陜西地區山前緩坡帶黃土—砂泥巖接觸面滑坡發育特征及塔位選擇建議

宋世鑫，韓曉萌，岳英民

(中國能源建設集團陜西省電力設計院有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

黃土滑坡是陜西地區常見的滑坡類型，按照滑坡區的地層結構，一般分為黃土層內滑坡、黃土—砂泥巖接觸面滑坡、黃土—砂泥巖接觸面順層滑坡和黃土—砂泥巖接觸面切層滑坡，黃土滑坡的劃分方法在滑坡地質災害預防與治理的過程中被廣泛接受[1]。

黃土—砂泥巖接觸面滑坡一般指黃土沿著下伏砂泥巖接觸面滑動的滑坡，在陜西地區廣泛發育，本文主要討論該區域山前緩坡地帶的該類型滑坡，該類型滑坡受地形及地層結構控制，與其他類型的黃土滑坡有較大差異，一般具有滑面緩、滑速慢、前兆性弱等特點。該類型滑坡在空間分布上也受到地質環境條件的控制，在銅川、西安藍田及渭南、寶雞西南部等地均有分布。在時間分布上由于該類型滑坡的形成機制受水的影響較大，一般多發生于雨季，近年來陜西降雨量的增多也使該類型滑坡呈現頻發態勢。

近些年關于黃土滑坡的研究較為廣泛，李同錄[2]等對黃土滑坡進行了分類，胡廣韜、文寶萍等對該類型滑坡的機制進行了探討[3-4]，但在堆積發育特征、形成因素等方面存在不同的認識。輸電線路工程對該滑坡類型的發育特征研究仍屬于空白。

研究區黃土—砂泥巖接觸面滑坡在山前緩坡帶發育時地形相對較平緩，該類型滑坡運動過程一般以低速為主，前兆性不強，在輸電線路塔位選擇中往往誤認為是理想的塔位。近年來由于陜西降雨量的增大，該類型滑坡發生的概率顯著增加。筆者近年來在研究區輸電線路地質災害治理以及踏勘、塔基定位過程中，發現黃土—砂泥巖接觸面所造成輸電線路塔基受損及塔位選擇問題較為突出。本文在對研究區進行了大量調查分析的基礎上，結合前人的研究成果，分析該類型滑坡的形態特征及變形破壞特征，對陜西地區山前緩坡帶黃土—砂泥巖接觸面滑坡地段輸電線路勘測具有一定意義。

1 滑坡基本特征

1.1 形態特征

該類型滑坡的坡面坡度一般受山前緩坡帶原始地形坡度控制，坡度在15°～20°左右，多數呈現梯田或臺階地形式。一般在航片上觀察滑坡側邊界比較清晰，兩側剪切裂縫在地表較為明顯，后緣拉張裂縫受牽引式滑坡的影響，從滑坡中后部至后緣逐漸減少，滑坡后壁形態一般不規則甚至不清晰，滑坡體的中前部地表在滑動作用下，地表錯動、擠壓變形跡象明顯。整體上，該類型滑坡坡面呈現略微下凹的形態。

1.2 滑體及滑床的物質結構特征

該類型滑坡地表坡度較小，滑體厚度受滑面控制，一般5～15 m 不等，滑體中前部厚度較為平均，向后部逐步縮減。滑體多為黃土構成，滑體中前部在底部滑面附近有薄層強風化砂泥巖。該地區黃土巖性一般為粉質黏土，垂直節理發育，易于地表水入滲，黏粒含量相對較高，抗剪強度相對較低。

1.3 滑面(帶)特征

該類型滑坡滑面形態一般受地形及下伏黃土—砂泥巖界面影響，由于該地區砂泥巖產狀一般近水平或0°～10°左右傾角，在歷史沉積過程中，地表黃土對下伏基巖影響較小。該類型滑坡的滑面在滑動方向中下部一般沿著土巖界面呈10°～15°，滑面線向上部逐漸緩慢彎折，基本形態比較順直，局部會有輕微起伏，當到達滑動方向中后部會有一個彎折點，向上傾斜達45°或更大。滑帶土一般為黃土(粉質黏土)，下部帶有少量強風化砂泥巖，在滑帶附近由于下伏基巖形成隔水層，呈現飽和或接近飽和的狀態，土體呈現軟塑或者流塑狀態，強度進一步降低。

2 主要影響因素

滑坡的發育受地質環境及人類活動等因素影響，根據對研究區內黃土—砂泥巖接觸面滑坡的調查與分析，研究區內該類型滑坡一般有以下特征。

2.1 地形地貌

研究區的山前緩坡帶一般呈現上陡下緩的形態，緩坡區坡度相對較小，在剖面上呈現一定的下凹趨勢，在平面上滑坡區中部相對于兩側也向滑坡后部內凹，這種地形在一定程度上為地表水向滑坡區匯集形成條件，地表水在沿坡面下滲至滑面，同時在坡面進行侵蝕下切，在滑坡體的中前部或剪出口等部位形成沖溝。同時該類型滑坡區域前緣在坡度上受區域地形的控制形成增大趨勢，局部形成臨空，該類型滑坡滑面或潛在滑面坡度一般較小。

2.2 地層巖性

研究區該類型滑坡黃土層易于地表水下滲，且遇水后強度降低，黏粒含量相對較高，下伏砂泥巖與滑體土形成“上軟下硬”的組合，為上部土層創造了隔水條件，形成天然滑床。在基巖面隔水的情況下呈近飽和狀態，且基巖與黃土界面局部形成低洼狀，使得地表水沿黃土層下滲，無法順暢地沿滑面向滑坡剪出口方向排除，使滑帶土長期處于近飽和及軟塑狀態。

2.3 水的作用

研究區該類型滑坡由于受地形和地層結構控制，不僅上覆土強度降低，同時在土巖界面處形成軟化帶。陜西地區近年來由于氣候的變化，降雨量呈現猛增，尤其是7～9 月極端天氣概率增大，降雨量遠大于歷史降雨量。降雨量的陡增使一些原本處于穩定的斜坡發生滑動，使本來處于穩定狀態或趨于穩定狀態的老滑坡“復活”。

2.4 人類工程活動

研究區對該類型滑坡影響較大的人類工程活動為梯田修建和斜坡前緣開挖。由于該類型滑坡原始斜坡一般地形較緩，潛在滑面(土巖界面)坡度也較小，自然狀態下發生滑動的可能性較小，而緩坡地形適于梯田修建，梯田修建對滑坡的影響主要體現在3 個方面：①改造后臺階狀的坡形更有利于平面處地表水的下滲和變階處地表水的集中入滲，使原本相對順直的坡形經改造后形成局部下凹，進而加大滑坡區地表水向滑坡區匯集。②受山前緩坡帶地形影響，緩坡帶前緣坡度會增大，梯田修筑時會依地勢而建，形成上部階寬而高差小，下部階窄而高差大，而高差較大處往往集中在緩坡帶下部，為滑坡滑動創造剪出臨空條件。陜西銅川宜君一帶的梯田區域黃土—砂泥巖接觸面滑坡就是比較典型的，該區域歷史上曾在山前緩坡帶修建梯田，形成成片的滑坡區域，對該區域多條輸電線路造成影響。③原始斜坡前緣修路、建房所造成坡腳開挖，在斜坡前緣形成臨空條件，從而引發滑坡。

3 滑坡變形特征

3.1 低速滑動性

研究區該類滑坡的低速滑動是在整個滑動過程中(滑面貫通后)均以相對較低的速度滑動，一般低于1.5 m/月。該類滑坡主要受控于坡度較小的土巖界面滑面，導致滑體產生滑動的勢能較小，滑動速率相對較慢，導致該類型滑坡產生的破壞力一般較弱，一般不會對滑坡前建筑物造成整體性破壞。滑坡按位移速率分類見表1 所列。

表1 滑坡按位移速率分類[3]

3.2 反復性

滑坡的穩定性一般采用穩定性系數K 表示。研究區該類型滑坡從滑坡啟動開始以一種趨于穩定的過程運動，穩定性系數趨于1。對于一般滑坡，滑動的過程至穩定或相對穩定狀態一般速度較快。研究區該類型滑坡在滑動過程中由于滑面局部發生變化、滑體滑帶土含水量降低導致下滑力降低、抗滑力增加，滑坡會出現階段性穩定，過了一段時間甚至數年，含水量增大導致滑坡重新啟動“復活”。隨著時間的推移，滑坡總是向穩定趨勢發展，后期的運動位移幅度相對于前期越來越小，進而趨于穩定，這個過程一般較為漫長，伴隨著若干次的“復活”—穩定—“復活”—穩定的反復過程。

3.3 隱蔽性

在一般斜坡場地的穩定性判別中，坡度是比較直接的判斷方法，一般認為坡度小于15°的斜坡發育滑坡的可能性很低，為穩定斜坡。研究區該類型滑坡整體坡度較緩，與常規滑坡的地形坡度相差較大。同時該類型滑坡一般首次滑動時前兆較弱，后期反復滑動變形位移幅度相對較小，地表裂縫、土體擠壓破壞的程度變化相對微弱，該類滑坡一般為牽引式滑坡。陜西省銅川市宜君縣某輸電線路塔基位于滑坡中部，塔基處及滑坡中前部地表有明顯的塌陷、拉張裂縫，前緣垮塌，土體擠壓也十分明顯，但滑坡中后部后緣及兩側邊界剪切及錯動并不發育。

4 工程實例分析

陜西省銅川市宜君縣某輸電線路塔基滑坡，現場調查滑坡滑動時間為2021 年11 月。滑坡坡高約38 m，縱向長約130 m，寬度約120 m，整體坡度平面上呈“喇叭口狀”，斜坡總體坡度約15°，梯田臺階呈上窄下寬，階高呈上低下高，整體依地形修建。斜坡地層結構上部為Q3eol黃土，下部為三疊系砂泥巖互層。該滑坡為牽引式滑坡，滑坡體中下部地表變形破壞嚴重，多處垮塌，地表拉張裂縫明顯。滑坡剪出口位于斜坡前緣土巖界面出露且臺階較高處，剪出口垮塌明顯。根據現場調查，滑面由剪出口向上整體坡度較小，約5°～15°，前部沿土巖界面發育，上部逐漸向土層內擴展。塔基位于滑坡體中后部，采用掏挖式基礎，基礎均位于滑坡體內。調查時塔基未發生傾斜，但塔基下側土體受滑坡作用下沉垮塌明顯，基礎部分外露。該處為老滑坡，本次滑坡滑動未發生前滑坡后緣明顯，根據分析，本次滑坡“復活”主要原因為梯田修建使斜坡整體呈匯水狀態，航拍影像中梯田臺階邊線整體向斜坡中部輕微集中，且滑坡中下部因集中匯水形成小規模沖溝，同時由于2021 年該地區的大規模集中降雨，造成該滑坡“復活”再次滑動，如圖1～圖2 所示。

圖1 宜君縣某輸電線路塔基斜坡滑坡航拍

圖2 宜君縣某輸電線路塔基滑坡剖面圖

陜西省寶雞市鳳縣某輸電線路塔基斜坡滑坡，現場調查本次滑坡時間為2021 年8 月。滑坡坡高約32 m，縱向長約105 m，寬度約90 m，整體坡度平面上整體呈梯形，斜坡總體坡度約10°，梯田臺階階高呈上低下高，整體依地形修建。斜坡地層結構上部為Q3eol 黃土，下部為二疊系砂泥巖互層。該滑坡為牽引式滑坡，滑坡體中下部地表變形破壞嚴重，多處垮塌，后緣地表拉張裂縫明顯，兩側滑坡側界如圖1 所示清晰可見。滑坡剪出口位于斜坡前緣土巖界面出露道路開挖邊坡處，剪出口垮塌明顯且有水流沿基巖頂面滲出。根據現場調查，滑面由剪出口向上整體坡度較小，約5°～10°，前部沿土巖界面發育，逐漸向土層內擴展。塔基位于滑坡體中后部，采用掏挖式基礎，基礎均位于滑坡體內，調查時塔基未發生傾斜，但塔基礎下側土體受滑坡作用下沉垮塌明顯，基礎部分外露。根據分析，本次滑坡變形破壞主要原因為梯田修建坡面臺階平緩易于積水下滲，前緣道路邊坡為與土巖界面且形成臨空條件，同時由于2021 年該地區的大規模集中降雨，造成該滑坡滑動破壞，如圖3～圖4 所示。

圖3 鳳縣某±500 kV輸電線路塔基斜坡滑塌現場

圖4 鳳縣某±500 kV輸電線路塔基斜坡滑塌剖面圖

5 研究區滑坡對輸電線路影響及塔位選擇建議

5.1 研究區滑坡對輸電線路塔基影響

研究區該類型滑坡雖然滑動時一般不會產生大規模整體性破壞，但是位于滑坡體上的輸電線路塔基會受到滑坡的威脅。對于人工挖孔樁基礎，一般設計過程中并未考慮樁基礎的抗剪作用，由于滑體土層的推力及滑體上土體的差異性位移導致樁基礎剪斷或基礎傾斜。對于掏挖基礎，基礎埋深較淺，基礎一般位于滑面以上，塔基整體性移動或基礎隨滑體位移而形成沉降變形。一旦發生變形破壞，塔基基礎便會受到一定程度破壞，由于塔基范圍內的土體受到滑坡變形破壞擾動，即使采用治理措施也難以將塔基的狀態恢復至滑坡發生之前，如圖5～圖6 所示。

圖5 研究區某輸電線路基礎受滑坡影響剪斷

圖6 研究區某輸電線路基礎受滑坡影響整體移動

5.2 研究區滑坡對輸電線路勘測工作影響及塔位選擇建議

筆者根據近年來研究區該類型滑坡區域輸電線路勘測及應急搶險、治理工作的經驗，提出了以下幾點建議。

1)可行性研究階段：通過現場調查及衛星影像解譯，判斷擬選輸電線路是否通過黃土—砂泥巖接觸面滑坡發育區域，根據經驗，該類型滑坡通常在山前呈帶狀或片狀出現，應現場調查輸電線路路徑范圍內滑坡發育區的一般特征，進一步判斷滑坡區輸電線路通過的可行性。

2)初步設計階段：①通過衛星或航測影像判斷塔位所在斜坡是否有老滑坡或正在滑動新滑坡的發育特征，若存在應盡量予以避讓；當不存在歷史滑坡時應初步判斷塔位處發育潛在滑坡的可能，該類型滑坡發育地段一般地形坡度較小，應注意整體地形呈下凹型地段，一般匯水較為集中，造成斜坡區域土體飽水及土巖界面軟弱帶的形成。②注意斜坡前緣是否有較為明顯的微地形變化，如坡度突然變陡或遇一些道路人工開挖的臨空面，該類型滑坡發育臨空面是重要的誘發因素，應予以重視。若滿足多個不利條件，建議現場復核。③考慮可能潛在滑坡對塔基的影響，因為該類型滑坡一般為牽引式滑坡，滑坡上部一般變形破壞跡象較下部較小，且趨于穩定，建議一般盡量在在山前緩坡地帶的上部選擇塔位。

3)施工圖設計階段：該階段當塔基所在斜坡前緣存在受河流或人類工程活動開挖所形成的臨空面時，應判別是否存在土巖界面，臨空面的坡面整體完整性，以及土巖界面處是否存在水流滲出痕跡，或土體是否呈近飽和或飽和狀態。應現場調查或走訪在雨季坡面土體存在大面積局部積水或土體飽和現象的情況，這些現象表明土巖界面相對較淺且坡度較小，土巖界面處滑動面雖然未形成貫通，但進一步發展存在形成滑動面的可能。

對于研究區具有特殊型梯田地段塔位所在的斜坡，應注意調查斜坡下部梯田臺階高差較大處臺階的完整性，以及梯田下部地層的結構特征(基巖面的露頭狀況)，并從較遠的視角觀察梯田整體，以及各臺階的匯水排水狀況。

6 結論

1)山前緩坡帶黃土—砂泥巖接觸面滑坡在陜西地區廣泛發育，近年來往往對輸電線路造成很大影響。

2)研究區該類型滑坡的基本特征主要有坡面及滑面坡度較小，坡面一般呈下凹狀，滑面受基巖面控制明顯。

3)研究區該類型滑坡發育的主要影響因素有地形地貌、地層巖性、水的作用及人類工程活動幾個方面。

4)研究區該類型滑坡的變形特征主要有低速滑動性、反復性和隱蔽性。

綜合考慮，研究區該類型滑坡特征及輸電線路勘測工作的特點，從可行性研究階段、初步設計階段、施工圖設計階段提出了相關建議。