贵州某变质岩类型砂石场不稳定斜坡地质灾害点特征及成因机制研究

杨国庆，刘汉林，华 兴

(贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550081)

据贵州省黔东南州台江县老屯乡老屯村变质岩类型砂石场堆渣场地面出现拉张裂缝灾情隐患，根据场勘查，对砂石厂堆渣场形成的不稳定斜坡，根据其特征及成因机制进行浅析，由于近年来随着地球环境的变化，全球变暖现象，易出现极端恶劣天气。也因为天气变化易形成大量降雨，极易触发局部规模的泥石流与滑坡；因上述灾情隐患情况，会严重影响和威胁到斜坡谷底约1 km处沪昆高铁隧道及附近农田，以及与之低洼处零散村民居住地的生命财产与安全。

1 自然地理及地质环境条件

1.1 自然地理

贵州省黔东南州台江县地处云贵高原东部苗岭主峰雷公山北麓、清水江中游南岸。境内地形地貌多以高山、盆地、河谷组合，最高海拔1 980 m，最低海拔455 m，平均海拔717.5 m。北与施秉县、黄平县接壤，东部、南部与剑河县、雷山县接壤，西部与州府所在地凯里市接壤。台江县老屯乡老屯村，位于台江县老屯村位于老屯乡南西部，靠近施秉县与剑河县之间；欧脚归里砂石场距老屯村直线距离约4.5 km，位于巴拉河右岸，(见图1)具体位置地理坐标为东经108°18′34″，北纬26°46′49″。砂石场距离村寨北部有老屯村、老屯乡的通村公路一条，交通方便。乡政府距县城28 km，台江县城距州府凯里市48 km。

图1 研究区交通位置图

1.2 气象、水文

1.2.1 气象

台江县属于中亚热带温和湿润气候区，雨量较为充沛，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温16.5℃，年平均降水量1 801.7 mm，无霜期320 d。四季分明、冬长而无严寒，夏短而无酷暑，无霜期长，季风气候明显。主要风向冬、春为西北，夏、秋属东南。雷公山脉呈北东向于南刀坡一带将其分为南北明显气候差异：南部地势高，迎南来之暖湿气流，森林覆盖率大，降水多，光照少，常有倒春寒和秋风危害；北部地势低，雷公山阻隔南来暖湿气流，森林覆盖率小，降水少，光照多，常有伏旱。总体气候温和、雨量充沛。多年统计资料，1-2月最冷，7-8月最热。年平均气温15.7℃，日平均气温25.4℃；极端最高气温37.1℃(1971年7月26日)，极端最低气温-10.3℃(1977年1月30日)，年积温5 800～5 900℃，相对湿度80.67%。无霜期286 d，初霜最早11月14日，最晚次年2月28日；冬霜最早12月26日，最晚次年4月6日。日照夏季多，占全年日照率38.2%；冬季少，雨量充沛，年均降雨量1 133 mm，年最大降雨量1 348.9 mm(1980年)，年最小降雨量750 mm(1960年)。县境内年降雨量在空间上分配不均匀，总体分布北少南多。在时间上，各季节降雨量、降雨量强度及集中程度存在一定差异，主要集中在夏季，占年总降雨量的40%，春季次之，占年总降雨量的32%，秋季占全年总降雨量的20%，冬季降雨量最小，降雨量占全年的8%。旱季常有发生，经统计75%的年份均有不同程度发生。风力一般3～4级，最高达7～8级。

1.2.2 水文

该砂石场位于巴拉河右岸，巴拉河源出雷山县雷公山之交腊山，经雷山、凯里挂丁，由德眷村入境，经流台盘、大寨、南瓦、排生、老屯等村寨，于巴拉河寨脚注入清水江。县境河长70 km，流域面积265 km2，主要支流有龙塘溪、箕簸河、小江河和辣子溪，总长近122.9 km，河网密度46.4 km/100km2。

图2 研究区具体位置图

1.3 地质环境条件

1.3.1 地形地貌

台江县老屯村欧脚归里砂石场不稳定斜坡位于巴拉河右岸一走向北东向的山脊南西侧靠近冲沟山体一侧，属于侵蚀构造中山峡谷地貌。斜坡为切向斜坡，斜坡倾向为150°，倾向沟谷山脊，斜坡顶部高程950～960 m，斜坡前缘直抵沟谷谷底，砂石场所处高程751 m，谷底高程651 m，最大相对高差309 m，斜坡总体较完整，一般坡度为15°～25°，前部与场地后壁均较陡，约为50°～60°，斜坡上冲沟发育，前沿为陡坡。不稳定斜坡位于斜坡南西侧，为斜坡往北东方向的陡坎与山腰的陡缓交界处，东西两侧为山体，南西为冲沟。

1.3.2 地层岩性

出露地层从新到老有第四系残坡积土(Qel+dl)、青白口系清水江组(Pt3q)，现分述如下：

(1)残坡积层(Qel+dl)第四系残坡积覆盖层主要为粘土及大小不一的碎石组成，结构松散，在斜坡坡体上广泛分布，但厚度不一，厚1～3 m。

(2)青白口系清水江组(Pt3q)为深灰色至黑色(含炭质)板岩、千枚岩为主，偶夹变余凝灰岩—(统称变质岩类)；其节理裂隙发育，岩性破碎，易风化。

1.3.3 地质构造

不稳定斜坡位于老屯至台盘复式褶皱北西侧次级向斜北西翼，为华南准地台构造变形区施洞口—台盘逆冲断层上盘，区内岩层经多次构造运动，节理裂隙及构造劈理密集发育。岩层呈单斜状产出，向西倾斜，倾向150°，倾角15°。根据中华人民共和国国家标准，地震动峰加速度小于0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，根据地震动峰值加速度分区和地震基本烈度对照表，工作区地震基本烈度小于Ⅵ度，区域稳定性好。

2 岩土体类型及工程特征

2.1 岩土体类型

场地岩土体可划分为两类工程地质岩类：(1)软质岩类、(2)松散岩类两大类型。根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)相关标准；对岩土体类型进行简要特征分述。

2.1.1 软质岩类

软质岩种类是不同的，其强度特性、泥质含量、结构特点及其塑性变形力学特点差异很大。据上述特性的差异及产生显著塑性变形的机理，软质岩可分为四大类，即膨胀性软岩(也称低强度软岩)、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩(见表1)。

表1 软质岩分类

鉴于砂石场区域软质岩类为变质岩类型-变余凝灰岩、变余砂岩，岩层组为Pt3q深灰色至黑色(含炭质)板岩、千枚岩—(统称变质岩类)其节理裂隙发育，岩性破碎，易风化等特性；其抗滑强度极差，应属于高应力软岩类型，遇水极易发生少许膨胀，在易风化-强风化条件下呈粘土状。在受到高应力状态下，极易沿片架状产生滑移。根据岩体类型完整性分类标准，场区内岩体可划分为破碎、较破碎、较完整三个单元(见表2)

图3 研究区砂石场剖面图

表2 岩体完整性分类标准

2.1.2 松散岩类

砂石场区域为残破积Qel+dl，其岩土特性为黄色、黄褐色粘土及大小不一的碎石组成，结构松散，在斜坡坡体上广泛分布。黄色、黄褐色粘土，可塑，土质均匀，切面光滑，结构有局部呈致密状，在易风化-强风化条件下，松散、孔隙大，夹碎石；整体极易破碎，岩溶裂隙发育，强度极低；在工程稳定性上极差，极易造成崩塌、滑坡、泥石流现象。

2.2 工程特征

场地工程特征主要以场地沿途及周围的岩土类型形成如下特征：

(1)软质岩类为变余凝灰岩、变余砂岩，岩石抗压强度5～30 Mpa，软化系数0.2～0.9，磨擦系数0.4～0.8，强风化深度1～5 m，局部地区达10 m，其工程稳定性较差，易发生滑坡、泥石流。

(2)松散岩类为第四系残坡积层(Qel+dl)，分布于坡麓上，该岩组结构复杂、松散，孔隙度大，其工程稳定性较差，力学强度低，易发生滑坡、泥石流。

3 水文地质条件

3.1 地下水类型、含水介质及富水性

3.1.1 松散孔隙水

主要赋存于第四系松散孔隙中，分布于整个斜坡地带。富水性弱，受季节影响变化大。

3.1.2 基岩裂隙水

主要赋存变余砂岩中，这类岩石抗风化能力较弱，工作区内有较厚的强至中风化带，易渗入大量大气降水，含浅层风化裂隙潜水，越往深部，岩石裂隙发育程度减弱，岩石含水性相应降低，仅含微弱基岩风化裂隙水和构造裂隙水。富水性弱，可视为相对隔水层。

3.2 地下水补给、径流、排泄条件

地下水补给来源主要是大气降水，部分为基岩裂隙水，补给途迳为通过粒间孔隙、风化裂隙面状渗透补给，地下水接受补给后，向地势切割较低的部位迳流，在沟谷地形低凹处排泄。

图4 研究区砂石场全貌图

4 人类工程活动对地质环境的影响

4. 1 工程荷载及重力堆叠影响

人类工程活动都是在一定的地质环境中进行的两者之间必然产生特定方式的相互关联和相互制约。场地工程开采砂石的人类工程活动主要为挖掘机切坡开挖修建公路，欧脚归里砂石场开采，人类工程活动极为强烈。主要会造成一定的地质条件影响，对工程场地的稳定性和其正常的地基有一定工程荷载和重力堆叠。如果斜坡地基处理不当，在开挖的砂石不断的荷载和重力堆叠作用下，其地质体中的应力产生重新分布，易造成岩土体介质发生变形，当变形发展到一定程度上再加之雨季时的作用下，就会造成崩塌、泥石流灾害情况的产生。

图5 研究区砂石场裂缝全貌图

4.2 爆破及工程振动影响

人类工程活动中，爆破工程也是在施工过程中经常采用的爆破法施工及工程活动中会不断产生振动，会导致除挖掘机开挖岩土体以外，对地质岩体破坏、松动及状态和特性影响最为突出的一个方式。由于岩土体受到外力不断振动干扰，亦会对场地内地质环境中岩土体本身造成不可估量的破坏。易造成局部岩土体崩塌等次生地质灾害隐患，使得地质环境处于长期不稳定状态。

图6 研究区砂石场裂缝宽度图 图7 研究区砂石场裂缝深度图

图8 砂石场渣土场坝体与谷底位置图

5 不稳定斜坡基本特征及成因机制分析

5.1 基本特征

欧脚归里变质岩类型砂石场不稳定斜坡坡长约60 m，宽2 m，坡高100 m，可见深度20 cm,约1.2 m3,总体坡向150°，坡度50°，地貌上为切割较小的陡斜坡，斜坡结构类型为渣土碎石、松散土质斜坡。2018年8月，已出现一条长60 m，缝宽10～15 cm的拉张裂缝；并伴随堆积渣土场地基下沉，渣土场下方为谷底，亦无修筑任何挡土墙、排水沟等基本防护设施。现场调查，目前深度约20 cm。因滑动面尚未完全贯通，斜坡滑面尚处于蠕变状态，未形成较大灾害，但在汛期暴雨或多天连续降雨诱发下，有可能进一步产生滑动形成滑坡或泥石流灾情，威胁下游约1 km左右的沪昆高铁，其稳定性较差。危害对象等级为一级。

5.2 成因机制分析

该不稳定斜坡的发生是多种因素综合作用的结果，即有外部诱发因素，又有内部自身因素。

5.2.1 不稳定斜坡地貌条件

不稳定斜坡所处地形近圈椅状，东、西两侧均为高陡斜坡，易于汇集降水。斜坡前沿地形较陡，为50°～80°，陡坡前沿为沟谷，以致于北西与南西方向无约束，易于土体应力剪出。

5.2.2 不稳定斜坡地层岩性

不稳定斜坡成份为第四系残坡积层，厚度大，力学强度低，遇水易软化。下伏基岩为清白口系清水江组(Pt3q)地层，为变余砂岩、变余凝灰岩等，透水性弱，为相对隔水层，易形成第四系土层与基岩接触带径流，利于土体侵泡饱和。

5.2.3 不稳定斜坡诱发因素

结合现场调查和走访，一是该砂石场是在上体较陡与海拔较高位置开挖，破坏较为脆弱的植被，使松散的第四系残坡积覆盖层粘土在陡峭的山体裸露堆放，二是开挖未按照正常的梯级山体结构方式进行逐级开挖，开挖方式又使用较为简单而毕直的方式，开挖剥离陡峭山体，使山体逐渐形成临空面，因而导致斜坡失稳的主要因素。山体裂隙极为发育，加之汛期到来裂隙水与地表积水的不断下渗；使斜坡土体长期处于侵泡饱和状态，增加了坡体物质的重量，降低了土体抗剪强度，在斜坡边沿尚未修筑梯级结构性的挡土墙，以直接松散堆放方式下，而造成长期形成的荷载压力下，导致斜坡前沿变形拉裂。因此地表积水和荷载压力是斜坡失稳的主要诱因。

图9 研究区砂石场与沪昆高铁隧道距离图

5.2.4 砂石场不稳定斜坡坝体形成对沪昆铁路潜在危害性

研究区砂石场与沪昆铁路的距离在约1 km的范围，因其所在位置正好在沟谷上方，地势较高，对身处沟谷谷底的高铁线及隧道形成了一定俯冲性质的危害。因为潜在的泥石流固体物源较为丰富，且物源分布较为集中，因其坝体总体坡向150°，坡度50°，地貌上为切割较小的陡斜坡，而且斜坡结构类型为渣土碎石、松散土质斜坡。物源类型主要还包括了崩塌堆积物源、沟谷沟道中堆积物源和斜坡面侵蚀物源等几种类型。如遇集中雨季，在暴雨或强暴雨的作用下，流水会将这些物源携带卷入沟道，沿沟谷沟道顺势而下对身处沟谷谷底的高铁线及隧道形成了一定俯冲性质的潜在危害，危害性极大。

6 发展趋势及危害性

斜坡体目前稳定性较差，随着斜坡体的进一步变形发展，在大暴雨后极有可能产生滑坡或是泥石流。将威胁斜坡沟谷谷底约1 km处沪昆高铁隧道及附近农田。与之低洼处零散村民居住地的生命财产的安全，其地质灾害危险等级评估应为一级。

7 不稳定斜坡的防治措施及效果与防治措施

7.1 应急处理措施

(1)砂石场不稳定斜坡灾情隐患点除了上述情况分析，一般形成滑坡或泥石流地质灾害，最重要的因素就是水。在地质灾害点治理工程实践中，必须结合现场实际情况，了解坡体位置滑动面的地质、地貌地形特征，采取合理的地表水截排水措施，通过这类方式其主要目的就是有效排出坡内地表水入渗，以此减缓因水的因素造成坡体的滑动力。还可以在滑坡区内表面，亦可以考虑进行喷浆、勾缝灌浆等方法，也是为下一步综合治理争取合理的时间。

(2)砂石场企业下一步亦可以委托具有相应资质和有治理相关经验的公司，根据渣土堆土场下方谷底逐级修建较为牢固的重力挡土墙、抗滑桩，增加锚索或锚杆等方式；针对坡面松散土质边坡，还可以采用坡体表面植物防护，以栽种根系较为稳固的植物结合三维植被防护网等方式综合治理；通过植物移植稳固表层土体，增强土体稳固性。并对排水沟进行合理的管道方式接管排泄和给予管道表面的硬化处理，以减少雨水和生产废水对土体侵蚀，减缓该不稳定斜坡进一步发展成为滑坡及泥石流灾害隐患，及时回填夯实斜坡上出现的裂缝。这些措施都是地质灾害治理实践中最经济有效的应急辅助防治工程措施。

图10 不稳定斜坡治理工程应用示意图

7.2 永久性治理工程

(1)在此不稳定斜坡上不准再继续松散堆放等工程活动，以防止荷载力量不断加重使不稳定斜坡加速形成滑坡及泥石流灾害。

(2)建议在斜坡前沿修筑梯级较为牢固的重力式挡土墙，且挡土墙基础必须有相应的抗滑桩接触基岩，挡土墙的基础也要满足相应规范要求。

(3)规范斜坡上生产用水、排水，能够在坝体谷底处开挖修建标准排水沟，并且能够保障斜坡上无水下渗，降低坡体物质荷载重量。

(4)不稳定斜坡以及斜坡前后建议规范开挖和合理施工，在已开挖出现的山体松散处，尽快同步边坡防护治理与维护，以保持坡体的稳定性，防止灾害的发生。

8 结语

根据台江县老屯乡老屯村欧脚归里变质岩类型的砂石场堆渣场地面出现灾情为例，根据勘查现场，对于现场情况及时做出应急调查；对于极易构成潜在的泥石流地质灾害隐患，可直接危害下游约1 km处沪昆高铁隧道及附近农田的地质灾害情况。进行了实地调查，对地质灾害中不稳定斜坡形成条件、成因机制做出分析，并提出相应防治措施建议。针对这类潜在危害应采取一定的动态监测预警，有必要设立监测点，有助于后期预防应急处置。