寶蘭客運(yùn)專線王家墩滑坡勘察及地質(zhì)選線

王 旭

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,陜西西安 710043)

新建鐵路寶雞至蘭州客運(yùn)專線是中國“四縱四橫”客運(yùn)專線網(wǎng)的重要組成部分,也是連接鄭州至寶雞客運(yùn)專線、蘭新鐵路第二雙線的國家干線鐵路。沿線通過地貌單元多樣,地質(zhì)情況復(fù)雜多變,不良地質(zhì)極為發(fā)育。鐵路通過天水市秦安縣時，受站位、客運(yùn)專線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及地形控制須通過王家墩巨型古滑坡群，線路以隧道形式通過。查明該滑坡的分布范圍、結(jié)構(gòu)特性、穩(wěn)定程度、地下水活動情況及其與線路的關(guān)系,對地質(zhì)選線具有重要的意義。本文重點闡述對王家墩滑坡的勘察及秦安隧道地質(zhì)選線。

1 工程概況

王家墩滑坡地處天禮盆地低山丘陵區(qū)西北部、秦安縣城北側(cè)葫蘆河西岸。葫蘆河在秦安縣城形成秦安小盆地,王家墩滑坡處于該盆地北側(cè)邊緣,自然山坡高陡,地面高程1 210～1 710 m,沖溝發(fā)育,相對高差200～500 m。王家墩滑坡體自西側(cè)山頂附近發(fā)育,滑體體長約2.7 km,寬度1.8 km,厚度60～90 m,呈長條狀,滑體前端已覆蓋在一級階地上,目前滑體自然坡度10°～20°,滑體上多已被辟為耕地,種有大量果樹。受秦安站位、客運(yùn)專線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及地形控制,隧道無法繞避王家墩滑坡。

2 滑坡工程地質(zhì)特征

2.1 滑坡地層結(jié)構(gòu)

沿線地層分布受地質(zhì)構(gòu)造單元控制,鉆孔揭示王家墩滑坡附近主要出露的地層有第四系松散沉積層、第三系泥巖、華力西期花崗巖等。

王家墩滑坡滑帶位于第三系泥巖中,滑體前端(舌部)在一、二級階地形成堆積體。

一級階地地層結(jié)構(gòu)為：表層為滑體(黏質(zhì)黃土、泥巖)堆積層,厚5～15 m不等；其下為一級階地沖積黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土等,厚3～5 m；下部普遍分布一層沖積砂層、細(xì)圓礫土等,厚1～6 m；底部為第三系泥巖和花崗巖,其中花崗巖只在滑坡區(qū)北側(cè)局部有出露。基巖頂面高程一般在1 200～1 210 m。

二級階地地層結(jié)構(gòu)為：表層為滑體(黏質(zhì)黃土、泥巖)堆積層,厚度差異大,5～60 m不等,滑體物質(zhì)以泥巖為主,間雜黏質(zhì)黃土,相互揉皺明顯,泥巖中可見較多擦痕、摩擦鏡面等；其下為二級階地沖積粉質(zhì)黏土,厚度差異較大(5～40 m),該粉質(zhì)黏土以青灰色為主,未見擦痕、摩擦鏡面,屬靜水沉積產(chǎn)物；二級階地下部普遍發(fā)育一層沖積砂層、細(xì)圓礫土等,厚1～10 m；底部為第三系泥巖,泥巖頂面高程一般在1 220～1 230 m。

根據(jù)鉆探揭示,滑坡區(qū)三級階地殘留的范圍較小,勘探揭示其地層結(jié)構(gòu)與二級階地很類似,砂礫層厚度一般2～5 m,基座基巖面高程約為1 242 m。

王家墩滑坡分區(qū)平面如圖1所示。

圖1 王家墩滑坡分區(qū)平面

2.2 滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征

王家墩滑坡在區(qū)域構(gòu)造上地處祁呂弧形褶皺帶和隴西系旋卷構(gòu)造的復(fù)合部位,位于天(水)禮(縣)盆地的北部,構(gòu)造較為發(fā)育,特別是晚第三紀(jì)以來,區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動較為活躍,表現(xiàn)為地震活動頻繁，河谷兩岸高階地發(fā)育，現(xiàn)代河流侵蝕、下切明顯。其主要構(gòu)造線一般為近東西、北西向發(fā)育。

2.3 滑坡區(qū)水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)發(fā)育的最大河流為葫蘆河,為渭河的一級支流,屬黃河水系,常年有水,但近年也出現(xiàn)過短期斷流現(xiàn)象。

區(qū)內(nèi)地下水主要分為松散層孔隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙水兩種類型。滑坡體內(nèi)松散層孔隙水的含水層具有不連續(xù)和不均勻的特點,埋藏條件復(fù)雜,呈不連續(xù)的點、片狀分布,水量不大,富水程度主要受滑坡地貌形態(tài)所控制。地下水具氯鹽及化學(xué)侵蝕。

滑坡區(qū)地表泉水點主要分布在滑坡后緣(有三處),為下降泉,水量一般在0.5～1 m3/d,被當(dāng)?shù)卮迕褡鳛轱嬘盟词褂茫换w前緣有連續(xù)分布,平面上呈扇形區(qū)域,出露高程一般在1 250～1 320 m附近,地表能形成積水點的主要有8處,水量一般在0.5～2 m3/d,被當(dāng)?shù)卮迕褡鳛闈驳赜盟褂谩?/p>

3 滑坡特征

通過地質(zhì)調(diào)查,根據(jù)滑體地貌特征、次生滑坡發(fā)育特征,將滑坡分為3個大區(qū),10個小區(qū),并確定3條滑坡主軸,沿滑坡主軸及與線路相關(guān)部分布置鉆孔,研究滑坡特征。

其中Ⅰ區(qū)為初次滑動后形成的相對穩(wěn)定區(qū)域,其整體呈臺地狀,但周邊發(fā)育次生滑坡；Ⅱ區(qū)為Ⅰ期滑坡體的再次滑動后形成的區(qū)域,斜坡地帶次生滑坡很發(fā)育,支離破碎,多期次滑坡連續(xù)發(fā)生；Ⅲ區(qū)為古滑坡堆積體及與線路方案有關(guān)的次生滑坡(如圖2所示)。

圖2 王家墩滑坡主軸剖面示意

3.1 滑坡分區(qū)特征及穩(wěn)定性評價

(1)Ⅰ區(qū)

Ⅰ-1區(qū)：位于滑坡區(qū)最后緣,地貌上呈一弧形洼地,為王家墩滑坡初次滑動后形成,后期改造輕微。該區(qū)域長約500 m,寬約1 000 m,滑體厚約50 m,滑床位于風(fēng)化泥巖中,滑體物質(zhì)主要為黏質(zhì)黃土和風(fēng)化泥巖,滑坡后緣有殘留的圈椅狀地貌?；w坡面平緩,滑坡前緣并有較長的臺地反壓,抗滑地段較長,滑體長期剝蝕,平緩順直,土體也經(jīng)長期壓密,前緣陡坎直立?；麦w有村民長期居住,房屋也未產(chǎn)生裂縫,村民種植的高大喬木也生長良好,該區(qū)穩(wěn)定性較好。

Ⅰ-2區(qū)：位于滑坡區(qū)中部,地貌上呈相對平緩的臺地狀,該滑塊前緣、側(cè)緣高陡,發(fā)育有多處次生滑坡。該區(qū)域長約1 400 m,寬約500 m,滑體厚約70 m,滑床位于風(fēng)化泥巖中,滑體物質(zhì)主要為黏質(zhì)黃土和風(fēng)化泥巖。前緣陡緩交界處生長大量的蘆葦?shù)认菜参?有8處泉水呈扇形分布,出水量較小,一般約0.5～2 m3/d。

該區(qū)為古滑坡體,滑體坡面平緩,滑坡前緣壓在二、三級階地上,前緣高陡,地下水發(fā)育,滑體周圍長期剝蝕,發(fā)育多處次生滑坡,該區(qū)穩(wěn)定性較差。

(2)Ⅱ區(qū)

Ⅱ-1區(qū)：位于滑坡主軸南側(cè),為王家墩滑坡初次滑動后滑體的再滑動。該區(qū)域長約2 000 m,寬約1 000 m,滑體物質(zhì)以風(fēng)化泥巖為主,厚10～30 m,滑床位于風(fēng)化泥巖中,滑體上沖溝發(fā)育,次生小滑坡密集。周邊剝蝕嚴(yán)重，后期滑動明顯,幾乎無抗滑地段,滑體長期剝蝕,支離破碎,該區(qū)穩(wěn)定性較差。

從Ⅱ號主軸剖面分析,當(dāng)采用黏質(zhì)黃土的剪切指標(biāo)φ=20°、C=20 kPa；滑帶土泥巖在可塑狀態(tài)下的殘剪(峰值)指標(biāo),φ=11°,C=20 kPa；黃土天然容重γ=1 800 kN/m3；第三系泥巖天然容重γ=2 100 kN/m3?；路€(wěn)定性系數(shù)K=1.2。

Ⅱ-2區(qū)：位于Ⅱ-1區(qū)下游端,為Ⅱ-1區(qū)滑塊的滑體物質(zhì)的堆積區(qū),滑體物質(zhì)堆積在一、二級階地上,地貌上呈后高前低扇形隆起,類似于洪積扇地貌。該區(qū)域長約800 m,寬約500 m,堆積體物質(zhì)以黏質(zhì)黃土、風(fēng)化泥巖為主,厚度差異較大,一般厚度10～40 m,最大厚度超過80 m。屬穩(wěn)定的古滑坡滑體堆積區(qū)。

Ⅱ-3區(qū)：位于王家墩滑坡的北側(cè),為王家墩滑坡初次滑動后滑體再滑動,呈弧形斜坡地貌。該區(qū)域長約1 000 m,寬約1 800 m,滑床位于風(fēng)化泥巖中,滑體物質(zhì)以黏質(zhì)黃土和風(fēng)化泥巖為主,滑體厚度一般10～30 m。地貌上該區(qū)滑坡后壁陡直,其前緣堆積于沖溝內(nèi),形成明顯的滑坡堆積體,滑體上沖溝發(fā)育,支離破碎,次生小滑坡密集,陷穴發(fā)育。該滑坡區(qū)次生滑動明顯,剝蝕嚴(yán)重,穩(wěn)定性較差。

(3)Ⅲ區(qū)

Ⅲ-1區(qū)：位于Ⅰ-2區(qū)前緣南側(cè)部分,為Ⅰ-2區(qū)前緣滑體的再次滑動形成的次生滑坡。Ⅰ-2區(qū)前緣高陡,滑體物質(zhì)堆積厚度大,地下水較發(fā)育,生長大量的蘆葦。該區(qū)域長約250 m,寬約300 m,堆積體物質(zhì)以黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土為主,厚度差異較大,一般厚度10～40 m。前緣可見到有新近滑動跡象,屬不穩(wěn)定的次生滑坡。

Ⅲ-2區(qū)：位于Ⅰ-2區(qū)前緣東南側(cè)部分。Ⅰ-2區(qū)前緣在該范圍高陡,山腰附近地下水較發(fā)育,溝谷和坡面上生長有較多的蘆葦。該區(qū)域長約300 m,寬約160 m,滑體物質(zhì)以黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土為主,受后期改造,大部分滑體以泥石流形式排出溝口。前緣可見到有新近滑動跡象,屬不穩(wěn)定的次生滑坡。

Ⅲ-3區(qū)：位于Ⅰ-2區(qū)前緣東側(cè)部分。Ⅰ-2區(qū)前緣在該范圍主要堆積于二級階地上,該區(qū)域長約440 m,寬約100 m,呈長條形,滑體物質(zhì)以黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土為主,根據(jù)調(diào)查該體在1978年夏季又出現(xiàn)了較大滑動,前緣沖出溝口,壓沒了十幾間民房,但根據(jù)剖面檢算,目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。

Ⅲ-4區(qū)：位于Ⅰ-2區(qū)前緣東北側(cè)部分。Ⅰ-2區(qū)前緣在該范圍堆積于三級階地上。該區(qū)域長約300 m,寬約150 m,滑體物質(zhì)以黏質(zhì)黃土、風(fēng)化泥巖為主,滑坡規(guī)模較小,滑體堆積于一、二級階地上,滑坡規(guī)模較小,處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

Ⅲ-5區(qū)：位于Ⅰ-2區(qū)前緣北側(cè)部分,該區(qū)域長約800 m,寬約200 m,呈不規(guī)則的條形,堆積體物質(zhì)以黏質(zhì)黃土、風(fēng)化泥巖為主,主要滑動方向為向溝心的滑動,后緣陡直,前緣占壓溝谷,其特征類似于錯落體,滑坡體坡面較平緩,出現(xiàn)再次滑動的可能性很小。

3.2 滑坡形成的原因分析

(1)特殊的地層結(jié)構(gòu)

秦安附近新生代地層極其發(fā)育,第三、第四系廣布于地表,第四系地層以黏質(zhì)黃土、砂質(zhì)黃土為主,質(zhì)地疏松多孔,垂直節(jié)理發(fā)育,透水性好,濕陷性強(qiáng),其下部的第三系泥巖隔水性好,風(fēng)化嚴(yán)重,由于經(jīng)受長期剝蝕也很不平整,因此在黃土和泥巖界面或泥巖風(fēng)化層中容易形成滑動面。

(2)特殊的地質(zhì)構(gòu)造位置

王家墩滑坡區(qū)位于天(水)禮(縣)盆地的北部,構(gòu)造較為發(fā)育,特別是晚第三紀(jì)以來,區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動較為活躍,使黃土與第三系泥巖接觸面起伏不平,從地貌上形成了不穩(wěn)定的斜坡地貌,黃土梁峁被侵蝕切割,形成陡坡深溝,加之該時期地震活動頻繁,使山體失去平衡,導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。

(3)地震活動頻繁

根據(jù)國家地震局劃分的地震區(qū)帶,天水—秦安屬青藏高原東北部地震區(qū)的天水—蘭州地震帶,為強(qiáng)度大、頻度高的地震帶。區(qū)內(nèi)斷裂及褶皺均較發(fā)育,尤其是晚第四紀(jì)以來斷裂活動顯著,在有史料記載以來,區(qū)內(nèi)發(fā)生的最大地震震級達(dá)8.2級。

(4)地下水及集中降雨

地表調(diào)查發(fā)現(xiàn),滑坡區(qū)后緣和前緣共有八處泉水出露點,雖水量不大,但四季不干；鉆探揭示,鉆孔中的水呈不連續(xù)的點、片狀分布,未形成連續(xù)的含水層,但在強(qiáng)降雨等因素的影響下,淺表黃土指向沖溝的局部滑動的可能性較大。據(jù)收集的氣象資料,秦安縣年平均降雨量為448.8 mm,年最大713.1 mm,一次最大94.1 mm,連續(xù)17 d。但在歷史上,依據(jù)《天水市志》氣象性自然災(zāi)害的記載“秦州大雨傾盆,山水泛濫,沖入城內(nèi),淹沒農(nóng)舍”的現(xiàn)象也時有發(fā)生。

4 結(jié)論及工程地質(zhì)選線建議

王家墩滑坡為一巨型切層古滑坡,滑坡發(fā)育范圍大,次生滑坡發(fā)育,整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài),線路無法完全繞避時,工程地質(zhì)選線時應(yīng)繞避不穩(wěn)定的地段,選擇在穩(wěn)定的地段通過。

從滑坡穩(wěn)定性分區(qū)看,Ⅰ-1區(qū)、Ⅱ-1區(qū),位于滑坡體后緣,分布位置高,滑面所在高程大,工程選線基本不涉及這兩個區(qū)域。

Ⅰ-2區(qū),前緣壓在二級階地上,二級階地基座高程約1 220 m,線路若由此區(qū)域通過,則須調(diào)整坡度,軌面高程應(yīng)在1 220 m以下,并采取加固措施。

Ⅱ-2區(qū),為滑坡體堆積區(qū),類似于洪積扇,處于穩(wěn)定狀態(tài),線路方案可以選擇適當(dāng)?shù)奈恢猛ㄟ^。

Ⅱ-3區(qū),位于斜坡地段,滑面高,下部泥巖厚度大,巖體完整,隧道可從滑面下部較深位置通過。

Ⅲ區(qū)為次生滑坡發(fā)育區(qū)。Ⅲ-1、2區(qū)穩(wěn)定性較差,線路通過應(yīng)采取防護(hù)措施；Ⅲ-3區(qū),滑坡主軸基本垂直于線路走向,滑體堆積于一、二、三級階地,高程差異大,線路方案可選擇在三級階地下部通過,通過一、二級階地范圍應(yīng)采取加固措施；Ⅲ-4、5區(qū)在高階地上發(fā)育,滑面位置較高,線路可選擇在滑面以下穩(wěn)定的泥巖中通過。

[1]中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.王家墩滑坡工程地質(zhì)勘察報告[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,2010

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