貴州某變質巖類型砂石場不穩定斜坡地質災害點特征及成因機制研究

楊國慶，劉漢林，華 興

(貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550081)

據貴州省黔東南州臺江縣老屯鄉老屯村變質巖類型砂石場堆渣場地面出現拉張裂縫災情隱患，根據場勘查，對砂石廠堆渣場形成的不穩定斜坡，根據其特征及成因機制進行淺析，由于近年來隨著地球環境的變化，全球變暖現象，易出現極端惡劣天氣。也因為天氣變化易形成大量降雨，極易觸發局部規模的泥石流與滑坡；因上述災情隱患情況，會嚴重影響和威脅到斜坡谷底約1 km處滬昆高鐵隧道及附近農田，以及與之低洼處零散村民居住地的生命財產與安全。

1 自然地理及地質環境條件

1.1 自然地理

貴州省黔東南州臺江縣地處云貴高原東部苗嶺主峰雷公山北麓、清水江中游南岸。境內地形地貌多以高山、盆地、河谷組合，最高海拔1 980 m，最低海拔455 m，平均海拔717.5 m。北與施秉縣、黃平縣接壤，東部、南部與劍河縣、雷山縣接壤，西部與州府所在地凱里市接壤。臺江縣老屯鄉老屯村，位于臺江縣老屯村位于老屯鄉南西部，靠近施秉縣與劍河縣之間；歐腳歸里砂石場距老屯村直線距離約4.5 km，位于巴拉河右岸，(見圖1)具體位置地理坐標為東經108°18′34″，北緯26°46′49″。砂石場距離村寨北部有老屯村、老屯鄉的通村公路一條，交通方便。鄉政府距縣城28 km，臺江縣城距州府凱里市48 km。

圖1 研究區交通位置圖

1.2 氣象、水文

1.2.1 氣象

臺江縣屬于中亞熱帶溫和濕潤氣候區，雨量較為充沛，冬無嚴寒，夏無酷暑，年平均氣溫16.5℃，年平均降水量1 801.7 mm，無霜期320 d。四季分明、冬長而無嚴寒，夏短而無酷暑，無霜期長，季風氣候明顯。主要風向冬、春為西北，夏、秋屬東南。雷公山脈呈北東向于南刀坡一帶將其分為南北明顯氣候差異：南部地勢高，迎南來之暖濕氣流，森林覆蓋率大，降水多，光照少，常有倒春寒和秋風危害；北部地勢低，雷公山阻隔南來暖濕氣流，森林覆蓋率小，降水少，光照多，常有伏旱。總體氣候溫和、雨量充沛。多年統計資料，1-2月最冷，7-8月最熱。年平均氣溫15.7℃，日平均氣溫25.4℃；極端最高氣溫37.1℃(1971年7月26日)，極端最低氣溫-10.3℃(1977年1月30日)，年積溫5 800～5 900℃，相對濕度80.67%。無霜期286 d，初霜最早11月14日，最晚次年2月28日；冬霜最早12月26日，最晚次年4月6日。日照夏季多，占全年日照率38.2%；冬季少，雨量充沛，年均降雨量1 133 mm，年最大降雨量1 348.9 mm(1980年)，年最小降雨量750 mm(1960年)。縣境內年降雨量在空間上分配不均勻，總體分布北少南多。在時間上，各季節降雨量、降雨量強度及集中程度存在一定差異，主要集中在夏季，占年總降雨量的40%，春季次之，占年總降雨量的32%，秋季占全年總降雨量的20%，冬季降雨量最小，降雨量占全年的8%。旱季常有發生，經統計75%的年份均有不同程度發生。風力一般3～4級，最高達7～8級。

1.2.2 水文

該砂石場位于巴拉河右岸，巴拉河源出雷山縣雷公山之交臘山，經雷山、凱里掛丁，由德眷村入境，經流臺盤、大寨、南瓦、排生、老屯等村寨，于巴拉河寨腳注入清水江。縣境河長70 km，流域面積265 km2，主要支流有龍塘溪、箕簸河、小江河和辣子溪，總長近122.9 km，河網密度46.4 km/100km2。

圖2 研究區具體位置圖

1.3 地質環境條件

1.3.1 地形地貌

臺江縣老屯村歐腳歸里砂石場不穩定斜坡位于巴拉河右岸一走向北東向的山脊南西側靠近沖溝山體一側，屬于侵蝕構造中山峽谷地貌。斜坡為切向斜坡，斜坡傾向為150°，傾向溝谷山脊，斜坡頂部高程950～960 m，斜坡前緣直抵溝谷谷底，砂石場所處高程751 m，谷底高程651 m，最大相對高差309 m，斜坡總體較完整，一般坡度為15°～25°，前部與場地后壁均較陡，約為50°～60°，斜坡上沖溝發育，前沿為陡坡。不穩定斜坡位于斜坡南西側，為斜坡往北東方向的陡坎與山腰的陡緩交界處，東西兩側為山體，南西為沖溝。

1.3.2 地層巖性

出露地層從新到老有第四系殘坡積土(Qel+dl)、青白口系清水江組(Pt3q)，現分述如下：

(1)殘坡積層(Qel+dl)第四系殘坡積覆蓋層主要為粘土及大小不一的碎石組成，結構松散，在斜坡坡體上廣泛分布，但厚度不一，厚1～3 m。

(2)青白口系清水江組(Pt3q)為深灰色至黑色(含炭質)板巖、千枚巖為主，偶夾變余凝灰巖—(統稱變質巖類)；其節理裂隙發育，巖性破碎，易風化。

1.3.3 地質構造

不穩定斜坡位于老屯至臺盤復式褶皺北西側次級向斜北西翼，為華南準地臺構造變形區施洞口—臺盤逆沖斷層上盤，區內巖層經多次構造運動，節理裂隙及構造劈理密集發育。巖層呈單斜狀產出，向西傾斜，傾向150°，傾角15°。根據中華人民共和國國家標準，地震動峰加速度小于0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，根據地震動峰值加速度分區和地震基本烈度對照表，工作區地震基本烈度小于Ⅵ度，區域穩定性好。

2 巖土體類型及工程特征

2.1 巖土體類型

場地巖土體可劃分為兩類工程地質巖類：(1)軟質巖類、(2)松散巖類兩大類型。根據《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001)相關標準；對巖土體類型進行簡要特征分述。

2.1.1 軟質巖類

軟質巖種類是不同的，其強度特性、泥質含量、結構特點及其塑性變形力學特點差異很大。據上述特性的差異及產生顯著塑性變形的機理，軟質巖可分為四大類，即膨脹性軟巖(也稱低強度軟巖)、高應力軟巖、節理化軟巖和復合型軟巖(見表1)。

表1 軟質巖分類

鑒于砂石場區域軟質巖類為變質巖類型-變余凝灰巖、變余砂巖，巖層組為Pt3q深灰色至黑色(含炭質)板巖、千枚巖—(統稱變質巖類)其節理裂隙發育，巖性破碎，易風化等特性；其抗滑強度極差，應屬于高應力軟巖類型，遇水極易發生少許膨脹，在易風化-強風化條件下呈粘土狀。在受到高應力狀態下，極易沿片架狀產生滑移。根據巖體類型完整性分類標準，場區內巖體可劃分為破碎、較破碎、較完整三個單元(見表2)

圖3 研究區砂石場剖面圖

表2 巖體完整性分類標準

2.1.2 松散巖類

砂石場區域為殘破積Qel+dl，其巖土特性為黃色、黃褐色粘土及大小不一的碎石組成，結構松散，在斜坡坡體上廣泛分布。黃色、黃褐色粘土，可塑，土質均勻，切面光滑，結構有局部呈致密狀，在易風化-強風化條件下，松散、孔隙大，夾碎石；整體極易破碎，巖溶裂隙發育，強度極低；在工程穩定性上極差，極易造成崩塌、滑坡、泥石流現象。

2.2 工程特征

場地工程特征主要以場地沿途及周圍的巖土類型形成如下特征：

(1)軟質巖類為變余凝灰巖、變余砂巖，巖石抗壓強度5～30 Mpa，軟化系數0.2～0.9，磨擦系數0.4～0.8，強風化深度1～5 m，局部地區達10 m，其工程穩定性較差，易發生滑坡、泥石流。

(2)松散巖類為第四系殘坡積層(Qel+dl)，分布于坡麓上，該巖組結構復雜、松散，孔隙度大，其工程穩定性較差，力學強度低，易發生滑坡、泥石流。

3 水文地質條件

3.1 地下水類型、含水介質及富水性

3.1.1 松散孔隙水

主要賦存于第四系松散孔隙中，分布于整個斜坡地帶。富水性弱，受季節影響變化大。

3.1.2 基巖裂隙水

主要賦存變余砂巖中，這類巖石抗風化能力較弱，工作區內有較厚的強至中風化帶，易滲入大量大氣降水，含淺層風化裂隙潛水，越往深部，巖石裂隙發育程度減弱，巖石含水性相應降低，僅含微弱基巖風化裂隙水和構造裂隙水。富水性弱，可視為相對隔水層。

3.2 地下水補給、徑流、排泄條件

地下水補給來源主要是大氣降水，部分為基巖裂隙水，補給途逕為通過粒間孔隙、風化裂隙面狀滲透補給，地下水接受補給后，向地勢切割較低的部位逕流，在溝谷地形低凹處排泄。

圖4 研究區砂石場全貌圖

4 人類工程活動對地質環境的影響

4. 1 工程荷載及重力堆疊影響

人類工程活動都是在一定的地質環境中進行的兩者之間必然產生特定方式的相互關聯和相互制約。場地工程開采砂石的人類工程活動主要為挖掘機切坡開挖修建公路，歐腳歸里砂石場開采，人類工程活動極為強烈。主要會造成一定的地質條件影響，對工程場地的穩定性和其正常的地基有一定工程荷載和重力堆疊。如果斜坡地基處理不當，在開挖的砂石不斷的荷載和重力堆疊作用下，其地質體中的應力產生重新分布，易造成巖土體介質發生變形，當變形發展到一定程度上再加之雨季時的作用下，就會造成崩塌、泥石流災害情況的產生。

圖5 研究區砂石場裂縫全貌圖

4.2 爆破及工程振動影響

人類工程活動中，爆破工程也是在施工過程中經常采用的爆破法施工及工程活動中會不斷產生振動，會導致除挖掘機開挖巖土體以外，對地質巖體破壞、松動及狀態和特性影響最為突出的一個方式。由于巖土體受到外力不斷振動干擾，亦會對場地內地質環境中巖土體本身造成不可估量的破壞。易造成局部巖土體崩塌等次生地質災害隱患，使得地質環境處于長期不穩定狀態。

圖6 研究區砂石場裂縫寬度圖 圖7 研究區砂石場裂縫深度圖

圖8 砂石場渣土場壩體與谷底位置圖

5 不穩定斜坡基本特征及成因機制分析

5.1 基本特征

歐腳歸里變質巖類型砂石場不穩定斜坡坡長約60 m，寬2 m，坡高100 m，可見深度20 cm,約1.2 m3,總體坡向150°，坡度50°，地貌上為切割較小的陡斜坡，斜坡結構類型為渣土碎石、松散土質斜坡。2018年8月，已出現一條長60 m，縫寬10～15 cm的拉張裂縫；并伴隨堆積渣土場地基下沉，渣土場下方為谷底，亦無修筑任何擋土墻、排水溝等基本防護設施。現場調查，目前深度約20 cm。因滑動面尚未完全貫通，斜坡滑面尚處于蠕變狀態，未形成較大災害，但在汛期暴雨或多天連續降雨誘發下，有可能進一步產生滑動形成滑坡或泥石流災情，威脅下游約1 km左右的滬昆高鐵，其穩定性較差。危害對象等級為一級。

5.2 成因機制分析

該不穩定斜坡的發生是多種因素綜合作用的結果，即有外部誘發因素，又有內部自身因素。

5.2.1 不穩定斜坡地貌條件

不穩定斜坡所處地形近圈椅狀，東、西兩側均為高陡斜坡，易于匯集降水。斜坡前沿地形較陡，為50°～80°，陡坡前沿為溝谷，以致于北西與南西方向無約束，易于土體應力剪出。

5.2.2 不穩定斜坡地層巖性

不穩定斜坡成份為第四系殘坡積層，厚度大，力學強度低，遇水易軟化。下伏基巖為清白口系清水江組(Pt3q)地層，為變余砂巖、變余凝灰巖等，透水性弱，為相對隔水層，易形成第四系土層與基巖接觸帶徑流，利于土體侵泡飽和。

5.2.3 不穩定斜坡誘發因素

結合現場調查和走訪，一是該砂石場是在上體較陡與海拔較高位置開挖，破壞較為脆弱的植被，使松散的第四系殘坡積覆蓋層粘土在陡峭的山體裸露堆放，二是開挖未按照正常的梯級山體結構方式進行逐級開挖，開挖方式又使用較為簡單而畢直的方式，開挖剝離陡峭山體，使山體逐漸形成臨空面，因而導致斜坡失穩的主要因素。山體裂隙極為發育，加之汛期到來裂隙水與地表積水的不斷下滲；使斜坡土體長期處于侵泡飽和狀態，增加了坡體物質的重量，降低了土體抗剪強度，在斜坡邊沿尚未修筑梯級結構性的擋土墻，以直接松散堆放方式下，而造成長期形成的荷載壓力下，導致斜坡前沿變形拉裂。因此地表積水和荷載壓力是斜坡失穩的主要誘因。

圖9 研究區砂石場與滬昆高鐵隧道距離圖

5.2.4 砂石場不穩定斜坡壩體形成對滬昆鐵路潛在危害性

研究區砂石場與滬昆鐵路的距離在約1 km的范圍，因其所在位置正好在溝谷上方，地勢較高，對身處溝谷谷底的高鐵線及隧道形成了一定俯沖性質的危害。因為潛在的泥石流固體物源較為豐富，且物源分布較為集中，因其壩體總體坡向150°，坡度50°，地貌上為切割較小的陡斜坡，而且斜坡結構類型為渣土碎石、松散土質斜坡。物源類型主要還包括了崩塌堆積物源、溝谷溝道中堆積物源和斜坡面侵蝕物源等幾種類型。如遇集中雨季，在暴雨或強暴雨的作用下，流水會將這些物源攜帶卷入溝道，沿溝谷溝道順勢而下對身處溝谷谷底的高鐵線及隧道形成了一定俯沖性質的潛在危害，危害性極大。

6 發展趨勢及危害性

斜坡體目前穩定性較差，隨著斜坡體的進一步變形發展，在大暴雨后極有可能產生滑坡或是泥石流。將威脅斜坡溝谷谷底約1 km處滬昆高鐵隧道及附近農田。與之低洼處零散村民居住地的生命財產的安全，其地質災害危險等級評估應為一級。

7 不穩定斜坡的防治措施及效果與防治措施

7.1 應急處理措施

(1)砂石場不穩定斜坡災情隱患點除了上述情況分析，一般形成滑坡或泥石流地質災害，最重要的因素就是水。在地質災害點治理工程實踐中，必須結合現場實際情況，了解坡體位置滑動面的地質、地貌地形特征，采取合理的地表水截排水措施，通過這類方式其主要目的就是有效排出坡內地表水入滲，以此減緩因水的因素造成坡體的滑動力。還可以在滑坡區內表面，亦可以考慮進行噴漿、勾縫灌漿等方法，也是為下一步綜合治理爭取合理的時間。

(2)砂石場企業下一步亦可以委托具有相應資質和有治理相關經驗的公司，根據渣土堆土場下方谷底逐級修建較為牢固的重力擋土墻、抗滑樁，增加錨索或錨桿等方式；針對坡面松散土質邊坡，還可以采用坡體表面植物防護，以栽種根系較為穩固的植物結合三維植被防護網等方式綜合治理；通過植物移植穩固表層土體，增強土體穩固性。并對排水溝進行合理的管道方式接管排泄和給予管道表面的硬化處理，以減少雨水和生產廢水對土體侵蝕，減緩該不穩定斜坡進一步發展成為滑坡及泥石流災害隱患，及時回填夯實斜坡上出現的裂縫。這些措施都是地質災害治理實踐中最經濟有效的應急輔助防治工程措施。

圖10 不穩定斜坡治理工程應用示意圖

7.2 永久性治理工程

(1)在此不穩定斜坡上不準再繼續松散堆放等工程活動，以防止荷載力量不斷加重使不穩定斜坡加速形成滑坡及泥石流災害。

(2)建議在斜坡前沿修筑梯級較為牢固的重力式擋土墻，且擋土墻基礎必須有相應的抗滑樁接觸基巖，擋土墻的基礎也要滿足相應規范要求。

(3)規范斜坡上生產用水、排水，能夠在壩體谷底處開挖修建標準排水溝，并且能夠保障斜坡上無水下滲，降低坡體物質荷載重量。

(4)不穩定斜坡以及斜坡前后建議規范開挖和合理施工，在已開挖出現的山體松散處，盡快同步邊坡防護治理與維護，以保持坡體的穩定性，防止災害的發生。

8 結語

根據臺江縣老屯鄉老屯村歐腳歸里變質巖類型的砂石場堆渣場地面出現災情為例，根據勘查現場，對于現場情況及時做出應急調查；對于極易構成潛在的泥石流地質災害隱患，可直接危害下游約1 km處滬昆高鐵隧道及附近農田的地質災害情況。進行了實地調查，對地質災害中不穩定斜坡形成條件、成因機制做出分析，并提出相應防治措施建議。針對這類潛在危害應采取一定的動態監測預警，有必要設立監測點，有助于后期預防應急處置。