西寧北山山前崩塌形成機理及防治

魏正發(fā)， 嚴慧珺， 應(yīng)忠敏， 竇增武， 張永艷， 張文穎

(1.青海省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站， 西寧 810008； 2.青海省尖扎縣氣象局， 尖扎 811200； 3.西寧久隆工程勘察有限公司， 西寧 810008)

西寧市地勢西北高東南低，東西狹長，四面環(huán)山，三川匯聚，屬典型的山間河谷型城市，下轄城東、城中、城西、城北四區(qū)。近東西向的湟水河谷將西寧市山區(qū)分為南北兩山，湟水以北為北山，以南為南山；但當(dāng)?shù)厝艘话惴Q湟水河以北、北川河以東、沙塘川河以西這片山區(qū)為西寧北山，研究區(qū)就位于北山山前地帶。

近年來西寧市地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)群發(fā)，發(fā)災(zāi)數(shù)量上升明顯，嚴重威脅市區(qū)居民及基礎(chǔ)設(shè)施安全。 2002—2019年共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害125起，類型為崩塌、滑坡，地質(zhì)災(zāi)害呈條帶狀集中分布于湟水及其一級支流河谷區(qū)向低山丘陵區(qū)過渡的斜坡地帶，發(fā)災(zāi)數(shù)量從2004年前的年均5起增加至2017年后的年均20起以上[1]，且很多地質(zhì)災(zāi)害點出現(xiàn)再次變形，地質(zhì)災(zāi)害防治工作面臨嚴峻考驗。其中以研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害最為頻發(fā)，區(qū)內(nèi)共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害35起，占比28%，其中崩塌22起，占比63%，崩塌是區(qū)內(nèi)最典型和突出的地質(zhì)災(zāi)害之一。

近年來，許多學(xué)者對中國紅層及高位崩塌主要通過研究發(fā)育特征、分布規(guī)律、形成機理及變形破壞模式進行研究評價。納曼·麥麥提等[2]提出了巖體內(nèi)節(jié)理傾角越大危巖體越不穩(wěn)；徐偉等[3]認為紅層反向坡、斜向坡的常見破壞模式為軟巖崩解剝落—硬巖卸荷拉裂墜落；王軍朝等[4]提出了紅層的貫通型傾倒式、貫通型滑移式、非貫通型錯斷式和非貫通型拉裂式的四種基本崩塌類型；王毅等[5]認為中、高位崩塌易形成面狀破壞，危害性很大；Yang等[6]認為紅層崩塌主要受危巖體巖性組合和坡體結(jié)構(gòu)面組合控制，其孕災(zāi)模式為差異風(fēng)化階段→巖體結(jié)構(gòu)變形破壞階段→懸挑危巖階段→崩塌失穩(wěn)落下階段；劉榜余等[7]、Xiao等[8]認為軟弱互層紅層差異風(fēng)化形成的凹巖腔深度對邊坡變形破壞起控制作用，并提出了“清坡+封閉軟層+主動防護網(wǎng)+排水工程”的處治方案。而對于研究區(qū)內(nèi)崩塌研究成果相對較少，魏正發(fā)等[1]認為西寧市斜坡地質(zhì)災(zāi)害具有中下部滑坡、上部崩塌發(fā)育的分布位置差異性特征，且崩塌多發(fā)生于坡度80°以上凸形坡；周保等[9]對西寧市地質(zhì)災(zāi)害進行了詳細調(diào)查，查明了西寧市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及分布規(guī)律；井浩[10]認為這類危巖處理難度極大，并提出了攔石網(wǎng)防護+預(yù)裂松動爆破+人工清危相結(jié)合的危巖處理方案。

綜上可知，前人研究多針對單個崩塌，對于區(qū)域性紅層高位崩塌系統(tǒng)性研究相對較少，且對研究區(qū)崩塌系統(tǒng)性研究缺乏，而研究區(qū)崩塌是西寧市最典型的地質(zhì)災(zāi)害之一，對下方西寧火車站、鐵路、公路、居民區(qū)、綠化區(qū)等構(gòu)成威脅。因此，為加強研究區(qū)崩塌研究和防治，系統(tǒng)地對研究區(qū)崩塌從區(qū)域構(gòu)造、區(qū)域構(gòu)造塑造的地形地貌、地層巖性、風(fēng)化作用等方面對其形成機理做了深入研究分析，并結(jié)合形成機理及變形破壞模式提出了相應(yīng)的防治措施，研究成果對研究區(qū)或類似紅層、碎屑巖崩塌的防治工作具有借鑒意義。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造作用對區(qū)域地形地貌的塑造和物質(zhì)沉積起著控制性作用，而地形地貌和物質(zhì)沉積又是影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的重要因素，因此研究地質(zhì)構(gòu)造是分析地形地貌和物質(zhì)沉積及地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)。研究區(qū)屬湟水背斜北翼，軸部位于北山山前[11]，區(qū)內(nèi)斷裂不發(fā)育，新構(gòu)造運動反應(yīng)明顯，主要經(jīng)歷了青藏、昆黃和共和運動，尤其以昆黃和共和運動影響最為顯著，表現(xiàn)為距今1.2 Ma以來經(jīng)歷的六次震蕩式上升，不僅形成了研究區(qū)高陡斜坡，同時使區(qū)內(nèi)巖土體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散。

孫瑩等[11]、周保等[9]、何生胤[12]、方小敏等[13]研究表明，西寧盆地為隸屬湟水盆地的一新生代斷陷盆地。古近紀沉積了一套以泥巖石膏巖與砂巖互層為主的湖相地層；新近紀沉積了泥巖夾少量砂巖的湖相地層；第四紀早中期整體進入加速隆升期，湟水盆地自此進入河流地貌塑造階段，昆黃和共和運動對研究區(qū)影響明顯，其中昆黃運動是孕災(zāi)地貌的定型期，共和運動主要以河道加寬、側(cè)蝕作用為主。湟水各階地的形成年代也與距今1.2 Ma以來青藏高原經(jīng)歷的6次劇烈構(gòu)造上升運動(表1)時期基本吻合，各階地的形成與高原間歇性隆升存在十分密切的聯(lián)系；距今約0.6 Ma的昆黃運動第三幕時期高原隆升在湟水盆地內(nèi)表現(xiàn)空前，湟水河切出最深的IV階地，以北山一顆印、北山寺頂部為代表，基座出露約110 m，北山寺頂部可見砂卵礫石層披覆于階地基座之上。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于西寧市北山山前(圖1)，屬湟水北岸河谷平原向低山丘陵區(qū)過渡的斜坡地帶，總體地勢北高南低、中間高兩頭低。距今約0.6 Ma強烈的構(gòu)造隆升和湟水河下切在研究區(qū)形成湟水河最高的IV基座階地，伴隨著地殼抬升和雨水的強烈侵蝕作用，區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，地形極為破碎；階地前緣因高陡臨空，不斷遭受風(fēng)化剝蝕發(fā)生崩塌，崩積物堆積于階坎下部低級階地之上，逐漸累積向上，階坎亦不斷后退，形成上部直立陡崖下部斜坡的地貌形態(tài)，同時遭受沖溝侵蝕和風(fēng)化作用，大部分階坎已被夷平、覆蓋而不復(fù)存在，久而久之呈現(xiàn)北山山前大部為斜坡，局部陡崖出露的地貌形態(tài)。

溝谷侵蝕塑造了研究區(qū)不同的地形地貌形態(tài)，根據(jù)溝谷侵蝕程度和現(xiàn)狀，將研究區(qū)地形地貌以王家莊溝為界分兩個次級區(qū)域進行分析，分別為西區(qū)和東區(qū)。其中王家莊溝以西(西區(qū))侵蝕作用更為強烈，主要發(fā)育較大型溝谷，如穆朱嶺溝、大寺溝、小西溝和王家莊溝，溝谷長度均在2 km以上，切割深度百米以上，較大型溝谷的發(fā)育致使溝口兩側(cè)階地地貌局部被沖蝕殆盡，但同時也攔截匯聚了上游降水，致使其他區(qū)域雨水沖刷侵蝕作用相對微弱，僅在坡面形成切割深約10 m，長約百米至數(shù)百米的小型沖溝，將原始階地地貌較地的保留了下來，如北山寺、林家崖、一顆印、路家莊一帶，較好地保留了上部陡崖下部斜坡、頂部梁峁狀的地形地貌形態(tài)(圖2)。而王家莊溝以東(東區(qū))溝谷侵蝕相對較弱，未形成較大型溝谷，而是密集分布長度數(shù)百米至2 km，切割深度數(shù)十米的小型溝谷，在近6 km的區(qū)域發(fā)育近20條大小不一走向近一致的沖溝，間隔約300 m就有一條沖溝發(fā)育，如此密集的沖溝嚴重損毀了山前階地形態(tài)，山前切出三角面，階地基座僅在三角面頂部零星出露(圖3)；整體形成了溝谷切割破碎，坡面整體較為平整的斜坡形態(tài)，斜坡坡度25°～40°。

表1 新構(gòu)造隆升與湟水河階地演化對照Table 1 Correlation between neotectonic uplift and terrace evolution of Huangshui River

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the study area

①～⑥分別對應(yīng)圖2(b)～圖2(g)圖2 西區(qū)危巖分布(據(jù)Google Earth)Fig.2 Distribution of dangerous rocks in western district (from Google Earth)

圖3 東區(qū)危巖分布(據(jù)Google Earth)Fig.3 Distribution of dangerous rocks in eastern district (from Google Earth)

1.3 地層巖性

研究區(qū)出露的地層巖性主要有階地主體古近系泥巖石膏巖與砂巖互層巖組，堆積于階地上部的上更新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石層和粉土，以及前緣發(fā)生崩塌堆積于坡腳的崩塌堆積物和斜坡發(fā)生滑坡形成的滑坡堆積物。

(1)古近系泥巖石膏巖與砂巖互層巖組。該套巖組為軟弱湖相層狀碎屑巖組，呈半堅硬-軟弱狀態(tài)，由厚度約0.6 m的泥巖石膏巖和0.3 m的砂巖互層組成。其中泥巖石膏巖具遇水易軟化的特性；砂巖呈層狀結(jié)構(gòu)，強度較泥巖高；受風(fēng)化作用影響形成泥巖石膏巖凹陷砂巖相對凸出的形態(tài)。受構(gòu)造抬升和湟水河下切出露，是構(gòu)成基座階地的主體，在山前斜坡頂部和沖溝兩側(cè)皆可見，主要出露于王家莊溝以西陡崖處，王家莊溝以東零星可見，巖體內(nèi)發(fā)育由新構(gòu)造運動抬升和不同時期主壓應(yīng)力方向多次偏轉(zhuǎn)形成的四組近直立相互正交的構(gòu)造節(jié)理，走向25°～45°和110°～135°，270°～290°和350°～5°。

(2)第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石層和粉土主要分布于湟水IV階階地基座之上，物質(zhì)組成以沖洪積粉土、砂礫石層為主，呈成二元結(jié)構(gòu)，上部粉土厚3～5 m，下部砂卵礫石層厚2～6 m。

(3)第四系全新統(tǒng)崩塌堆積物。主要分布于斜坡下部，由階地前緣古近系泥巖石膏巖與砂巖互層巖組、第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石層和粉土發(fā)生崩、墜落形成，堆積于坡腳形成斜坡，堆積物粒徑自坡腳向遠離坡腳方向逐漸變小，粒徑大小不一，大者直徑達數(shù)米或數(shù)十米，小者粒徑極小甚至為黏粒，孔隙度大，結(jié)構(gòu)疏松雜亂，厚度不一。

(4)第四系全新統(tǒng)滑坡堆積物。物質(zhì)組成主要為崩塌堆積物，在降雨、人類工程活動等影響下發(fā)生滑坡，經(jīng)滑動作用其結(jié)構(gòu)較崩塌堆積物密實。主要分布于北山寺、林家崖、一顆印等滑坡體上。

1.4 氣象水文

1.4.1 氣象

研究區(qū)屬高原半干旱大陸性氣候，具有太陽輻射強、寒長暑短、晝夜溫差較大、蒸發(fā)量大，降水量少但集中、冰凍期長的特點。據(jù)西寧氣象站2000—2019年觀測資料。多年平均氣溫6.0 ℃，年極端最高氣溫36.5 ℃(2000年7月24日)，年極端最低氣溫-23.8 ℃(2010年12月16日)。多年平均降水量433.2 mm，年最高日降雨量57.8 mm(2007年8月26日)，蒸發(fā)量達1 728 mm。降水主要集中在6—9月份，年降水量周期性變化明顯。

1.4.2 水文

湟水河為研究區(qū)內(nèi)的主干河流，為黃河一級支流，自西向東流經(jīng)研究區(qū)，多年平均流量為32.8 m3/s，年平均最小流量4.58 m3/s，最大流量698 m3/s。區(qū)內(nèi)湟水支溝發(fā)育，主要有穆朱嶺溝、大寺溝、小西溝、王家莊溝、大山路溝、廟兒溝、紅溝等，均為季節(jié)性溝谷，源頭在西寧北山山腦地區(qū)，向南流經(jīng)研究區(qū)匯入湟水。

1.5 人類工程活動

研究區(qū)屬山前斜坡地帶，人類工程活動不強烈，人類工程活主要有挖坡修路、修建寺廟、北山綠化工程等，其中以北山綠化影響較大，主要有開挖階梯形坡、魚鱗坑槽進行綠化植樹，修建泵站、調(diào)節(jié)澇池、蓄水池、硬化(簡易)道路、管護房、檢查站，鋪設(shè)輸水管線進行日常綠化灌溉等。

2 崩塌基本情況

2002—2019年研究區(qū)共發(fā)生崩塌22起(表2)，均為巖質(zhì)崩塌，規(guī)模5～1.8×104m3，多為數(shù)百立方米，發(fā)生坡度均在80°以上，位置位于山前斜坡上部陡崖部位；共造成4人死亡，損毀水渠12 m、房屋5間、輸水管線3條，直接經(jīng)濟損失29.1萬元；主要發(fā)生于研究區(qū)西區(qū)陡崖處，研究區(qū)東區(qū)僅發(fā)生2起(圖4)，其中一顆印、路家莊北發(fā)生5起，林家崖發(fā)生4起，北山寺發(fā)生3起。崩塌的發(fā)育嚴重威脅坡下市區(qū)居民小區(qū)、工廠企業(yè)，青藏鐵路、蘭新高鐵、109國道、G6高速公路等交通干線，北山土樓觀、北山美麗園等旅游景區(qū)，輸電、輸水及輸氣等重要輸送管道和北山綠化道路及基礎(chǔ)設(shè)施安全。

表2 2002—2019年研究區(qū)崩塌災(zāi)害統(tǒng)計Table 2 Statistics of collapse disasters in the study area from 2002 to 2019

圖4 2002—2019年研究區(qū)崩塌分布Fig.4 The Distribution of collapse in the study area from 2002 to 2019

3 成因及形成機理分析

3.1 成因

3.1.1 物質(zhì)基礎(chǔ)

古近紀沉積的泥巖石膏巖與砂巖互層巖組呈半堅硬-軟弱狀態(tài)，單層由厚度約0.6 m的泥巖石膏巖和厚度約0.3 m的砂巖互層，層數(shù)百余層；泥巖遇水易軟化，砂巖強度較泥巖高，二者力學(xué)強度不一，差異風(fēng)化明顯，形成泥巖相對凹陷砂巖相對凸出的形態(tài)特征，致使巖體組合整體強度低，加之巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，易變形失穩(wěn)。

3.1.2 構(gòu)造運動影響

(1)湟水背斜。研究區(qū)屬湟水背斜北翼近軸部處，背斜的發(fā)育導(dǎo)致近軸部處巖體結(jié)構(gòu)破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，為崩塌的形成提供了地質(zhì)條件。

(2)新構(gòu)造抬升作用。1.2 Ma以來研究區(qū)經(jīng)歷的六次震蕩式上升，導(dǎo)致古近系泥巖石膏巖與砂巖互層巖組內(nèi)與巖層近垂直向的原生構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，由構(gòu)造運動形成的原生節(jié)理具有近等間距分布，貫穿于整個巖組的特征，也為崩塌的形成提供了地質(zhì)條件。此外，昆黃運動第三幕時期強烈的構(gòu)造隆升和湟水河下切形成的近直立的階坎，為崩塌的形成提供了地形地貌和良好的臨空條件。

(3)巖體結(jié)構(gòu)。除研究區(qū)經(jīng)歷震蕩式上升在巖體內(nèi)形成的近垂向的原生構(gòu)造節(jié)理外，新構(gòu)造以來三次構(gòu)造運動使研究區(qū)內(nèi)主壓應(yīng)力方向發(fā)生多次偏轉(zhuǎn)，從青藏運動時期的NNE-SSW向轉(zhuǎn)為昆黃運動時期的NEE-SWW向，再轉(zhuǎn)為共和運動時期的NE-SW向，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)巖體伴生多組構(gòu)造節(jié)理，加之巖體自身發(fā)育的層理、節(jié)理及卸荷裂隙等，這些節(jié)理裂隙的發(fā)育成為控制崩塌的主要因素。

3.1.3 風(fēng)化作用

圖5 一顆印、路家莊北地區(qū)IV階地侵蝕現(xiàn)狀Fig.5 Status of terrace IV erosion in the north of Lujiazhuang, Yikeyin

(1)沖溝內(nèi)洪流的侵蝕作用。研究區(qū)崩塌最為發(fā)育的區(qū)域?qū)倭旨已潞鸵活w印、路家莊北陡崖處，通過Google影像發(fā)現(xiàn)，兩區(qū)域階坎參差不齊、凸凹不平，呈鋸齒形(圖5)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)雖然大沖溝的發(fā)育攔截匯聚了上游雨水，但是攔截范圍有限，陡崖頂部仍有小沖溝發(fā)育，階坎凸出位置為山脊線，階坎凹陷位置為小型沖溝，可得沖溝內(nèi)洪流對于崩塌的發(fā)生扮演者重要角色；主要表現(xiàn)為沖溝內(nèi)的洪流沖刷巖體和沿巖層節(jié)理裂隙進入巖體通過浸潤、軟化巖層形成崩塌，加速了沖溝發(fā)育處階坎的后退。

(2)其他風(fēng)化作用。研究區(qū)朝向南，接到太陽輻射強烈，巖體裸露于地表，白天長時間暴曬和夜間氣溫驟降，在長期反復(fù)熱臟冷縮作用下使本身強度較低的泥巖石膏巖與砂巖互層巖組變得更為脆弱；同時研究區(qū)冰凍期長，儲存于巖體節(jié)理裂隙中的水分，通過冰劈作用增大、貫通巖體裂隙，也是引發(fā)崩塌的重要原因。

3.2 形成機理分析

圖6 大寺溝東側(cè)巖體內(nèi)近垂直向的構(gòu)造節(jié)理Fig.6 The near vertical structural joints in the rock mass on the east side of Dasigou

圖7 一顆印巖體發(fā)育的垂直節(jié)理及形成的平整崩塌面Fig.7 Vertical joints of rock mass and the formation of flat collapse surface of Yikeyin

新構(gòu)造運動導(dǎo)致研究區(qū)震蕩式上升和湟水河下切，形成高陡臨空面和近垂直向的原生構(gòu)造節(jié)理，同時巖層在經(jīng)歷青藏、昆黃及共和運動作用下，主壓應(yīng)力方向多次偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致巖層其他構(gòu)造節(jié)理發(fā)育(圖6、圖7)，是崩塌發(fā)生的先決條件，加之該套地層兩種巖性抗風(fēng)化能力不同，經(jīng)長期差異風(fēng)化形成泥巖層凹陷砂巖層相對突出的巖層形態(tài)，突出砂巖由重力產(chǎn)生卸荷裂隙，隨著風(fēng)化作用裂隙追索巖體內(nèi)部原生節(jié)理裂隙，逐漸形成連通的寬大裂縫，在風(fēng)化作用下，尤其是在上部沖溝內(nèi)雨水的沖刷及雨水的入滲、浸潤、軟化作用下加劇了崩塌的發(fā)生。但是受限于兩巖性互層，巖層厚度較薄，由原生節(jié)理分割的危巖體規(guī)模并不大，但是由于重力產(chǎn)生卸荷裂隙往往切割較深，易形成較大規(guī)模危巖體。

4 變形破壞模式分析

受特定地形地貌條件影響和主要結(jié)構(gòu)面的控制，西寧北山崩塌可能產(chǎn)生多種形式的變形破壞，如拉裂式崩塌、傾倒式崩塌、錯斷式崩塌等。

4.1 拉裂式崩塌

西寧北山陡崖區(qū)的泥巖石膏巖與砂巖呈互層結(jié)構(gòu)，泥巖強度低、易風(fēng)化，多為凹腔，而砂巖強度相對高、不易風(fēng)化，多為凸起懸挑，在長期自重作用下凸起巖體上部被逐漸拉裂，進而形成拉裂式崩塌。該套地層構(gòu)造節(jié)理、卸荷裂隙十分發(fā)育，拉裂式崩塌的側(cè)邊界和后邊界往往追蹤構(gòu)造節(jié)理裂隙、卸荷裂隙等形成，因此拉裂式崩塌為西寧北山最為常見的崩塌類型，在北山沿線均有分布，其規(guī)模往往不大，多為幾至幾十立方米。

受區(qū)域巖性組合的不同，西寧北山有兩種拉裂式方式。一種產(chǎn)生于石膏巖和泥巖層內(nèi)(圖8)，凸起懸挑巖體受自重作用產(chǎn)生力矩，巖體垂向方向自上而下產(chǎn)生拉張裂縫，進而產(chǎn)生崩塌。另一種產(chǎn)生于砂巖巖層內(nèi)(圖9)，凸出巖體受幾組結(jié)構(gòu)面的切割，導(dǎo)致其大部分重量靠巖體層間粘結(jié)力承擔(dān)，在自重作用下層間不斷產(chǎn)生拉裂變形，最終產(chǎn)生崩塌。

圖8 北山寺拉裂式崩塌隱患Fig.8 Hidden danger of tensile collapse in Beishan temple

紅色箭頭表示崩塌體從母巖分離出來后的崩塌堆積位置(方向)圖9 大寺溝東側(cè)層間拉裂式崩塌Fig.9 Interlayer pull-apart collapse on the east side of Dasigou

4.2 傾倒式崩塌

多因巖體重心產(chǎn)生向坡外的偏移，導(dǎo)致危巖體力矩平衡被打破，從而產(chǎn)生向坡外的變形破壞，一般多見于近直立的板狀、薄層狀巖體，或以垂直節(jié)理或裂縫與穩(wěn)定巖土體分開的巨大而直立的巖土體，進而傾倒產(chǎn)生崩塌。西寧北山陡崖區(qū)的垂直構(gòu)造節(jié)理裂隙極為發(fā)育，在一顆印至路家莊一帶形成了高達110 m的陡崖，巖體卸荷過程中追蹤構(gòu)造節(jié)理裂隙容易形成相對獨立的長柱狀危巖體，進而在自重或者外力作用下形成傾倒式崩塌，其規(guī)模往往較大，方量數(shù)十立方米以上(圖10)。

圖10 一顆印傾倒式崩塌隱患Fig.10 Hidden danger of dumping collapse in Yikeyin

4.3 錯斷式崩塌

往往產(chǎn)生于懸于陡崖邊緣的巖體，其部分被結(jié)構(gòu)面切割，部分與山體連接為一體，因而在巖體自身重力的長期作用下，未被結(jié)構(gòu)面切割的巖體部分無法承受因重力作用而導(dǎo)致的巨大剪切力而產(chǎn)生錯斷，從而產(chǎn)生錯斷式崩塌。西寧北山錯斷式崩塌主要發(fā)育在林家崖一帶的陡崖區(qū)域(圖11)，由于陡崖下方為崩坡積陡坡，錯斷式崩塌形成后直接楔入松散土體中，崩積物內(nèi)部巖體結(jié)構(gòu)基本完整，層面產(chǎn)狀由近水平狀變?yōu)槊黠@反傾坡內(nèi)。該類崩塌規(guī)模較大，往往幾十至百立方米左右。

紅色箭頭表示崩塌體從母巖分離出來后的崩塌堆積位置(方向)圖11 林家崖錯斷式崩塌Fig.11 Staggered collapse of Linjiaya

5 防治措施分析

崩塌的防治措施有主動防護和被動防護兩類，其中主動防護有危巖清除、錨索加固、掛網(wǎng)噴漿、凹腔嵌補、地表截流、灌漿加固、護墻護坡等；被動防護有攔石墻、落石槽、被動防護網(wǎng)、樹木攔擋等措施。通過研究區(qū)崩塌成因、形成機理和變形破壞模式研究，區(qū)內(nèi)崩塌屬高位崩塌，防治難度大，加之泥巖砂巖互層巖組層數(shù)多，凹腔嵌補、護墻護坡顯然不合適研究區(qū)，但在陡崖底部可局部應(yīng)用；又因原生垂直向構(gòu)造節(jié)理的發(fā)育，清除一組危巖，短期內(nèi)可能效果明顯，但就如“剝洋蔥”，消除一組危巖勢必會形成另一組危巖，加之陡崖施工難度大，大規(guī)模危巖清除也太不適合研究區(qū)，可用于危險性較大的危巖局部應(yīng)急治理；研究區(qū)出露的泥巖砂巖互層巖組為丹霞地貌，是西寧市北山重要的景觀，若開展掛網(wǎng)噴漿、錨索加固、灌漿加固，勢必會造成景觀破壞，若在坡腳修建攔石墻亦會影響自然景觀。此外，由崩塌成因可知，坡頂沖溝的發(fā)育對于崩塌的發(fā)生扮演者很重要的角色，因此將坡頂沖溝內(nèi)雨水截流或引流排出坡體，減少洪流對陡崖前緣沖蝕，對于減少崩塌的發(fā)生效果會更明顯，亦可以在易發(fā)地段斜坡中下部開挖落石槽，坡腳修建被動防護網(wǎng)，種植粒徑較粗樹木，被動防護崩塌災(zāi)害。

根據(jù)研究區(qū)崩塌的形成機理和變形破壞模式，拉裂式崩塌主要是由于巖體差異風(fēng)化，泥巖石膏巖層形成凹腔，砂巖凸起懸挑，凸起懸挑巖層因無法承受重力，卸荷產(chǎn)生崩塌，可采用凹腔填補方式支撐凸起懸挑巖層防止其變形加劇。傾倒式崩塌多因巖體重心產(chǎn)生向坡外的偏移，導(dǎo)致危巖體力矩平衡被打破，從而產(chǎn)生向坡外的變形破壞，可采用錨索加固、灌漿加固、掛網(wǎng)噴漿等方式增加向坡內(nèi)的壓力或巖體間的黏聚力，從而防止巖體向外變形。錯斷式崩塌主要是由于巖體部分被結(jié)構(gòu)面切割，且底部臨空，在巖體自身重力的長期作用下，未被切割部分無法承受巨大剪切力而發(fā)生崩塌，可采用護墻護坡、錨索加固、凹腔填補、灌漿加固等方式進行防治，但該丹霞地貌是北山重要的自然景觀，工程防治措施不應(yīng)大規(guī)模使用。

6 結(jié)論

(1)北山山前崩塌是研究區(qū)乃至西寧市最典型的地質(zhì)災(zāi)害之一，具有線形分布于北山山前斜坡上段陡崖，研究區(qū)西段集中發(fā)育，東段不發(fā)育的特點。

(2)崩塌的形成是多方面作用的結(jié)果，古近系泥巖石膏巖及砂巖互層巖組是崩塌發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，構(gòu)造運動為崩塌的形成提供了地質(zhì)條件，風(fēng)化作用加劇了崩塌的形成。其中新構(gòu)造運動致使研究區(qū)震蕩式上升和主壓應(yīng)力方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，形成高陡臨空面和近垂直正交的多組構(gòu)造節(jié)理，是崩塌發(fā)生的先決條件，沖溝降雨對巖體的沖刷及雨水入滲、浸潤、軟化巖體是發(fā)生崩塌的重要誘發(fā)因素。

(3)研究區(qū)崩塌屬高位崩塌，防治難度大，加之組成陡崖主體的百余層泥巖石膏巖與砂巖互層巖組為丹霞景觀地貌。防治時應(yīng)在盡量保護的前提下，主要采用坡頂截流引流，斜坡中下部開挖落石槽；坡腳修建被動防護網(wǎng)、擋墻，種植粒徑較粗樹木攔擋等主動和被動防護相結(jié)合的方式進行防治，同時對于陡崖頂部和底部小規(guī)模危巖可局部采用凹腔嵌補、噴漿加固等方式防治，必要時可局部清除危巖。

(4)按崩塌變形破壞模式及機理，拉裂式崩塌宜采取凹腔填補，傾倒式崩塌采取錨索加固、灌漿加固、掛網(wǎng)噴漿，錯斷式崩塌采取護墻護坡、錨索加固、凹腔填補、灌漿加固等局部主動防護措施。

(5)研究區(qū)屬西寧市北山綠化區(qū)，人類工程活動主要為修建綠化配套設(shè)施、灌溉、機械擾動等，今后綠化區(qū)管護單位要加強巡查，嚴防綠化管線滲漏，減少人為擾動，合理部署灌溉方式和時間。

(6)隨著坡頂沖溝洪流侵蝕陡崖巖體發(fā)生崩塌，致使沖溝附近階坎后退，而兩沖溝所夾階坎則相對突出、三面臨空，更利于崩塌的形成，因此階坎突出部位亦是今后崩塌重點預(yù)防地段。