從地質(zhì)構(gòu)造上分析北引總干渠滑坡成因

趙雙權(quán)，張 浩，王建紅

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)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(cè)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(cè)地面高差約7 ～8 m，渠底以上5 m左側(cè)已開挖出寬約10 m的馬道，馬道以下邊坡已按設(shè)計削為1∶3.0，馬道以上邊坡因征地尚未辦妥，未按設(shè)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(cè)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?；卢F(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(zhì)構(gòu)造上分析滑坡成因

2.1 地質(zhì)概況

滑坡段長度180 m，布設(shè)了3個地質(zhì)剖面進行鉆探、取樣、測試等內(nèi)外業(yè)研究，通過外業(yè)鉆探已經(jīng)查明該區(qū)內(nèi)的地層分布，以第Ⅱ號剖面(樁號38 +140)為例，①層為有機質(zhì)土，黑色，富含植物根系及有機質(zhì)，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(cè)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(jié)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(jié)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(zhì)專題報告。

從以上的地質(zhì)情況可知，影響渠道左側(cè)邊坡穩(wěn)定的因素主要是②層與③層，從地質(zhì)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(chǎn)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(guān)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(jīng)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(zhì)有密切關(guān)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(chǎn)狀不同，根據(jù)取樣分析結(jié)果，顯示其物理力學性質(zhì)、礦物成分、化學成分也不同。

2.2 土體物理力學性質(zhì)

從地質(zhì)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(zhì)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(jié)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(zhì)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(yīng)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(zhì)的變化，天然狀態(tài)下的抗剪強度值(固結(jié)快剪)見表3。

表3 天然狀態(tài)下的抗剪強度值(固結(jié)快剪)

表3 表明在天然狀態(tài)下，其抗剪強度與南水北調(diào)總干渠室內(nèi)實驗值比較，凝聚力c 不算低，而內(nèi)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(jié)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(nèi)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(jié)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(jié)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(yīng)遠遠超出誤差范圍)

2.3 土體礦物成分

從地質(zhì)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(nèi)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(nèi)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(nèi)因。

2.4 土體化學成分

黏性土2 um以下顆粒的化學性質(zhì)對黏性土的工程性質(zhì)影響至關(guān)重要，經(jīng)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(jié)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(zhì)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(zhuǎn)變?yōu)槭蛎擅撌?，使土的親水性增強，從而使土體工程性質(zhì)進一步惡化。

經(jīng)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(jié)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(zhì)力學特性、礦物成分、化學成分、可溶鹽等項指標均與國內(nèi)已經(jīng)判明的南水北調(diào)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(zhì)構(gòu)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(zhì)，1999(03):206 －209.