魏萬鴻,葉偉林,2,宿 星,2,吳瑋江,楊 濤
(1.甘肅省科學(xué)院 地質(zhì)自然災(zāi)害防治研究所,甘肅 蘭州 730000;2.蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院/西部環(huán)境教育部重點實驗室,甘肅 蘭州 730000)
高速遠(yuǎn)程滑坡體的超穩(wěn)性及滑坡土地的開發(fā)利用
魏萬鴻1,葉偉林1,2,宿 星1,2,吳瑋江1,楊 濤1
(1.甘肅省科學(xué)院 地質(zhì)自然災(zāi)害防治研究所,甘肅 蘭州 730000;2.蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院/西部環(huán)境教育部重點實驗室,甘肅 蘭州 730000)
高速遠(yuǎn)程滑坡;超穩(wěn)性;土地資源;開發(fā)利用
地質(zhì)災(zāi)害“防災(zāi)興利”模式是地質(zhì)災(zāi)害防治工作的發(fā)展趨勢。利用高速遠(yuǎn)程滑坡體的超穩(wěn)性特點,合理地開發(fā)利用滑坡土地,具有重要的現(xiàn)實意義。以甘肅省天水市街子滑坡為例,利用滑坡體的超穩(wěn)性特點,論述高速遠(yuǎn)程滑坡作為建設(shè)場地的可行性,提出滑坡土地利用過程中需要注意的問題及滑坡體治理措施,并對超穩(wěn)性滑坡作為建設(shè)場地的一些需要重視的關(guān)鍵地質(zhì)問題加以說明。
我國地質(zhì)災(zāi)害分布較為廣泛,每年發(fā)生的各類地質(zhì)災(zāi)害對國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。對于山區(qū)而言,滑坡的存在和發(fā)生嚴(yán)重影響了人民的生產(chǎn)生活。以往的滑坡治理理念多是著眼于保證其穩(wěn)定性,而忽略了將滑坡體作為一種地貌類型和地貌資源加以利用的研究[1]。近年來,山區(qū)滑坡綜合治理與土地利用引起了廣大技術(shù)人員的重視,隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展,地質(zhì)災(zāi)害防治正在進入“防災(zāi)興利”階段,即由單純的避讓災(zāi)害到科學(xué)利用災(zāi)害體[2],以緩解山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與土地資源短缺的矛盾。
將滑坡體作為一種地貌資源加以利用,滿足人們生產(chǎn)生活需要,自古有之,甘肅省隴南山區(qū)的許多村莊就建在滑坡體上[3]。韓宇平等[4-5]研究發(fā)現(xiàn),由于滑坡能改變原地形地貌,成為塑造新地貌資源的驅(qū)動力,因此當(dāng)古滑坡體穩(wěn)定后,為村落建設(shè)和農(nóng)業(yè)開發(fā)提供了大量優(yōu)質(zhì)的土地,并為修建水庫提供了許多優(yōu)良壩址。但先前這些利用滑坡體的行為大多是不自覺的、被動的,有些甚至是不合理的,如由于選址和建設(shè)方案不合理,陜西省子長縣芋則灣村在新農(nóng)村建設(shè)過程中在菜園子滑坡體前沿大量挖方,從而引發(fā)了新滑坡[6]。在土地資源緊缺與社會經(jīng)濟發(fā)展矛盾日益突出的今天,要將滑坡體作為一種地貌資源加以利用[1],在滑坡土地開發(fā)性治理的過程中,滑坡穩(wěn)定性研究和開發(fā)方案合理性論證是前提。只有滑坡穩(wěn)定性滿足要求或治理后滿足要求的滑坡體才可以進行土地開發(fā)建設(shè)。
高速遠(yuǎn)程滑坡是一種滑動距離長、滑后沖擊力大的滑坡類型,具有滑動速度快、距離遠(yuǎn)、破壞范圍大、危害嚴(yán)重等特點[3,6]。但由于其高速、遠(yuǎn)程的特點,滑坡體勢能釋放充分,滑坡體堆積過程中往往形成一定的起阻滑作用的滑坡體結(jié)構(gòu),滑坡后期穩(wěn)定性進行調(diào)整并產(chǎn)生后生固結(jié),滑動后其他沉積物掩埋滑舌部分,使得滑坡體具有超穩(wěn)定性特點,因此整體復(fù)活可能性小[7],從而為滑坡體土地開發(fā)利用提供了地形地貌基礎(chǔ)。比如,1990年甘肅天水鍛壓機床廠滑坡發(fā)生后,相關(guān)部門在論證機床廠重建方案時,考慮到該滑坡為高速遠(yuǎn)程滑坡,滑體穩(wěn)定系數(shù)為2.3,處于超穩(wěn)定狀態(tài),因此在靠前布置的原則下,采取原址重建的方案,最大限度地節(jié)約了資金,合理利用了土地資源[3]。
甘肅省天水市麥積區(qū)麥積鎮(zhèn)地處著名的麥積山風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi),歷史悠久,自然人文景觀豐富,名勝古跡星羅棋布,境內(nèi)有國家AAAAA級旅游景區(qū)麥積山風(fēng)景名勝區(qū),匯聚麥積山石窟、仙人崖、凈土寺及麥積煙雨、仙人送燈、凈土松濤等景觀,更有植物園、溫泉、溢香洞、羅漢崖、石蓮谷等景點,適合修建養(yǎng)老示范基地,然而區(qū)內(nèi)地貌以山地、丘陵為主,缺乏可用于建設(shè)的土地資源。為此,經(jīng)精心選址、全面論證,決定利用高速遠(yuǎn)程滑坡的超穩(wěn)性特點,將位于麥積鎮(zhèn)街亭村北坪的街子滑坡體所在區(qū)域作為天水麥積全國綜合養(yǎng)老示范基地建設(shè)場地,并進行滑坡地質(zhì)災(zāi)害的勘察工作[8-9]。
2.1.1 滑坡平面及空間形態(tài)
街子滑坡位于甘肅省天水市麥積鎮(zhèn)街亭村北側(cè),平面形態(tài)呈不規(guī)則舌形?;w坡面長約1 300 m,平均寬約550 m,面積約0.75 km2,平均坡度10°左右,主滑方向203°?;潞蟊诔嗜σ螤?,滑坡段相對高差200~240 m,主滑滑距約為1 000 m,屬遠(yuǎn)程滑坡。滑坡體在主滑方向呈上陡下緩狀,中部及前緣較緩,滑體前緣擴散堆積于東柯河右岸二級階地上,臨空面小,平均坡度6.5°左右,坡體已經(jīng)人工改造為梯田?;潞蟊诟?~20 m,坡度為30°~60°,局部地段近直立,滑坡后壁多處產(chǎn)生次級滑坡,穩(wěn)定性較差。街子滑坡地形地貌見圖1。
圖1 街子滑坡地形地貌
2.1.2 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征
滑坡體物質(zhì)組成主要為泥巖、泥質(zhì)砂巖重力堆積碎屑及粉土、粉質(zhì)黏土,滑坡后壁上部為第四系黃土層,下部局部有泥巖、泥質(zhì)砂巖露頭,基巖層產(chǎn)狀近水平,滑面貫穿上部第四系地層及下部基巖層,滑坡剪出口已為滑體土所覆蓋,推測剪出口位于場地北側(cè)道路一帶。屬巨型中層黃土泥巖切層滑坡,滑體厚度前緣薄、中后部厚,一般為10~20 m,滑體平均厚度15 m左右,體積約為1 600萬m3。現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),建設(shè)場地北側(cè)及場地中部地下水埋深較淺,局部形成積水洼地及溢水點,并有次生鹽漬化現(xiàn)象。
2.1.3 滑坡穩(wěn)定性分析
為評價滑坡穩(wěn)定性,本次勘察布置1個主剖面(A-A′剖面)、3個輔助剖面(B-B′、C-C′、D-D′剖面),查明了滑面的空間位置,發(fā)現(xiàn)滑動面呈折線形。對于滑坡后壁各次級滑坡,其穩(wěn)定性計算采用圓弧法,由Slide軟件搜索出潛在滑動面。穩(wěn)定性計算參數(shù)是在試驗資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合滑帶土參數(shù)反算的方法,并參考有關(guān)經(jīng)驗值綜合確定的(表1)。
對主剖面全段及分段進行穩(wěn)定性計算,結(jié)果表明,其中擬建場地上部(剪出口以北)坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.274,擬建場地(剪出口以南)坡體穩(wěn)定系數(shù)為3.140,滑坡方向上整體穩(wěn)定系數(shù)為1.541,主滑面方向滑坡體整體呈超穩(wěn)定狀態(tài)(圖2)。
表1 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)
圖2 滑坡穩(wěn)定性計算剖面(A-A′剖面)
為研究場地以北滑坡體穩(wěn)定性,布置3個輔助剖面(B-B′、C-C′、D-D′剖面),其穩(wěn)定系數(shù)為1.267~1.531(表2),說明場地以北滑坡體穩(wěn)定性較好。
表2 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果
滑坡后壁各段邊坡穩(wěn)定性較差,后緣坡體上部可見較多弧形拉張裂縫,并形成0.2~0.5 m下錯,前緣有多處滲水點及積水坑,坡體前緣形成滲水、飽水帶,穩(wěn)定性差,局部有隨時復(fù)活滑動的可能。穩(wěn)定性計算表明,滑坡后壁各段邊坡正常條件下穩(wěn)定系數(shù)為1.012~1.092,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),與野外現(xiàn)場調(diào)查分析的結(jié)果基本一致。
滑坡勘察表明,街子滑坡北段穩(wěn)定系數(shù)為1.267~1.531,處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài),滑坡整體穩(wěn)定系數(shù)為1.541,南段穩(wěn)定系數(shù)為3.140,具有超穩(wěn)定性特點,可作為建設(shè)場地。經(jīng)廣泛論證,滑坡體前部(第三斜坡帶,即剪出口以南滑坡體)平均坡度6.5°左右,坡度較緩,適宜作為建設(shè)場地,故將擬建的天水麥積全國養(yǎng)老示范基地建設(shè)場地布置于該部位。滑坡體北部(第二斜坡帶,為次級滑坡所在區(qū)域)由于坡度較大,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),且與滑坡后壁距離較近,不適宜布置建筑,采取相關(guān)的治理措施后,可作為建設(shè)場地與滑坡后壁不穩(wěn)定坡體的過渡區(qū)。滑坡后壁(第一斜坡帶)距建設(shè)場地較遠(yuǎn)(230~548 m),可不進行治理,具體見表3。
表3 街子滑坡治理措施建議匯總
滑坡北部(第二斜坡帶)治理措施:一是對滑坡后緣裂縫進行夯實回填處理,防止地表降水滲入原有滑面,以增強滑坡穩(wěn)定性;二是在滑坡外側(cè)及滑坡體上修建截排水明渠,減少降水入滲,增加坡體穩(wěn)定性?;麦w南部(第三斜坡帶)建設(shè)工程場地總體設(shè)計采取支擋+盲溝排水方案,同時盡量優(yōu)化場地豎向設(shè)計,避免形成高陡斜坡,主要治理措施:一是對工程建設(shè)所形成的各級邊坡采取防護措施,并盡量采取柔性防護方式,必要時采取重力式擋土墻及錨桿擋土墻;二是在場地內(nèi)兩處地下水埋深較淺部位設(shè)地下盲溝進行排水,人工疏干排泄地下水,降低地下水位,提高地基土強度及邊坡穩(wěn)定性,防止局部鹽漬化,并結(jié)合場地綠化及場地內(nèi)景觀建設(shè),將地下水引入場地內(nèi)人工湖景點,營造水體景觀,做到治理與利用相結(jié)合,合理利用地下水資源。同時,建立監(jiān)測預(yù)警體系,在穩(wěn)定性較差的滑坡后壁及滑坡臺坎不穩(wěn)定斜坡處設(shè)警示牌,加強邊坡的變形動態(tài)監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警,以防患于未然。施工中在坡體上部和兩邊設(shè)置監(jiān)測點進行監(jiān)測。施工結(jié)束后,應(yīng)建立常態(tài)滑坡(邊坡)穩(wěn)定巡查制度,派專人定期對邊坡及治理工程進行巡查,并保證治理工程及排水設(shè)施正常運行。
超穩(wěn)性滑坡可以作為建設(shè)場地加以利用,但有別于一般場地,超穩(wěn)性滑坡建設(shè)場地的選址、規(guī)劃、勘察、設(shè)計及后期運行管理有其特殊性,對一些地質(zhì)問題需加以重視。
(1)在超穩(wěn)性滑坡體上進行工程建設(shè),除進行場地巖土工程勘察外,還要重視建設(shè)場地地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作,同時應(yīng)進行專門的地質(zhì)災(zāi)害勘察及治理工程設(shè)計,為選址及場地工程布局提供依據(jù)。
(2)超穩(wěn)性滑坡整體處于超穩(wěn)定狀態(tài),適宜工程建設(shè),但在滑坡體局部區(qū)域,特別是滑坡后壁及后壁次生滑坡地帶,邊坡穩(wěn)定性較差,建設(shè)工程布置應(yīng)充分考慮各區(qū)域穩(wěn)定性,合理布局,全面考量,綜合治理后才能進行工程建設(shè)。
(3)由于場地位于一定坡度的坡面上,勢必形成不同高度的地塊,因此在滑坡體上布置建筑物時,需重視豎向設(shè)計,綜合考慮建筑物、場地內(nèi)道路交通、景觀建設(shè)等,避免形成高陡邊坡、不穩(wěn)定斜坡或引發(fā)滑坡局部復(fù)活[10]。對于場地內(nèi)形成的各級臺坎、邊坡,應(yīng)進行專門的穩(wěn)定性分析及加固工程設(shè)計。
(4)由于建設(shè)場地位于滑坡體上,場地內(nèi)土壤為滑坡堆積物,具不均質(zhì)性及欠固結(jié)性,局部存在軟弱結(jié)構(gòu)面,不適宜直接做建筑物持力層,應(yīng)采取樁基或其他地基處理措施,確保建筑基礎(chǔ)穩(wěn)定。
(5)對滑坡體內(nèi)存在的滯水等地下水,應(yīng)采取相應(yīng)疏排措施,提高地基土強度及邊坡穩(wěn)定性,防止局部鹽漬化,并結(jié)合場地綠化及景觀建設(shè)合理利用地下水,變害為利。
山區(qū)滑坡綜合治理與土地利用相關(guān)研究正在深入,地質(zhì)災(zāi)害防治已由單純的避讓災(zāi)害階段進入到科學(xué)利用災(zāi)害體的“防災(zāi)興利”階段。在山區(qū)土地資源短缺、用地矛盾突出的地方,利用高速遠(yuǎn)程滑坡的超穩(wěn)性特點,在有效可靠地進行滑坡災(zāi)害防治的基礎(chǔ)上,合理地開發(fā)利用滑坡土地具有重要的現(xiàn)實意義。本研究以甘肅省天水市街子滑坡為例,對利用高速遠(yuǎn)程滑坡體作為養(yǎng)老示范基地建設(shè)場地進行了選址及勘察、規(guī)劃,并對滑坡體治理方案及措施進行了論述。有別于一般場地,將超穩(wěn)性滑坡作為建設(shè)場地加以利用有其特殊性,針對一些關(guān)鍵地質(zhì)問題、具體的工程情況還須具體研究。
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(責(zé)任編輯 李楊楊)
S157;TU457
A
1000-0941(2017)10-0058-04
國家自然科學(xué)基金項目(41362014);甘肅省科學(xué)院應(yīng)用研發(fā)項目(2013JK-06,2013JK-07,2013QN-13,2014JK-04)
魏萬鴻(1968—),男,甘肅皋蘭縣人,高級工程師,學(xué)士,研究方向為地質(zhì)災(zāi)害防治;通信作者葉偉林(1986—),男,江西上高縣人,助理研究員,學(xué)士,研究方向為地質(zhì)災(zāi)害防治。
2017-07-01