神木縣斜坡體結(jié)構(gòu)類型與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

杜江麗,李永紅，姚超偉，劉海南，仵撥云，彭捷

(陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，西安 710054)

神木縣斜坡體結(jié)構(gòu)類型與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

杜江麗,李永紅，姚超偉，劉海南，仵撥云，彭捷

(陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，西安 710054)

巖土體是斜坡體的重要物質(zhì)組成，與地質(zhì)災(zāi)害的形成關(guān)系密切。神木縣境內(nèi)的巖土體主要有砂質(zhì)泥巖夾砂巖碎屑巖、砂泥巖互層碎屑巖、泥巖組、多層土體、風(fēng)成黃土單層土體、風(fēng)成中細沙單層土體這6種，這些巖組構(gòu)成了5種不同的斜坡體結(jié)構(gòu)類型，進而引發(fā)不同的地質(zhì)災(zāi)害，土巖雙層結(jié)構(gòu)、巖體單層及土體單層結(jié)構(gòu)多發(fā)生崩塌災(zāi)害，土粘土巖雙層結(jié)構(gòu)多發(fā)生滑坡災(zāi)害，土巖多層結(jié)構(gòu)多發(fā)生地面塌陷；根據(jù)不同的巖土體結(jié)構(gòu)類型引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害特點，研究其與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)聯(lián)性，并進一步研究陜北地區(qū)崩塌、滑坡、地面塌陷的形成機理，最后提出相應(yīng)的治理措施，這對陜西省乃至全國正在實施的地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查項目有一定的指導(dǎo)意義。

斜坡體結(jié)構(gòu)類型；地質(zhì)災(zāi)害；防治措施；神木縣

巖土體是地質(zhì)災(zāi)害、工程建設(shè)的重要載體的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。巖土體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、空間分布與產(chǎn)出狀態(tài)等，在一定外動力作用下，與地質(zhì)災(zāi)害的形成有著密切的關(guān)系，是誘發(fā)地發(fā)質(zhì)災(zāi)害的重要因素之一，同時斜坡體結(jié)構(gòu)類型不同、人類工程活動方式不同，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的類型也不盡相同。本文依托于神木縣地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查項目[2]，研究斜坡巖土體結(jié)構(gòu)類型與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)聯(lián)性，旨在為研究陜北地區(qū)崩塌、滑坡、地面塌陷的形成機理，進一步達到針對不同的巖土體類型實施不同的治理工程的目的。

神木縣位于陜西省北部的毛烏素沙漠與黃土高原交界處，東西長95 km，南北寬141 km，面積7 635 km2。區(qū)內(nèi)煤炭開采強度大[3]，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。據(jù)本次野外調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計，地質(zhì)災(zāi)害隱患點224處，其中崩塌166處、滑坡30處、地面塌陷28處，崩塌、滑坡均為自然因素引發(fā)或人類建房、修路開挖坡體引發(fā)的，煤礦開發(fā)引發(fā)的崩塌、滑坡災(zāi)害發(fā)育較少，且無威脅對象。

1 研究區(qū)巖土體類型

神木縣境內(nèi)巖土體按巖石強度、結(jié)構(gòu)類型、建造類型等劃分為巖體和土體，依據(jù)巖石的物理學(xué)性質(zhì)及

完整性、堅硬程度及巖性等特征，可進一步劃分出6個工程地質(zhì)巖組(表1、圖1)。

1.1 層狀半堅硬砂質(zhì)泥巖夾砂巖碎屑巖組

主要為三疊系中統(tǒng)紙坊組巖石。主要出露于萬鎮(zhèn)以北的黃河及沙峁以南的窟野河沿岸，呈帶狀分布，其下部為長石砂巖加少量砂質(zhì)泥巖。上部為砂質(zhì)泥巖、泥巖、長石砂巖、且以泥巖為主。該類巖體多為巨厚層狀，且節(jié)理裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生崩塌災(zāi)害。

1.2 層狀堅硬—半堅硬砂泥互層碎屑巖組

由東南到西北沿深切溝谷及河谷兩岸呈帶狀出露，由侏羅系下統(tǒng)富縣組、中下統(tǒng)延安組及白堊系下統(tǒng)洛河組砂巖、砂泥巖、泥巖組成。由于有泥頁巖及煤等軟弱巖層存在，使得整個巖體抗剪強度降低。尤其在雨季，雨水下滲，地下水位上升浸泡易形成崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。值得指出的是由于所處沉積環(huán)境的不同，砂泥含量之比各地有差異，因此巖體強度各地亦不相同。

1.3 層狀較軟弱泥巖組

除沙漠灘地區(qū)外，其他地區(qū)廣泛分布，多見于溝腦及沖溝中上游斜坡處，為上新統(tǒng)三趾馬紅土層。巖性為棕黃、棕紅色泥巖，局部地段夾有細砂，層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)疏松或半泥質(zhì)膠結(jié)，強度低，抗水性差，易軟化和泥化。

1.4 卵礫石、中粗砂、黃土狀土多層土體

主要為第四紀沖積、洪積物，出露于黃河及較大支流沿岸。下部為灰色卵礫石，上部為灰白、灰黃色中粗砂、中細砂及黃土，水平層理發(fā)育，礫石大小混雜，成分為石英巖、大理巖及灰?guī)r，層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較松散，透水性好，穩(wěn)定性差。部分地區(qū)的沖洪積層厚度達5 m以上，形成陡坎，易于產(chǎn)生崩塌、滑坡災(zāi)害。

1.5 風(fēng)成黃土單層土體

主要為離石及馬蘭黃土，廣泛分布于黃土梁峁區(qū)，披蓋在梁峁中上部、坡面及階地的表面，除沙漠灘地區(qū)外，區(qū)內(nèi)各處幾乎隨處可見。為單層土體夾多層古土壤層，層理不發(fā)育，土體結(jié)構(gòu)均勻、致密，孔隙度較小，具微濕陷性。由于所處地貌部位及其所夾土壤層，決定其極易形成黃土崩塌及滑坡。

1.6 風(fēng)成中細沙單層土體

主要為現(xiàn)代風(fēng)積層，分布于西北部沙漠灘地區(qū)，北部梁峁頂部低洼處亦有分布，構(gòu)成毛烏素沙漠東南邊緣。由淺黃、褐黃色中細沙及粉細沙構(gòu)成，土體結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)地均一松散，孔隙度較大，但由于地勢低平未受構(gòu)造運動的破壞，不易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

2 斜坡巖土體結(jié)構(gòu)

巖土體特征是斜坡變形破壞的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對崩塌、滑坡的活動具有決定性作用。巖性堅硬、結(jié)構(gòu)完整、抗剪強度大、抗風(fēng)化能力強的巖石，斜坡整體性好，不容易發(fā)生變形破壞[4-5]，如縣境內(nèi)出露的白堊系砂巖斜坡變形較少。相反巖性松軟、結(jié)構(gòu)不完整，特別是裂隙發(fā)育，存在軟弱夾層時，斜坡容易變形失穩(wěn)，縣境內(nèi)侏羅系、三疊系砂泥巖和第四系黃土大都屬于這種情況。

神木縣斜坡體按巖層結(jié)構(gòu)主要分為單層結(jié)構(gòu)和雙層結(jié)構(gòu)，組合關(guān)系有土巖(粘性土+砂泥巖)雙層結(jié)構(gòu)、土粘土巖(粘性土+紅粘土)雙層結(jié)構(gòu)與巖體(砂泥巖)單層結(jié)構(gòu)、土體(粘性土)單層結(jié)構(gòu)、土巖多層結(jié)構(gòu)等五種類型，見圖2、表2。

從圖上可以看出，組成滑坡的巖土體類型為土巖雙層結(jié)構(gòu)、土粘土巖雙層結(jié)構(gòu)、土體單層結(jié)構(gòu)等三種，無巖質(zhì)滑坡；組成崩塌的巖土體類型有上述五種情況；而地面塌陷影響范圍內(nèi)均為土巖多層結(jié)構(gòu)。

3 斜坡巖土體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

3.1 土巖雙層結(jié)構(gòu)斜坡體與崩塌災(zāi)害的關(guān)系

這類斜坡體在神木縣黃土梁峁深切的溝谷中廣布，此類巖土體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)災(zāi)害主要為崩塌，一般上伏中上更新統(tǒng)黃土、下部為三疊系、侏羅系、白堊系的砂泥巖地層。由于黃土節(jié)理發(fā)育，下部砂泥巖風(fēng)化差異強烈，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時表現(xiàn)為下部以崩塌為主，上部以滑塌為主，崩塌物質(zhì)多為土體和巖體(圖3)。

3.2 土粘、土巖雙層結(jié)構(gòu)斜坡體與滑坡災(zāi)害的關(guān)系

這類斜坡體在神木縣黃土梁峁溝谷的中上部發(fā)育，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的224處地質(zhì)災(zāi)害點，有18處災(zāi)點的巖體結(jié)構(gòu)屬于土體+粘土巖，斜坡體上部為中上更新統(tǒng)黃土，下部坡腳為新近系紅粘土，由于紅粘土隔水性能較好，上部土體接受大氣降水后轉(zhuǎn)為黃土孔隙裂隙水下滲至二者之間易形成軟弱結(jié)構(gòu)面(圖4)，土體易沿土巖面發(fā)生滑動，同時下部粘土巖具有一定的脹縮性，反復(fù)脹縮后其力學(xué)性質(zhì)降低，在自重等外營力的作用下也易發(fā)生規(guī)模不等的剝墜落，威脅坡腳下方生命財產(chǎn)的安全。

3.3 巖體單層結(jié)構(gòu)斜坡體與崩塌災(zāi)害的關(guān)系

這類斜坡體在神木縣均發(fā)育為崩塌災(zāi)害，本次調(diào)查共有80處災(zāi)點屬于巖體單層結(jié)構(gòu)，主要是人為的削坡建房、修建公路等造成，坡體一般是由三疊系、侏羅系、白堊系的砂巖或砂泥巖互層的碎屑巖組成，這些碎屑巖風(fēng)化差異較強烈，災(zāi)害發(fā)生時表現(xiàn)為中小型的崩塌。

三疊系、侏羅系、白堊系出露的巖性軟弱區(qū)或軟硬相間巖層區(qū)，具有碎屑巖建造的特征，崩塌、滑坡等斜坡地質(zhì)災(zāi)害成片發(fā)育，災(zāi)害主要分布于軟弱巖層區(qū)或軟硬互層地區(qū)。如泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等，這些巖層粘土含量較高，易于風(fēng)化和遇水后易軟化，巖石強度低，在一定條件下，易產(chǎn)生災(zāi)害。同時泥巖、砂巖的差異風(fēng)化，常常造成斜坡體局部地段呈為負坡，坡頂上方的硬度相對較大的砂巖臨空或在裂隙面的作用下，塊裂成危巖體，在自重和卸荷裂隙作用下也易失穩(wěn)，成為崩塌災(zāi)害(圖5)。

3.4 土體單層結(jié)構(gòu)斜坡體與崩塌災(zāi)害的關(guān)系

神木縣黃土丘陵區(qū)中上更新統(tǒng)黃土廣布，土體厚度不等，以粘土、粉土組成，夾有多層古土壤層和鈣質(zhì)結(jié)核。上更新統(tǒng)黃土披覆于下更新統(tǒng)黃土之上，成分以粉土為主，粉砂質(zhì)含量較高，粘土顆粒含量很低，多見大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松，顆粒間聯(lián)結(jié)力差，手捻即碎，強度低；下更新統(tǒng)黃土成分以黃土質(zhì)粉土為主，粘粒含量較上部黃土明顯增加，具大孔隙，土質(zhì)較密實、堅硬(圖6)。

陜北地區(qū)的黃土在干燥情況下，強度較高，直立性好，而浸水時則易發(fā)生濕陷變形及崩解，抗剪強度大幅度降低；黃土中節(jié)理是土體經(jīng)風(fēng)化作用張開、加寬和擴寬而形成的，若遇冰凍、脹裂等作用后呈柱狀或碎塊狀，若因溫差變化則形成板片或小塊，因此這些節(jié)理是導(dǎo)致黃土滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的潛在地質(zhì)因素；黃土中的節(jié)理面、中上更統(tǒng)黃土層接觸面或黃土與古土壤接觸帶是斜坡變形的主要軟弱結(jié)構(gòu)面。神木縣土體屬單層結(jié)構(gòu)的地質(zhì)災(zāi)害主要是崩塌，共54處。

3.5 土巖多層結(jié)構(gòu)斜坡體與地面塌陷的關(guān)系

這邊坡體在神木縣多發(fā)生地面塌陷災(zāi)害，本次調(diào)查共有30處。地面塌陷主要是由于侏羅系煤層開采后，形成大面積采空，使其天然應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，圍巖強度不足以抵抗上覆巖土體的重力，頂板巖層產(chǎn)生向下的彎曲和移動，進而產(chǎn)生斷裂、破碎并相繼冒落，最終形成地面塌陷和地裂縫[10-11]。

神木縣地面塌陷區(qū)巖土體類型均為多層結(jié)構(gòu)，一般由上而下為第四系黃土(圖7)、新近系紅粘土、侏羅系與三疊系砂泥巖互層等.

4 地質(zhì)災(zāi)害防治措施

神木縣位于陜西省北部的毛烏素沙漠與黃土高原交界處，根據(jù)調(diào)查，其坡體的巖土體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)災(zāi)害類型在陜北地區(qū)普遍存在，具有代表性。因此對神木縣地質(zhì)災(zāi)害提出的防治措施可供陜北其他地區(qū)災(zāi)害防治參考。

4.1 崩塌防治措施

崩塌災(zāi)害主要有兩種斜坡結(jié)構(gòu)，一種是巖體單層結(jié)構(gòu)坡體，另外一種是土巖雙層結(jié)構(gòu)坡體。對于巖體單層結(jié)構(gòu)的坡體，可采用掛柔性防護網(wǎng)錨噴技術(shù)，同時配合地表排水工程以及坡腳攔擋工程[6-7]；對于土巖雙層結(jié)構(gòu)的坡體，對于上部土體坡面可削為臺階式坡面，并加入坡面排水工程及種草。具體崩塌防治措施可根據(jù)其危害性、經(jīng)濟性等不同而采取不同的方法搭配治理。

4.2 滑坡防治措施

滑坡災(zāi)害主要發(fā)生于土粘、土巖雙層結(jié)構(gòu)坡體，少數(shù)發(fā)生于土體單層結(jié)構(gòu)坡體。對于土粘、土巖雙結(jié)構(gòu)的坡體，可采用削方減載、抗滑樁、坡面排水、坡腳攔擋等措施進行防治；對于土體單層的坡體，可采用地表排水、削方減載、格構(gòu)錨固、種植花草等措施防治[7-9]。

4.3 地面塌陷防治措施

地面塌陷主要發(fā)生于土巖多層結(jié)構(gòu)的坡體。根據(jù)神木縣地面塌陷形成的機理，采取不同的方法進行防治。對于已形成的塌陷坑可采取回填、整平、綠化等方式綜合治理，對于尚未形成的塌陷坑的地面塌陷，可采用注漿、爆破等方法治理[10-12]。

5 結(jié)論

(1) 神木縣的地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類型關(guān)系密切，侵蝕切割較深地區(qū)由于基巖出露以巖質(zhì)崩塌為主，侵蝕較輕地區(qū)以黃土崩塌和滑坡為主。

(2) 神木縣境內(nèi)巖土體分為6個工程地質(zhì)巖組，層狀半堅硬砂質(zhì)泥巖夾砂巖碎屑巖，層狀堅硬-半堅硬砂泥巖互層碎屑巖，層狀較軟弱泥巖組，卵礫石、中粗砂、黃土狀土多層土體，風(fēng)成黃土單層土體、風(fēng)成中細沙單層土體。

(3) 神木縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的斜坡體有5種不同的結(jié)構(gòu)類型，土巖雙層結(jié)構(gòu)、土粘土巖雙層結(jié)構(gòu)、巖體單層結(jié)構(gòu)、土體單層結(jié)構(gòu)、土巖雙層結(jié)構(gòu)。

(4) 土巖雙層結(jié)構(gòu)的斜坡體多發(fā)生崩塌災(zāi)害，土粘土巖雙層結(jié)構(gòu)的斜坡體多發(fā)生崩塌和滑坡災(zāi)害，巖體單層結(jié)構(gòu)的斜坡體均發(fā)生崩塌災(zāi)害，土體單層的斜坡體多發(fā)生崩塌和滑坡災(zāi)害，土巖多層結(jié)構(gòu)的斜坡體多發(fā)生崩塌和地面塌陷災(zāi)害。

(5) 根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的不同類型，提出了不同的防治措施，為神木縣或陜北地區(qū)治理地質(zhì)災(zāi)害提供參考依據(jù)。

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THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SLOPE STRUCTURE TY

DU Jiang-li,LI Yong-hong,YAO Chao-wei,LIU Hai-nan WU Bo-yun,Peng Jie

(Shaanxi Institute of Geo-Environment Monitoring, Xian, Shaanxi 710054,China)

The rock-mass is an important composition of the slope ,and closely associated with the formation of geological hazards, After field investigation, the rock-mass is divided into six main engineering geological strata in Shenmu County, sandy mudstone folder sandstone detrital rock, sand shale interbed of clastic rock and mudstone, multi-layer soil, eolian loess layer in the soil, aeolian sand soil layer; These kinds of petrofabric constitute five different types of slope structure,and causing different geological hazards. Soil-rock double layer structure 、soil- mass single layer structure and rock-mass single layer structure usually occur collapse disasters, soil clay rock double layer structure and often occur landslide, rock-soil multilayer structure tend to occur ground collapse; According to characteristics of the geological disasters caused by different on the types of slope rock mass, studies the relationship between the structure type of slope rock and the geological disasters and the formation mechanism of collapse, landslide, and ground collapse in north of shaanxi, puts forward some corresponding control measures.This research has a certain guiding significance to the detailed investigation of geological disasters taking place in shaanxi province and even the whole country.

the models of slope structure; geological disasters; the prevention and control measures；Shenmu county

1006-4362(2015)04-0046-06

2015-09-03改回日期：2015-10-15

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展(973)計劃(2013CB227901)；陜西省公益性地質(zhì)調(diào)查項目(陜地調(diào)院發(fā)〔2014〕33號文)資助

P694;X141

A

杜江麗(1985- )，女，碩士，助理工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治工作。E-mail：djl0913@126.com