黄土地区崩塌灾害变形特征及稳定性分析——以陕西永寿仪井镇王家庄黄土崩塌为例.pdf

第2 6 卷第1 期 2015 年3 月 地质灾害与环境保护 j o u r n a lo fg e o l o g i c a lh a z a r d sa n de n v i r o n m e n tp r e s e r v a t i o n v 0 1 2 6 。n o 1 m a r c h2 0 1 5 文章编号：1 0 0 6 - - 4 3 6 2 ( 2 0 1 5 ) o l - - 0 0 2 5 - - 0 5 黄土地区崩塌灾害变形特征及稳定性分析 以陕西永寿仪井镇王家庄黄土崩塌为例 滕宏泉，张新宇 ( 陕西省地质环境监测总站，西安7 1 0 0 5 4 ) 摘要： 以永寿县仪井镇王家村黄土崩塌为例，探讨黄土边坡变形破坏特征及成因。采取宏观定性分 析与定量计算相结合的方法，分析和评价崩塌体的稳定性。并结合实际对提出该崩塌体应急治理对策。 关键词：黄土崩滑；变形特征；稳定性；应急治理 中图分类号：p 6 4 2 2 1文献标识码： a ac a s es t u d yo fd e f o r m a t i o nf e a t u r e sa n ds t a b i l i t y o fc o l l a p s e si nl o e s sa r e a s t a k i n gl o e s sc o l l a p s eo fw a n gj i av i l l a g ei ny o n g s h o u c o u n t yo fs h a a n x ip r o v i n c ea se x a m p l e t e n gh o n g q u a n ，z h a n gx i n y u ( s h a a n x ii n s t i t u t eo fg e o - e n v i r o n m e n tm o n i t o r i n g ，x i a n 7 1 0 0 5 4 ，c h i n a ) a b s t r a c t ：t h el o e s sc o l l a p s ei nw a n g j i av i l l a g e ，y i j i n g ，y o n g s h o ui st a k e na sac a s et oi n v e s t i g a t et h ed e f o r m a t i o nf e a t u r e sa n dc a u s e so fl o e s ss l o p e s q u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v ec a l c u l a t i o narea d o p t e dt oe v a l u a t et h es t a b i l i t yo ft h ec o l l a p s e e m e r g e n c yc o u n t e r m e a s u r e sa r ep r o p o s e df o rt h a tc o l l a p s e ，a c c o r d i n gt ot h el o c a lc o n d i t i o n s k e yw o r d s ：l o e s sc o l l a p s e ；d e f o r m a t i o nf e a t u r e ；s t a b i l i t y ；e m e r g e n c yt r e a t m e n t 近些年来，受降雨、人为工程活动等因素影响， 陕西省黄土地区崩塌灾害日趋增多，每年均有不成 程度的黄土崩塌造成人员伤亡和财产损失。为了更 有效地防治黄土崩塌，研究其发生的机理，分析其稳 定性并提出合理可行的应急治理措施显得十分迫切 和必要。本文通过对陕西永寿仪井镇王家庄黄土崩 塌野外实际调查并结合室内试验研究，在对黄土崩 塌体的基本形态、工程地质条件、变形破坏特征、形 成原因等有了足够认识的前提下，对其形成机制进 收稿日期： 2 0 1 4 1 1 1 2 改回日期：2 0 1 4 1 2 1 7 行了综合分析，在此基础上，对黄土崩塌体稳定性进 行了定性定量评价，提出了应急治理初步方案，为减 轻该崩塌体的危害性提供了解决方案。 1 崩塌体工程地质条件 该黄土崩塌体位于陕西永寿县仪井镇王家村。 永寿县处于中朝准地台陕甘宁台坳黄土高原南缘残 塬梁峁沟壑区，总地势北高南低。地貌类型主要为 万方数据 2 6地质灾害与环境保护 黄土残塬、黄土梁峁及中低山区。永寿梁呈脊梁状 分布于辖区中偏北部，成为泾河与渭河两流域的分 水岭，使整个地形向北、东、南三面倾斜。境内河流 冲沟发育，将全县地貌切割的支离破碎，地形较为复 杂。王家庄崩塌的工程地质条件主要特征有： ( 1 ) 地形地貌：仪井镇地貌单元属黄土残塬沟 壑地貌，塬面破碎，王家庄崩塌点为黄土冲沟脑陡 崖。该崩塌体宽约1 0i n 、长约4 0 0i t i 、高约1 5 3 0 m 、体积约1 0 0 1 0 4m 3 ，属大型黄土崩塌。坡度较 陡，可达6 0 。8 0 。 ( 2 ) 地质构造：永寿县位于祁连、吕梁、贺兰山 地形构造前弧东翼中段、秦岭纬向构造体系东西向 构造带、陇西帚状施扭构造体系东南端的复合部位。 以富平、乾县至岐山大断裂为界，南为渭北构造斜坡 带。县内断裂比较发育，按其力学性质分为压性、压 扭性及张性、张扭性断裂，以复合式张扭断裂为主。 ( 3 ) 地层岩性：根据现场探井揭露、工程地质测 绘及出露地层断面，研究区出露的地层岩性主要有 第四系上更新统风积黄土( 马兰黄土) 、中更新统风 积黄土( 离石黄土) 、全新统崩坡积物和人工堆填物 组成。按其时代由老到新具体为： 第四系中更新统风积黄土( q 。”) ：该层分布 于陡壁中下部，厚度大于1 0m ，呈黄褐色一淡红褐 色，硬塑，土质致密，具有针孔状孔隙，可见钙质结核 和蜗牛壳，结核粒径0 5 1 5c m ，垂直节理发育。 第四系上更新统风积黄土( q 。d ) ：该层主要 分布于陡壁上部，厚度6 1 2m ，呈浅黄一黄褐色，可 塑一硬塑，含零星钙质结核，可见蜗牛壳、钙质薄膜及 植物根系。土质疏松，大孔隙发育，节理、裂隙发育。 第四系全更新统杂填土( q 。m 1 ) ：其主要分布 于坡脚及沟底处，呈浅黄色，以粉质粘土为主，土质 杂乱松散，可见大量建筑垃圾和生活垃圾。 ( 4 ) 地震及水文地质条件 根据中国地震动参数区划图( g b l 8 3 0 6 2 0 0 1 ) 。永寿县仪井镇地震基本烈度为度，永寿县 地震动峰值加速度为0 1 0g 。综合建筑抗震设计 规范( g b5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) ，永寿县抗震设防烈度为 度，设计基本地震加速度值为0 1 0g 。 区内地下水的补给、径流与排泄受地形地貌、地 层岩性和气候条件影响，主要接受大气降水补给，局 部地带受地表水补给。从宏观上看地下水的径流方 向与地表水流方向一致，地下分水岭与地表分水岭 一致，即山梁、斜坡地带为地下水的补给径流区，沟 谷地带则为地下水、地表水的排泄区，由分水岭向沟 谷区，地下水位由深变浅，富水性由弱变强。 根据含水介质及埋藏条件，将地下水分为：基岩 裂隙层间水、黄土层裂隙孔隙水和第四系冲洪积层 孔隙水。该崩塌坡体地下水埋藏较深，在坡体周围 均未发现任何泉水迹象及湿地，对边坡稳定性影响 较小。 工程地质平面图见图1 。 2 边坡变形破坏特征及成因分析 2 1 崩塌体基本形态 崩塌体宽约1 0m 、长约4 0 0m 、高约1 5 3 0m 、 体积约1 0 0 1 0 4m 3 ，属大型黄土崩塌。威胁崩塌 体上部近2 0 0m 公路及王家庄3 0 户、1 1 5 人、9 0 间 房屋( 含窑洞) 的安全。 2 2 边坡变形破坏特征 坡体物质主要由马兰黄土、离石黄土、第四系崩 坡积物和人工堆填物质组成。坡度较陡，可达6 0 。 8 0 。其中，在王家庄西侧沿公路约2 0 0m 长危 险程度较高，已有3 处崩塌点、2 处崩塌隐患点、3 处 洞底与冲沟底部贯通的落水洞、两条与公路近平行 的裂缝( 长分别为9 5m 和2 0r n ，缝宽1 0 3 0c m ) 、 多条竖向发育的裂缝及2 处汇水区域。为方便描 述，将其分别记为：工、号崩塌点；i 、号崩塌 隐患点；i 、号落水洞；i 、号汇水区。i 、 、崩塌点已经紧贴到公路边缘，直接威胁到公路 的安全，如图2 所示；i 、号崩塌隐患点竖向裂缝 发育，并不断有局部垮塌，其中i 号崩塌隐患点水平 裂缝较宽、竖向裂缝已经贯通，并在其底部形成出 口，随时有崩塌的可能，如图3 所示；i 、1 1 号汇水区 位于公路东侧，由于排水不畅致使东侧路基遭到浸 蚀破坏，并有继续加深的趋势，如图4 所示；i 、 号落水洞位于公路西侧，洞口直径约为1 5 3 5 m ，底部与下部冲沟贯通，不断向公路退蚀，其中、 号落水洞已经退蚀到公路边缘地带，并有继续退 蚀和串联趋势，如图5 、图6 所示。 2 3 边坡变形破坏成因分析 从野外调查来看，该崩塌形成的内在条件主要 为：( 1 ) 边坡高陡( 陡坎高1 5 3 0m 。) ，为崩塌形成 提供了动力及地形条件；( 2 ) 黄土节理、裂隙发育，为 崩塌的形成发育提供了内在地质条件；( 3 ) 黄土疏 松、裂隙透水性较好，促进了边坡变形破坏的发展。 崩塌形成的外部因素主要为：( 1 ) 因人为工程活 动开挖坡脚，使临空面暴露时间过长；( 2 ) 降水充沛， 大量雨水入渗裂隙和坡体，饱和度增加，加剧了坡体 失稳；( 3 ) 汶川地震波及此处，加剧了边坡裂隙发育， 破坏了边坡的稳定性。 万方数据 第2 6 卷第1 期 滕宏泉、张新宇：黄土地区崩塌灾害变形特征及稳定性分析以陕西永寿仪井镇王家庄黄土崩塌为例 2 7 雪1永寿县仪井镇王家庄黄土崩塌工程地质平面图 3 崩塌体稳定性分析 3 1 边坡稳定性定量分析 为了最大限度的反映目前状态下边坡的稳定 性，采取理正边坡稳定性分析软件进行了定量分析。 参数取值主要考虑了以下几个因素：崩塌体的物 质组成及综合性状；以c 、妒值的反算分析；当地 已发生崩塌的力学性质参数经验值；崩塌土体的 物理力学性质试验成果。崩塌体q ：“及q 。呻1 两组 地层的探井进行了人工取样，根据土工实验报告，并 结合类似工程黄土参数及工程经验值，最终该边坡 土体天然状态下的计算参数取值见表1 。 万方数据 2 8地质灾害与环境保护 图2 崩塌体边缘张裂缝 图3崩塌体裂缝竖向延伸至坡底 图4汇水区对公路的浸蚀破坏 3 2 计算工况的确定 依据建筑边坡工程技术规范( g b 5 0 3 3 0 2 0 0 2 ) ，该崩塌点边坡安全等级应为级，圆弧滑动 法算得的安全系数应不低于1 2 5 。 图5号落水洞 图6号落水洞退蚀到公路边缘地带 表1天然状态下边坡稳定性计算参数取值 土工参数 重度内聚力内摩擦角 土层毒；广 k n m 一3k p a。 q 3 黄土 1 6 26 41 9 3 q 2 黄土 1 8 67 92 1 8 根据目前坡体的稳定情况，考虑地震作用等不 利因素的影响，稳定性计算按天然状态、地震作用下 两种工况来考虑。地震影响下边坡稳定性计算参数 选择：地震基本烈度为7 度，水平地震加速度系数为 0 1 ，地震综合影响系数为0 2 5 。 因崩塌体坡体较陡，东侧为公路，汇水面积不 大，且前缘形成近直立的陡坎，故坡体在降雨条件下 很难形成饱和状态，故不对饱和状态下的坡体稳定 性加以计算。各种工况下的边坡稳定系数见表2 。 表2 原始坡形下边坡稳定性系数统计表 工况 剖面 天然状态考虑地震作用 一剖面 1 6 1 11 5 6 4 一剖面1 9 0 01 7 1 6 v v 剖面i 3 0 41 2 5 5 一7 剖面 1 7 4 91 6 7 6 万方数据 第2 6 卷第i 期滕宏泉、张新宇：黄土地区崩塌灾害变形特征及稳定性分析以陕西永寿仪井镇王家庄黄土崩塌为例 2 9 通过计算可知，安全系数k 均大于1 2 5 ，说明 该崩塌体目前处于整体稳定状态，只是崩塌体前部 局部崩塌下挫，而不会产生整体性崩滑。但是，前部 的不断崩塌下挫，使得崩塌体上部边缘不断向公路 靠近，威胁公路的安全运营和公路东侧居民的生命 财产安全。 4 应急治理对策 针对该崩塌体的特点，采取应急治理措施如下： ( 1 ) 工号崩塌点和i 、号崩塌隐患点 因i 、号崩塌点和i 、号崩塌隐患点位 于冲沟同一侧，并沿公路延伸方向发育，故将其统一 考虑。黄土冲沟上宽下窄，沟底有大量崩、坡积物和 人工堆填物，土质比较松散，承载力较差，不利于支 挡结构的布置。拟采用填方压实措施，并重点考虑 了如下几个方面：填方高度不能过大；填土与原 状土在接触带上加强衔接处理；填筑体上部的崩 塌隐患体采用削方减载和对地表裂缝夯实回填处 理；确保堆填体的抗滑稳定。 ( 2 ) 落水洞 因工号落水洞与地面裂缝已贯通，并有不断顺 裂缝延伸方向拓展的趋势，因此拟采用夯实回填方 案，即将i 号落水洞及与其贯通的裂缝夯实回填。 、号落水洞较深，且与底部深沟贯通，并不断向 公路方向退蚀，故不宜采用夯实回填，拟采用浆砌片 石硬化层从公路路边铺设到、号落水洞洞边；减 少地表水对洞壁的破坏，进而阻止其退蚀。 ( 3 ) 汇水区 工、号汇水区位于公路东侧，因排水不畅致东 侧路基浸蚀破坏，且有继续加深的趋势，拟采用拦水 墙和过水涵洞相结合的方法进行治理。即，沿公路 方向布置拦水墙，以阻止汇水对路基的浸蚀；同时采 用过水涵洞对积水进行疏导。 ( 4 ) 崩塌体整体排水 拟在冲沟填筑面中部设一道排水沟，南起工号 崩塌点，北至护脚墙，最终流入原冲沟排出。坡面汇 水及工号汇水区积水通过排水沟排出坡体。 5 结论 通过该黄土崩塌体的工程地质条件、变形破坏 特征及应急治理措施，结合边坡稳定性分析成果详 细讨论了该崩塌的形成机理，可得以下几点结论： ( 1 ) 永寿县仪井镇王家庄崩塌临空面高陡，黄 土疏松，裂隙发育，是产生边坡失稳变形从而形成崩 塌的主控因素。 ( 2 ) 降雨、排水不畅，加之地震影响，是崩塌体 变形破坏的主要引发因素，同时，该崩塌威胁上