甘肅省環(huán)縣天池鄉(xiāng)干溝不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害特征及治理研究

陳昊東

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020)

天池鄉(xiāng)干溝不穩(wěn)定斜坡位于甘肅省環(huán)縣天池鄉(xiāng)人民政府所在地東南側(cè)約100 m處，該斜坡每年以10～15 mm的速度不斷向斜坡后緣(天池鄉(xiāng)政府居民區(qū)所在地)地帶下切侵蝕、滑塌，已造成了居民房屋及耕地不同程度的財(cái)產(chǎn)損失。隨著時(shí)間的推移，斜坡會(huì)繼續(xù)以后退式垮塌方式向天池鄉(xiāng)政府所在地的居民區(qū)地帶前進(jìn)，屆時(shí)將嚴(yán)重威脅到天池鄉(xiāng)人民政府、衛(wèi)生院、天池中心小學(xué)、派出所等機(jī)關(guān)企事業(yè)單位共計(jì)5 157人的生命財(cái)產(chǎn)安全。為提高天池鄉(xiāng)干溝斜坡體的穩(wěn)定性，降低地質(zhì)災(zāi)害的威脅程度，本文對(duì)該斜坡進(jìn)行預(yù)防治理研究。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

勘查區(qū)位于華北地臺(tái)鄂爾多斯盆地西南部。鄂爾多斯盆地為一中生代構(gòu)造盆地，盆地內(nèi)沉積了巨厚層的中生界地層，僅下白堊系巖層厚度就達(dá)1 000多米。盆地內(nèi)沉積的產(chǎn)狀近乎水平且厚度巨大的中生界地層說(shuō)明鄂爾多斯盆地是比較穩(wěn)定的地塊，總體構(gòu)造作用比較微弱，構(gòu)造形跡也不十分明顯。

勘查區(qū)地處隴東黃土高原，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)。境內(nèi)丘陵起伏、溝壑縱橫，地形總的趨勢(shì)是西北高、東南低，海拔高程1 340～1 400 m，相對(duì)高差50～60 m。上覆黃土的厚度一般為幾十米，由于雨水的強(qiáng)烈侵蝕切割，尤其是線狀侵蝕的結(jié)果，形成了溝壑、梁峁與掌灣、臺(tái)地并存的地貌景觀，地形支離破碎、溝壑縱橫。根據(jù)地貌的成因類型及形態(tài)特征，區(qū)內(nèi)地貌類型可劃分為黃土臺(tái)地、溝壑區(qū)。

2 不穩(wěn)定斜坡基本特征

天池鄉(xiāng)干溝不穩(wěn)定斜坡平面形態(tài)呈“條帶”狀，斜坡坡腳高程1 381～1 390 m，坡頂高程1 398 m左右，坡腳至坡頂高差為8～18 m，斜坡坡面坡度為50°～70°，斜坡南北縱軸向長(zhǎng)約170 m，東西寬約35 m，斜坡平面總面積約4 956 m2，主坡向約93°。斜坡體前緣受水流沖刷侵蝕形成了高8～18 m的陡立臨空面，大部地段近直立，斜坡體巖性為黃土狀粉土，土體結(jié)構(gòu)松散，坡體表面裂隙發(fā)育，凹凸不平，坡體裸露，植被不發(fā)育，風(fēng)化剝蝕及水流沖刷侵蝕作用強(qiáng)烈，每逢暴雨季節(jié)滑塌現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

目前坡體上縱橫向拉張裂縫發(fā)育，前緣受水流沖刷侵蝕，大部近于直立(圖1左)，坡體變形跡象十分明顯。據(jù)調(diào)查，該斜坡已多次發(fā)生規(guī)模大小不等的滑坡(圖1右)，且每年以10～15 mm的速度不斷下切侵蝕、滑塌，向斜坡后緣方向垮塌前進(jìn)，已造成了居民房屋及耕地不同程度的財(cái)產(chǎn)損失。

圖1 干溝不穩(wěn)定斜坡全貌(左)、斜坡坡腳局部發(fā)生坍塌(右)

3 斜坡穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢(shì)分析

3.1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡所處位置的地質(zhì)環(huán)境條件、變形破壞歷史及實(shí)時(shí)變形破壞跡象，對(duì)比已有不穩(wěn)定斜坡發(fā)生的條件，結(jié)合崩塌、滑坡穩(wěn)定性評(píng)判依據(jù)，判定不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性。采用地質(zhì)歷史分析法和工程地質(zhì)類比法，即在分析不穩(wěn)定斜坡所處的地質(zhì)環(huán)境的同時(shí)，重點(diǎn)依據(jù)斜坡變形史、破壞跡象及以往不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害發(fā)生的條件進(jìn)行類比[1]。干溝不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)表1。

表1 干溝不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)表

3.2 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性定量分析

在分析斜坡穩(wěn)定性定性基礎(chǔ)上，根據(jù)斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、斜坡類型和可能出現(xiàn)的破壞形式，選取相應(yīng)的方法和參數(shù)對(duì)該斜坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。根據(jù)野外勘查及室內(nèi)分析，該斜坡以滑移的形式變形破壞，潛在滑面近似圓弧形，因此本次斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，搜索最危險(xiǎn)滑裂面[2]。本文選取典型的坡面進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 穩(wěn)定性及下滑力計(jì)算結(jié)果表

通過(guò)不同剖面綜合分析，干溝不穩(wěn)定斜坡在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Fs為0.89～1.149，處于基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)；在自重+地震狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Fs為0.857～1.128，處于基本穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)；在自重+降雨?duì)顟B(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)Fs為0.833～1.041，處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 不穩(wěn)定斜坡危害程度分區(qū)

依據(jù)斜坡危害對(duì)象情況并結(jié)合實(shí)地調(diào)查獲得的有關(guān)人口密度、社會(huì)單位和建筑物分布局面、財(cái)產(chǎn)集中程度、承災(zāi)對(duì)象易損性等資料，進(jìn)行系統(tǒng)分析后，將本區(qū)劃分為危險(xiǎn)性大區(qū)和危險(xiǎn)中等區(qū)[3]。

(1)危險(xiǎn)性大區(qū)。分布在不穩(wěn)定斜坡以西及西北側(cè)地帶即天池鄉(xiāng)政府所在地區(qū)域，斜坡所影響范圍面積62 586 m2，區(qū)內(nèi)分布有天池鄉(xiāng)人民政府、衛(wèi)生院、天池中心小學(xué)等機(jī)關(guān)企事業(yè)單位共計(jì)5 157人，鄉(xiāng)村公路1 km，居民人口、社會(huì)財(cái)產(chǎn)高度集中，潛在威脅資產(chǎn)約5 800萬(wàn)元。

(2)危險(xiǎn)性中等區(qū)。主要為不穩(wěn)定斜坡危險(xiǎn)性大區(qū)以外的區(qū)域，影響面積25 785 m2。由于該區(qū)域不穩(wěn)定斜坡變形破壞對(duì)周圍耕地及坡體穩(wěn)定性造成威脅，間接威脅天池鄉(xiāng)政府所在地以西地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑物、社會(huì)財(cái)產(chǎn)約200萬(wàn)元，可能會(huì)影響該區(qū)正常的社會(huì)秩序和居民的生產(chǎn)生活及區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境。

4 治理工程

4.1 工程地質(zhì)條件

擋土壩位于不穩(wěn)定斜坡東側(cè)溝腦卡口地帶，擋土壩依溝谷地形修建。據(jù)勘查區(qū)淺井及臺(tái)坎坡面出露地層編錄連線，結(jié)合橫剖面勘探點(diǎn)揭露地層綜合判斷，擬建擋土壩區(qū)地層簡(jiǎn)單，兩側(cè)坎肩及基礎(chǔ)開(kāi)挖所遇的地層為黃土狀粉土，呈淺黃色，成分以粉粒為主，結(jié)構(gòu)松散，具大孔隙，垂直節(jié)理及裂隙發(fā)育，遇水易軟化崩解，其中砂質(zhì)含量高，手捻有砂感，最大揭露厚度5.5 m(未揭穿)。

4.2 工程治理研究

根據(jù)天池鄉(xiāng)天池村不穩(wěn)定斜坡的自然地理環(huán)境、坡體結(jié)構(gòu)、巖土體工程地質(zhì)特性及成因等條件和危害特征，提出了地表、溝道排水+坡腳回填反壓+擋土壩的綜合治理措施。擬設(shè)擋土壩工程場(chǎng)地地層巖性主要為第四系上更新統(tǒng)黃土狀粉土，結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)強(qiáng)度較低，工程地質(zhì)性能較差，擋墻地基需進(jìn)行加固處理，即擋墻基礎(chǔ)開(kāi)挖后先對(duì)原土進(jìn)行夯實(shí)處理，再在擋墻基礎(chǔ)底部采用三七灰土進(jìn)行換填，以提高地基承載力。

(1)在斜坡體后緣地帶布設(shè)截排水渠，將干溝溝腦地表匯水統(tǒng)一排泄至斜坡東側(cè)的沖溝下游地段：對(duì)原有破損排水管拆除重修，將城鎮(zhèn)排污、排洪管網(wǎng)廢水排泄至斜坡東側(cè)的沖溝下游地段；

(2)對(duì)斜坡坡腳形成的溝壑區(qū)進(jìn)行回填、反壓坡腳；

(3)在填方區(qū)前緣溝腦卡口原有土壩地段布設(shè)擋土壩，起到抗滑穩(wěn)固填土方的作用，同時(shí)保護(hù)周邊耕地，還可恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，與天池鄉(xiāng)城鎮(zhèn)整體建設(shè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)。

5 結(jié)論

(1)天池鄉(xiāng)干溝不穩(wěn)定斜坡平面形態(tài)呈“條帶”狀，坡腳至坡頂高差在8～18 m之間，斜坡坡面坡度為50°～70°，斜坡南北縱軸向長(zhǎng)約170 m，東西寬約35 m，坡向約93°，溯源侵蝕強(qiáng)烈，溝壑兩側(cè)斜坡陡立，后緣拉張裂縫發(fā)育，已威脅到當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?cái)產(chǎn)安全。

(2)坡體主要由黃土狀粉土組成，土體結(jié)構(gòu)疏松，大部分地段近直立，斜坡穩(wěn)定性較差，潛在危害區(qū)域較大，分為危險(xiǎn)性大區(qū)和危險(xiǎn)性中等區(qū)。

(3)通過(guò)對(duì)工程地質(zhì)條件分析，工程治理采用地下、地表排水+坡腳回填反壓+擋土壩的綜合治理方案，可得到較好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。