祁连县鸽子洞危岩(滑坡)稳定性评价及生态修复研究

白 云，张 鹏，曾 磊，徐顺乾，白里成，王 斌

(1.四川水利职业技术学院，四川 崇州，611231；2.四川省冶金地质勘查局六○五大队，四川 眉山，620860；3.甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，兰州，730050；4.甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉，735000)

鸽子洞村滑坡(危岩)位于祁连县扎麻什乡鸽子洞村，主滑方向与S204公路呈近似垂直相交，直接威胁10户，60人，潜在经济损失小于500万元。威胁祁连县扎麻什乡政府、鸽子洞村、村道公路、放牧通道等重要驻地及设施[1]。

1 危岩带地质背景

1.1 地形地貌

危岩带位于祁连县扎麻什乡鸽子洞村，地形整体上南侧高、北侧低，地处Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级阶地，属于构造剥蚀丘陵地貌类型。斜坡总体上为靠椅状，地形上缓下陡，岩质斜坡区因岩性差异，下部呈陡崖状，危岩分布斜坡宽约1200.00m，坡脚高程约1421.66m，坡顶约2289.99m，相对高差约800.00m，总体坡度为50°～70°，危岩区局部坡度达80°～90°。

1.2 地层岩性

主要出露第四系及白垩系地层。第四系残坡积、崩坡积、冲洪积层的碎石土、黄土质土、碎块石主要分布于陡崖上部的缓坡地带、陡崖段坡体坡脚及河床附近。白垩系下统新民堡群(K1xna)砂岩或含砾砂岩与砂质泥岩互层主要分布在陡崖地段，多呈裸露分布；在陡崖脚凹腔部位，风化、构造裂隙发育，基岩大部分裸露。

1.3 构造

区内构造运动总体表现为震荡式的隆升运动。新构造运动整体震荡式隆升的这一基本特征，构成了区内地形地貌轮廓。区内断裂构造极发育，有黑河大断裂自西而东通过区内，由该断裂产生的次一级断裂形成一系列断裂带。断裂构造与区域构造线方向一致，为北西西-南东东向展布。

1.4 水文地质条件

区内水文地质条件复杂。地下水主要类型有松散岩类孔隙潜水、碎屑岩类裂隙孔隙水。松散岩类孔隙潜水含水岩性主要为第四系卵砾石层，透水性强。在沟谷切割低洼处泄出及在斜坡体前缘与阶地的接触处泄出，接受冰雪融化和大气降水补给，水量较为丰富，含水层厚度一般为5m～10m，单泉流量小于1L/s。碎屑岩类裂隙孔隙水含水岩性主要为白垩系的泥质砂岩、砾岩、砂岩，补给来源主要为山区地表水、基岩裂隙水的侧向补给，丘陵区局部地段有风化裂隙水。

2 危岩带发育特征分析

2.1 危岩(带)分布及特征

鸽子洞村3条危岩带总体走向北西-南东-南西，呈折线状展布。共发育危岩8块。基岩主要为砂岩、砾岩，在微地貌上呈陡崖状。由于构造作用、差异风化、卸荷作用及地震作用，陡崖部砂岩节理裂隙较为发育。发育裂隙多为张开裂隙(缝)，张开宽度1cm～30cm，少量充填岩块、岩屑及次生泥。每处危岩体发育有1～4条卸荷裂隙，相对于陡崖呈纵向分布，倾向于坡外，卸荷带宽度1m～3m不等，垂直发育深度2m～4m，一般靠近陡崖外侧深度较深，内侧次之。

表1 危岩特征统计

2.2 滑体特征

滑坡区上覆地层为第四系堆积物，下覆基岩主要为白垩系下统新民堡群下岩组(K1xna)砂岩。滑体主要分布在山体滑坡边界范围内。岩性为黄土状土、碎石粉质粘土、粉质黏土，滑体土硬塑-可塑，含10%～15%碎石，碎石粒径一般在10mm～20mm，表面稍有光泽，切面粗糙，韧性差，干强度一般，结构较致密。滑体土总体较厚，厚度一般在7.6m～12.9m[2]。

2.3 滑床特征

滑床主要为白垩系下统新民堡群(K1xna)砂岩，紫红色，砂状结构，层状构造，节理裂隙较发育，岩体破碎呈柱状、短柱状，少量块状。岩层产状213°∠26°，与滑动方向呈小角度相交，基岩中未发现明显软弱夹层。岩石饱和单轴抗压强度平均34.5MPa，属于较硬岩。

2.4 滑带特征

总体滑带倾向为南东向，倾角呈上陡下缓分布，滑坡滑带为基覆界面的一层扰动较强的含碎石粉质粘土，结构凌乱，土质不均，前部深度大于后部，具有一定的梯度，厚0.2m～2.4m，其中滑坡中部滑带略厚，含水量较高，呈可塑状。由于基岩为相对隔水层，地下水在下渗的过程中在滑带富集，特别是雨季雨水的下渗长期对该层粉质粘土浸润，使其强度降低，坡体易沿该层产生滑动[3]。

2.5 滑坡形成条件

该区滑坡体在滑动前，基本未受人类活动影响，处在天然生态环境下，坡体完整，自然排水条件好。后期由于当地牧民过度放牧和S204省道修建，导致林草植被遭到严重破坏和人为因素造成了斜坡结构破坏，水土流失现象严重，为地质灾害的形成和发展提供了条件。1998年，祁连县降水达到20年来年降水最高值573.1mm。在经历此次暴雨后，该滑坡首次出现滑动。其后每遇较大降雨，软弱带便发生局部滑动。

3 滑坡稳定性评价

3.1 计算模型与计算方法的确定

根据滑坡变形特征，在滑坡变形区内布置了具有典型性和代表性的1-1′、2-2′剖面进行滑坡稳定性计算与评价。重点对推测剪出口进行分析研究。除了前缘剪出口以外，滑坡体在滑坡中上部发育拉陷槽、拉裂缝以及下挫陡坎处剪出的可能性较大。滑坡稳定性计算简图见图1-图3。

图1 滑坡1-1′稳定性计算

图2 滑坡2-2′①稳定性计算

图3 滑坡2-2′②稳定性计算

3.2 滑坡参数的确定

滑体以含碎石粉质粘土为主，天然重度室内试验成果统计平均值及经验值取r=18.5kN/m3，饱和重度室内试验成果统计平均值及经验值取r=20.0N/m3。在勘查过程中，对滑体土取样4件，滑带土取样5件进行了统计分析，滑体土粘聚力与内摩擦角平均值和最小值指标统计见表2。

表2 滑体内摩擦角与土粘聚力指标统计

滑体土物理力学参数主要根据现场勘探钻孔及室内试验综合确定，而滑带土则是粉质粘土软化形成，取土样进行室内土工试验并结合滑坡现状情况反算结果综合确定。滑坡潜在滑面在基覆界面，根据滑坡现状调查及室内试验资料统计分析、反演分析，与类似工程相对比，对滑坡现状进行综合分析，得出各变量相互协调并与实践吻合较好的计算参数，作为滑坡推力和稳定性系数计算的适用值。即HP01滑带土饱和状态取内聚力12.2kPa，内摩擦角9.1°，天然状态取内聚力19.0kPa，内摩擦角11.8°，地震加速度根据最新修订值取0.2g[5]。滑带土参数详值见表3。

表3 滑带土参数取值

3.3 滑坡稳定性计算与结果

根据当地工程类比和土工试验确定滑带土参数，按照折线形滑面，运用传递系数法进行滑坡稳定性及剩余下滑推力计算。计算了2条剖面的3个剪出口，计算中地下水浸润线以下，采用饱和重度，地下水位天然工况下采用本次勘查结果，暴雨工况下地下水位采用收集调查的本地最高地下水位来计算。计算成果见表4。

表4 滑坡变形体稳定性计算成果

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T 0218-2006)，斜坡稳定状态根据其稳定系数按表5确定。

表5 斜坡稳定状态分级

从计算结果看，在3个推测剪出口中，2-2′①剖面剪出口在工况2(自重+暴雨)条件下处于欠稳定状态；2-2′②剖面剪出口在工况2(自重+暴雨)条件下处于基本稳定状态；其他剪出口和其他工况下均为稳定状态。

3.4 滑坡稳定性影响分析

3.4.1 地形地貌

冰沟村滑坡所处地势西北侧高、南东侧低，相对高差约50m左右，滑坡区前缘公路开挖形成高陡边坡，为滑坡形成提供了有利的地形地貌条件。

3.4.2 地层岩性

滑坡区表层为厚度较大的冰水堆积砂砾石土，其结构松散，孔隙度较大，下层基岩裂隙发育，利于地表水下渗。在外界因素的触发下，易发生局部滑移。

3.4.3 水的作用

降雨与滑坡关系密切，是诱发滑坡的重要因素之一，往往当一定时间内降雨量超过某个值时，就会引发滑坡事件。降雨入渗使得边坡体内的地下潜水面升高，滑面处岩土体被软化，从而降低了边坡的稳定性，导致滑坡的发生。同时，降雨渗入边坡岩土体，到达潜水面渗流过程，使潜水面上部岩土体经历了一个非饱和-饱和渗流过程，降雨前，边坡中处于非饱和状态的岩土体物理力学性质，在降雨入渗过程中变化，对于边坡稳定性降低甚至失稳至关重要[6]。

3.4.4 地震

地震是滑坡发生变形的主要诱导因素。2015年11月23日，祁连县发生5.2级的地震，震动使得滑体下滑力增强，土体变形，产生新的拉裂缝，原有拉裂缝变宽变长，也使得滑体局部趋于松散。

3.4.5 人类工程活动

滑坡区前缘为省道，破坏地质环境的人类工程活动主要有道路修建、放牧等。滑坡前缘修道路等，开挖形成了高陡人工边坡，破坏了斜坡原平衡条件。同时斜坡放牧破坏了坡体雨水涵养能力，进一步降低了边坡的稳定性[7]。

4 生态修复

针对危岩(滑坡)成因、破坏模式，结合本工程特点，针对不同灾害类型，不同保护对象，采取分段设计，分段治理的方针，优化提出二种生态修复治理工程方案。

方案一：拟采取“抗滑挡土墙+削坡减载+截水沟+防护脚墙+裂缝封填+被动网防护+清危+空腔封填+支顶+山坡绿化”的综合治理方案。

即：针对HP01采用抗滑挡土墙+削坡减载+抗滑桩板墙+截水沟+山坡绿化；针对HP02采用抗滑挡土墙+挡土墙+截水沟+山坡绿化；针对HP03采用削坡减载+防护脚墙+山坡绿化。

针对危岩带(危岩)采用被动防护+搬迁避让措施的防治方案。在各危岩下方设置H=4m的RXI-150型被动网，并对不同危岩带(危岩)的危险区内居民进行搬迁避让。

方案二：拟采取“抗滑桩板墙(抗滑挡土墙)+削坡减载+格构护坡+锚索+裂缝封填+截水沟拦石墙+清危+空腔封填+支顶+山坡绿化”的综合治理方案。

即：针对HP01采用削坡减载+抗滑桩板墙+格构护坡+山坡绿化；针对HP02采用抗滑挡土墙+格构护坡+锚索+山坡绿化；针对HP03采用抗滑挡土墙+格构护坡+防护脚墙+山坡绿化。

针对不同的危岩带(危岩)采用主动网+清危+空腔封填+支顶。WYD5设置H=4m的RXI-150型被动网；对WY2和WY4底部凹岩腔采用浆砌块石填补，形成直立式支墩结构；WY08采用局部清方，然后在陡坎脚设置挡土墙。

5 结论

(1)受暴雨及地震影响，滑坡体前缘出现明显变形，后缘拉裂缝变形加剧，宽度变宽并伴有下错现象。滑坡危及省道S204(二级公路)及过往车辆和行人的生命和财产安全，潜在经济损失约300万。

(2)对于未来滑坡稳定性影响关键因素是降雨和地震。自然状态下，滑坡在处于稳定状态，在地震暴雨下可能产生失稳滑移。

(3)通过对3个潜在剪出口进行稳定性评价和推力计算评价，2-2′②剖面剪出口在工况2(自重+暴雨)条件下处于基本稳定状态，2-2′①剖面剪出口在工况2(自重+暴雨)条件下处于欠稳定状态。其他剪出口和其他工况下均为稳定状态。

(4)在生态保护优先条件下，建议采用“抗滑桩板墙(抗滑挡土墙)+削坡减载+格构护坡+锚索+裂缝封填+截水沟拦石墙+清危+空腔封填+支顶+山坡绿化”的生态修复治理法对滑坡体进行治理。