西藏洛隆縣城區不穩定斜坡勘察及防治研究

王曉飛

(河南省地質局生態環境地質服務中心，河南 鄭州 450053)

西藏洛隆縣城區北側的加日雜山南麓自東向西分布著兩處不穩定斜坡，分別表示為H01和H02，其中H01不穩定斜坡位于縣城東北側，H02不穩定斜坡位于縣城西北側，二者相距約800 m。兩處不穩定斜坡的坡體主要組成物質為碎石土和細粒土，結構松散，坡面陡峻，易滑動，且坡面植被稀疏，降雨入滲流動速度快，不利于其自身安全穩定。近年來，隨著人類活動的不斷加劇，斜坡坡腳受到不同程度破壞，局部坍塌，自然穩定性逐步減弱，給當地居民的生產生活和生命財產安全造成嚴重威脅，特別是在暴雨、地震等惡劣自然條件誘發下，極易引發重大地質災害，將會給整座縣城帶來不可估量的損失。本文以這兩處不穩定斜坡為研究對象，對其基本特征、形成機制、穩定性、未來發展趨勢、防治措施、監測措施等進行了系統分析與論述[1]，為災害防治提供了科學依據，為同類型地質災害的調查研究與防治提供方法和經驗參考。

1 基本特征

1.1 邊界范圍與規模

據現場勘查，該兩處不穩定斜坡均屬于構造侵蝕高山地貌。

H01斜坡前(東南)側以省道S303線與斜坡交接處為界，高程約3 650 m；后(北西)側以陡坡坡腳處基巖出露帶為界，高程約3 730 m，最大相對高差80 m；左(西南)側以泥石流溝為界；右(東北)側以變形滑塌區的邊界為界。斜坡立體上呈輕微的凸肚型，總體坡向160°，平均坡度34°，局部較陡，坡度可達50°，整體表現為上陡下緩，前緣地段由于公路建設開挖形成高約3 m～5 m的陡坡，局部有塌滑現象；平面形狀呈開口向下的喇叭形，平均縱坡長65 m，平均橫寬142 m，面積9 230 m2，根據鉆孔揭露不穩定斜坡表層第四系殘坡積層厚度7.50 m～15.00 m，平均厚度10.95 m，體積1.01×105m3，屬中型土質潛在不穩定斜坡(如圖1所示)[2]。

H02斜坡前(南)側以環城路與斜坡交接處為界，高程約3 660 m；后(北)側以陡坡坡腳處基巖出露帶為界，高程約3 760 m，最大相對高差100 m；左(西)側以泥石流溝為界；右(東)側以變形滑塌區的邊界為界。斜坡立體上呈輕微的凸肚型，總體坡向220°，平均坡度35°，局部較陡，坡度可達55°以上，整體表現為上陡下緩，前緣地段由于環城路建設開挖形成高約3 m～5 m的陡坡，已修建擋土墻，擋土墻上部仍有2 m左右的陡坡，局部有塌滑現象；平面形狀呈開口向下的矩形，平均縱坡長95 m，平均橫寬89 m，面積8 455 m2，根據鉆孔揭露不穩定斜坡表層第四系殘坡積層厚度1.80 m～20.10 m，平均厚度13.50 m，體積1.14×105m3，屬中型土質潛在不穩定斜坡(如圖2所示)[3]。

1.2 水文地質特征

根據現場地質調繪，H01和H02兩處斜坡區均無泉水出露，鉆探揭露深度內也未見地下水，說明研究區地表水一般順斜坡地表排泄，地下水埋深較大。由于坡體滲透性較強，且無相對隔水層，地下水主要受大氣降水和雪融水補給，沿坡體由高至低向卓瑪郎措曲徑流。

1.3 工程地質特征

1.3.1 地層巖性

根據野外鉆探、重型圓錐動力觸探試驗和室內顆粒分析試驗，并結合區域地質資料，研究深度20.10 m范圍內地層從上至下、由新到老依次為全新統雜填土、碎石、角礫、圓礫和粉質黏土，白堊系下統多尼組(K1d)頁巖和粉砂巖，按地層時代、成因類型、巖性及巖土工程特性和物理力學性質，共劃分為6個工程地質層，簡述如下:

第③層(Qal+pl4)：圓礫，灰色，稍密～中密，濕，含有少量卵石,含量(質量分數)約20%～35%,一般粒徑3 cm～8 cm,最大粒徑約35 cm；大量泥質和少量砂質填充空隙；局部含有粉質黏土夾層或夾薄層；主要巖性和礦物成分同上層；層厚3.30 m～14.40 m，平均厚度6.58 m。

第④層(K1d)：強風化頁巖，黑色，結構極其破碎,主要為塊石、碎石和巖石碎屑等；層狀構造；層厚1.10 m～2.60 m，平均厚度1.85 m。

第⑤層(K1d)：中風化頁巖，黑色，結構較為破碎；層狀構造；層厚0.40 m～4.20 m，平均厚度2.30 m。

第⑥層(K1d)：中風化粉砂巖，灰白色，結構較為破碎,夾薄層泥頁巖；主要礦物成分為長石和石英；揭露層厚2.20 m～3.10 m，揭露平均厚度2.65 m。

1.3.2 各工程地質層承載力特征值和壓縮性評價

根據鉆探、人工探井、室內分析顆粒試驗和重型圓錐動力觸探試驗等資料，結合區域地質資料，依據相關規范和《工程地質手冊》(第4版)，綜合確定各工程地質層的承載力特征值和壓縮性指標(見表1)。

表1 各工程地質層主要力學指標建議值統計表

1.3.3 潛在滑動帶(面)結構特征

潛在滑動帶(面)主要依據地面調繪、鉆探揭露地層和土石界線綜合確定。第②層碎石和第③層圓礫的物質組成以碎石和角礫為主，土石比約為2∶8，地層中的粉黏質填充物在飽和狀態下力學性質降低，有利于發生層內剪切破壞，導致斜坡穩定性降低，易沿軟弱結構面滑動，因此，確定第②層和第③層為H01和H02斜坡的潛在滑動帶(面)，呈圓弧形。

1.3.4 潛在滑床結構特征

依據地面調繪和鉆探揭露地層，綜合確定H01和H02斜坡的潛在滑床為第⑥層中風化粉砂巖，該層埋藏較深，力學性質較好，一般埋深6.50 m～21.00 m，縱向上表現為前緣埋深較大、后緣埋深較淺，坡度上表現為后緩前陡，橫向上表現為中間埋深較大、兩側埋深相對較淺。

1.4 變形特征

根據現場地質調繪，H01和H02斜坡滑動跡象不明顯，鉆探表明，斜坡尚未形成滑動面，目前，兩處斜坡的主要變形跡象為坡腳出現小規模塌滑(見圖3，圖4)，且均由人工切坡引起，H01斜坡塌滑由省道303改建施工切坡造成，H02斜坡塌滑由修建水渠和環城路施工切坡造成[4-5]。

2 形成機制分析

不穩定斜坡形成機制主要包括內因和外因兩個方面，其中內在因素主要包括地形地貌、巖性、構造和水文地質條件等；外在因素主要包括持續強降雨、水流作用、地震和人類活動等。內在因素是滑坡形成的基本因素，外在因素則是滑坡形成的誘發因素甚至主導因素。

2.1 形成的基本因素

2.1.1 地形地貌

研究區處于峽谷區山前坡麓地帶，卓瑪郎措曲自東向西從加日雜山前緣流過，兩處斜坡的坡度在35°左右；斜坡區前緣受修建公路的影響形成3 m～5 m的臨空面。陡峭的地形和高陡的臨空面，為滑體提供了巨大的勢能，有利于滑坡形成。

2.1.2 地質構造

洛隆縣以北西向構造為主，由一系列大致平行呈“多”字形排列的不同規模的褶皺、沖斷層及斜沖斷層組成，是區內主干構造。研究區位于洛隆縣背斜軸東北端，受地質構造影響，地形陡峭、地層巖性差異較大，巖體完整性差，風化強烈，在重力及地表水沖刷等因素影響下，容易在坡麓地帶形成殘坡積層，為不穩定斜坡的形成提供了重要的物質基礎。

2.1.3 地層巖性

H01和H02斜坡均為殘坡積碎石土斜坡，碎石土厚度1.80 m～20.10 m，其滑體和滑帶主要為碎石和圓礫，填充物為粉黏質，在天然狀態下保持脆弱的穩定性，在飽和狀態下迅速軟化，形成軟弱結構面；滑動面下伏地層為砂巖，當有較強降雨時，地表水下滲在土巖結合面形成飽水帶，從而降低滑面土層的力學參數，易導致滑動發生。

2.2 滑動誘發因素

2.2.1 大氣降水

大氣降水是出現不穩定斜坡的重要誘導因素之一，研究區多年平均降水量413.76 mm，但75.6%的降雨皆分布于每年的6月～9月，連續降雨、短時強降雨時有發生。受地形地貌影響，斜坡區為上部山體的地表水匯集區，在雨季豐富的降水條件下，容易形成地表水沖刷和下滲；一方面地表水下滲容易使松散的殘坡積物質處于富水狀態，致使上部土體及相對軟弱層(滑帶)部分飽水，增加滑體容重，另一方面由于含水量的增加致使軟弱層土力學強度(C，φ值)降低，使斜坡沿其間的軟弱層滑動的可能性大幅增加。因此，長時間降雨和短時強降雨等極端天氣過程是不穩定斜坡發生發展的主要影響因素。

2.2.2 地震

受區域大環境影響，研究區及其附近區域地震活動較為頻繁，處于活躍期。不穩定斜坡的滑體地層主要為含粉質黏土的卵石和圓礫，在較強的震動下結構將遭到破壞，下滑力急劇增加，加之滑帶為相對隔水層易產生超孔隙水壓力，造成抗剪強度急劇減小，從而引起突發性滑坡，這說明地震也是誘發滑坡不可忽視的因素，且強震對斜坡穩定性的影響將更大[6-8]。

2.2.3 人類工程活動

因工程施工人為切除斜坡體的前緣，形成直立陡峻的臨空面，將嚴重破壞斜坡體的自然穩定狀態，促進滑坡體的形成與發展，成為誘發不穩定斜坡滑動的直接和主要誘因。

3 穩定性分析

3.1 分析方法

根據研究對象的基本特征，對其穩定性評價適合運用極限平衡理論，采用滑動面為折線形傳遞系數法對滑體進行條分，計算斜坡穩定性系數。由于不穩定斜坡上部地層主要為碎石土，孔隙較大，且滑體內無地下水，未形成統一的水位和水力坡度，故對水壓力可不予考慮。

3.1.1 穩定系數計算

因滑移面近似呈折線型，故采用不平衡推力傳遞系數法，計算公式如下：

3.1.2 剩余下滑推力計算

公式如下：

Pi=Pi-1ψ+KS·Ti-R1i。

其中，傳遞系數：ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)·tanφi。

下滑力：Ti=Wisinαi+Acosαi。

抗滑力：Ri=(Wicosαi-Asinαi)+CiLi。

其中，Pi為第i條塊推力,kN/m；Pi-1為第i條塊的剩余下滑力，kN/m；Wi為第i條塊的重量，kN；Ci為第i塊的內聚力,kPa；φi為第i塊的內摩擦角,(°)；Li為第i條塊長度，m；ai為第i塊的滑面傾角，(°)；A為地震加速度(重力加速度g)；Ks為設計安全系數。

1)自重狀況下:

Ti=wi·sinαi。

Ni=Wi·cosαi·tanφi+Ci·Li。

其中，Wi為第i條塊滑體重量,kN；Li為第i條塊滑帶長度，m。

2)自重+地震力狀況下:

Ti=Wi(sinαi+acosαi)。

Ni=[Wi·cosαi+α·sinαi]tanφi+Ci·Li。

其中，a為地震加速度；Li為第i條塊滑帶長度。

3.2 計算工況

綜合分析斜坡巖土體特征及其可能承受的各種荷載，確定出本次穩定性計算的三種工況及其荷載組合，詳見表2。

表2 不穩定斜坡穩定性計算工況與荷載組合

3.3 計算剖面

根據斜坡體的規模和實際工程地質條件，對H01和H02斜坡分別選取3條典型縱剖面(按照自東向西的順序依次命名為1-1′，2-2′，3-3′)建立計算模型，根據滑面巖土體類型、坡度將滑體劃分為相應的塊段，其中H01斜坡的1-1′剖面劃分7個塊段，2-2′剖面劃分8個塊段，3-3′剖面劃分6個塊段；H02斜坡的1-1′剖面劃分6個塊段，2-2′剖面劃分7個塊段，3-3′剖面劃分8個塊段，代表性計算剖面詳見圖5，圖6。

3.4 計算參數

計算參數主要包括滑體土容重及滑帶土的抗剪強度(C，φ值)等。

3.4.1 滑體土容重

滑體土天然容重通過灌水法原位密度試驗取得，飽和容重按飽和度為100%時計算取得，根據研究場地實際工程地質條件，結合區域地質經驗，確定H01斜坡滑體土天然容重18.90 kN/m3～21.20 kN/m3，平均值19.43 kN/m3，飽和容重19.70 kN/m3～22.30 kN/m3，平均值20.10 kN/m3；H02斜坡滑體土天然容重15.70 kN/m3～18.50 kN/m3，平均值17.25 kN/m3，飽和容重17.80 kN/m3～19.40 kN/m3，平均值18.20 kN/m3[9]。

3.4.2 滑帶土抗剪強度(C,φ值)

由于滑坡區上部土層成因主要為第四系殘坡積，結構松散、分布不均勻，碎石含量較高無法采集原狀土樣進行土工試驗，較為準確取得抗剪強度值。為使該值的取用較為合理，本次研究采用極限平衡假設法反算結果與區域地質經驗值相結合的方式確定滑帶土抗剪強度(C,φ值)，結果詳見表3。

表3 斜坡穩定性計算過程中滑帶土抗剪強度取值統計表

3.5 計算與評價結果

根據前述方法和參數，計算出斜坡各剖面在不同工況條件下穩定性系數，本著安全穩定原則，確定各斜坡的穩定性系數建議值；依據滑坡穩定狀態分級標準，對斜坡及各剖面在不同工況條件下的穩定性進行評價[10-12]，綜合確定H01和H02斜坡在天然狀態下均處于穩定狀態，在持續強降雨和地震狀態下均處于不穩定狀態，結果詳見表4。

表4 不穩定斜坡穩定性評價結果一覽表

4 發展趨勢與危害性分析

4.1 發展趨勢

H01和H02不穩定性斜坡發育于松散堆積斜坡地帶，地形陡峻、地層結構松散，定性分析及定量計算表明斜坡有滑動可能，強降雨、地震、劇烈的人類活動等因素均可能打破斜坡的自然平衡狀態，誘發滑坡災害。在水及外力作用未超出臨界值時，斜坡處于基本穩定狀態；在水及外力作用超出臨界值時，其穩定性將迅速降低，并可能產生滑動。但在這種反復活動過程中，必將使滑體上部變形不斷增大，松散程度加劇、力學性能降低，滑帶不斷擴大貫通，其誘發條件將更加簡單，滑動幅度將持續增大，直至全面劇滑。

4.2 危害性分析

H01和H02不穩定性斜坡位于洛隆縣城區北側，地勢較高，其南側狹長溝谷處就是洛隆縣城區，地勢略低，人口較為密集、生產生活設施遍布，現狀條件下的小規模塌滑對周邊居民的生產生活質量影響相對較小；持續性強降雨或地震等特殊條件下若發生大規模的塌滑或泥石流災害，將嚴重威脅城區居民的生命財產安全，破壞穩定的生產生活秩序，對洛隆縣經濟社會發展產生重大不利影響[13]。

5 防治措施

根據斜坡體的現狀，本著經濟、科學、安全的原則，綜合采取地表截排水、抗滑和生態修復等三項工程措施對災害體進行了系統治理。

5.1 建設地表截排水工程

在不穩定斜坡周界外緣設置一條地表截水溝，截水溝范圍包括整個邊坡區，兩端延伸至斜坡前緣公路邊的排水溝內，其中H01斜坡截水溝長237 m,H02斜坡截水溝長336 m。截水溝斷面為倒梯形，用漿砌片石襯砌，襯砌厚度0.20 m。施工時根據坡形變化在兩處斜坡的坡度較陡處各設置了6處跌水設施，逐步消解水流勢能。

5.2 設置抗滑擋墻

根據不穩定斜坡的地形地貌及地質情況，確定在不穩定斜坡前緣修建抗滑擋墻，主要承擔滑坡體剩余下滑力，阻止滑坡體進一步變形，甚至整體滑動。根據滑坡變形特征和剩余下滑力合理確定了擋墻形式和尺寸，其中H01斜坡擋土墻采用重力式，長約89 m，H02斜坡擋土墻采用仰斜式，長約162 m。擋墻基礎均設置在第②層碎石上，埋深1 m；擋墻高度因地勢而定，最小為3 m；墻體采用了M10漿砌石砌筑；以6 m為間距設置了多條沉降縫。墻內設置了3排PVC排水管，坡度為4%。

5.3 實施生態修復工程

在H01,H02斜坡坡體上共開挖了1 568個樹坑，尺寸為0.70 m×0.70 m×0.70 m，間距為3.50 m×3.50 m，回填種植土，種植了適合當地氣候的松樹，起到了護坡、綠化美觀、改善生態環境等作用。

6 監測措施

為及時掌握不穩定斜坡的災變動態，為災害預測和工程治理提供技術依據，需要對其采取科學有效的監測措施，主要包括活動性監測、施工期間專題監測和活動跡象巡視監測等。

6.1 活動性監測

主要是指在不穩定斜坡范圍內對變形體的位移、應力等的變化情況進行監測。根據監測工作需要，在H01和H02不穩定斜坡范圍內選擇典型區域各設置變形監測點5個，安裝自動化實時監測設備進行持續監測，并及時對監測數據進行分析處理。

6.2 施工期間專題監測

在治理工程施工期間，應對基坑及邊坡的穩定性、抗滑擋墻的變形位移情況等進行定期監測，根據監測結果綜合分析各類影響工程穩定的因素，作為判斷地質災害狀態、指導工程實施、調節工程部署、安排施工進度、反饋設計并檢驗治理工程效果的依據。

6.3 活動跡象巡視監測

該項監測是為彌補儀器監測的片面性和局限性而設立，采用宏觀地質調查的手段進行監測，內容主要包括：地表及排水溝裂縫出現的位置、規模、延伸方向、發生時間等；地表鼓脹位置、范圍、形態特征、發生時間等；塌方位置、范圍、體積及發生時間等；建筑物破壞和樹木歪斜情況、發生時間等。調查線路間距50 m～100 m，非雨季每10 d進行1次，雨季每5 d進行1次，遇強暴雨或連續性降雨應加密觀測。每次調查均應做好記錄，必要時應拍照或錄相，對變化異常部位應設立連續觀測點。如發生異常現象，經復查后，應立即按照相關程序上報。

7 結語

數十年來，西藏洛隆縣城區北側的加日雜山南麓的兩處不穩定斜坡地質災害一直威脅著周邊居民生命和財產安全，對當地經濟社會發展產生不利影響。2013年以來，在昌都市和洛隆縣人民政府的統一部署和安排下，相關單位對災害體開展了系統的調查、勘查、設計、綜合治理、動態監測等工作，規劃建設了地表截水排水工程、抗滑擋墻和生態修復工程，采取了規范的動態監測措施，有效消除了災害隱患、修復了地貌景觀、改善了生態環境，解除了災害威脅，保障了人民生命財產安全，很好地促進了當地經濟社會事業的健康穩定發展。