温宿县温宿镇卡坡崩塌灾害发育特征及治理工程措施研究

2017-04-13王晓贵

地下水 2017年4期

关键词：危岩防护网区段

王晓贵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

温宿县温宿镇卡坡崩塌灾害发育特征及治理工程措施研究

王晓贵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

在对研究区崩塌灾害详细调查的基础上，对区内发育崩塌灾害的发育特征、稳定性及治理工程措施进行了分析和研究。研究结果表明：崩塌灾害在平面上呈条带状分布。根据崩塌危岩带分布的空间特征，共划分为3个区段；温宿县卡坡区内的边坡总体自然工况处于稳定状态。在自然+暴雨工况、自然+地震工况下，部分边坡处于不稳定状态，其他部位处于欠稳定-稳定状态。提出台阶式削方、坡面整饰与崩积物清运、混凝土拦石墙+刚性被动防护网、柔性被动防护网、监测预警以及警示标志等措施相结合的综合防治设计方案，进而为后续当地政府对滑坡地质灾害点的防治工程设计提供理论基础。

温宿县；崩塌；发育特征；稳定性；治理措施

研究区位于温宿县人民政府驻地温宿镇北，距离阿克苏市9 km，有温宿镇-阿克苏公路(S209线)、温宿镇-木本林场公路(Z625线)与314国道相连通，交通条件较为便利。由于研究区内人类工程经济活动比较频繁和强烈，对区内崩塌地质灾害的稳定性产生一定影响。因此，本文在野外调查和室内资料整理分析的基础上，参考相关研究成果[1-5]，对研究区内地质条件、发育特征、稳定性以及治理工程措施等内容进行分析和评价，进而为后续当地政府对滑坡地质灾害点的防治工程设计提供理论基础。

1 研究区地质条件分析

1.1 自然地理概况

根据温宿县气象局提供资料，研究区所在温宿县年平均气温10.3℃，7月最高平均22.4℃～24℃，1月最低平均-9.2℃～11.5℃。降雨多以暴雨形式出现，年平均降水量62.5 mm，多年平均蒸发量1 853.9 mm，多年平均相对湿度56%～58%。

温宿县境内河流发育，共有大小河流43条，年径流总量96.4亿 m3，其中源于县境内的河流量为32.8亿 m3。对研究区有影响的河流主要为库木艾日克河、托什干河和科克亚尔河，以及研究区内的泉水沟和季节性洪沟。

1.2 地形地貌

研究区位于新疆西部天山中段、塔里木盆地西北边缘，地貌属托木尔峰南麓山前冲洪积平原，由库马立克河阶地边坡构成了防治区内现有的地貌形态，总体地形为北东高，南西低，海拔1 100～1 200 m。崩塌灾害所赋存的边坡在县城北部呈近东西向展布，在县城东部呈近南北向展面，总体呈类弧形。边坡总长度约4.4 km，高10～30 m，近乎直立，坡脚多已开发为绿化林带；边坡顶部垂直节理、水蚀洞穴发育，边坡前缘切割严重。

1.3 地层岩性

研究区位于山前冲洪积扇中下部，地层岩性以粉土、砂土为主的多层结构，岩土颗粒从北向南逐渐变细，区内分布的地层主要为第四系，按时代和成因分述如下。

(1)第四系上更新统冲积物该地层为防治区出露的主要地层，岩性以黄土状粉土为主，局部可见粉质黏土，夹细砂层和圆砾层，灰黄色，干燥，稍密-密实，胶结性差，粉土单层厚度在4～6 m之间。夹层从东向西粒径逐渐变大，由细砂过渡成圆砾，夹层厚度也逐渐变大。局部地段夹层揭露出砾砂及少量角砾。该地层层理明显，垂直裂隙较发育，局部地段裂隙强发育。

(2)第四系全新统崩积层

该地层广泛分布于防治区各边坡坡脚，由崩塌形成，岩性以黄土状粉土为主，夹砾石、砂砾石、细-粉细砂，呈块状或散粒状。块状崩积物的块径一般0.5～2 m不等。

1.4 地质构造及新构造运动

温宿县大地构造位置跨及天山地槽褶皱带和和塔里木地台。研究区位于塔里木地台北缘的与柯坪断陷(Ⅱ3)北塔里木带(Ⅲ3)之阿克苏鼻状隆起部，地表无断裂、褶皱等构造行迹。研究区地处阿尔泰地震带与北天山地震带之间，根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)，研究区所在温宿镇地震动峰值加速度为0.20 g，反应谱特征周期为0.40 s，抗震设防烈度为8度(第二组)。

1.5 水文地质条件

研究区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水，上部富水性在10～100 m3/d，含水层岩性为土黄色亚砂土夹粉细砂，含水层厚度15.0～40.0 m之间；下部富水性100～1 000 m3/d之间，含水层岩性为砂砾石、粗砂、中砂等，渗透系数为20.0～25.0 m3/d。边坡(卡坡)以东及北东地下水水位埋深一般10～40 m不等，卡坡沿线一带地下水水位埋深一般1～5 m，冲沟内有泉水出露，部分地段形成沼泽，局部潜水具有承压性。地下水矿化度小于0.5 g/L，水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型。浅部地下水水化学类型变化较复杂，根据专项勘查报告提供的水样简分析成果，浅层地下水水化学类型为SO4·HCO3-Na·Ca型、HCO3·Cl·SO4-Ca·Na型、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg型，矿化度0.9～1.4 g/L。

研究区地处补给径流区，地下水接受北部山区各河流的入渗及上游地下水侧向补给，地下水补给径流排泄条件通畅，排泄方式为泉水、蒸发蒸腾、向下游侧向径流排泄及少量人工开采。

1.6 工程地质条件

研究区的土体划分为粉土与砂性土体互层土体和砾质土体两类，分述如下。

1.6.1 粉土、粉质黏土与砂性土体互层土体

主要分布于表层，在边坡及切割沟谷中可见。为冲积成因的粉土、粉质黏土，夹砾石、砂砾石、细-粉细砂薄层，呈双层结构或多层结构，干燥-稍湿，硬塑，呈黄土状，垂直裂隙发育，表层可见水蚀洞穴。边坡以东及东北厚度10～30 m，以西及西南3～5 m，容许承载力120～200 kPa，在边坡处由于垂直裂隙及薄层细-粉细砂形成的水平临空面的存在，在重力等的作用下易形成崩塌。

1.6.2 砾质土体

主要下伏于粉土与砂性土体互层土体下部，由松散的第四系上更新统洪积的漂砾、卵石、砾石组成，灰黑色，呈中密-密实状态，颗粒多呈次圆状，厚度大，承载力特征值大于250 kPa，地层强度较高，工程地质条件较好。

2 崩塌灾害发育特征及稳定性分析

2.1 滑坡灾害发育特征

崩塌灾害于温宿县温宿镇卡坡沿线一带均有发育，在平面上呈条带状分布。根据崩塌危岩带分布的空间特征，以区内路网为分界线，可将整个卡坡崩塌群由西北至东南划分为3个区段。

2.1.1 Ⅰ区段崩塌成灾特征分析

根据专项勘查报告，Ⅰ区段包括6个单体崩塌(由西向东)，9个崩塌危岩带(由西部向东)。该区段多数崩塌距离民房、道路均较远，以金穗粮油购销有限责任公司边坡赋存的WK079、BT004两个成灾体的威胁性最大，分述如下。

Ⅰ区段崩塌灾害以金穗粮油购销有限责任公司边坡为典型代表。该边坡位于粮食储备库的西北角，地层以粉土为主，夹薄层圆砾，胶结性差，边坡近乎直立，顶部标高为1 171.48 m，底面标高为1 141.30 m，陡坎高度约30 m，走向为84°。陡坎面垂直裂隙较发育，密度约5 m/条，裂隙宽度0.1～0.2 m，裂隙切割深度5～10 m。该边坡潜在崩塌体体积约9 000 m3，边坡坡脚崩塌堆积物体积约2 500～3 000 m3。

2.1.2 Ⅱ区段崩塌成灾特征分析

根据专项勘查报告，Ⅱ区段的崩塌危岩体以高老庄西游乐园为界，分为南北两个区域，其中南区域(拟建亚瓦沟景区范围)包括17个单体崩塌，14个崩塌危岩带(由西部向东)。该区域崩塌灾害发育密集，坡面高陡，受灾对象集中，是防治工程的重点区域。

Ⅱ区段崩塌灾害以专项勘查报告中命名的BT020所赋存的边坡为典型代表。该边坡位于灌溉渠东侧、卡坡崩塌群中部，地层以粉土为主，夹薄层圆砾，胶结性差，边坡近乎直立，顶部标高为1 170.29 m，底面标高为1 147.20 m，陡坎高度约23 m，走向为5°。该区段裂隙发育程度较Ⅰ区段要低，平均密度约8～10 m/条，裂隙切割深度5 m左右，但BT020所赋存边坡完整性较差，崩塌灾害发育密集。

2.1.3 Ⅲ区段崩塌成灾特征分析

根据专项勘查报告，Ⅲ区段主要分布7个单体崩塌(由北向南)，3个崩塌危岩带(由北向南)，崩塌灾害分布密度较稀疏。

Ⅲ区段崩塌灾害的主要呈现形式为中-低位小型危岩带，以专项勘查报告中命名的BT019所赋存的边坡为典型代表。该边坡靠近温宿县东边界，毗临S209线，边坡近乎直立，顶部标高为1 164.69 m，底面标高为1 138.45 m，陡坎高度约26 m。该边坡裂隙发育程度较低，坡体完整性一般，工程地质条件一般，主要威胁对象为来往行人及车辆。

2.2 稳定性计算结果

本文对研究区崩塌进行了定性及定量评价。

(1)定性评价方法采用野外判定法进行。野外判定法按照2006年4月国土资源部颁发的《县(市)地质灾害调查与区划基本要求》实施细则(修订稿)中“崩塌(危岩体)稳定性野外判别表”对区内危岩体稳定性进行判定，其判定结果的稳定性均差。

(2)依据专项勘查报告，利用显式有限单元法(GeoStudio2004软件)对温宿县卡坡土质崩塌进行稳定性数值模拟定量分析，采用理正岩土5.1边坡稳定分析模块对危岩体上崩塌区域进行整体稳定性验算，计算崩塌区域的安全稳定系数Fs。验算时选取3种工况进行，即：①工况一：自然工况；②工况二：自然+暴雨工况，假定崩塌区域土体达到饱和状态；③工况三：自然+地震工况，地震按Ⅷ度进行验算。

综上所述，综合野外判定法、有限单元法两种方法对危岩带的稳定性的评价结果，各方法评价结果基本一致。温宿县卡坡区内的边坡总体自然工况处于稳定状态。在自然+暴雨工况、自然+地震工况下，部分边坡处于不稳定状态，其他部位处于欠稳定-稳定状态。

3 滑坡灾害治理工程措施分析

卡坡崩塌群的灾害类型主要为土质崩塌，崩塌规模为小型。针对成灾体的致灾特性以及空间分布特征，本文设计采用台阶式削方、坡面整饰与崩积物清运、混凝土拦石墙+刚性被动防护网、柔性被动防护网、监测预警、警示标志等措施相结合的综合防治设计。

3.1 台阶式削方

对于土质高陡边坡崩塌灾害而言，台阶式削方是最行之有效的方案。然而，根据现场踏勘了解，防治区卡坡坡顶分布有大量坟墓，部分坟墓为文物坟，施工过程中不得予以破坏。基于文物保护与灾害防治理念，台阶式削方区选取有施工空间且不会对坟墓产生损毁的地段，即防治Ⅱ区BT013、WK023处。通过削方放缓卡坡边坡坡度以减轻土质崩塌对坡脚处来往行人、车辆、基础设施的威胁。

3.2 坡面整饰与崩积物清运

研究区部分崩塌体坡面存在凹腔、鹰嘴崖、临界失稳块体等，部分坡脚存在大量崩塌堆积物，对坡下来往行人、车辆、基础设施构成威胁。设计采用机械辅之以人工进行坡面整饰，清除不稳定块体，使修缮后的坡面达到左右平整、上下顺接、浑然一体的效果。此外，利用机械对坡脚崩积物进行装载与清运，恢复原始地形地貌。

坡面整饰主要针对防治Ⅱ区的WK024(危岩带)、WK025(危岩带)、WK026(危岩带)，将来的观景道路将从该区域中部穿行。崩积物清运主要针对防治Ⅰ区WK079(危岩带)、BT004，防治Ⅱ区WK029(危岩带)、WK028(危岩带)、BT020，清运完毕后为后续防治工程施工提供空间。

3.3 混凝土重力式拦石墙+刚性被动防护网

由于防治区内中位危岩带较多，近乎直立的坡面与接近30米的高度限制了许多传统防治措施的实施。通过现场踏勘与崩塌体运动学特征分析，设计采用混凝土拦石墙+刚性被动防护网的防治手段。混凝土重力式拦石墙的优点是可以就地取材、施工简便，后期可结合景区开发特点其改造成温宿故城文化墙。囿于拦石墙修建高度，设计在墙顶架设刚性被动防护网以增大拦石高度和范围，被动网防护系统较一般防护措施而言视觉干扰小、防灾功能强、施工速度快，适宜于景区修筑。

混凝土重力式拦石墙+刚性被动防护网设计在防治Ⅱ区WK028(危岩带)、BT020处修建，修建过程中最大程度地对绿化用地、林带、灌溉系统进行避让。

3.4 柔性被动防护网

柔性被动防护网由柔性网、支撑系统、锚拉连接系统和基座四个部分组成，落石冲击时系统通过变形、转动和位移，起到缓冲、减压、消能的作用，目前已有较完善的技术标准，在新疆亦有成熟的防灾施工应用。由于防治区不少崩塌灾害威胁范围内存在较多林木及喷灌设施，传统的防治手段难以对其进行绕避，因此设计采用柔性被动防护网，既可以达到防治效果，又可以最大程度地减小对景观的影响。

柔性被动防护网设计在防治Ⅰ区WK079(危岩带)、BT004处，防治Ⅱ区WK030(危岩带)、BT010、WK032(危岩带)处修建，修建过程中对绿化用地、林带、灌溉系统进行避让。