王曉明，買振軍

(蘭州煤礦設(shè)計研究院， 甘肅 蘭州 730000)

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新疆伊犁典型特大型黃土滑坡群成因機制及變形特征

王曉明，買振軍

(蘭州煤礦設(shè)計研究院， 甘肅 蘭州 730000)

新疆伊犁黃土的成因、分布特征及物理力學性質(zhì)與黃土高原的黃土有很大不同，該地區(qū)的黃土滑坡也有一定的特殊性。以省道S316線則克臺溝某特大型黃土滑坡群為研究對象，結(jié)合地質(zhì)勘察和土樣試驗結(jié)果，對該滑坡群的成因機制及變形特征進行了分析。結(jié)果表明：伊犁地區(qū)則克臺溝黃土揭露埋深達到62 m，并具備發(fā)生大規(guī)模深層滑坡的地質(zhì)條件。伊犁地區(qū)黃土0.005 m～0.05 mm粒組含量普遍達到60%以上，相比黃土高原的黃土要高，具有一定的靜態(tài)液化勢，對雨水入滲作用敏感?；聟^(qū)山體植被破壞嚴重，4月—6月份的融雪和降雨集中入滲是導致該地區(qū)黃土滑坡的主要原因。該滑坡成群出現(xiàn)，滑動面上陡下緩，伴隨蠕動和滑動液化，屬于特大型深層黃土滑坡群。對于伊犁地區(qū)的黃土滑坡，預測預報、恢復植被及截排水措施尤為重要。

伊犁地區(qū)；黃土滑坡群；粒度組成；變形特征；防治措施

黃土是第四紀以來形成的多孔隙、弱膠結(jié)的區(qū)域性特殊沉積物，廣泛分布在我國的西北、華北與東北地區(qū)，尤其集中分布在被稱為中央黃土高原的河南、山西、陜西、甘肅、寧夏以及青海等省區(qū)，面積約占國土總面積的6.6%。黃土地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境普遍脆弱，溝壑縱橫、地形破碎、氣候干燥且降雨集中、水土流失嚴重，廣泛發(fā)育著崩塌、滑坡、泥流及地裂縫等災害，是我國地質(zhì)災害最為發(fā)育的地區(qū)之一。其中，黃土滑坡的分布最廣、發(fā)生頻率最高、危害最大[1-2]。針對黃土滑坡的誘發(fā)因素、成因機制、變形特征和黃土的微觀結(jié)構(gòu)及物理力學性質(zhì)等方面的特征，工程界進行了大量的研究工作[3-7]。

新疆部分地區(qū)也分布著大面積的黃土，但在成因、地貌及物理力學性質(zhì)等方面與黃土高原的黃土顯著不同。葉瑋等[8-9]通過對比新疆不同地區(qū)的地形和黃土分布位置及物質(zhì)組成，指出受不同大氣環(huán)流、局部環(huán)流和地形的作用，不同地區(qū)的黃土具有不同粉塵來源。伊犁地區(qū)的黃土粒度分析結(jié)果表明，黃土的細粉砂和黏粒含量顯著高于黃土高原的典型沉積黃土和新疆其它地區(qū)的黃土[10]。王濤等[11]指出新疆黃土從物源和后期成土環(huán)境方面均與黃土高原黃土存在較大差異，并以伊犁尼勒克地區(qū)為例對其磁學特征進行了研究。岳健等[12]指出新疆的黃土地貌有不同于我國黃土高原地區(qū)的一些特點，總結(jié)了其遙感判讀依據(jù)。郭江濤[13]對新疆伊犁不同含水率和壓實密度下的黃土進行直接抗剪強度試驗，物理力學試驗結(jié)果均表明其具有一定獨特性。

新疆伊犁地區(qū)廣泛分布著崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災害，其中黃土滑坡及其泥石流次生災害是該地區(qū)最為普遍和典型的災害類型。在工程建設(shè)過程中，也遇到了大量黃土路基及邊坡方面的工程問題。石照青等[14]對新疆黃土的濕陷性進行了總結(jié)，提出了關(guān)于公路路基、邊坡勘察及設(shè)計的建議。在伊犁地區(qū)的新源縣、鞏留縣、尼勒克縣，黃土邊坡滑坡問題尤為突出。張鴻義等[15]根據(jù)新源地區(qū)黃土滑坡的形成條件及災變特征，提出了針對性的防治措施和建議。安海堂等[16]指出新疆伊犁地區(qū)是我國西北黃土滑坡廣泛分布的地區(qū)之一，分析了降水與融雪、地震、植被、人類工程活動等因素對該地區(qū)黃土滑坡的影響。上述研究在一定程度上說明了伊犁黃土的特殊性，但多為定性分析，缺乏量化依據(jù)。同時，相比我國中東部黃土地質(zhì)災害及工程問題的研究范圍和深度，對新疆黃土相關(guān)方面的研究還相對較少，特別是對于伊犁大厚度黃土地層的滑坡災害。

本文首先論述了新疆伊犁地區(qū)的工程地質(zhì)概況和黃土分布特征，并通過室內(nèi)實驗分析了其特殊性狀的內(nèi)在原由。在此基礎(chǔ)上，以新疆省道S316線新源縣境內(nèi)則克臺溝K14+000東側(cè)的加朗普特黃土滑坡群為對象，通過工程地質(zhì)勘察和一系列的土樣實驗數(shù)據(jù)，基于滑坡區(qū)域的工程和水文地質(zhì)條件，分析了其成因機制、變形特征及穩(wěn)定性現(xiàn)狀，并提出一些針對性的防災減災建議。

1　伊犁地質(zhì)概況與黃土分布

1.1伊犁地質(zhì)概況

伊犁地區(qū)即伊犁哈薩克自治州，包括8縣1市，面積約5.73萬km2，位于新疆西部，屬于天山褶皺帶內(nèi)的中、新生帶山間凹陷，為新疆的主要強震活動區(qū)。地形總體呈“三山夾兩谷地一盆地”的格局，東窄西寬、東高西低，類似向西開敞的喇叭形。區(qū)內(nèi)出露的地層包括元古界長城系特克斯群、長城系—青白口系和薊縣系—青白口系；古生界奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二盈系；中生界三盈系、侏羅系及新生界第三系、第四系。其中，黃土主要分布在中低山區(qū)和低山丘陵區(qū)。受水汽來源和地形的影響，區(qū)內(nèi)降水豐沛，東部山區(qū)最大年降水量在800 mm以上，具有濕潤大陸性中溫帶氣候的特征。地表水系主要有伊犁河及三大支流，包括特克斯河、鞏乃斯河和喀什河。

1.2伊犁黃土

新疆黃土主要分布于伊犁河谷、博樂、塔城盆地、天山北坡精河南至木壘以西、昆侖山北坡葉城南至民豐安迪爾河以西。伊犁地區(qū)是典型的西風型氣候區(qū)，在地形和氣候條件下，堆積形成了廣泛分布的風成黃土。區(qū)內(nèi)黃土范圍北起北天山南麓的低山丘陵，南及那拉提、喀爾克他烏山山麓，西至國境，東到鞏乃斯谷地，主要分布在山前丘凌、高階地上。黃土厚度一般小于20 m，隨下伏地形的起伏而變化。迎風坡的黃土比背風坡或風口地帶發(fā)育，黃土顆粒從西往東逐漸變細。

在則克臺溝S316線附近采集淺層典型晚第四紀黃土試樣進行室內(nèi)顆粒分析試驗，并與黃土高原典型的馬蘭黃土進行比較，結(jié)果如表1所示。伊犁黃土的粒度組成以粉砂為主，粒度組成具有較高的均一性，多屬粉質(zhì)重亞黏土。對比伊犁黃土與黃土高原黃土可以發(fā)現(xiàn)，伊犁黃土0.05 mm～0.005 mm粒組含量明顯普遍高于中國東部的馬蘭黃土和天山北麓的黃土，與已有文獻[10]的分析結(jié)果一致，>0.05 mm的粒組含量則明顯偏低。

表1　伊犁地區(qū)黃土與黃土高原黃土的粒度組成

根據(jù)黃土液化可能性的判別標準和經(jīng)驗：(1) 小于0.005 mm 的黏粒含量小于20%；(2) 塑性指數(shù)小于或等于13[7,17-19]。由表1可知，飽和或高飽和度狀態(tài)的伊犁黃土具有一定的靜態(tài)液化勢。該地區(qū)黃土濕陷性較強，浸水后容易軟化崩解，抗剪強度急劇下降，在暴雨或微震的觸發(fā)下，容易形成斜坡地質(zhì)災害。

2　加朗普特滑坡群

2.1滑坡群概況

新疆S316線K14+000附近東側(cè)的加朗普特黃土滑坡群和泥石流次生災害位于伊犁新源縣境內(nèi)阿吾拉勒山的則克臺溝，滑坡體寬約500 m，長800 m～900 m，面積0.98 km2，滑體方量約2275.5萬m3，如圖1所示。根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》[20](DZ/T0218-2006)規(guī)定的滑坡規(guī)模級別劃分標準，屬于特大型滑坡?；麦w在則克臺溝中堆積成壩，形成堰塞湖，部分滑體在暴雨、洪流的攜帶作用下形成長約5 km的泥石流。

圖1加朗普特滑坡群

2.2工程地質(zhì)條件

2.2.1地形地貌

則克臺溝發(fā)源于阿吾拉勒山分水嶺南側(cè)，加朗普特滑坡發(fā)育于則克臺溝東側(cè)?；掳l(fā)育地段為淺切割的緩頂中山地形，海拔高度在1 300 m～1 800 m，切割深度300 m～500 m。滑坡區(qū)域地貌形態(tài)和地形變化較大，山坡陡峻，谷坡坡度在25°～40°。

2.2.2地層巖性

滑坡區(qū)域出露地層主要為古生界泥盆系和二疊系的泥巖、火山碎屑巖、凝灰?guī)r、砂巖等，黃土不整合覆蓋在巖層之上。黃土多呈淡黃或淺淡黃色，疏松多孔，大孔隙構(gòu)造和垂直節(jié)理較發(fā)育，力學性質(zhì)較差，為斜坡災害提供了主要的物質(zhì)來源。

2.2.3地質(zhì)構(gòu)造

阿吾拉勒山斷褶帶由一系列呈東西向展布的背斜、向斜和與之平行的壓性、壓扭性斷裂組成?；聟^(qū)域南部發(fā)育的斷裂除東西向延伸的壓扭性斷裂外，還有一組NWW—SEE向延伸的斷裂，由兩條近于平行的斷層組成，北面1條近直立，北盤下降，南盤上升。南面一條傾向NNE，傾角60°～70°，北盤下降，南盤上升。兩條斷層向NWW和SEE各延伸15 km～20 km之后交匯于一起。

2.2.4氣象與水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)域位于伊犁—鞏乃斯谷地的東端，受谷地北、東、南三面環(huán)山向西開口地形的影響，潮濕氣流可以從伊犁谷地西口長驅(qū)直入地進入本區(qū)，并受三面環(huán)山的阻擋，形成豐沛的降水。滑坡所處區(qū)域是伊犁降水最豐富的區(qū)域之一，如圖2所示，全年降雨量的70%以上集中在3月—9月。

圖22001年—2006年新源縣氣象要素圖

滑坡區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系松散孔隙水，分布于黃土層，由大氣降水補給，沿黃土的大孔隙和垂直節(jié)理由高處向低處徑流，下部為基巖裂隙水?？碧奖砻鳎趦深惖叵滤g即黃土層下部存在一層較致密的粘性土層，起著相對隔水作用，地下水在二者接觸面處以下降泉形式排泄。

3　滑坡成因分析

3.1黃土物理力學性質(zhì)

滑坡區(qū)域山體上升和侵蝕作用強烈，溝谷切割深，山高坡陡的地貌條件為黃土滑坡提供了有利的力學條件。風成黃土的垂直節(jié)理發(fā)育，降雨天氣下地表積水沿垂直節(jié)理向深處滲透，并逐漸形成軟弱結(jié)構(gòu)面。當深處黃土含水率大于液限時，會在上覆土層重力作用下逐漸蠕動液化。持續(xù)暴雨條件下液化范圍和程度會急劇惡化，導致大規(guī)模深層滑坡發(fā)生。黃土滑坡后壁陡直，也與垂直節(jié)理發(fā)育有關(guān)。

滑坡后壁勘探孔揭露第四系厚度為79.5 m，其中上部黃土厚度達到62 m。這說明以往關(guān)于伊犁地區(qū)黃土厚度普遍低于20 m的認識是片面的，伊犁地區(qū)黃土具備發(fā)生大規(guī)模深層滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)和地質(zhì)條件。加朗普特滑坡群是發(fā)育在黃土地層內(nèi)的深層滑坡，滑坡體厚度普遍大于30 m，滑床為第四系中更新統(tǒng)離石黃土層，實驗室定名為粉質(zhì)黏土。表2為滑坡區(qū)不同深度鉆孔試樣的部分物理力學參數(shù)試驗結(jié)果，由表2可以看出，隨著取樣深度的增加，孔隙比逐漸減小，干密度逐漸增加，抗剪強度逐漸增大，符合土體沉積固結(jié)的一般規(guī)律。尤其是上部風成黃土滑移層的滲透性質(zhì)與下部粉質(zhì)黏土層有較大差異，對滑坡發(fā)育與形成有著重要影響。上部風成黃土良好的滲透性和下部粉質(zhì)黏土的阻水作用，使泉水多沿兩個時代黃土接觸面出露，并使接觸面附近一定厚度的黃土處于飽和狀態(tài)。

表2　滑體與下部離石黃土層物理力學性質(zhì)

3.2人為因素

則克臺溝加朗普特滑坡區(qū)草種優(yōu)良，水源充足，牧業(yè)活動頻繁。阿吾拉勒山中草藥豐富，每年有數(shù)千人在則克臺溝開挖藥材。過度放牧和開挖中草藥使植被破壞嚴重，導致融雪和降雨容易強烈入滲，對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

伊犁鋼鐵廠位于則克臺鎮(zhèn)，滑坡發(fā)生前為鋼廠運輸?shù)V渣、焦炭等材料的車輛主要途經(jīng)S316線。每天車流量巨大，且超載現(xiàn)象嚴重，車輛從滑坡中前部通過時的行車荷載對滑坡體產(chǎn)生微震作用，也影響著飽和黃土的液化程度和邊坡的穩(wěn)定性。

3.3融雪

伊犁地區(qū)9月—10月份開始降雪，一直延續(xù)到翌年4月份，山區(qū)最大積雪深度大于1 m。每年3月—5月積雪融水沿山坡、黃土裂縫、植被根系向下入滲，浸潤作用持續(xù)到積雪完全融化，時間約2～3個月。而該階段黃土坡面的植被仍處于休眠期，蒸騰作用較弱。長期的浸潤作用使得黃土濕陷、蠕變、拉張形成裂縫，有利于黃土滑坡的發(fā)生。融雪導致的大規(guī)模入滲是導致伊犁黃土滑坡的發(fā)生時期區(qū)別于我國中東部地區(qū)黃土滑坡的主要因素之一。

3.4強降雨

根據(jù)氣象資料，該地區(qū)2001年—2006年間4月份的月平均降水量為77.2 mm。在2002年4月則克臺溝降雨共計15次，一日最大降水量為35.6 mm，4月24日—30日連續(xù)7 d降雨，降水總量為81.1 mm，4月份總降水量160.9 mm，比歷年同期高出108.4%。在4月—6月融雪季節(jié)和降水集中期的重疊加重了黃土滑坡災害發(fā)生的可能性。根據(jù)附近牧民反映，滑坡發(fā)生前山體已出現(xiàn)多次明顯的變形跡象，且均發(fā)生于暴雨期間或連綿陰雨之后，表明大氣降雨的集中入滲是滑坡變形的主要因素之一。

2002年5月9日—11日為暴雨天氣，5月10日發(fā)生了大規(guī)?；隆１┯昶陂g地表水集中入滲使大范圍的黃土處于飽水或近飽水狀態(tài)，對黃土起增重和軟化效應?；w在自重作用下首先向臨空方向傾斜，后緣形成卸荷張拉裂隙，滲流范圍進一步擴展?；颤S土滲透系數(shù)遠小于滑體，形成相對隔水層，滑體的孔隙水壓力和結(jié)構(gòu)面動水壓力不斷增大，使滑坡體穩(wěn)定性逐漸達到臨界狀態(tài)，滑體蠕動使部分結(jié)構(gòu)面黃土液化，逐漸在泉水滲出的地段形成剪切出口。當下滑力超過抗滑力時滑體位移由蠕變躍升為突變，加劇了滑動面黃土的液化，最終形成特大型深層黃土滑坡?；掳l(fā)展過程可概況為：垂直節(jié)理→雨水入滲→張拉裂縫→蠕動→輕微液化→剪切變形→重度液化→深層滑坡。

4　變形特征及穩(wěn)定性分析

4.1變形特征

黃土滑坡群主要由北滑坡、東滑坡、東南滑坡三個大型滑坡及其他小型溜滑交匯形成。東滑坡后壁高110 m，堆積體形成了4個臺坎，如圖3所示，北滑坡后壁高100 m，東南滑坡后壁高60 m?；潞蟊谑艽怪惫?jié)理控制而陡直、光滑，呈圈椅狀，有利于初期滑動勢能的快速釋放。三個滑坡體前部交匯后繼續(xù)滑動，滑動方向近285°?；w長距離滑移后掩埋了S316線路基，最終堆積在河溝中，形成了長約500 m，寬300 m～400 m堰塞湖壩體。

圖3東滑坡堆積體工程地質(zhì)剖面圖

由于滑體堆積至河溝演變成泥石流，加之后期水流切割侵蝕，目前厚度較薄，次生災變的危險性較低。滑坡南北兩側(cè)發(fā)育有兩條沖溝(圖1)，最深處大于20 m，是滑坡地表水及地下水的主要排泄通道。北溝延伸至滑坡后緣，匯集了北滑坡與東滑坡以及部分東南滑坡后壁出露的泉水，水量較大。南溝主要匯集了部分東南滑坡泉水，水量稍小。

4.2穩(wěn)定性現(xiàn)狀

地表沖溝和地下水遷移通道的形成，大大降低了地表水和地下水物理軟化和水力等作用對黃土體的不利影響?；潞髿埩舻囊恍┎环€(wěn)定坡體，在重力作用下逐漸塌落，滑坡壁下方均可見大量崩積物。部分滑坡殘留后壁及其后部發(fā)育著一些裂縫，目前仍有滑塌變形的可能。參照《巖土工程勘察規(guī)范》[21](GB50021-2001)中P209所附傳遞系數(shù)法的計算公式，對滑坡的穩(wěn)定性進行計算。結(jié)果如表3所示，東滑坡和北滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，東南滑坡在暴雨或地震等不利工況下有進一步滑塌的危險。經(jīng)過滑坡和之后水流侵蝕等地質(zhì)營力的作用，滑坡區(qū)山體目前已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

滑坡發(fā)生后S316線被阻斷2年多，后在堰塞湖邊的滑體上開挖填筑了一條臨時公路。2013年的現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路塹邊坡前部垂直，在雨水浸潤、行車荷載的聯(lián)合作用下，臨空面時有掉塊發(fā)生。路塹邊坡潛在的滑塌變形已成為比較突出的交通安全隱患。調(diào)查期間7月15日—9月15日兩個月的降雨較為集中，圖4為該時間段內(nèi)典型監(jiān)測點的位移曲線，表明路塹邊坡在降雨作用下極不穩(wěn)定，處于蠕變階段；東滑坡后緣未出現(xiàn)位移，相對穩(wěn)定；東南滑坡后緣變形呈階梯狀不斷上升，為位移積累過程。監(jiān)測結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查和穩(wěn)定性計算的預測趨勢基本一致。

表3　滑坡體穩(wěn)定性計算結(jié)果

圖4滑坡位移監(jiān)測曲線圖

5　預測預警及防治措施

5.1預測預警

加朗普特滑坡殘留山體距離道路較遠，進行大規(guī)模治理的效益低，但對于S316線未來重建的潛在危害較大。則克臺溝內(nèi)緊鄰道路兩側(cè)山體上也分布著一些潛在的大規(guī)?；?，對道路安全通行的威脅較大，因此均應堅持長期的監(jiān)測。伊犁地區(qū)的滑坡多發(fā)期在4月—6月份，這段時期應加強對斜坡體的監(jiān)測，包括裂縫發(fā)生及發(fā)展、局部坍塌及地聲、地下水異常等與滑坡有關(guān)的異?，F(xiàn)象。以此跟蹤和分析潛在滑坡的活動狀態(tài)、形成機理及其發(fā)展趨勢，爭取在滑坡發(fā)生前及時啟動應急預案。

5.2防治措施

水土流失是斜坡崩滑流地質(zhì)災害的先導，因此限制畜牧范圍，增加潛在滑坡區(qū)域的植被覆蓋率，是預防滑坡災害的基本措施。對于已有的裂縫，應進行回填，寬度較大者可采用水泥板封蓋，防止雨水的滲入?；轮卫碇袘獌?yōu)先考慮地表排水措施。

6　結(jié)　論

(1) 新疆黃土在地理分布上有一定的規(guī)律性，不同地區(qū)的黃土也具有一系列不同的物質(zhì)成分和外部形態(tài)特征。伊犁黃土0.005 mm～0.05 mm粒組含量相比黃土高原的黃土普遍要高，對水分入滲作用敏感，具有一定的靜態(tài)液化勢，遇水容易軟化崩解。則克臺溝山高坡陡，鉆孔揭露黃土深度已達62 m，具備發(fā)生深層大型滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)和地質(zhì)條件。與其它地區(qū)黃土滑坡在雨季多發(fā)的特點不同，伊犁地區(qū)4月—6月份屬于融雪和降雨的重疊季節(jié)，也是黃土滑坡的高發(fā)時期。

(2) 加朗普特滑坡屬于特大型深層黃土滑坡群，滑動面上陡下緩，成群分布。變形過程可以歸納為：斜坡垂直節(jié)理→雨水入滲→張拉裂縫→蠕動→輕微液化→剪切變形→重度液化→滑坡。經(jīng)過滑坡和之后各種地質(zhì)營力的改造，目前滑坡區(qū)山體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。對于滑坡群殘留體潛在的再次滑塌及伊犁地區(qū)其它潛在的黃土滑坡，應以預防為主，注重監(jiān)測預警、植被恢復及截排水等工作。

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Sliding Mechanism and Deformation Characteristics of Typical Large Loess Landslides in Yili Xinjiang

WANG Xiaoming, MAI Zhenjun

(LauzhouDesignandResearchInstituteofCoalMine,Lanzhou,Gansu730000,China)

The loess in Yili Xinjiang are particular at its formation, distribution, physical and mechanical properties, which are quite different from loess in the Loess Plateau. The loess landslides in this area also have their particularity. This paper discussed the geological conditions and characteristics of loess in Yili and analyzed the influence of its special particle composition on loess traits. Combined with field geological survey and indoor tests, the sliding mechanism and deformation characteristics of a large loess landslides group at the Zeketai Ditch along the S316 line were analyzed. The results showed that: the exposed depth of loess at the Zeketai Ditch is at least 62 meters, having the geological conditions for large-scale deep landslide. The particle content is between 0.005 mm～0.05 mm of loess in Yili generally accounts for more than 60%, which is higher than that of the Loess Plateau. The loess is of high static liquefaction potential, and sensitive to the effect of rainfall infiltration. With mountain vegetation of landslide area damaged seriously, the loess landslides in Yili are mainly induced by the infiltration of snowmelt and rainfall from April to June. The landslides outbroke in crowds with the upper part of sliding surface steep and the lower part gentle, accompanied by creeping and sliding liquefaction. They were judged for the oversize deep loess landslides group. To the loess landslides in Yili area, forecast, vegetation restoration and intercepting drainage measures are particularly important.

Yili region; loess landslides group; particle-size distribution; deformation characteristics; precaution

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.04.038

2016-04-25

2016-05-21

王曉明(1987—)，男，河北邢臺人，助理工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計工作。 E-mail: 595078574@qq.com

TU431

A

1672—1144(2016)04—0195—06