甘肅某工程沿線不穩(wěn)定斜坡成因分析

許玉龍

(甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020)

甘肅省某工程是解決甘肅省中部干旱地區(qū)11個(gè)國(guó)家重點(diǎn)扶貧縣城及工業(yè)用水、農(nóng)村人畜飲水、生態(tài)環(huán)境用水問(wèn)題，同時(shí)兼有灌溉、發(fā)電、防洪等綜合利用功能的大型跨流域調(diào)水工程。該工程穿過(guò)定西市、白銀市、天水市、平?jīng)鍪校芯繀^(qū)內(nèi)有G309、312、310、316國(guó)道及G30連霍高速、G22青蘭高速公路與S207、208、209、218、304省道縱橫通過(guò)，縣鄉(xiāng)公路、鄉(xiāng)村公路網(wǎng)基本完善，該工程渠線和管線大多沿溝道、河谷及山梁分布，渠線和管線大部分地段有縣鄉(xiāng)道、鄉(xiāng)村道路及機(jī)耕道路通行，交通較為便利。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 氣象、水文

研究區(qū)地處甘肅省中東部隴西黃土高原西部，地形復(fù)雜，山區(qū)氣候差異較大，系典型的大陸性氣候，屬溫帶濕潤(rùn)-半干旱大陸性氣候，四季變化明顯，光照充足，氣候干燥寒冷，降水量少，蒸發(fā)量大。

據(jù)沿線氣象站氣象資料：多年平均氣溫6～10 ℃，并且從南向北有逐漸降低的趨勢(shì)，歷年極端最高氣溫36.3 ℃，極端最低氣溫-19.2 ℃。多年平均降水量300～600 mm，蒸發(fā)量1 200～1 800 mm，平均相對(duì)濕度61%～69%，最大積雪深度17～25 cm，最大凍土深度51～98 cm。

根據(jù)主要水文站歷年水文資料，經(jīng)統(tǒng)計(jì)和匯總計(jì)算，沿線河流多年平均實(shí)測(cè)河川徑流量2.01×108m3，天然徑流量2.23×108m3。

研究區(qū)土壤類(lèi)型較多，主要為黑壚土、灰鈣土、黃棉土和紅土。

研究區(qū)自然植被被屬黃土高原草原，荒漠草原植被區(qū)域，以灌木和草本為主，其中以多年生、旱生、叢生禾本科占優(yōu)勢(shì)，其次為莎草科、豆科，植物種類(lèi)主要有短花針茅、長(zhǎng)芒針茅、芨芨草、蒿草、小葉錦雞兒、檸條等。人工植被被集中于河谷區(qū)、村莊周?chē)熬植壳鹆甑貛ВN類(lèi)主要有楊樹(shù)、杏樹(shù)、花椒、刺槐、檉柳等。

1.2 地形地貌

研究區(qū)地處隴西黃土高原東部，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性等因素的影響，區(qū)內(nèi)丘陵連綿，溝壑縱橫，溝梁相間，地形破碎。整體上區(qū)內(nèi)地形北高南低，西高東低，西部牛營(yíng)大山至中部華家?guī)X一線呈凸起的“屋脊”狀，成為渭河和祖厲河兩大流域的分水嶺，這也是本輸水工程管線主要布設(shè)區(qū)，沿凸起的“屋脊”向兩側(cè)流域輸送水源。

1.3 地層巖性

研究區(qū)內(nèi)黃土丘陵區(qū)及河(溝)谷川臺(tái)地區(qū)主要出露第四系黃土、黃土狀土，占總面積的90%以上，而基巖零星出露于研究區(qū)內(nèi)，基巖以古近系和新近系巖組為主，占出露基巖的60%～80%，出露的其他巖組有白堊系及侵入巖，占出露基巖面積的20%～40%左右[1]。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造與區(qū)域地殼穩(wěn)定性

1.4.1 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)處于青藏高原東北緣，是我國(guó)中央造山系重要組成部分，主要區(qū)域性邊界斷裂有會(huì)寧～通渭斷裂、甘谷～通渭大斷裂、通渭～榆中大斷裂、通渭～漳縣斷裂、天水～甘谷斷裂、武山南北斷裂[1]。

1.4.2 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地震

中生代以來(lái)的歷次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)奠定了本區(qū)的大地構(gòu)造輪廓，與老構(gòu)造有著密切的聯(lián)系。新生代以來(lái)本區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有不對(duì)稱(chēng)性和間歇性上升運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在山區(qū)的上升，河谷下切形成峽谷和盆地，區(qū)內(nèi)河谷局部地段開(kāi)闊，發(fā)育有多級(jí)階地，中下更新統(tǒng)階地高處現(xiàn)代河床達(dá)240 m以上。在上升運(yùn)動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生相對(duì)下降區(qū)，在二者的過(guò)渡地帶，多形成斷裂和皺褶，一些構(gòu)造具有繼承性，高差的增大，地形變陡，為滑坡、崩塌的形成創(chuàng)造了有利地形。

據(jù)文獻(xiàn)記載，本區(qū)臨近地區(qū)發(fā)生了5級(jí)以上的地震10余次，大部分發(fā)生在西海固地區(qū)，其次在通渭、會(huì)寧、靜寧、甘谷、武山一帶，區(qū)內(nèi)發(fā)生的地震具有震源淺，震級(jí)較高的特點(diǎn)。如1920年12月16日，寧夏海原發(fā)生了8.5級(jí)地震，震中烈度12度，震源深度約17 km。地震不僅給當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)造成巨大損失，而且形成數(shù)字龐大的滑坡災(zāi)害。如1718年通渭7.5級(jí)地震，形成滑坡面積達(dá)665 km2，共形成寬度500 m的滑坡337個(gè)，對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件破壞嚴(yán)重，也為老滑坡的復(fù)活，新滑坡的形成，泥石流等災(zāi)害發(fā)育提供松散物質(zhì)。結(jié)合居里面和強(qiáng)震分布圖，研究區(qū)居里面值12～20之間，強(qiáng)震多集中在東部海原、北部中寧、南部天水一帶。

據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GBI8306—2001)，本區(qū)地震活動(dòng)頻繁，而且在空間上分布極不均勻。根據(jù)甘肅省地震工程研究院編制完成的《甘肅省某工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》成果，總干渠、四干渠、五干渠、六干渠，七干渠、九干渠、上川輸水渠(管)線、八干1#～2#隧洞及其掌里至渠尾劉寨渠段，地震動(dòng)峰值加速度為0.2g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s；八干2#隧洞出口至掌里渠段及其一、二分干渠、靜寧輸水渠地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s。其中總干渠31#隧洞(沙家灣隧洞)進(jìn)、出口工程場(chǎng)地地面地震動(dòng)峰值加速度分別為0.23g、0.22g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期分別為0.55，0.50 s；八干渠22#隧洞(大牧關(guān)岔隧洞)進(jìn)、出口工程場(chǎng)地地面地震動(dòng)峰值加速度分別為0.21，0.21g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期分別為0.55，0.50 s。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 一般土

礫卵石單層土體：出露于研究區(qū)內(nèi)渭河、祖厲河及其支流的河谷漫灘地帶，巖性為砂礫卵石，成分復(fù)雜，磨圓較好，泥沙充填，松散-中密。粉土、礫卵石雙層土體：上部以粉土為主，具濕陷性，局部為砂土，稍密-中密。下部為砂礫卵石層，磨圓較好，泥沙充填，中密-密實(shí)，地基土承載力特征值200～400 kPa左右。

2.2 特殊土

老黃土：主要分布于研究區(qū)內(nèi)馬蘭黃土的下部，巖性為粉質(zhì)黏土，磚紅、灰黃色，厚10～50 m，可塑-硬塑，地基土承載力特征值200～250 kPa。

3 水文地質(zhì)條件

3.1 碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙水

區(qū)內(nèi)深部承壓水分布面積很小，主要賦存于新近系礫巖、砂礫巖孔隙、裂隙中，分布于定西西部、隴西南部部分地區(qū)，地下水主要接受河(溝)谷潛水、黃土潛水的入滲補(bǔ)給，其徑流途徑較長(zhǎng)，流速緩慢，礦化度普遍較高[2]。

3.2 松散巖類(lèi)孔隙裂隙水

研究區(qū)面積較大，地形地貌多變，該類(lèi)地下水含水層種類(lèi)多，性質(zhì)特征差較大。根據(jù)含水的特征，松散巖類(lèi)孔隙裂隙水主要分為丘陵區(qū)風(fēng)積黃土孔隙裂隙水、溝谷沖洪積黃土狀孔隙裂隙水、河谷礫卵石孔隙水。主要特征如下：

(1)丘陵區(qū)風(fēng)積黃土孔隙裂隙水。主要分布于黃土丘陵區(qū)，一般地勢(shì)低洼處含水相對(duì)豐富，地勢(shì)高處含水不連續(xù)或基本不含水。主要接受大氣降水滲入補(bǔ)給，由地勢(shì)高處向低處徑流，以泉的形式排泄于溝谷中，其流量大部分地段小于0.01 L/s，局部地段大于0.01 L/s，大口徑涌水量3～25 m2/s，水質(zhì)較好，水化學(xué)類(lèi)型為SO42-—HCO-—Na+—Mg2+型或SO42-—Ca2+—Mg2+型，礦化度一般小于1.0 g/L ，局部地段達(dá)3.0～5.0 g/L。

(2)溝谷沖洪積黃土狀土孔隙裂隙水。分布于區(qū)內(nèi)河流兩側(cè)較大規(guī)模支溝內(nèi)，賦存于沖溝兩側(cè)沖洪積臺(tái)地及谷底。地下水主要接受大氣降水、溝谷短暫洪流入滲及黃土孔洞裂隙水側(cè)向補(bǔ)給，自上游向下游徑流，或以泉的形式排泄于溝坡、溝底，大部被蒸發(fā)消耗，部分為人為開(kāi)采利用，該類(lèi)地下水富水性、水質(zhì)變化差異較大，富水性較好的地段集中于沖溝溝腦如大堿溝，其水化學(xué)類(lèi)型為HCO-—SO42-—Na+—Mg2+型，礦化度一般為1.0～3.0 g/L 。從上游到溝谷下游其富水性漸弱，水質(zhì)漸差，礦化度達(dá)3.0～5.0 g/L，局部達(dá)5.0 g/L以上。

3.3 松散巖類(lèi)孔隙水

區(qū)內(nèi)分布面積較小，主要分布在定西西南牛大山—通渭華家?guī)X一帶，地下水賦存于基巖裂隙、風(fēng)化構(gòu)造裂隙和局部斷裂帶中。單泉流量0.03～0.5 L/s。

4 人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響

區(qū)內(nèi)與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的人類(lèi)工程活動(dòng)主要有以下幾個(gè)方面：

4.1 填溝修渠，修建淤地壩工程

本區(qū)溝壑縱橫，下切侵蝕強(qiáng)烈，川區(qū)土地及居民點(diǎn)呈“切割”狀態(tài)，且水資源貧乏。為改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高水資源利用率，自上世紀(jì)六十年代開(kāi)始，當(dāng)?shù)鼐用衽d修水水利，在沖溝出山口附近填溝筑壩，修路、修渠并修建溝谷型水庫(kù)等，這一工程活動(dòng)極大改善了當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)、生活條件，同時(shí)其壩體的攔檔也減弱了溝谷泥石流對(duì)溝口農(nóng)田的危害和對(duì)河道的淤積，但泥石流淤積，河床不斷抬高，存在較大泥石流災(zāi)害隱患[3]。

4.2 削坡造地

區(qū)內(nèi)大部分為黃土丘陵區(qū)，由于地形所限，具天然耕植條件的土地較少，很大一部分為人工削坡建造形成，多集中在山坡、山梁。在工程建造的過(guò)程中，會(huì)破壞植被，使坡體松動(dòng)，產(chǎn)生大量的松散土體，在反坡向邊緣處，形成高低不等的邊坡。削坡造地不僅為泥石流的形成和發(fā)育提供條件，且形成的邊坡不時(shí)發(fā)生局部崩塌，黃土溯源侵蝕的特征向山坡上部推移，使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境條件遭到破壞。

4.3 取土燒磚

評(píng)估區(qū)內(nèi)曾建有多處規(guī)模不等的磚瓦廠，開(kāi)采溝道內(nèi)洪積形成的粉土燒磚制瓦，開(kāi)挖形成了多處較陡的邊坡，其高度大多在5～8 m，由于開(kāi)挖取土形成直立的陡崖。

4.4 過(guò)度放牧和陡坡耕植

近年來(lái)，為改善區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境，扼制水土流失問(wèn)題，制定了一系列相關(guān)的政策法規(guī)，加大了退耕還林力度，同時(shí)陸續(xù)對(duì)一些小流域采取溝頭保護(hù)、溝坡植樹(shù)、溝道攔擋等措施進(jìn)行綜合治理，取得了階段性的防止效果，使區(qū)內(nèi)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境得到了一定改善。

5 不穩(wěn)定斜坡形成原因分析

通過(guò)實(shí)地調(diào)查和收集資料綜合分析，區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡的形成原因主要有以下幾個(gè)方面：

(1)地質(zhì)構(gòu)造。研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為以上升為主的震蕩式的升降運(yùn)動(dòng)，低山區(qū)溝谷切割強(qiáng)度較大，相對(duì)高差較大，致使溝岸坡處不穩(wěn)定斜坡較發(fā)育。

(2)降雨。研究區(qū)降雨量在年內(nèi)分配極不平衡，主要集中在6—9月，6、7、8、9四個(gè)月的多年平均降水量之和占全年降水量80%以上。集中降雨形成的地表流水不斷側(cè)蝕溝岸坡，使溝岸坡前緣呈近直立狀，形成不穩(wěn)定斜坡。

(3)地形地貌。一定的高差與坡度是斜坡形成的基本條件之一[2]。工作區(qū)內(nèi)溝壑縱橫、地形起伏大，致使不穩(wěn)定斜坡集中發(fā)育在黃土丘陵溝壑地帶，地形地貌特征決定著斜坡的大小。

(4)地層巖性。不穩(wěn)定斜坡地層巖性主要為馬蘭黃土和泥巖、砂巖。巖土體自身節(jié)理裂隙發(fā)育，以及遇水易軟化的特性為高陡不穩(wěn)定斜坡的形成提供了條件。

(5)人類(lèi)工程活動(dòng)的影響。坡改耕地對(duì)原始坡體的改造使原始坡體形態(tài)改變，形成了高陡斜坡，斜坡自身穩(wěn)定性降低，植被遭到破壞，遇不利工況下易發(fā)生滑坡崩塌災(zāi)害。

6 結(jié)論

本文通過(guò)實(shí)地調(diào)研，對(duì)甘肅省某工程沿線的不穩(wěn)定斜坡從地質(zhì)環(huán)境、工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)特征等方面入手，總結(jié)了沿線的不穩(wěn)定斜坡的成因，認(rèn)為不穩(wěn)定斜坡的形成與地質(zhì)構(gòu)造、降雨、地形地貌、地層巖性和人類(lèi)活動(dòng)有密切的關(guān)系。