1月4次對滑坡體周界進行GPS定位測量，掌握了滑坡體周界的變化。如圖8所示，為K178+530滑坡周界變化圖，圖中用綠線、藍線、桔黃線和紅線分別表示前后4次對滑坡體周界進行GPS定位測量。由圖8可知，滑坡體后緣在不斷往道路方向侵蝕擴張，滑坡對道路的侵蝕危害正在增強；滑坡體前緣位置在不斷向滑動方向推進，自2010年7月到2010年11月，滑坡體前緣位置向前推進了15.5 m，自2010年7月到2014年1月，滑坡體前緣位置向前推進了26.4 m。2010年7月滑坡體坡面坡度為8.07°，2014年1月滑坡體坡面坡度為6.2°。

3結論

（1）K178+530滑坡屬于土質淺層滑坡，滑坡體上游滑動面位于4.2 m深度的礫砂和粉砂巖交界面；滑坡體中、下游滑動面位于6.5 m深度的粉質粘土和泥巖交界面；滑坡體最前緣在粉質粘土層中剪出。裂隙水的不斷侵蝕、較大強度相對集中的降雨、后緣大量的堆積土是滑坡形成的主要誘導因素。

（2）由于地處高緯度多年凍土地區，該區域滑坡受天氣條件影響，滑動特征具有季節性、間歇性，夏季滑動較快，冬季相對靜止。滑坡坡面具有低角度特點，2010年7月K178+530滑坡體坡面坡度為8.07°，2014年1月坡度為6.2°。

（3）K178+530滑坡屬于推進式滑坡，動力來源于滑坡體后緣。在同一時期內，滑坡體各個位置滑動位移量相差較大，滑坡體中上游滑動位移量大于滑坡體前緣處。

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責任編輯張彩麗責任校對李巖