庆城县东王塬不稳定斜坡发育特征及成因分析

2020-11-10朱利辉

资源信息与工程 2020年5期

关键词：马莲斜坡黄土

朱利辉

(甘肃省地质调查院，甘肃兰州 730000)

庆城县位于庆阳市中北部，为著名的陇东黄土高原区，黄土沟壑发育，属于地质灾害易发区。东王塬滑坡发育在庆城县庆城镇东王塬村北侧，该村已通柏油路，交通比较方便。

1 地质环境条件

1.1 气象、水文

庆城县地处内陆腹地，属温带大陆性季风气候，四季分明，光照充足，春旱秋雨，冬冷漫长，夏热短促，多大雨、暴雨、冰雹等灾害性天气。

在地域上，境内降水量由西北向东南方向逐渐增加，各乡镇降水量差异较大，驿马镇一带最大，年降水量达560 mm；马岭镇以及蔡口集乡一带则小于400 mm，在全县最小。西北部土桥乡、翟家河乡、蔡口集乡以及马岭镇一带在环江、柔远河两岸多年降水量多集中在500～540 mm，南部董志塬北部边缘多年降水量多集中在525～560 mm之间。

区内主要河道有环江、柔远河和马莲河，属黄河道域渭河支流泾河水系，高发源于境外，依地形由北向南趁势而下出境。北部及东部有环江(西河)和柔远河(东河)，在县城南门外药王洞汇入马莲河，在东部店子坪出境。

柔远河：属马莲河二级支流，发源于境内北部的乔河乡小马岔村，自北东向南西径流，于悦乐镇上堡子与元城河交汇，全长49 km[1]。

马莲河：属泾河水系的二级支流，多年平均径流量1.78×108m3，年平均流量为6.27 m3/s，含沙量330 kg/m3，多年平均输砂量为7 420×104t。

经走访调查，庆城县境内较大的河流及其主要支沟在汛期水位猛涨，流量剧增，易暴发山洪泥石流灾害，会给沟口、河谷等地势较低处居住的村民带来人员伤亡和财产损失。如1963年暴雨期间，柔远河发洪水，淹没两岸农田、公路，冲毁村庄、房屋，造成了重大山洪灾害。

经调查本次评估的19个易地扶贫搬迁点除马岭镇后湾安置区距离马莲河约150 m以外，均离庆城县境内的主要河流较远。河流对研究区影响较小。

1.2 地形地貌

研究区地处陇东黄土高原腹地，新构造运动较强烈，境内地形南北窄、东西稍长，地势总体西北高、东南低，最高点位于西北部边境的蔡口集乡虎渠村庙山顶，高程1 623 m，最低点为东部边界马莲河与冉河川交汇处，海拔1 018 m。全县表层广泛覆盖黄土，黄土经长期的风吹雨淋及流水侵蚀切割，形成残塬与沟壑、梁峁与孤山、河川与台地并存的地貌景观，地形支离破碎、沟壑纵横，塬高沟深，高低起伏，进而决定了此起彼伏的地形特征，呈现出地形坡度、坡向、坡高的多变性。

1.3 地层岩性

庆城县境内出露地层主要有白垩系、新近系和第四系地层，其地层岩性及分布特征如下所述：

白垩系：地层在庆城县境内按组划分主要有环河组和罗汉洞组。

新近系：岩性以泥岩为主，颜色为砖红色，结构为泥状结构，构造为块状。表层风化强烈，呈强风化，遇水易软化崩解。出露厚度一般2～10 m。

第四系：按其成因主要有上(中、下)更新统黄土、全新统冲洪积物、全新统洪积物以及滑坡或崩塌等重力堆积物等。

1.4 地质构造与区域地壳稳定性

1.4.1 地质构造

庆城县处于鄂尔多斯盆地的西南部，表层大面积覆盖黄土。鄂尔多斯盆地为一中生代构造盆地，盆地内沉积了巨厚的中生界地层，仅下白垩统岩层厚度达1 000 m[2]。盆地内沉积的产状几乎水平且厚度巨大的中生界地层，说明鄂尔多斯盆地是比较稳定的地块，构造运动不很强烈。

1.4.2 新构造运动与地震

从第三纪晚期以来，鄂尔多斯盆地一直处于垂直升降运动状态，且上升幅度远大于下降幅度，直至现在，还在缓慢的上升隆起。庆城县位于鄂尔多斯盆地西南部，自然也不例外，其新构造运动迹象主要表现为：境内马莲河、柔远河和环江河谷内，河床和河漫滩基岩第四系堆积物很薄，白垩系地层出露，岩层顶面高出河床一般5～20 m；河谷区发育的Ⅰ、Ⅱ级阶地均为基座阶地，Ⅰ级阶地形成时间短，形成后地壳抬升，河流的侵蚀或下切又将其破坏殆尽，导致Ⅰ级阶地阶面狭窄且残缺不全。由此说明，中更新世末期以来，区内地壳一直处于上升状态，河流的侵蚀和下切作用强烈。境内沟谷密集，河流深切，“V”型谷发育，原始黄土塬(夷平面)经水流侵蚀切割，已演变为黄土残塬沟壑及梁峁沟壑地形，均反映了全新世以来地壳的上升运动。

根据《庆阳县志》记载，历史上周围邻区的十几次地震波及本区，造成较大的地震灾害。根据《建筑物抗震设计规范》(GB50011—2010)，庆城县抗震设防烈度为Ⅵ度，基本地震加速度值为0.05g。

2 工程地质条件

2.1 黄土状土、砂砾石双层土体

分布于研究区内及周围，具有双层结构，上部黄土状土，稍密-松散，物理力学主要性质：天然容重17.0～18.25 kN/m3，干容重16.66～19.60 kN/m3，密度2.67 g/cm3，天然含水率2.25%～5.76%，孔隙比70.7%～80.4%，内摩擦角27°～30°，液限21.0%～22.3%，湿陷性系数0.013～0.024，属弱湿陷性黄土，地基承载力特征值fak=90～115 kPa；下部为卵石砂砾层，成分以弱变质的砂岩为主，次棱角状，分选性差，物理力学主要性质：天然含水量1.57%～2.15%，天然容重21.27～21.95 kN/m3，孔隙比20%，内摩擦角50°～55°，地基承载力特征值fak=300～400 kPa。

2.2 黄土

分布于研究区北西侧，为灰黄色、浅黄色黄土，岩石较为酥松且具有大孔隙，质地较为均匀，节理垂直发育。物理力学主要性质：天然含水率1.36%～5.57%，内摩擦角34°～36.5°，天然容重值14.58～16.06 kN/m3，密度：2.7 g/cm3，干容重13.80～14.20 kN/m3，孔隙比90.1%～95.3%，液限23.0%～23.4%，湿陷性系数0.089～0.127，湿陷深度12～19.8 m，属于强湿陷性黄土，地基承载力特征值fak=50～100 kPa。

2.3 人工填土

分布于场地的表层，岩性为混杂粉土，厚度1.0～3.0 m,地基土承载力(fak)120～150 kPa。

3 水文地质条件

根据地下水的赋存条件、含水介质和分布的情况，并结合野外调查和区内已有相关资料，区内地下水可划分为第四系松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水两种类型。

3.1 第四系松散岩类孔隙水

松散岩类孔隙水是指赋存于第四系松散岩类中的地下水，又可细分为河(沟)谷潜水和黄土孔隙裂隙潜水。

河(沟)谷潜水：该类地下水主要赋存于环江、柔远河以及马莲河等河谷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以及Ⅳ级阶地的砂砾卵石孔隙中，其潜水位随地形而变，河谷上游地段的地下水位埋深大于下游的地下水位埋深，自河床向河谷地两侧，水位埋深由小变大。

黄土孔隙裂隙潜水：该类水主要赋存于黄土孔隙裂隙中，其含水层岩性主要为离石黄土，下伏午城黄土为相对隔水层，上伏马兰黄土为透水不含水层。含水层厚度变化较大，在残塬中部可达30 m以上，至塬侧则不足1 m。

该类水同调查区滑坡、崩塌的形成有密切的关系，由于地下水的活动，大大降低了黄土、砂岩、泥质砂岩以及泥岩等的力学强度指标，极易诱发坡体失稳。

3.2 碎屑岩类孔隙裂隙水

该类地下水在区内分布较广，主要赋存于白垩系砂岩、砂质泥岩及新近系泥岩等风化及构造孔隙裂隙中，构成层间孔隙裂隙潜水或承压水。含水层埋藏条件受地貌控制，一般在黄土塬、梁峁处较深，在黄土塬边以及河谷区较浅，埋深变化较大一般几米，最深处达300 m左右。地下水矿化度一般为0.5～3.0 g/L。

4 不稳定斜坡特征

不稳定斜坡位于庆城县庆城镇东王塬村村委会及居民安置点南西侧，为开挖黄土残塬斜坡形成的不稳定斜坡。斜坡宽为450 m，坡高2～5 m，坡高北西最高约5 m，沿坡走向向其南西部坡高逐渐降低至坡脚地面，坡度70°。斜坡走向148°，坡面较为平整，坡向58°，坡角70°。坡体由马兰黄土组成，具Ⅲ级自重湿陷性。坡顶为果园，果园中有深约0.4 m的人工开挖排水管，坡面由方砖支护，现状稳定。坡南东端高度较低处(坡高小于1m)未进行支护处有少量的堆积物。坡顶人工进行修整，现状变形不明显。其剖面图见图1。

图1 东王塬不稳定斜坡剖面图

5 不稳定斜坡形成原因分析

通过实地调查和收集资料综合分析，不稳定斜坡主要由地质条件、气象水文条件和人类工程活动共同作用形成。

5.1 地形地貌

研究区内的不稳定斜坡均发育在黄土残塬塬边，区内黄土厚度200～250 m。黄土梁峁沟区海拔1 160～1 470 m，区内沟谷切割深度一般100～200 m。沿河谷走向平均2 km发育一条大型沟谷，沟谷剖面多呈“谷中谷”，平面形态呈长条状“树叶形”，支沟发育，沟脑平面形态近于半圆或单椭圆形，主沟纵坡降40‰～200‰，沟谷斜坡极不规则，陡崖、陡坡与缓坡平台相间，多呈阶梯状。这种地形地貌为不稳定斜坡形成提供了条件。

5.2 地层岩性

不稳定斜坡主要由上更新统马兰黄土组成，马兰黄土结构疏松，具大孔隙，垂直节理发育，有利于降水入渗，具Ⅲ～Ⅳ级自重湿陷性，其土体特性有利于斜坡失稳产生滑坡、崩塌地质灾害。

5.3 降水

研究区年内降水量分配不平衡，汛期(5—10月)降水量年均为462.8 mm，占全年降水量85%。雨水入渗后，加大了坡体自身的重量，降低了土体原有的粘聚力，加大了颗粒滑移的力度，同时在地表水的大量入渗作用下潜蚀作用加强，在沟坡地段发育大量的黄土陷穴、侵蚀形成的沟槽地等破碎微地貌地段，使坡体朝不稳定的方向不断转化，进而使斜坡失稳产生滑坡、崩塌等地质灾害。