陜西地區(qū)山前緩坡帶黃土—砂泥巖接觸面滑坡發(fā)育特征及塔位選擇建議

宋世鑫，韓曉萌，岳英民

(中國能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

黃土滑坡是陜西地區(qū)常見的滑坡類型，按照滑坡區(qū)的地層結(jié)構(gòu)，一般分為黃土層內(nèi)滑坡、黃土—砂泥巖接觸面滑坡、黃土—砂泥巖接觸面順層滑坡和黃土—砂泥巖接觸面切層滑坡，黃土滑坡的劃分方法在滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防與治理的過程中被廣泛接受[1]。

黃土—砂泥巖接觸面滑坡一般指黃土沿著下伏砂泥巖接觸面滑動(dòng)的滑坡，在陜西地區(qū)廣泛發(fā)育，本文主要討論該區(qū)域山前緩坡地帶的該類型滑坡，該類型滑坡受地形及地層結(jié)構(gòu)控制，與其他類型的黃土滑坡有較大差異，一般具有滑面緩、滑速慢、前兆性弱等特點(diǎn)。該類型滑坡在空間分布上也受到地質(zhì)環(huán)境條件的控制，在銅川、西安藍(lán)田及渭南、寶雞西南部等地均有分布。在時(shí)間分布上由于該類型滑坡的形成機(jī)制受水的影響較大，一般多發(fā)生于雨季，近年來陜西降雨量的增多也使該類型滑坡呈現(xiàn)頻發(fā)態(tài)勢(shì)。

近些年關(guān)于黃土滑坡的研究較為廣泛，李同錄[2]等對(duì)黃土滑坡進(jìn)行了分類，胡廣韜、文寶萍等對(duì)該類型滑坡的機(jī)制進(jìn)行了探討[3-4]，但在堆積發(fā)育特征、形成因素等方面存在不同的認(rèn)識(shí)。輸電線路工程對(duì)該滑坡類型的發(fā)育特征研究仍屬于空白。

研究區(qū)黃土—砂泥巖接觸面滑坡在山前緩坡帶發(fā)育時(shí)地形相對(duì)較平緩，該類型滑坡運(yùn)動(dòng)過程一般以低速為主，前兆性不強(qiáng)，在輸電線路塔位選擇中往往誤認(rèn)為是理想的塔位。近年來由于陜西降雨量的增大，該類型滑坡發(fā)生的概率顯著增加。筆者近年來在研究區(qū)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害治理以及踏勘、塔基定位過程中，發(fā)現(xiàn)黃土—砂泥巖接觸面所造成輸電線路塔基受損及塔位選擇問題較為突出。本文在對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了大量調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的研究成果，分析該類型滑坡的形態(tài)特征及變形破壞特征，對(duì)陜西地區(qū)山前緩坡帶黃土—砂泥巖接觸面滑坡地段輸電線路勘測(cè)具有一定意義。

1 滑坡基本特征

1.1 形態(tài)特征

該類型滑坡的坡面坡度一般受山前緩坡帶原始地形坡度控制，坡度在15°～20°左右，多數(shù)呈現(xiàn)梯田或臺(tái)階地形式。一般在航片上觀察滑坡側(cè)邊界比較清晰，兩側(cè)剪切裂縫在地表較為明顯，后緣拉張裂縫受牽引式滑坡的影響，從滑坡中后部至后緣逐漸減少，滑坡后壁形態(tài)一般不規(guī)則甚至不清晰，滑坡體的中前部地表在滑動(dòng)作用下，地表錯(cuò)動(dòng)、擠壓變形跡象明顯。整體上，該類型滑坡坡面呈現(xiàn)略微下凹的形態(tài)。

1.2 滑體及滑床的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

該類型滑坡地表坡度較小，滑體厚度受滑面控制，一般5～15 m 不等，滑體中前部厚度較為平均，向后部逐步縮減?；w多為黃土構(gòu)成，滑體中前部在底部滑面附近有薄層強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖。該地區(qū)黃土巖性一般為粉質(zhì)黏土，垂直節(jié)理發(fā)育，易于地表水入滲，黏粒含量相對(duì)較高，抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低。

1.3 滑面(帶)特征

該類型滑坡滑面形態(tài)一般受地形及下伏黃土—砂泥巖界面影響，由于該地區(qū)砂泥巖產(chǎn)狀一般近水平或0°～10°左右傾角，在歷史沉積過程中，地表黃土對(duì)下伏基巖影響較小。該類型滑坡的滑面在滑動(dòng)方向中下部一般沿著土巖界面呈10°～15°，滑面線向上部逐漸緩慢彎折，基本形態(tài)比較順直，局部會(huì)有輕微起伏，當(dāng)?shù)竭_(dá)滑動(dòng)方向中后部會(huì)有一個(gè)彎折點(diǎn)，向上傾斜達(dá)45°或更大。滑帶土一般為黃土(粉質(zhì)黏土)，下部帶有少量強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖，在滑帶附近由于下伏基巖形成隔水層，呈現(xiàn)飽和或接近飽和的狀態(tài)，土體呈現(xiàn)軟塑或者流塑狀態(tài)，強(qiáng)度進(jìn)一步降低。

2 主要影響因素

滑坡的發(fā)育受地質(zhì)環(huán)境及人類活動(dòng)等因素影響，根據(jù)對(duì)研究區(qū)內(nèi)黃土—砂泥巖接觸面滑坡的調(diào)查與分析，研究區(qū)內(nèi)該類型滑坡一般有以下特征。

2.1 地形地貌

研究區(qū)的山前緩坡帶一般呈現(xiàn)上陡下緩的形態(tài)，緩坡區(qū)坡度相對(duì)較小，在剖面上呈現(xiàn)一定的下凹趨勢(shì)，在平面上滑坡區(qū)中部相對(duì)于兩側(cè)也向滑坡后部內(nèi)凹，這種地形在一定程度上為地表水向滑坡區(qū)匯集形成條件，地表水在沿坡面下滲至滑面，同時(shí)在坡面進(jìn)行侵蝕下切，在滑坡體的中前部或剪出口等部位形成沖溝。同時(shí)該類型滑坡區(qū)域前緣在坡度上受區(qū)域地形的控制形成增大趨勢(shì)，局部形成臨空，該類型滑坡滑面或潛在滑面坡度一般較小。

2.2 地層巖性

研究區(qū)該類型滑坡黃土層易于地表水下滲，且遇水后強(qiáng)度降低，黏粒含量相對(duì)較高，下伏砂泥巖與滑體土形成“上軟下硬”的組合，為上部土層創(chuàng)造了隔水條件，形成天然滑床。在基巖面隔水的情況下呈近飽和狀態(tài)，且基巖與黃土界面局部形成低洼狀，使得地表水沿黃土層下滲，無法順暢地沿滑面向滑坡剪出口方向排除，使滑帶土長期處于近飽和及軟塑狀態(tài)。

2.3 水的作用

研究區(qū)該類型滑坡由于受地形和地層結(jié)構(gòu)控制，不僅上覆土強(qiáng)度降低，同時(shí)在土巖界面處形成軟化帶。陜西地區(qū)近年來由于氣候的變化，降雨量呈現(xiàn)猛增，尤其是7～9 月極端天氣概率增大，降雨量遠(yuǎn)大于歷史降雨量。降雨量的陡增使一些原本處于穩(wěn)定的斜坡發(fā)生滑動(dòng)，使本來處于穩(wěn)定狀態(tài)或趨于穩(wěn)定狀態(tài)的老滑坡“復(fù)活”。

2.4 人類工程活動(dòng)

研究區(qū)對(duì)該類型滑坡影響較大的人類工程活動(dòng)為梯田修建和斜坡前緣開挖。由于該類型滑坡原始斜坡一般地形較緩，潛在滑面(土巖界面)坡度也較小，自然狀態(tài)下發(fā)生滑動(dòng)的可能性較小，而緩坡地形適于梯田修建，梯田修建對(duì)滑坡的影響主要體現(xiàn)在3 個(gè)方面：①改造后臺(tái)階狀的坡形更有利于平面處地表水的下滲和變階處地表水的集中入滲，使原本相對(duì)順直的坡形經(jīng)改造后形成局部下凹，進(jìn)而加大滑坡區(qū)地表水向滑坡區(qū)匯集。②受山前緩坡帶地形影響，緩坡帶前緣坡度會(huì)增大，梯田修筑時(shí)會(huì)依地勢(shì)而建，形成上部階寬而高差小，下部階窄而高差大，而高差較大處往往集中在緩坡帶下部，為滑坡滑動(dòng)創(chuàng)造剪出臨空條件。陜西銅川宜君一帶的梯田區(qū)域黃土—砂泥巖接觸面滑坡就是比較典型的，該區(qū)域歷史上曾在山前緩坡帶修建梯田，形成成片的滑坡區(qū)域，對(duì)該區(qū)域多條輸電線路造成影響。③原始斜坡前緣修路、建房所造成坡腳開挖，在斜坡前緣形成臨空條件，從而引發(fā)滑坡。

3 滑坡變形特征

3.1 低速滑動(dòng)性

研究區(qū)該類滑坡的低速滑動(dòng)是在整個(gè)滑動(dòng)過程中(滑面貫通后)均以相對(duì)較低的速度滑動(dòng)，一般低于1.5 m/月。該類滑坡主要受控于坡度較小的土巖界面滑面，導(dǎo)致滑體產(chǎn)生滑動(dòng)的勢(shì)能較小，滑動(dòng)速率相對(duì)較慢，導(dǎo)致該類型滑坡產(chǎn)生的破壞力一般較弱，一般不會(huì)對(duì)滑坡前建筑物造成整體性破壞?；掳次灰扑俾史诸愐姳? 所列。

表1 滑坡按位移速率分類[3]

3.2 反復(fù)性

滑坡的穩(wěn)定性一般采用穩(wěn)定性系數(shù)K 表示。研究區(qū)該類型滑坡從滑坡啟動(dòng)開始以一種趨于穩(wěn)定的過程運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定性系數(shù)趨于1。對(duì)于一般滑坡，滑動(dòng)的過程至穩(wěn)定或相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)一般速度較快。研究區(qū)該類型滑坡在滑動(dòng)過程中由于滑面局部發(fā)生變化、滑體滑帶土含水量降低導(dǎo)致下滑力降低、抗滑力增加，滑坡會(huì)出現(xiàn)階段性穩(wěn)定，過了一段時(shí)間甚至數(shù)年，含水量增大導(dǎo)致滑坡重新啟動(dòng)“復(fù)活”。隨著時(shí)間的推移，滑坡總是向穩(wěn)定趨勢(shì)發(fā)展，后期的運(yùn)動(dòng)位移幅度相對(duì)于前期越來越小，進(jìn)而趨于穩(wěn)定，這個(gè)過程一般較為漫長，伴隨著若干次的“復(fù)活”—穩(wěn)定—“復(fù)活”—穩(wěn)定的反復(fù)過程。

3.3 隱蔽性

在一般斜坡場(chǎng)地的穩(wěn)定性判別中，坡度是比較直接的判斷方法，一般認(rèn)為坡度小于15°的斜坡發(fā)育滑坡的可能性很低，為穩(wěn)定斜坡。研究區(qū)該類型滑坡整體坡度較緩，與常規(guī)滑坡的地形坡度相差較大。同時(shí)該類型滑坡一般首次滑動(dòng)時(shí)前兆較弱，后期反復(fù)滑動(dòng)變形位移幅度相對(duì)較小，地表裂縫、土體擠壓破壞的程度變化相對(duì)微弱，該類滑坡一般為牽引式滑坡。陜西省銅川市宜君縣某輸電線路塔基位于滑坡中部，塔基處及滑坡中前部地表有明顯的塌陷、拉張裂縫，前緣垮塌，土體擠壓也十分明顯，但滑坡中后部后緣及兩側(cè)邊界剪切及錯(cuò)動(dòng)并不發(fā)育。

4 工程實(shí)例分析

陜西省銅川市宜君縣某輸電線路塔基滑坡，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查滑坡滑動(dòng)時(shí)間為2021 年11 月?；缕赂呒s38 m，縱向長約130 m，寬度約120 m，整體坡度平面上呈“喇叭口狀”，斜坡總體坡度約15°，梯田臺(tái)階呈上窄下寬，階高呈上低下高，整體依地形修建。斜坡地層結(jié)構(gòu)上部為Q3eol黃土，下部為三疊系砂泥巖互層。該滑坡為牽引式滑坡，滑坡體中下部地表變形破壞嚴(yán)重，多處垮塌，地表拉張裂縫明顯?；录舫隹谖挥谛逼虑熬壨翈r界面出露且臺(tái)階較高處，剪出口垮塌明顯。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑面由剪出口向上整體坡度較小，約5°～15°，前部沿土巖界面發(fā)育，上部逐漸向土層內(nèi)擴(kuò)展。塔基位于滑坡體中后部，采用掏挖式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)均位于滑坡體內(nèi)。調(diào)查時(shí)塔基未發(fā)生傾斜，但塔基下側(cè)土體受滑坡作用下沉垮塌明顯，基礎(chǔ)部分外露。該處為老滑坡，本次滑坡滑動(dòng)未發(fā)生前滑坡后緣明顯，根據(jù)分析，本次滑坡“復(fù)活”主要原因?yàn)樘萏镄藿ㄊ剐逼抡w呈匯水狀態(tài)，航拍影像中梯田臺(tái)階邊線整體向斜坡中部輕微集中，且滑坡中下部因集中匯水形成小規(guī)模沖溝，同時(shí)由于2021 年該地區(qū)的大規(guī)模集中降雨，造成該滑坡“復(fù)活”再次滑動(dòng)，如圖1～圖2 所示。

圖1 宜君縣某輸電線路塔基斜坡滑坡航拍

圖2 宜君縣某輸電線路塔基滑坡剖面圖

陜西省寶雞市鳳縣某輸電線路塔基斜坡滑坡，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查本次滑坡時(shí)間為2021 年8 月。滑坡坡高約32 m，縱向長約105 m，寬度約90 m，整體坡度平面上整體呈梯形，斜坡總體坡度約10°，梯田臺(tái)階階高呈上低下高，整體依地形修建。斜坡地層結(jié)構(gòu)上部為Q3eol 黃土，下部為二疊系砂泥巖互層。該滑坡為牽引式滑坡，滑坡體中下部地表變形破壞嚴(yán)重，多處垮塌，后緣地表拉張裂縫明顯，兩側(cè)滑坡側(cè)界如圖1 所示清晰可見?；录舫隹谖挥谛逼虑熬壨翈r界面出露道路開挖邊坡處，剪出口垮塌明顯且有水流沿基巖頂面滲出。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑面由剪出口向上整體坡度較小，約5°～10°，前部沿土巖界面發(fā)育，逐漸向土層內(nèi)擴(kuò)展。塔基位于滑坡體中后部，采用掏挖式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)均位于滑坡體內(nèi)，調(diào)查時(shí)塔基未發(fā)生傾斜，但塔基礎(chǔ)下側(cè)土體受滑坡作用下沉垮塌明顯，基礎(chǔ)部分外露。根據(jù)分析，本次滑坡變形破壞主要原因?yàn)樘萏镄藿ㄆ旅媾_(tái)階平緩易于積水下滲，前緣道路邊坡為與土巖界面且形成臨空條件，同時(shí)由于2021 年該地區(qū)的大規(guī)模集中降雨，造成該滑坡滑動(dòng)破壞，如圖3～圖4 所示。

圖3 鳳縣某±500 kV輸電線路塔基斜坡滑塌現(xiàn)場(chǎng)

圖4 鳳縣某±500 kV輸電線路塔基斜坡滑塌剖面圖

5 研究區(qū)滑坡對(duì)輸電線路影響及塔位選擇建議

5.1 研究區(qū)滑坡對(duì)輸電線路塔基影響

研究區(qū)該類型滑坡雖然滑動(dòng)時(shí)一般不會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模整體性破壞，但是位于滑坡體上的輸電線路塔基會(huì)受到滑坡的威脅。對(duì)于人工挖孔樁基礎(chǔ)，一般設(shè)計(jì)過程中并未考慮樁基礎(chǔ)的抗剪作用，由于滑體土層的推力及滑體上土體的差異性位移導(dǎo)致樁基礎(chǔ)剪斷或基礎(chǔ)傾斜。對(duì)于掏挖基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深較淺，基礎(chǔ)一般位于滑面以上，塔基整體性移動(dòng)或基礎(chǔ)隨滑體位移而形成沉降變形。一旦發(fā)生變形破壞，塔基基礎(chǔ)便會(huì)受到一定程度破壞，由于塔基范圍內(nèi)的土體受到滑坡變形破壞擾動(dòng)，即使采用治理措施也難以將塔基的狀態(tài)恢復(fù)至滑坡發(fā)生之前，如圖5～圖6 所示。

圖5 研究區(qū)某輸電線路基礎(chǔ)受滑坡影響剪斷

圖6 研究區(qū)某輸電線路基礎(chǔ)受滑坡影響整體移動(dòng)

5.2 研究區(qū)滑坡對(duì)輸電線路勘測(cè)工作影響及塔位選擇建議

筆者根據(jù)近年來研究區(qū)該類型滑坡區(qū)域輸電線路勘測(cè)及應(yīng)急搶險(xiǎn)、治理工作的經(jīng)驗(yàn)，提出了以下幾點(diǎn)建議。

1)可行性研究階段：通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及衛(wèi)星影像解譯，判斷擬選輸電線路是否通過黃土—砂泥巖接觸面滑坡發(fā)育區(qū)域，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該類型滑坡通常在山前呈帶狀或片狀出現(xiàn)，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查輸電線路路徑范圍內(nèi)滑坡發(fā)育區(qū)的一般特征，進(jìn)一步判斷滑坡區(qū)輸電線路通過的可行性。

2)初步設(shè)計(jì)階段：①通過衛(wèi)星或航測(cè)影像判斷塔位所在斜坡是否有老滑坡或正在滑動(dòng)新滑坡的發(fā)育特征，若存在應(yīng)盡量予以避讓；當(dāng)不存在歷史滑坡時(shí)應(yīng)初步判斷塔位處發(fā)育潛在滑坡的可能，該類型滑坡發(fā)育地段一般地形坡度較小，應(yīng)注意整體地形呈下凹型地段，一般匯水較為集中，造成斜坡區(qū)域土體飽水及土巖界面軟弱帶的形成。②注意斜坡前緣是否有較為明顯的微地形變化，如坡度突然變陡或遇一些道路人工開挖的臨空面，該類型滑坡發(fā)育臨空面是重要的誘發(fā)因素，應(yīng)予以重視。若滿足多個(gè)不利條件，建議現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核。③考慮可能潛在滑坡對(duì)塔基的影響，因?yàn)樵擃愋突乱话銥闋恳交?，滑坡上部一般變形破壞跡象較下部較小，且趨于穩(wěn)定，建議一般盡量在在山前緩坡地帶的上部選擇塔位。

3)施工圖設(shè)計(jì)階段：該階段當(dāng)塔基所在斜坡前緣存在受河流或人類工程活動(dòng)開挖所形成的臨空面時(shí)，應(yīng)判別是否存在土巖界面，臨空面的坡面整體完整性，以及土巖界面處是否存在水流滲出痕跡，或土體是否呈近飽和或飽和狀態(tài)。應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查或走訪在雨季坡面土體存在大面積局部積水或土體飽和現(xiàn)象的情況，這些現(xiàn)象表明土巖界面相對(duì)較淺且坡度較小，土巖界面處滑動(dòng)面雖然未形成貫通，但進(jìn)一步發(fā)展存在形成滑動(dòng)面的可能。

對(duì)于研究區(qū)具有特殊型梯田地段塔位所在的斜坡，應(yīng)注意調(diào)查斜坡下部梯田臺(tái)階高差較大處臺(tái)階的完整性，以及梯田下部地層的結(jié)構(gòu)特征(基巖面的露頭狀況)，并從較遠(yuǎn)的視角觀察梯田整體，以及各臺(tái)階的匯水排水狀況。

6 結(jié)論

1)山前緩坡帶黃土—砂泥巖接觸面滑坡在陜西地區(qū)廣泛發(fā)育，近年來往往對(duì)輸電線路造成很大影響。

2)研究區(qū)該類型滑坡的基本特征主要有坡面及滑面坡度較小，坡面一般呈下凹狀，滑面受基巖面控制明顯。

3)研究區(qū)該類型滑坡發(fā)育的主要影響因素有地形地貌、地層巖性、水的作用及人類工程活動(dòng)幾個(gè)方面。

4)研究區(qū)該類型滑坡的變形特征主要有低速滑動(dòng)性、反復(fù)性和隱蔽性。

綜合考慮，研究區(qū)該類型滑坡特征及輸電線路勘測(cè)工作的特點(diǎn)，從可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段提出了相關(guān)建議。