西寧市北山地區(qū)林家崖滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析

魏剛，殷志強，史立群，袁材棟，趙無忌

1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海西寧810007；2.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京100081；3.中國地質(zhì)大學，北京100083

西寧市北山地區(qū)林家崖滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析

魏剛1，殷志強2，史立群1，袁材棟1，趙無忌3

1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海西寧810007；2.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京100081；3.中國地質(zhì)大學，北京100083

西寧市北山地區(qū)位于地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)，尤其是大寺溝至王家莊段是西寧市特大型地質(zhì)災害群中災害隱患最多、最嚴重、最危險的區(qū)段.在分析該區(qū)段滑坡總體特征的基礎(chǔ)上，以林家崖滑坡群為研究對象，分析了該滑坡群的空間形態(tài)特征、物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征，并選擇折線形滑動模型和3種不同工況對其穩(wěn)定性進行了計算，最后對滑坡群進行了穩(wěn)定性評價.認為：1）北山大寺溝至王家莊段共發(fā)育崩塌危巖31處，大型滑坡體4處，大型泥石流溝2條；2）林家崖滑坡群滑體主要以崩積物為主，物質(zhì)組分為粉質(zhì)黏土夾碎塊石；3）受地形地貌、地層巖性、降雨制約和人類工程活動影響，滑坡群目前整體處于等速變形階段，應加強治理，防止變形進一步加劇.研究成果將為該地區(qū)嚴重的地質(zhì)災害防治提供基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù).

林家崖滑坡群；穩(wěn)定性分析；地質(zhì)災害；變形；西寧市

青海省西寧市地處青藏高原與隴西黃土高原過渡帶內(nèi)的湟水谷地帶，受高原構(gòu)造隆升和流水侵蝕下切作用的共同影響，谷地帶兩側(cè)高階地及低山丘陵前緣形成了高差100余米，坡度達60～90°的高陡斜坡［1-4］.同時由于構(gòu)成斜坡巖體結(jié)構(gòu)強度低，遇水易崩解、軟化，西寧市沿湟水岸坡帶崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害十分發(fā)育［5-6］，是我國省會城市地質(zhì)災害隱患最為嚴重的城市之一.近年來，受全球氣候環(huán)境的影響，西寧市年降水量、氣溫在逐年增加與升高，對含鹽較高的西寧市周邊高陡斜坡穩(wěn)定性帶來了更大的威脅，誘發(fā)了多起嚴重的地質(zhì)災害事件.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，西寧市現(xiàn)有地質(zhì)災害（隱患）點114處，其中崩塌48處，滑坡28處，泥石流38條［7-8］.位于北山地區(qū)的林家崖滑坡群受坡體巖土體性質(zhì)、斜坡坡度和人類工程活動等影響，對周邊居民區(qū)以及交通干線產(chǎn)生嚴重威脅.文章以西寧市北山地區(qū)的林家崖滑坡群為研究對象，在野外調(diào)查、遙感解譯和室內(nèi)模擬的基礎(chǔ)上，分析林家崖滑坡群的發(fā)育特征，并對其穩(wěn)定性進行評價，以期為西寧市科技防災減災提供基礎(chǔ)資料和技術(shù)支撐.

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

西寧市北山地區(qū)地貌類型為黃土丘陵區(qū)、崩坡積區(qū)和河谷平原區(qū).地勢北高南低，最低海拔2200 m，最高海拔2800 m，最大高差達600 m，地形切割強烈，溝壑縱橫，支離破碎，溝谷多呈“V”字形，溝谷縱坡60‰～350‰.受新構(gòu)造運動垂直差異升降控制，地形地貌相對高差達150～200 m，地形坡度達35～47°，且上陡下緩，發(fā)生變形破壞的幾率高，也為滑坡的形成發(fā)育提供了臨空條件［9-10］.滑坡區(qū)巖性主要由古近系—新近系紅色泥巖、砂巖和石膏巖及上覆黃土組成［11］（圖1），且對含水量變化極為敏感，為區(qū)內(nèi)的主要易滑地層.研究區(qū)在大地構(gòu)造上屬祁連加里東褶皺系祁連中間隆起帶，經(jīng)燕山晚期振蕩運動，形成西寧盆地中—新生代的紅色含鹽碎屑巖建造，受新構(gòu)造運動影響形成近東西向褶皺帶.間歇性的上升運動導致湟水強烈下切，形成了多級寬闊階地［12］，并在北山斜坡前緣形成了高陡斜坡，同時為滑坡、危巖（崩塌）的形成提供了臨空條件.

圖1 西寧北山地層巖性與地質(zhì)災害點分布圖Fig.1 The lithology and distribution of geological hazards in Beishan area,Xining

根據(jù)西寧市氣象站資料，該地區(qū)多年平均降水量為369.1 mm，且主要集中在6～9月份，占年降水量的80%以上，而滑坡的變形多發(fā)生在雨季.鑒于滑坡區(qū)土體滲透性強，裂縫發(fā)育，降水極易滲入滑體，滑坡受降水入滲的影響，造成土體及部分泥巖、石膏塊軟化與崩解，從而使土體物理力學性質(zhì)發(fā)生改變，最終導致滑坡穩(wěn)定性降低.

1987年在滑坡區(qū)修建了通往電視發(fā)射塔的泮子山公路.修筑中由于開挖邊坡而形成臨空，而未進行有效的支擋防護.同時該地區(qū)的綠化灌溉、輸水管道漏水等是淺層滑坡的主要誘發(fā)因素.

2 林家崖滑坡發(fā)育特征

西寧市北山大寺溝至王家莊段災害區(qū)東西長2.8 km，南北寬約3.61 km，是北山地區(qū)地質(zhì)災害地段中災害隱患最多、最嚴重、最危險的區(qū)段.主要包括31處崩塌危巖（大寺溝4處、林家崖14處、一顆印3處、路家莊6處、王家莊4處），4處大型滑坡（大寺溝東滑坡、林家崖滑坡、一顆印滑坡、王家莊滑坡），1處中型滑坡（路家莊滑坡），2條大型泥石流（大西溝泥石流、小西溝泥石流），1條中型泥石流（王家莊泥石流）（表1）.筆者選取危害最嚴重的林家崖滑坡進行發(fā)育特征和穩(wěn)定性研究.

2.1 滑坡形態(tài)特征

圖2 林家崖滑坡群平面分布圖Fig.2 Distribution map of the Linjiaya landslide group

林家崖滑坡地處低山丘陵前緣之高陡斜坡地帶，滑坡以北為低山丘陵區(qū)，以南為湟水河谷區(qū)，由不同時期的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號老滑坡和多處新滑坡構(gòu)成滑坡群（圖2），整體屬推移式滑坡.滑坡群西起廟溝溝口，東至小西溝溝口，滑體平均長298 m，平均寬198.1 m，總體平面形態(tài)呈不規(guī)則扇形，滑動區(qū)面積18×104m2，體積約320×104m3，主滑方向215°，屬大型滑坡［13］.除滑坡外，在林家崖滑坡區(qū)還分布著大小危巖體14塊，總體積為6.01×104m3.3處老滑坡的基本發(fā)育特征如下.

表1 北山地區(qū)大寺溝至王家莊地質(zhì)災害統(tǒng)計表Table 1 Statistics of geological hazards in Dasi gou-W angjiazhuang of Beishan area

Ⅰ號滑坡：分為Ⅰ1號滑坡和Ⅰ2號危巖崩塌區(qū)，位于廟溝東側(cè).總體地形坡度較陡，為31°，最陡處位于滑體后緣，達40～47°，中部和前緣較緩.滑坡體東西兩側(cè)邊界由沖溝控制，沖溝切割深度0.5～2.3 m.北側(cè)后壁發(fā)育不連續(xù)，高1.4～36.2 m.泮子山公路橫穿滑坡體，綠化灌溉用輸水管道縱貫南北.滑坡體平均長277.3 m，前緣寬320 m，中部及后部寬分別為230、146 m，平均寬172.2 m，整體平面形態(tài)呈古鐘形.滑動體積約151×104m3，主滑動方向為222°.

Ⅱ號滑坡：位于Ⅰ號滑坡東側(cè)，總體地形坡度較陡，為25°，最陡處位于滑體后緣，達40°，中部和前緣較緩.滑坡體東西兩側(cè)邊界由沖溝控制，沖溝切割深度0.4～6.7 m.北側(cè)后壁高陡，高約33 m.泮子山公路橫穿滑坡體，綠化灌溉用輸水管道縱貫南北.滑坡體前緣有居民點13戶，前緣人為活動頻繁，滑體被開挖成階梯狀，并可見一廢棄的蓄水池.滑體平均長304.7 m，平均寬149.5 m，總體平面形態(tài)呈舌形.滑動體積約85× 104m3，主滑動方向為202°.

Ⅲ號滑坡：位于小西溝西側(cè)，總體地形坡度較陡，為29°，地表起伏不平，最陡處位于滑體后緣，達45°，中部和前緣較緩.滑坡體東西兩側(cè)邊界由沖溝控制，沖溝切割深度0.2～9.2 m.泮子山公路盤旋滑坡體而上，綠化灌溉用輸水管道縱貫南北.滑坡體前緣有居民點70戶，人為活動頻繁、強烈，坡腳人工開挖嚴重，且建有大量的建筑物，呈階梯狀排布.滑坡體中部和前緣有泉出露，為下降泉.

2.2 滑坡體物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

林家崖滑坡產(chǎn)生于以崩積物為主的地層中，坡體成分主要為粉質(zhì)黏土夾碎塊石，碎塊石成分為石膏巖和泥巖，因各滑坡均處在同一地貌單元，故滑坡體物質(zhì)結(jié)構(gòu)基本一致.新、老滑坡物質(zhì)成分相同，為粉質(zhì)黏土夾石膏碎塊.粉質(zhì)黏土呈暗紅色，稍濕，稍密，硬塑至可塑狀，石膏碎塊為灰白色、灰綠色，呈棱角狀，堅硬—半堅硬狀.粒徑一般0.5～24 cm，最大可見粒徑達1~3 m，含量約占25%.另有約5%的漂石夾雜其間，漂石的母巖成分多為砂巖、石英巖，磨圓度較好，粉質(zhì)黏土含量約占70%.老滑帶位于第四系松散堆積層與古近系泥巖、石膏互層的接觸部位.組成滑帶土的物質(zhì)成分為粉質(zhì)黏土夾石膏碎塊，粉質(zhì)黏土呈暗紅色，很濕，稍密，可塑—軟塑狀.石膏碎塊為灰白色、灰綠色，呈棱角狀、扁平狀，粒徑一般0.5～2 cm，含量10%～20%.石膏碎塊長軸沿坡向呈定向排列（圖3）.

圖3 林家崖滑坡地貌剖面圖Fig.3 Geomorphic profile of the Linjiaya landslide

滑床巖性主要為泥巖、泥巖與泥質(zhì)石膏巖互層.巖層產(chǎn)狀水平.泥巖呈紫紅色，自下而上由深變淺，稍濕，致密，堅硬，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、層狀構(gòu)造，單層厚度0.3～5.0 m，為厚層—巨厚層狀.石膏呈灰綠色，稍濕，致密，堅硬，塊狀、層狀構(gòu)造，單層厚度10～20 cm，為薄—中厚層狀，粒度自下而上呈現(xiàn)粗—細—粗的變化規(guī)律.滑床表層巖體受滑坡滑動影響，巖體拉裂、破碎，裂隙發(fā)育，裂隙間多充填經(jīng)水解重結(jié)晶的石膏脈，該層強風化厚度5～10 m.

2.3 滑坡巖土力學性質(zhì)

1）滑體：組成林家崖I號滑坡滑體的主要物質(zhì)成分為粉質(zhì)黏土夾石膏碎塊.通過采取原狀土樣進行室內(nèi)土工試驗，其物理力學性能指標見表2.

表2 林家崖滑坡滑體土物理性質(zhì)統(tǒng)計表Table 2 Statistics of soil physical properties of Linjiaya landslide mass

2）滑帶：組成林家崖滑帶土的物質(zhì)成份為粉質(zhì)粘土夾石膏碎塊，由于滑帶土中含有石膏碎塊，其抗剪強度試驗結(jié)果離散性大，變異性高，但其抗剪強度值與含水量有一定的相關(guān)性，隨著含水量的增大，內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角都有逐漸減小的趨勢.

3）滑床：滑床巖性為泥巖夾石膏巖構(gòu)成，巖層產(chǎn)狀平緩，節(jié)理裂隙發(fā)育.泥巖堅硬，天然狀態(tài)下抗壓強度一般在1.98～6.05 MPa之間，抗拉強度在0.10～1.29 MPa之間；石膏巖干燥、堅硬，天然抗壓強度與抗拉強度分別為11.26 MPa和1.57 MPa，力學強度明顯高于泥巖.

3 林家崖滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡變形宏觀分析

筆者通過現(xiàn)場滑坡地面調(diào)查、測繪后發(fā)現(xiàn)，林家崖滑坡群每個滑坡體中部及后部地面裂縫發(fā)育且成群出現(xiàn)，多為拉張裂縫，一般長2.5～23.4 m，寬5～83 cm，最大可見深度147 cm.根據(jù)滑坡群上布設(shè)的24處永久性水泥墩監(jiān)測點全站儀每月一次的監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號滑坡體的中、后緣變形量均較大，且Ⅰ號滑坡體中、后緣變形量比Ⅱ、Ⅲ號較大，Ⅰ號滑坡體前緣變形量相對Ⅱ、Ⅲ號滑坡體小，Ⅱ、Ⅲ號滑坡體整體均有變化.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號滑坡體的水平位移量均大于垂直位移量，滑坡整體處于等速變形階段，變形量從后緣—中部—前緣逐漸減少，目前已導致該段泮子山公路路基沉陷.2006～2012年間滑坡位移監(jiān)測結(jié)果見表3，林家崖Ⅰ號滑坡變形監(jiān)測結(jié)果見圖4.

表3 林家崖滑坡群2006～2012年位移監(jiān)測結(jié)果Table 3 Displacement monitoring results of the Linjiaya landslide group between 2006 and 2012

圖4 林家崖Ⅰ號滑坡變形監(jiān)測結(jié)果Fig.4 Deformation monitoring results of the Linjiaya landslideⅠ

3.2 滑坡穩(wěn)定性計算

根據(jù)滑坡的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、滑體的結(jié)構(gòu)特征判斷，該滑坡滑體在基巖接觸面上滑動，最可能產(chǎn)生折線型滑動［14］.根據(jù)現(xiàn)場槽探勘查成果，其滑動面也近于折線型，因此選擇折線型滑動法進行穩(wěn)定性計算，計算模型如下：

式中

Wi—第i條塊體重量（kN/m）；

Ci—第i條塊滑面上黏聚力（kPa）；

φi—第i條塊滑面上內(nèi)摩擦角（°）；Li—第i條塊滑面長度（m）；

αi—第i條塊滑面傾角（°），巖土體反傾時取負值；

A—地震加速度（重力加速度g）；

Fs—穩(wěn)定系數(shù)；

ψi—第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)（j=i）.

林家崖滑坡群滑體物質(zhì)組成為山前崩坡積物的松散堆積層，成分主要為含碎塊石粉質(zhì)黏土，性質(zhì)不均一，且各滑塊之間差異較大，致使試驗參數(shù)離散性較大.為了使計算更為切合實際，在具體取值時，根據(jù)各分區(qū)工程地質(zhì)特點，采用試驗值、經(jīng)驗值和反演參數(shù)三者相統(tǒng)一的原則進行考慮［15-16］.根據(jù)自重、自重+暴雨（或連續(xù)降雨）和自重+地震3種工況，筆者分別計算了林家崖滑坡群的穩(wěn)定性（表4）.

表4 林家崖滑坡群穩(wěn)定性計算表Table 4 Calculation results of stability of Linjiaya landslide group

根據(jù)表4的滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果，林家崖滑坡群中的3個滑坡體絕大部分處于不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡體的中、后部發(fā)育大量的地面裂縫，裂縫均屬于拉張裂縫，且裂縫多成群出現(xiàn)，主、次滑面已基本貫通，在強降雨和地震影響下，地面裂縫不斷加劇變形，3個滑坡均有可能隨時產(chǎn)生失穩(wěn)，出現(xiàn)整體滑動，且次級滑面的滑動可能性更大.建議采用削方卸載、回填反壓和前緣抗滑樁支擋的措施進行治理.

4 結(jié)論

本研究以西寧市北山地區(qū)的林家崖滑坡群為研究對象，在總結(jié)研究區(qū)地形地貌、地層巖性、活動構(gòu)造和人類工程活動的基礎(chǔ)上，分析了滑坡群的分布特征、巖土體組合類型，并對滑坡進行了穩(wěn)定性評價，主要認識如下：

1）西寧北山的大寺溝至王家莊段是西寧市特大型地質(zhì)災害群中災害隱患最多、最嚴重、最危險的區(qū)段，共發(fā)育崩塌危巖31處，大型滑坡體4處，大型泥石流溝2條.

2）研究區(qū)因新構(gòu)造差異性升降運動形成的高陡斜坡是滑坡形成主導內(nèi)部因素；地層強度低、受降水作用易軟化是滑坡發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)；相對集中且強烈的降水是誘發(fā)滑坡的主要因素；開挖修建公路、缺少支擋防護以及綠化灌溉、輸水管道漏水是滑坡活動加劇的外部誘發(fā)因素.

3）林家崖滑坡由不同時期的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號老滑坡和多處新滑坡組成，整體屬推移式滑坡.滑體平均長298 m，平均寬198.1 m，平面形態(tài)呈不規(guī)則扇形，體積約320× 104m3，主滑方向215°.

4）林家崖滑坡群主要發(fā)育于第四系松散堆積層與古近系泥巖、石膏互層的接觸部位，坡體成分為粉質(zhì)黏土夾碎塊石，滑床巖性主要為泥巖、泥巖與泥質(zhì)石膏巖互層.

5）林家崖滑坡群中的3個滑坡體絕大部分處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在強降雨和地震影響下，地面裂縫加劇變形的可能性大，建議采用削方卸載、回填反壓和前緣抗滑樁支擋的措施進行治理.

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THE DEVELOPMENT CHARACTERISTICS AND STABILITY ANALYSIS OF LINJIAYA LANDSLIDES IN BEISHAN REGION,XINING CITY

WEI Gang1,YIN Zhi-qiang2,SHI Li-qun1,YUAN Cai-dong1,ZHAO Wu-ji3
1.Qinghai Bureau of Environmental Geological Exploration,Xining 810007,China; 2.China Institute of Geo-Environment Monitoring,Beijing 100081,China;3.China University of Geosciences,Beijing 100083,China

The Beishan region in Xining City is located in the geological hazard-prone zone,in which the Dasigou-Wangjiazhuang area includes the most numerous,severe and dangerous geological disasters.Based on the overall characteristics of landslide in this region,taking Linjiaya landslide group for example,the authors analyze its space morphological characteristics,material composition and structural features,calculate the stability under three different operating conditions with folded line slide model,and finally assess its stability.It is concluded that:1)There are 31 collapse perilous rock bodies,4 large landslides and 2 large debris flow gullies in the Dasigou-Wangjiazhuang section;2) The Linjiaya landslide group mainly consists of colluvium of silty clay with clastic gravel;3)Influenced by the landform, lithology,rainfall and human activities,the Linjiaya landslide group at present is generally in a constant speed deformation phase,which should be effectively controlled to prevent further deformation.

Linjiaya landslide group;stability analysis;geological hazard;deformation;Xining City

1671-1947（2015）02-0146-06

P642.22；P694

A

2014－04－01；

2014-04-13.編輯：張哲．

國家自然科學基金（41372333）；國土資源部地質(zhì)調(diào)查項目（1212011220123）.

魏剛（1980—），男，主要從事滑坡災害穩(wěn)定性評價研究工作，通信地址青海省西寧市德令哈路278號，E-mail//weigang906@126.com