從地質構造上分析北引總干渠滑坡成因

趙雙權，張 浩，王建紅

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 基本情況

2011年9月底發(fā)現(xiàn)北引總干渠烏北段38 km處左側渠堤發(fā)生滑坡破壞，該滑坡段從地形上看屬嫩江一階地前沿，從渠底到左側地面高差約7 ～8 m，渠底以上5 m左側已開挖出寬約10 m的馬道，馬道以下邊坡已按設計削為1∶3.0，馬道以上邊坡因征地尚未辦妥，未按設計施工，現(xiàn)邊坡較陡，約在1∶1 ～1∶0.5。

滑坡體發(fā)生在渠道左側馬道處，整體形態(tài)平面上呈“新月”狀，坡面上呈“疊瓦”狀，滑坡后緣明顯，滑坡壁在馬道平臺處呈陡坎狀出露，地面下沉約0.6～0.7 m，平行于渠道軸線，較大裂隙有3 道，小裂隙較多，裂隙寬約3 ～12 cm，深約5 ～20 cm，渠道坡腳處隆起形成擠壓鼓丘，鼓丘高度在0.2 ～0.6 m，渠底已護砌的混凝土板也被擠壓，使位于渠道坡腳處寬約2.0 m地帶的混凝土板架空形成“人”字形。滑坡現(xiàn)場圖見圖1。

圖1 滑坡現(xiàn)場圖

在滑坡段實測了3個橫斷面，其各部尺寸見表1。

2 從地質構造上分析滑坡成因

2.1 地質概況

滑坡段長度180 m，布設了3個地質剖面進行鉆探、取樣、測試等內外業(yè)研究，通過外業(yè)鉆探已經查明該區(qū)內的地層分布，以第Ⅱ號剖面(樁號38 +140)為例，①層為有機質土，黑色，富含植物根系及有機質，分布于渠堤外天然地表，厚度0.5 m左右;②層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(al +plQ3)高液限黏土、黃色、稍濕、可塑，分布于渠道左側邊坡表層，厚2.8 ～2.9 m，渠堤外鉆孔揭露厚2.9 m，馬道處鉆孔揭露厚2.8 m，渠底未見該層，馬道鉆孔1.8 ～2.3 m為軟塑狀。第四系中更新統(tǒng)沖湖積層(al +plQ2)③④⑤三層;③層高液限黏土，灰色、稍濕，局部含有錳結核，厚1.5 ～8.6 m，渠堤外鉆孔處厚8.6 m，未揭穿;馬道處鉆孔揭露厚2.9 m;渠底處鉆孔揭露厚度1.5 m;④層高液限黏土，黃色、稍濕、硬可塑，局部含有氧化鐵和錳結核。分布于馬道及渠底下部，馬道處揭露厚度為3.0 m，渠底鉆孔處3.2 m未揭穿。⑤層高液限黏土，暗紅色、稍濕、硬可塑，僅見馬道鉆孔底部，揭露厚度0.2 m，渠堤外及渠底未見該層。

表1 滑坡體形態(tài)情況表

Ⅱ、Ⅲ號剖面的②③層與Ⅰ號剖面分布基本相似，②層的厚度較Ⅰ號剖面薄并在渠腳處漸滅，Ⅰ號剖面渠道坐落在④層上，Ⅱ、Ⅲ號剖面渠道坐落在③層上，詳見地質專題報告。

從以上的地質情況可知，影響渠道左側邊坡穩(wěn)定的因素主要是②層與③層，從地質鉆探時測得的含水量和飽水度來看，在②③層交界面上的飽和度較高，個別鉆孔出現(xiàn)局部軟塑現(xiàn)象，這都說明此交界面為薄弱面，易產生滑動［1］。

②層和③層為兩個不同歷史年代所生成的土料，據(jù)有關資料介紹，第四紀不論是湖相沉積或洪水沖積均能生成膨脹土，經膨脹性測試屬弱膨脹土，該段渠坡發(fā)生坍滑與②層和③層土質有密切關系。上述3個剖面的共同特點是:表層均為第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(al+plQ3)的高液限黃色黏土，下部為第四系中更新統(tǒng)沖湖積層(al+plQ2)灰色高液限黏土，兩層生成的年代不同，產狀不同，根據(jù)取樣分析結果，顯示其物理力學性質、礦物成分、化學成分也不同。

2.2 土體物理力學性質

從地質勘探中可知，影響渠道安全的圖層主要有②③④3 層土，對3 層土體取樣進行分析，其物理力學指標見表2。

表2 滑坡土體物理力學指標統(tǒng)計表

由表2 可知，3 層土體的自由膨脹率在57% ～73%，按照膨脹土規(guī)范判斷為弱膨脹到中膨脹，呈現(xiàn)兩弱夾一強的局面，對渠坡穩(wěn)定影響較大。

塑性指數(shù)是表示黏性土顆粒浸水后土體工程性質的主要指標，③層灰色高液限黏土的塑性指數(shù)較大，②④層相對較小，說明③層土體中含親水性礦物成分較②④層多，其結合水膜較厚，膨脹性較強。

顆粒組成中黏粒和膠粒含量對黏性土的過程性質影響較大，③層土中黏粒膠粒含量均大于②④層，說明土體的細顆粒較多，表面積大，吸水性和水化作用強，從另一層面說明③層土的親水性強，其膨脹性也應較強。

對上述3 層土分別進行天然狀態(tài)下的抗剪強度和殘余抗剪強度測試，分析其力學性質的變化，天然狀態(tài)下的抗剪強度值(固結快剪)見表3。

表3 天然狀態(tài)下的抗剪強度值(固結快剪)

表3 表明在天然狀態(tài)下，其抗剪強度與南水北調總干渠室內實驗值比較，凝聚力c 不算低，而內摩擦角較低。

為了研究滑動面附近的土體的抗剪強度值，采取慢剪取樣進行試驗，其結果見表4。

表4 滑動面附近的殘余抗剪強度值

從表4 中可以看出，P2 －6、P2 －7 位于滑動區(qū)內土體的滑裂面附近，凝聚力降低較多，摩擦角變化不大。土體的凝聚力主要取決于顆粒間結合膜的厚度與分子間的引力，摩擦角取決于顆粒間的摩阻力，所以凝聚力減少較多符合膨脹土吸水后結合膜變厚，顆粒間的引力減弱的特性。

如將P2 －6、P2 －7 的抗剪強度值與該層土體在天然狀態(tài)下的抗剪強度比較則相差更大。(抗剪強度測定的狀態(tài)不同，其值有差別也屬自然，但凝聚力相差3 ～4 倍，摩阻力相差不大，應遠遠超出誤差范圍)

2.3 土體礦物成分

從地質鉆探及現(xiàn)場實測坍滑土體形態(tài)，估計滑動面位置，在滑裂面上下1.5 m范圍內分上、中、下取3個土樣，分別進行了X 射線衍射、差熱分析和電鏡掃描試驗，其黏土礦物成分見表5。

表5 滑坡體礦物成分表

從表5 中可以看出，在②層土體中主要為伊利石，沒有發(fā)現(xiàn)蒙脫石，③層土體中伊利石的含量較②層土體略少，存在伊蒙混層礦物，其混層比為43%，說明土體具有膨脹性的內因。

差熱分析3個試樣的情況基本一致，主要為伊利石，吸熱在105° ～197.5°，說明主要為伊利石，具有成為膨脹土的內因。

2.4 土體化學成分

黏性土2 um以下顆粒的化學性質對黏性土的工程性質影響至關重要，經取樣進行化學分析見表6。

表6 2um 以下顆粒的化學成分試驗結果

黏土礦物中的主要礦物SiO2、Al2O3、Fe2O33 種氧化物總量為81.85% ～81.35%，與全土樣比SiO2的含量最高，其次為Al2O3和Fe2O3，這一現(xiàn)象說明細小顆粒中硅鋁酸鹽黏土礦物相對含量高。

硅鋁率＞4.0 說明含蒙脫石含蒙脫石成分多，但與礦物鑒定以伊利石為主有出入。

土的化學成分中堿土金屬元素Na、K、Ca、Mg 含量較高，表明風化淋漓程度有限，化學風化程度低。只要氣候、水介質與氧化還原等環(huán)境條件發(fā)生變化時，還將進一步風化，如伊利石脫鉀轉變?yōu)槭蛎擅撌雇恋挠H水性增強，從而使土體工程性質進一步惡化。

經測試，3個土樣的PH 值在8.12 ～8.26，屬堿性，這些因素都說明土體具有膨脹性，其膨脹率隨環(huán)境條件的變化還有進一步加強的趨勢。

2.5 可溶鹽

土的可溶鹽主要指易溶鹽和中溶鹽，易溶鹽為易溶于水的鉀K、鈉Na 硫酸鹽和碳酸鹽，試驗土樣與礦物成分、化學成分范圍一致，測試結果易溶鹽總量為0.126% ～0.118%，中溶鹽主要系石膏含量，沒有測出，總的來看含量不高。

從上述分析看，38 km滑坡段土體不僅自由膨脹率符合國家膨脹土地基規(guī)范中的規(guī)定，屬弱、中膨脹土，而從物理性質力學特性、礦物成分、化學成分、可溶鹽等項指標均與國內已經判明的南水北調總干渠中的膨脹土的指標十分相似，因此可以判明該滑坡土體屬膨脹土，是該段發(fā)生塌滑的主要原因。

［1］萬昌林. 淺析地質構造對山體滑坡的控制作用—以福建潘田鐵礦區(qū)為例［J］. 江西地質，1999(03):206 －209.