甘肅某工程沿線不穩定斜坡成因分析

許玉龍

(甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020)

甘肅省某工程是解決甘肅省中部干旱地區11個國家重點扶貧縣城及工業用水、農村人畜飲水、生態環境用水問題，同時兼有灌溉、發電、防洪等綜合利用功能的大型跨流域調水工程。該工程穿過定西市、白銀市、天水市、平涼市，研究區內有G309、312、310、316國道及G30連霍高速、G22青蘭高速公路與S207、208、209、218、304省道縱橫通過，縣鄉公路、鄉村公路網基本完善，該工程渠線和管線大多沿溝道、河谷及山梁分布，渠線和管線大部分地段有縣鄉道、鄉村道路及機耕道路通行，交通較為便利。

1 地質環境條件

1.1 氣象、水文

研究區地處甘肅省中東部隴西黃土高原西部，地形復雜，山區氣候差異較大，系典型的大陸性氣候，屬溫帶濕潤-半干旱大陸性氣候，四季變化明顯，光照充足，氣候干燥寒冷，降水量少，蒸發量大。

據沿線氣象站氣象資料：多年平均氣溫6～10 ℃，并且從南向北有逐漸降低的趨勢，歷年極端最高氣溫36.3 ℃，極端最低氣溫-19.2 ℃。多年平均降水量300～600 mm，蒸發量1 200～1 800 mm，平均相對濕度61%～69%，最大積雪深度17～25 cm，最大凍土深度51～98 cm。

根據主要水文站歷年水文資料，經統計和匯總計算，沿線河流多年平均實測河川徑流量2.01×108m3，天然徑流量2.23×108m3。

研究區土壤類型較多，主要為黑壚土、灰鈣土、黃棉土和紅土。

研究區自然植被被屬黃土高原草原，荒漠草原植被區域，以灌木和草本為主，其中以多年生、旱生、叢生禾本科占優勢，其次為莎草科、豆科，植物種類主要有短花針茅、長芒針茅、芨芨草、蒿草、小葉錦雞兒、檸條等。人工植被被集中于河谷區、村莊周圍及局部丘陵地帶，種類主要有楊樹、杏樹、花椒、刺槐、檉柳等。

1.2 地形地貌

研究區地處隴西黃土高原東部，受區域地質構造和地層巖性等因素的影響，區內丘陵連綿，溝壑縱橫，溝梁相間，地形破碎。整體上區內地形北高南低，西高東低，西部牛營大山至中部華家嶺一線呈凸起的“屋脊”狀，成為渭河和祖厲河兩大流域的分水嶺，這也是本輸水工程管線主要布設區，沿凸起的“屋脊”向兩側流域輸送水源。

1.3 地層巖性

研究區內黃土丘陵區及河(溝)谷川臺地區主要出露第四系黃土、黃土狀土，占總面積的90%以上，而基巖零星出露于研究區內，基巖以古近系和新近系巖組為主，占出露基巖的60%～80%，出露的其他巖組有白堊系及侵入巖，占出露基巖面積的20%～40%左右[1]。

1.4 地質構造與區域地殼穩定性

1.4.1 地質構造

研究區處于青藏高原東北緣，是我國中央造山系重要組成部分，主要區域性邊界斷裂有會寧～通渭斷裂、甘谷～通渭大斷裂、通渭～榆中大斷裂、通渭～漳縣斷裂、天水～甘谷斷裂、武山南北斷裂[1]。

1.4.2 新構造運動與地震

中生代以來的歷次構造運動奠定了本區的大地構造輪廓，與老構造有著密切的聯系。新生代以來本區新構造運動具有不對稱性和間歇性上升運動特點，主要表現在山區的上升，河谷下切形成峽谷和盆地，區內河谷局部地段開闊，發育有多級階地，中下更新統階地高處現代河床達240 m以上。在上升運動的同時產生相對下降區，在二者的過渡地帶，多形成斷裂和皺褶，一些構造具有繼承性，高差的增大，地形變陡，為滑坡、崩塌的形成創造了有利地形。

據文獻記載，本區臨近地區發生了5級以上的地震10余次，大部分發生在西海固地區，其次在通渭、會寧、靜寧、甘谷、武山一帶，區內發生的地震具有震源淺，震級較高的特點。如1920年12月16日，寧夏海原發生了8.5級地震，震中烈度12度，震源深度約17 km。地震不僅給當地人民生命財產造成巨大損失，而且形成數字龐大的滑坡災害。如1718年通渭7.5級地震，形成滑坡面積達665 km2，共形成寬度500 m的滑坡337個，對區域地質環境條件破壞嚴重，也為老滑坡的復活，新滑坡的形成，泥石流等災害發育提供松散物質。結合居里面和強震分布圖，研究區居里面值12～20之間，強震多集中在東部海原、北部中寧、南部天水一帶。

據《中國地震動參數區劃圖》(GBI8306—2001)，本區地震活動頻繁，而且在空間上分布極不均勻。根據甘肅省地震工程研究院編制完成的《甘肅省某工程場地地震安全性評價報告》成果，總干渠、四干渠、五干渠、六干渠，七干渠、九干渠、上川輸水渠(管)線、八干1#～2#隧洞及其掌里至渠尾劉寨渠段，地震動峰值加速度為0.2g，相應地震基本烈度為Ⅷ度，地震動反應譜特征周期0.45 s；八干2#隧洞出口至掌里渠段及其一、二分干渠、靜寧輸水渠地震動峰值加速度為0.15g，相應地震基本烈度為Ⅶ度，地震動反應譜特征周期0.45 s。其中總干渠31#隧洞(沙家灣隧洞)進、出口工程場地地面地震動峰值加速度分別為0.23g、0.22g，地震動反應譜特征周期分別為0.55，0.50 s；八干渠22#隧洞(大牧關岔隧洞)進、出口工程場地地面地震動峰值加速度分別為0.21，0.21g，地震動反應譜特征周期分別為0.55，0.50 s。

2 工程地質條件

2.1 一般土

礫卵石單層土體：出露于研究區內渭河、祖厲河及其支流的河谷漫灘地帶，巖性為砂礫卵石，成分復雜，磨圓較好，泥沙充填，松散-中密。粉土、礫卵石雙層土體：上部以粉土為主，具濕陷性，局部為砂土，稍密-中密。下部為砂礫卵石層，磨圓較好，泥沙充填，中密-密實，地基土承載力特征值200～400 kPa左右。

2.2 特殊土

老黃土：主要分布于研究區內馬蘭黃土的下部，巖性為粉質黏土，磚紅、灰黃色，厚10～50 m，可塑-硬塑，地基土承載力特征值200～250 kPa。

3 水文地質條件

3.1 碎屑巖類孔隙裂隙水

區內深部承壓水分布面積很小，主要賦存于新近系礫巖、砂礫巖孔隙、裂隙中，分布于定西西部、隴西南部部分地區，地下水主要接受河(溝)谷潛水、黃土潛水的入滲補給，其徑流途徑較長，流速緩慢，礦化度普遍較高[2]。

3.2 松散巖類孔隙裂隙水

研究區面積較大，地形地貌多變，該類地下水含水層種類多，性質特征差較大。根據含水的特征，松散巖類孔隙裂隙水主要分為丘陵區風積黃土孔隙裂隙水、溝谷沖洪積黃土狀孔隙裂隙水、河谷礫卵石孔隙水。主要特征如下：

(1)丘陵區風積黃土孔隙裂隙水。主要分布于黃土丘陵區，一般地勢低洼處含水相對豐富，地勢高處含水不連續或基本不含水。主要接受大氣降水滲入補給，由地勢高處向低處徑流，以泉的形式排泄于溝谷中，其流量大部分地段小于0.01 L/s，局部地段大于0.01 L/s，大口徑涌水量3～25 m2/s，水質較好，水化學類型為SO42-—HCO-—Na+—Mg2+型或SO42-—Ca2+—Mg2+型，礦化度一般小于1.0 g/L ，局部地段達3.0～5.0 g/L。

(2)溝谷沖洪積黃土狀土孔隙裂隙水。分布于區內河流兩側較大規模支溝內，賦存于沖溝兩側沖洪積臺地及谷底。地下水主要接受大氣降水、溝谷短暫洪流入滲及黃土孔洞裂隙水側向補給，自上游向下游徑流，或以泉的形式排泄于溝坡、溝底，大部被蒸發消耗，部分為人為開采利用，該類地下水富水性、水質變化差異較大，富水性較好的地段集中于沖溝溝腦如大堿溝，其水化學類型為HCO-—SO42-—Na+—Mg2+型，礦化度一般為1.0～3.0 g/L 。從上游到溝谷下游其富水性漸弱，水質漸差，礦化度達3.0～5.0 g/L，局部達5.0 g/L以上。

3.3 松散巖類孔隙水

區內分布面積較小，主要分布在定西西南牛大山—通渭華家嶺一帶，地下水賦存于基巖裂隙、風化構造裂隙和局部斷裂帶中。單泉流量0.03～0.5 L/s。

4 人類工程活動對地質環境的影響

區內與地質災害相關的人類工程活動主要有以下幾個方面：

4.1 填溝修渠，修建淤地壩工程

本區溝壑縱橫，下切侵蝕強烈，川區土地及居民點呈“切割”狀態，且水資源貧乏。為改善農業生產條件，提高水資源利用率，自上世紀六十年代開始，當地居民興修水水利，在沖溝出山口附近填溝筑壩，修路、修渠并修建溝谷型水庫等，這一工程活動極大改善了當地的生產、生活條件，同時其壩體的攔檔也減弱了溝谷泥石流對溝口農田的危害和對河道的淤積，但泥石流淤積，河床不斷抬高，存在較大泥石流災害隱患[3]。

4.2 削坡造地

區內大部分為黃土丘陵區，由于地形所限，具天然耕植條件的土地較少，很大一部分為人工削坡建造形成，多集中在山坡、山梁。在工程建造的過程中，會破壞植被，使坡體松動，產生大量的松散土體，在反坡向邊緣處，形成高低不等的邊坡。削坡造地不僅為泥石流的形成和發育提供條件，且形成的邊坡不時發生局部崩塌，黃土溯源侵蝕的特征向山坡上部推移，使原本脆弱的生態環境條件遭到破壞。

4.3 取土燒磚

評估區內曾建有多處規模不等的磚瓦廠，開采溝道內洪積形成的粉土燒磚制瓦，開挖形成了多處較陡的邊坡，其高度大多在5～8 m，由于開挖取土形成直立的陡崖。

4.4 過度放牧和陡坡耕植

近年來，為改善區內生態環境，扼制水土流失問題，制定了一系列相關的政策法規，加大了退耕還林力度，同時陸續對一些小流域采取溝頭保護、溝坡植樹、溝道攔擋等措施進行綜合治理，取得了階段性的防止效果，使區內地質生態環境得到了一定改善。

5 不穩定斜坡形成原因分析

通過實地調查和收集資料綜合分析，區內不穩定斜坡的形成原因主要有以下幾個方面：

(1)地質構造。研究區新構造運動主要表現為以上升為主的震蕩式的升降運動，低山區溝谷切割強度較大，相對高差較大，致使溝岸坡處不穩定斜坡較發育。

(2)降雨。研究區降雨量在年內分配極不平衡，主要集中在6—9月，6、7、8、9四個月的多年平均降水量之和占全年降水量80%以上。集中降雨形成的地表流水不斷側蝕溝岸坡，使溝岸坡前緣呈近直立狀，形成不穩定斜坡。

(3)地形地貌。一定的高差與坡度是斜坡形成的基本條件之一[2]。工作區內溝壑縱橫、地形起伏大，致使不穩定斜坡集中發育在黃土丘陵溝壑地帶，地形地貌特征決定著斜坡的大小。

(4)地層巖性。不穩定斜坡地層巖性主要為馬蘭黃土和泥巖、砂巖。巖土體自身節理裂隙發育，以及遇水易軟化的特性為高陡不穩定斜坡的形成提供了條件。

(5)人類工程活動的影響。坡改耕地對原始坡體的改造使原始坡體形態改變，形成了高陡斜坡，斜坡自身穩定性降低，植被遭到破壞，遇不利工況下易發生滑坡崩塌災害。

6 結論

本文通過實地調研，對甘肅省某工程沿線的不穩定斜坡從地質環境、工程地質特征、水文地質特征等方面入手，總結了沿線的不穩定斜坡的成因，認為不穩定斜坡的形成與地質構造、降雨、地形地貌、地層巖性和人類活動有密切的關系。