蘇廳云

(山西省地質(zhì)勘查局二一七地質(zhì)隊(duì)，大同 037008)

1 前言

大同市位于大同盆地的北部，屬于黃土高原東北邊緣。大規(guī)模的城鎮(zhèn)建設(shè)和資源開發(fā)，大同市范圍內(nèi)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，這些黃土邊坡崩塌(滑坡)災(zāi)害隱患具有點(diǎn)分散、規(guī)模和危害程度大小不一、誘發(fā)因素較多的特點(diǎn)，是全市地質(zhì)災(zāi)害隱患防治工作的難點(diǎn)，這使得大同市成為晉北地區(qū)乃至山西地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)市之一，城市發(fā)展與轉(zhuǎn)型已受到地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重制約。

筆者通過對(duì)全市黃土邊坡崩塌(滑坡)隱患點(diǎn)特征的系統(tǒng)梳理和歸納，針對(duì)黃土崩塌(滑坡)地質(zhì)災(zāi)害的成因類型、誘發(fā)因子、穩(wěn)定性等方面綜合分析，提出具有較好指導(dǎo)意義的防治對(duì)策。

2 黃土分布及巖性特征

2.1 分布特征

大同市地處晉西北黃土高原東北部，地貌類型有山地、丘陵、盆地、平川，主要山脈有洪濤山、七峰山-雷公山、采梁山、云門山-大梁山、六棱山、恒山、太行山-維山等。黃土多沿各山脈的山麓及丘陵區(qū)呈帶狀展布。山麓區(qū)黃土分布寬度100～300 m，最大寬度可達(dá)500 m；厚度一般為5～15 m，最大厚度可達(dá)20 m。丘陵區(qū)黃土呈面狀展布，厚度一般1～5 m，最大厚度可達(dá)10 m(見圖1)。

圖1 大同市黃土分布范圍圖

黃土多為順坡覆蓋在太古界片麻巖、寒武-奧陶系石灰?guī)r、石炭-侏羅系泥巖及砂巖、新近系紅黏土之上。堆積時(shí)代為第四系上更新世(Q3)。

2.2 巖性特征

大同地區(qū)黃土以風(fēng)積為主，巖性主要為粉土、亞砂土，含少量砂礫及鈣質(zhì)結(jié)核，具有大孔隙和垂直節(jié)理發(fā)育的特點(diǎn)。本區(qū)黃土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

孔隙比(e)一般為0.85～1.00，最大可達(dá)1.15；濕陷系數(shù)(δ)一般為0.04～0.05，最大可達(dá)0.07，濕陷性中等，自重濕陷等級(jí)輕微；密實(shí)度稍密-中密，含水率8.5%～9.6%，均位于地下水位之上。內(nèi)聚力(c)15.0～25.0 kPa、摩擦角(φ)24.0°～26.0°。

自丘陵區(qū)向平原區(qū)過渡，其孔隙比、濕陷系數(shù)由大變小，密實(shí)度由稍密變?yōu)橹忻埽坑尚∽兇蟆?/p>

表1 黃土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3 地形地貌及邊坡形態(tài)

3.1 地形地貌特征

大同地區(qū)黃土地貌形態(tài)多以黃土梁、黃土沖溝、黃土斜坡出現(xiàn)。

黃土梁呈長(zhǎng)條狀，梁頂平緩開闊，寬度30～100 m，坡度5°～10°，在耕地或林地一帶呈階梯狀。

黃土斜坡沿山前呈帶狀展布，斜坡長(zhǎng)度20～50 m，坡高10～30 m，斜坡底部較緩，自然坡角40°～50°，斜坡頂部陡立，自然坡角60°～80°，其中發(fā)育有沖溝及陡壁。

黃土沖溝溝深5～10 m，寬10～50 m，溝壁近直立，自然坡角65°～80°，呈平行或樹枝狀展布。

3.2 邊坡形態(tài)及規(guī)模

據(jù)對(duì)全市81個(gè)黃土邊坡(崩塌)隱患點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，多數(shù)邊坡坡高小于10 m，最大為20 m；坡度70°～80°，最大85°；厚度小于5 m，最大15 m。

黃土邊坡崩塌(隱患)全市各縣(區(qū))均有分布，規(guī)模主要為小型。其中小型規(guī)模74個(gè)，中型規(guī)模7個(gè)。其坡高、坡度、厚度及規(guī)模特征見表2。

3.3 邊坡類型

(1) 按邊坡形態(tài)可分為低緩邊坡和高陡邊坡。

表2 黃土崩塌(隱患)點(diǎn)特征統(tǒng)計(jì)表

①低緩邊坡：坡高度小于10 m、坡度≤70°，坡面呈凸形，裂隙不發(fā)育。坡面完整，有利于降水排泄。

②高陡邊坡：高度大于10 m、坡度>70°，坡面呈凹形。坡面發(fā)育垂直裂隙，坡頂發(fā)育橫向卸荷裂隙。有利于降水入滲。

(2) 按邊坡坡腳出露巖性，可分為巖基型和土基型邊坡兩種類型，見圖2、3。

圖2 巖基型黃土邊坡

圖3 土基型黃土邊坡

①巖基邊坡：邊坡坡腳及下部為巖石出露，巖石與黃土接觸帶巖性為殘坡積碎石、砂礫土。下部巖石部分坡面坡度較緩，一般為30°～45°。上部黃土部分邊坡坡度較陡，出露厚度5～15 m，坡度一般為65°～80°。邊坡呈凸型陡崖，由于巖石基底隔水性能較好，上部黃土在降雨入滲條件下易于飽和，黃土邊坡穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生滑坡。

②土基邊坡：邊坡坡體為黃土，坡度較陡，坡度一般為65°～80°，最大達(dá)85°，出露厚度5～20 m，邊坡呈凹型陡崖。由于黃土具有大孔隙的特征，在降雨入滲條件下土中孔隙水易于向下運(yùn)移，不易達(dá)到飽和，黃土邊坡穩(wěn)定性較好，不易發(fā)生崩塌。

4 黃土崩塌災(zāi)害特征

據(jù)調(diào)查，大同市黃土崩塌(隱患)主要表現(xiàn)為凹型陡崖，坡頂有細(xì)小裂縫，坡體垂直節(jié)理及豎向裂縫較為發(fā)育，坡體頂部有少量土塊崩落。威脅對(duì)象為村莊房屋財(cái)產(chǎn)與居民、道路通行車輛與行人的安全。近年來，全市共發(fā)生5起黃土崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害，規(guī)模均為小型，無人員傷亡，造成經(jīng)濟(jì)損失約50萬元。

(1) 陽(yáng)高縣堡子灣滑坡

2008年5月5日陽(yáng)高縣堡子灣村東北紅土溝發(fā)生滑坡，滑坡體巖性為第四系上更新統(tǒng)(Q3)黃土，滑床巖性為第三系上新統(tǒng)(N2)黏土，滑體厚3～8 m，滑坡體約1.4×104m3，滑坡后緣錯(cuò)臺(tái)高度1.5～2.0 m，屬土質(zhì)淺層小型滑坡。損壞村民院墻、街門。其成因?yàn)榛麦w頂部供水塔供水管道(延坡體埋設(shè))滲漏使上部黃土飽和而引發(fā)(圖4)。

圖4 陽(yáng)高縣堡子灣滑坡

(2) 南郊區(qū)魏家溝崩塌

2012年2月21日凌晨，魏家溝村西北發(fā)生采空區(qū)地面塌陷，塌陷邊部黃土陡崖發(fā)生崩塌，崩塌體為第四系上更新統(tǒng)(Q3)黃土，坡高15 m，崩塌體厚8 m，崩塌寬度5 m，崩塌體積約500 m3。致使3間房屋垮塌，2人受傷。其成因?yàn)橄路煽諈^(qū)冒落造成地面塌陷，引發(fā)村莊北側(cè)黃土陡坡發(fā)生崩塌(圖5)。

圖5 南郊區(qū)魏家溝崩塌

(3) 廣靈縣羅疃煤礦邊幫崩塌

2014年6月5日廣靈縣羅疃煤礦露天采場(chǎng)東邊幫黃土邊坡發(fā)生崩塌，露天采場(chǎng)東邊幫黃土邊坡高度25 m，崩塌寬度10～30 m、高度15 m、長(zhǎng)度120 m，崩塌體積約1.2×104m3。其成因?yàn)檫厧拖路吕喜煽諈^(qū)冒落引發(fā)上部邊坡崩塌。崩塌體緊臨馬-走公路，致使公路路面出現(xiàn)裂縫，交通線路改道，無人員及財(cái)產(chǎn)損失。

(4) 靈丘縣黑寺村崩塌

2015年5月28日靈丘縣黑寺村一村民院落東側(cè)黃土陡崖發(fā)生崩塌，崩塌體高度9.0 m、長(zhǎng)度10.0 m、寬度2.0 m，崩塌體積約為200 m3，崩塌物滾落最大距離約13.0 m。

崩塌將陡崖下窯洞及財(cái)物損壞，無人員傷亡。 其成因?yàn)辄S土陡崖頂部為小塊菜地(面積約10 m×4 m)，崩塌發(fā)生前澆灌菜地，導(dǎo)致黃土飽和而發(fā)生崩塌(圖6)。

圖6 靈丘縣黑寺村崩塌

(5) 陽(yáng)高縣義合村黃土崩塌

2015年7月28日陽(yáng)高縣義合村一村民房屋東北側(cè)黃土陡崖發(fā)生崩塌，崩塌未造成人員傷亡。黃土陡崖高度10 m，坡度75°～85°，崩塌體積10 m3，崩塌造成村民一間房屋垮塌，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約1萬元。其成因?yàn)?月27日，義合村突降大雨，使黃土斜坡局部達(dá)到飽和狀態(tài)，土體重度增加、強(qiáng)度降低，發(fā)生崩塌(圖7)。

圖7 陽(yáng)高縣義合村黃土崩塌

5 黃土邊坡崩塌成因及穩(wěn)定性

5.1 自然因素

造成大同地區(qū)黃土邊坡崩塌、滑坡的自然因素主要是降雨入滲、地表水沖刷、降雪凍融、地震等。由于當(dāng)?shù)亟涤曛饕性?～9月份，降雨入滲黃土中致使含水量增加引起濕陷，降低黃土強(qiáng)度，在黃土陡壁處宜引發(fā)小型崩塌。雨季受洪水沖刷也易造成黃土溝谷侵蝕側(cè)溝壁的局部崩塌。當(dāng)黃土斜坡坡腳受到洪水沖刷時(shí)也可能形成小型黃土淺層滑坡。

5.2 人類活動(dòng)

造成當(dāng)?shù)攸S土崩塌、滑坡的人類活動(dòng)主要有丘陵山區(qū)修筑道路、村莊修建房屋、礦山建設(shè)切坡等。

在黃土丘陵山區(qū)修筑公路、修建房屋、礦山建設(shè)中，由于路基和場(chǎng)地基礎(chǔ)的開挖增大了黃土邊坡坡角、減小了坡腳壓力，致使邊坡穩(wěn)定性降低。當(dāng)邊坡坡面及排水不暢或下伏存在隔水層時(shí)極易造成崩塌或滑坡。這是造成邊坡崩塌、滑坡的主要因素。另外，礦山(地下、露天)開采、道路通行的大型載重車輛震動(dòng)也是造成邊坡崩塌的因素之一。

從本區(qū)近年來發(fā)生黃土崩塌地質(zhì)災(zāi)害看，引發(fā)崩塌災(zāi)害的主要因素為人工切坡、采礦活動(dòng)、降雨、灌溉等人類工程活動(dòng)所致。

5.3 穩(wěn)定性分析

大同地區(qū)氣候干燥，多年(1980～2015年)平均降雨量370.84 mm，年最大降雨量554.1 mm(1995年)，年最小降雨量171.3 mm(1988年)，降水多集中在7、8、9三個(gè)月。多年平均蒸發(fā)量1 896.06 mm，為降水量的4～5倍。地表水不發(fā)育，地形有利于降雨排泄，黃土邊坡植被稀少，水土流失嚴(yán)重，自然邊坡相對(duì)穩(wěn)定。

按極限平衡理論邊坡極限安全高度經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算不同邊坡角安全高度如表3。

式中,H為安全高度(m)；c為土的黏聚力(kN/m)；β為坡角(°);φ為內(nèi)摩擦角(°)；γ為天然密度(kg/m3)。

表3 邊坡角極限安全高度計(jì)算表

黃土邊坡穩(wěn)定性主要受地形、降雨、人類工程活動(dòng)影響。在自然狀態(tài)下，黃土邊坡受當(dāng)?shù)貧夂蛴绊?，各類黃土邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)有人工切坡、地表水(排水不暢)的影響下，黃土邊坡易于失穩(wěn)。由于大同地區(qū)降水量偏少，黃土邊坡崩塌、滑坡規(guī)模較小。

6 黃土崩塌(滑坡)災(zāi)害的防治

針對(duì)本區(qū)黃土崩塌、滑坡災(zāi)害發(fā)生的主導(dǎo)因素是人類工程活動(dòng)，誘發(fā)因素為地表水入滲，其防治措施主要為3類：一是盡量減少對(duì)黃土邊坡的切坡，二是要消除或減輕地表水(地下水)的誘發(fā)影響，三是采取必要的工程治理。應(yīng)因地制宜，綜合治理，力求根治。

(1) 減少工程切坡：盡量減少對(duì)黃土邊坡的工程切坡，如確需切坡時(shí)，應(yīng)由專業(yè)部門對(duì)所切邊坡勘查評(píng)價(jià)，并制訂相應(yīng)的防治措施。

(2) 截排地表水、排導(dǎo)地下水：崩塌、滑坡的發(fā)生和發(fā)展，與地表水的作用有密切關(guān)系。在隱患處設(shè)置排水系統(tǒng)截排地表水，對(duì)治理各類崩塌、滑坡都是適用的，對(duì)治理某些淺層滑坡，效果尤其顯著。為了防止地表水的下滲，在邊坡體上也應(yīng)充分利用自然溝谷，布置排水系統(tǒng)，使水流得以匯集旁引。

地下水通常是誘發(fā)崩塌、滑坡的主要因素，排除有害的地下水，是治理崩塌、滑坡的有效措施。地下排水系統(tǒng)包括截水盲溝或盲洞、滲水砂井相結(jié)合的工程設(shè)施。

(3) 支擋工程：由于坡腳失去支撐而引起的崩塌、滑坡，可采用修筑支檔工程，調(diào)節(jié)邊坡的重力平衡條件，使坡體恢復(fù)穩(wěn)定。對(duì)危害程度較大的邊坡采取相應(yīng)的支檔工程。

(4) 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)：重點(diǎn)對(duì)人工切坡形成的崩塌、滑坡隱患點(diǎn)進(jìn)行定期巡查，特別是雨季期間應(yīng)增加監(jiān)測(cè)頻率，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取應(yīng)急措施。

7 結(jié)語

大同市黃土邊坡崩塌(隱患)多為坡高≤10 m、坡度70°～80°、崩塌厚高≤5 m，崩塌規(guī)模以小型為主。主要表現(xiàn)為坡頂有細(xì)小裂縫，坡體頂部有少量土塊崩落。威脅對(duì)象為村莊房屋財(cái)產(chǎn)與居民生命、道路通行車輛與行人安全。

在自然狀態(tài)下，各類黃土邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。引發(fā)黃土邊坡崩塌、滑坡的主要因素為人工切坡、地下采礦活動(dòng)，誘發(fā)因素為降雨、地表水入滲。崩塌、滑坡規(guī)模較小。防治措施主要為減少切坡、消除或減輕地表水入滲、采取必要的工程措施。對(duì)人工切坡形成的崩塌、滑坡隱患點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。