朔州市土质崩塌形成机理研究及防治对策_任蛟龙.pdf

131130摘要：文章以朔州市土质崩塌为研究对象，对倾倒式崩塌和坠落式崩塌的形成机理进行研究，通过分析两种崩塌的破坏机理，结合实际提出了朔州市黄土崩塌防治策略。关键词：土质崩塌；机理研究；防治对策中图分类号：P69 文 献标识码：A文章编号：2096-7519（2023）02-130-4任蛟龙（山西省煤炭地质一一五勘查院有限公司，山西 大同 037000）黄土崩塌是一种发生在黄土高原地区的典型地质灾害，威胁着人类生产生活安全，它是指陡立的黄土斜坡部分土体以突然的方式脱离母体，堆积在1坡脚的现象。山西省朔州市地质灾害中共有90处崩塌隐患，其中土质崩塌48处，岩质崩塌42处。土质崩塌主要分布在朔州的各个村落，主要原因是建房对坡体进行了切坡，大量的高陡边坡紧邻村庄房屋，常发2生零星崩塌，直接威胁村民及房屋安全。由于崩塌具有突发性强、预测性难的特点，往往给地质灾害防治工作带来很大挑战。1 研究区概况朔州市地处山西省北部、晋蒙交界区域，现辖2区1市3县、6个省级开发区、62个乡镇、7个街道2办事处、1166个行政村，面积1.06万 km，人口159.34万人。年平均气温6.9，降雨量500 mm以上，无霜期100135天。朔州市地处黄土高原地区，北、西、南三面环山，平均海拔1000 m。东南部为恒山山脉，呈东北西南向展布，主峰馒头山海拔2426 m。西南部属管涔山山脉，主峰黑驼山海拔2147 m。西北部延绵洪涛山山脉，主峰大贝山海拔1947 m。中部平原平坦开阔，为大同盆地西南部分。根据微地貌类型可分为构造剥蚀溶蚀低中山区、构造剥蚀低中山区、黄土丘陵区、熔岩丘陵区、冲洪积倾斜平原区、河谷平原区、冲湖积平原区。市内主要有沧头河及其支流关河、汤溪河、红河、干河、偏关河等6条河流，由于受河流的影响，市内大部分地区侵蚀严重，天然黄土边坡的稳定性较差。在雨水、冻融、地震和人类活动等外力影响下，这些黄土边坡很容易发生崩塌地质灾害。2 土质崩塌地质灾害特征2.1 特征分析朔州市土质崩塌隐患地质灾害48处，从调查的孕灾条件统计：崩塌隐患多发于构造剥蚀溶蚀低中山区，20处，占比41.67%；崩塌隐患多发于第四系上更新统，14处，占比29.17%；坡高以1030 m的陡坡陡崖为主，36处，占比75%；坡向以朝阳的南向 坡 1 5 0 2 7 0 方 位 为 主，3 9 处，占 比81.25%；坡宽以100 m的居多，38处，占比作者简介：任蛟龙（1985），男，工程师，本科，毕业于长江大学，主要从事钻探勘查工作。朔州市土质崩塌形成机理研究及防治对策表1 朔州市各地貌地质灾害隐患点数量统计表地貌构造剥蚀溶蚀低中山区构造剥蚀低中山区黄土丘陵区冲洪积倾斜平原区河谷平原区合计土质崩塌隐患201163848华北自然资源地质环境2023.2任蛟龙：朔州市土质崩塌形成机理研究及防治对策总第113期022023年79.17%；工程活动主要是建房修路。具体特征见表1。据调查，截至2021年底，朔州市共发生土质崩塌地质灾害6处。从所处地貌单元分析，1处地质灾害发生在构造剥蚀溶蚀低中山区，1处发生在构造剥蚀低中山区，2处发生在黄土丘陵区，2处发生在河谷平原区；从调查的48处土质崩塌隐患点分析，20处在构造剥蚀溶蚀低中山区，1处在构造剥蚀低中山区，16处在黄土丘陵区，3处在冲洪积倾斜平原区，8处在河谷平原区。从破坏方式分析，朔州市崩塌隐患点中可能发生倾倒式崩塌的隐患占32处，可能发生坠落式崩塌的13处，可能发生的崩塌中3处为滑移式，边坡顶部土体沿软弱面滑移，于陡崖处塌落。2.2 地质灾害形成因素朔州市土质崩塌的坡高绝大部分在1020 m，共2 6 处，占 土 质 崩 塌 的 5 4.1 7%，斜 坡 坡 度 在5590之间，大于70的39处，占土质崩塌总数的81.25%；小于70的9处，占土质崩塌总数的1 8.7 5%，斜 坡 坡 向 1 3 0 以 下 6 处，坡 向130180有22处，坡向大于180有20处，坡向以东南向居多，共28处，占土质崩塌总数的58.33%。由此可见，朔州市土质崩塌形成主要受人类工程活动影响。由于近年来为了改善生活条件，村民频繁挖坡取土，以获取修建房屋的空间造成土质崩塌。朔州市土质崩塌的黄土体多属于第四系上更新统，黄土中存在大量不同规模、不同成因、不同性质和不同时期的节理裂隙，不同节理裂隙之间相互穿插、切割形成立体的网络系统，这些裂隙往往是分割黄土的结构面，是孕育地质灾害的控制面，是地下水的运移通道和储存场所。黄土中节理裂隙主要有构造节理裂隙、卸荷裂隙、湿陷裂隙、胀缩裂3隙、冻融裂隙、土窑开挖的松动裂隙等。3 土质崩塌形成机理据统计，朔州市土质崩塌的破坏模式以倾倒式崩塌为主的有32处，占土质崩塌总数的66.67%，次要破坏模式坠落式的有13处，占土质崩塌总数的27.08%，滑移式3处，占土质崩塌总数的6.25%，且大部分斜坡在崩塌后仍然处于不稳定状态。3.1 倾倒式崩塌倾倒式崩塌是发生在近直立的岩土崖临空面上，一般经过“岩土体节理裂隙的开裂变形阶段危险岩土体逐渐脱离母体并沿脱离体底部为支点倾倒阶段崩塌体的自由落体阶段崩塌体失稳碰撞承灾体及堆积阶段”4个阶段。倾倒式崩塌体一般规模较小，致灾范围也小，但发生频率高，斜坡上常见的局部小型崩塌不良地质现象多为倾倒式崩塌。倾倒式崩塌的诱发因素有：1）重力作用产生偏压，使直立岩土体产生蠕变而倾倒；2）地震或地面振动力附加的水平推力导致岩土体失稳倾倒；3）冻胀或冻融产生的特殊力导致土体失稳倾倒；4）降水下渗软化危险岩土体脚部使岩土体产生偏压而倾倒崩塌。倾倒式崩塌变形破坏机制模式如图1所示。3.2 坠落式崩塌坠落式崩塌多发生在直立的岩土体陡崖临空面上，一般经过“岩（土）体节理的开裂变形阶段危岩（土）体脱离母体并沿脱离体底部为支点坠落131130摘要：文章以朔州市土质崩塌为研究对象，对倾倒式崩塌和坠落式崩塌的形成机理进行研究，通过分析两种崩塌的破坏机理，结合实际提出了朔州市黄土崩塌防治策略。关键词：土质崩塌；机理研究；防治对策中图分类号：P69 文 献标识码：A文章编号：2096-7519（2023）02-130-4任蛟龙（山西省煤炭地质一一五勘查院有限公司，山西 大同 037000）黄土崩塌是一种发生在黄土高原地区的典型地质灾害，威胁着人类生产生活安全，它是指陡立的黄土斜坡部分土体以突然的方式脱离母体，堆积在1坡脚的现象。山西省朔州市地质灾害中共有90处崩塌隐患，其中土质崩塌48处，岩质崩塌42处。土质崩塌主要分布在朔州的各个村落，主要原因是建房对坡体进行了切坡，大量的高陡边坡紧邻村庄房屋，常发2生零星崩塌，直接威胁村民及房屋安全。由于崩塌具有突发性强、预测性难的特点，往往给地质灾害防治工作带来很大挑战。1 研究区概况朔州市地处山西省北部、晋蒙交界区域，现辖2区1市3县、6个省级开发区、62个乡镇、7个街道2办事处、1166个行政村，面积1.06万 km，人口159.34万人。年平均气温6.9，降雨量500 mm以上，无霜期100135天。朔州市地处黄土高原地区，北、西、南三面环山，平均海拔1000 m。东南部为恒山山脉，呈东北西南向展布，主峰馒头山海拔2426 m。西南部属管涔山山脉，主峰黑驼山海拔2147 m。西北部延绵洪涛山山脉，主峰大贝山海拔1947 m。中部平原平坦开阔，为大同盆地西南部分。根据微地貌类型可分为构造剥蚀溶蚀低中山区、构造剥蚀低中山区、黄土丘陵区、熔岩丘陵区、冲洪积倾斜平原区、河谷平原区、冲湖积平原区。市内主要有沧头河及其支流关河、汤溪河、红河、干河、偏关河等6条河流，由于受河流的影响，市内大部分地区侵蚀严重，天然黄土边坡的稳定性较差。在雨水、冻融、地震和人类活动等外力影响下，这些黄土边坡很容易发生崩塌地质灾害。2 土质崩塌地质灾害特征2.1 特征分析朔州市土质崩塌隐患地质灾害48处，从调查的孕灾条件统计：崩塌隐患多发于构造剥蚀溶蚀低中山区，20处，占比41.67%；崩塌隐患多发于第四系上更新统，14处，占比29.17%；坡高以1030 m的陡坡陡崖为主，36处，占比75%；坡向以朝阳的南向 坡 1 5 0 2 7 0 方 位 为 主，3 9 处，占 比81.25%；坡宽以100 m的居多，38处，占比作者简介：任蛟龙（1985），男，工程师，本科，毕业于长江大学，主要从事钻探勘查工作。朔州市土质崩塌形成机理研究及防治对策表1 朔州市各地貌地质灾害隐患点数量统计表地貌构造剥蚀溶蚀低中山区构造剥蚀低中山区黄土丘陵区冲洪积倾斜平原区河谷平原区合计土质崩塌隐患201163848华北自然资源地质环境2023.2任蛟龙：朔州市土质崩塌形成机理研究及防治对策总第113期022023年79.17%；工程活动主要是建房修路。具体特征见表1。据调查，截至2021年底，朔州市共发生土质崩塌地质灾害6处。从所处地貌单元分析，1处地质灾害发生在构造剥蚀溶蚀低中山区，1处发生在构造剥蚀低中山区，2处发生在黄土丘陵区，2处发生在河谷平原区；从调查的48处土质崩塌隐患点分析，20处在构造剥蚀溶蚀低中山区，1处在构造剥蚀低中山区，16处在黄土丘陵区，3处在冲洪积倾斜平原区，8处在河谷平原区。从破坏方式分析，朔州市崩塌隐患点中可能发生倾倒式崩塌的隐患占32处，可能发生坠落式崩塌的13处，可能发生的崩塌中3处为滑移式，边坡顶部土体沿软弱面滑移，于陡崖处塌落。2.2 地质灾害形成因素朔州市土质崩塌的坡高绝大部分在1020 m，共2 6 处，占 土 质 崩 塌 的 5 4.1 7%，斜 坡 坡 度 在5590之间，大于70的39处，占土质崩塌总数的81.25%；小于70的9处，占土质崩塌总数的1 8.7 5%，斜 坡 坡 向 1 3 0 以 下 6 处，坡 向130180有22处，坡向大于180有20处，坡向以东南向居多，共28处，占土质崩塌总数的58.33%。由此可见，朔州市土质崩塌形成主要受人类工程活动影响。由于近年来为了改善生活条件，村民频繁挖坡取土，以获取修建房屋的空间造成土质崩塌。朔州市土质崩塌的黄土体多属于第四系上更新统，黄土中存在大量不同规模、不同成因、不同性质和不同时期的节理裂隙，不同节理裂隙之间相互穿插、切割形成立体的网络系统，这些裂隙往往是分割黄土的结构面，是孕育地质灾害的控制面，是地下水的运移通道和储存场所。黄土中节理裂隙主要有构造节理裂隙、卸荷裂隙、湿陷裂隙、胀缩裂3隙、冻融裂隙、土窑开挖的松动裂隙等。3 土质崩塌形成机理据统计，朔州市土质崩塌的破坏模式以倾倒式崩塌为主的有32处，占土质崩塌总数的66.67%，次要破坏模式坠落式的有13处，占土质崩塌总数的27.08%，滑移式3处，占土质崩塌总数的6.25%，且大部分斜坡在崩塌后仍然处于不稳定状态。3.1 倾倒式崩塌倾倒式崩塌是发生在近直立的岩土崖临空面上，一般经过“岩土体节理裂隙的开裂变形阶段危险岩土体逐渐脱离母体并沿脱离体底部为支点倾倒阶段崩塌体的自由落体阶段崩塌体失稳碰撞承灾体及堆积阶段”4个阶段。倾倒式崩塌体一般规模较小，致灾范围也小，但发生频率高，斜坡上常见的局部小型崩塌不良地质现象多为倾倒式崩塌。倾倒式崩塌的诱发因素有：1）重力作用产生偏压，使直立岩土体产生蠕变而倾倒；2）地震或地面振动力附加的水平推力导致岩土体失稳倾倒；3）冻胀或冻融产生的特殊力导致土体失稳倾倒；4）降水下渗软化危险岩土体脚部使岩土体产生偏压而倾倒崩塌。倾倒式崩塌变形破坏机制模式如图1所示。3.2 坠落式崩塌坠落式崩塌多发生在直立的岩土体陡崖临空面上，一般经过“岩（土）体节理的开裂变形阶段危岩（土）体脱离母体并沿脱离体底部为支点坠落133132阶段崩塌体的自由落体阶段崩塌体碰撞受灾体及堆积阶段”4个阶段。坠落式崩塌体一般规模较小，致灾范围也小，但发生频率较高，风化破碎的崩塌边坡中上部常见的局部小型崩塌不良地质现象多为坠落式崩塌。坠落式崩塌多发生在节理发育、坡体中上部坡度直立、风化破碎较严重、有临空危岩（土）体的结构上，受自重引起的剪切力作用，崩塌的起始运动方式以错落为主。坠落破坏机制模式如图2所示。4 防治措施朔州市的黄土崩塌特点包括规模小、分布离散、坡体较陡，以土窑崩塌居多。朔州市黄土崩塌的破坏模式主要以坠落式和倾倒式这两种方式为主。针对黄土崩塌采用“预防为主、防治结合”的防护措施，结合朔州市黄土崩塌的特点，建议从以下方面进行防治：1）崩塌体几何形态改造。采用的方法主要有坡脚反压和分台阶施工，坡脚反压的几何形态改造法适用于在崩塌区域上方无放坡条件，通过这种方法来降低坡体坡度；分台阶施工的几何形态改造法适用于崩塌区域上方有放坡条件，人工开挖坡脚的崩塌及崩塌隐患区域。2）崩塌体表面加固。采用的方法包括客土喷播、液压喷播、格架植草、三维网植草、穴种植草、土工格室、护面墙等，适用于坡体受降雨或地表水冲刷严重，或坡体表面呈片状剥落的崩塌及崩塌隐患区域。根据实际情况，喷播与土工格室及护面墙等可结合使用。3）崩塌体内部加固。采用的方法主要有垂直节理灌浆处理、长土钉墙以及锚杆等。区别在于均适用于土层单一的崩塌体，存在显著张开型垂直大节理的崩塌区域采用垂直节理灌浆处理；坡体内部发育有软弱面的崩塌采用长土钉墙以及锚杆处理。4）崩塌体增加支挡结构。采用的方法主要包括(上接第129页)修挡土墙、抗滑桩等，挡土墙是比较常用的适用范围较广的增加支挡结构的方法。5）崩塌体引流。采用的方法主要是修建截排水工程，在崩塌体开裂区域充填以减少坡体的降雨及地表水入渗。5 结论本文以朔州市土质崩塌为研究对象，分别对倾倒式崩塌和坠落式崩塌的形成机理进行了研究，通过了解两种崩塌的破坏机理，结合朔州市实际情况提出了朔州市黄土崩塌防治策略，为黄土高原土质崩塌的防治提供可借鉴和参考的依据。1.01.25之间，可采用土工格栅；若坡率大于1.0，可选用攀援类植物。黄山市花岗岩风化残积土的pH值为4.05.5，呈酸性，不利于大部分绿色植物生长，有机物、N、P含量较低，属于贫瘠型土质，因此如果直接喷薄草籽，要结合当地气候条件特征，土质边坡复绿植物的选择一般采用以下方案：攀援类植物首选爬山虎，耐旱性植物推荐高羊茅、三亚草、狗牙根等，马道或坡脚灌木可选择夹竹桃。6 结语1）在工程治理过程中，通常采用防治结合的方法，预防是最主要的手段。在边坡形成时采取相应的支护措施与边坡破坏后治理费用相比更经济，因此，在边坡工程防护中更应注重前期预防工作。2）在治理工程中要严格协调岩土的强度、变形、渗透三要素，合理应用，切忌盲目设置支挡结构而忽略排水。3）对于坡度较缓且汇水面积较大的边坡（黟县秀里景区滑坡）采用“治坡先治水”的措施；对于坡度较陡且汇水面积较小的边坡（黄山区三口镇方家棚滑坡）采用抗滑为主的措施，由于抗滑方式具有多样性，所以应结合场地特点选择安全且经济的抗滑措施。21(6):920-925.2 孙力刚.忻府区黄土崩塌形成机理及防治对策研究 J.华北自然资源,2022(1):74-76.3 徐伟,冉涛,田凯.西南红层地区地质灾害发育规律 与成灾模式:以云南彝良县为例J.中国地质灾害 与防治学报,2021(6):127-133.4 董西好.黄土土体节理裂隙在切坡卸荷作用下扩展 机理研究D.西安科技大学,2015.5 张管宏.交河故城崖体稳定性及崩塌机理研究D.兰州大学,2007.6 康亮强,陈国辉,刘祥祥,翟俊杰,王洋.陕北黄土 崩滑地质灾害成因机理与孕灾模式分析J.陕西 地质,2022,40(02):65-69.7 史彩霞.乡宁县崩塌和滑坡的形成机理及成灾模式 J.华北自然资源,2022(04):117-119.8 陆鹏,纪仁芹.天水地区黄土路基病害实例分析与 防治J.黑龙江交通科技,2022,45(07):37-39.图1 倾倒式崩塌变形破坏机制模式图参考文献：1 GB50330-2013,建筑边坡工程技术规范S.2 G B/T32864-2020,滑坡防治工程勘查规范S.3 T /CAGHP027-2018,坡面防护工程设计规范S.图2 坠落破坏机制模式图华北自然资源地质环境2023.2总第113期022023年任蛟龙：朔州市土质崩塌形成机理研究及防治对策参考文献：1 叶万军,王鹏,杨更社,等.黄土崩塌的形成因素及 其影响范围的确定方法J.工程地质学报,2013,133132阶段崩塌体的自由落体阶段崩塌体碰撞受灾体及堆积阶段”4个阶段。坠落式崩塌体一般规模较小，致灾范围也小，但发生频率较高，风化破碎的崩塌边坡中上部常见的局部小型崩塌不良地质现象多为坠落式崩塌。坠落式崩塌多发生在节理发育、坡体中上部坡度直立、风化破碎较严重、有临空危岩（土）体的结构上，受自重引起的剪切力作用，崩塌的起始运动方式以错落为主。坠落破坏机制模式如图2所示。4 防治措施朔州市的黄土崩塌特点包括规模小、分布离散、坡体较陡，以土窑崩塌居多。朔州市黄土崩塌的破坏模式主要以坠落式和倾倒式这两种方式为主。针对黄土崩塌采用“预防为主、防治结合”的防护措施，结合朔州市黄土崩塌的特点，建议从以下方面进行防治：1）崩塌体几何形态改造。采用的方法主要有坡脚反压和分台阶施工，坡脚反压的几何形态改造法适用于在崩塌区域上方无放坡条件，通过这种方法来降低坡体坡度；分台阶施工的几何形态改造法适用于崩塌区域上方有放坡条件，人工开挖坡脚的崩塌及崩塌隐患区域。2）崩塌体表面加固。采用的方法包括客土喷播、液压喷播、格架植草、三维网植草、穴种植草、土工格室、护面墙等，适用于坡体受降雨或地表水冲刷严重，或坡体表面呈片状剥落的崩塌及崩塌隐患区域。根据实际情况，喷播与土工格室及护面墙等可结合使用。3）崩塌体内部加固。采用的方法主要有垂直节理灌浆处理、长土钉墙以及锚杆等。区别在于均适用于土层单一的崩塌体，存在显著张开型垂直大节理的崩塌区域采用垂直节理灌浆处理；坡体内部发育有软弱面的崩塌采用长土钉墙以及锚杆处理。4）崩塌体增加支挡结构。采用的方法主要包括(上接第129页)修挡土墙、抗滑桩等，挡土墙是比较常用的适用范围较广的增加支挡结构的方法。5）崩塌体引流。采用的方法主要是修建截排水工程，在崩塌体开裂区域充填以减少坡体的降雨及地表水入渗。5 结论本文以朔州市土质崩塌为研究对象，分别对倾倒式崩塌和坠落式崩塌的形成机理进行了研究，通过了解两种崩塌的破坏机理，结合朔州市实际情况提出了朔州市黄土崩塌防治策略，为黄土高原土质崩塌的防治提供可借鉴和参考的依据。1.01.25之间，可采用土工格栅；若坡率大于1.0，可选用攀援类植物。黄山市花岗岩风化残积土的pH值为4.05.5，呈酸性，不利于大部分绿色植物生长，有机物、N、P含量较低，属于贫瘠型土质，因此如果直接喷薄草籽，要结合当地气候条件特征，土质边坡复绿植物的选择一般采用以下方案：攀援类植物首选爬山虎，耐旱性植物推荐高羊茅、三亚草、狗牙根等，马道或坡脚灌木可选择夹竹桃。6 结语1）在工程治理过程中，通常采用防治结合的方法，预防是最主要的手段。在边坡形成时采取相应的支护措施与边坡破坏后治理费用相比更经济，因此，在边坡工程防护中更应注重前期预防工作。2）在治理工程中要严格协调岩土的强度、变形、渗透三要素，合理应用，切忌盲目设置支挡结构而忽略排水。3）对于坡度较缓且汇水面积较大的边坡（黟县秀里景区滑坡）采用“治坡先治水”的措施；对于坡度较陡且汇水面积较小的边坡（黄山区三口镇方家棚滑坡）采用抗滑为主的措施，由于抗滑方式具有多样性，所以应结合场地特点选择安全且经济的抗滑措施。21(6):920-925.2 孙力刚.忻府区黄土崩塌形成机理及防治对策研究 J.华北自然资源,2022(1):74-76.3 徐伟,冉涛,田凯.西南红层地区地质灾害发育规律 与成灾模式:以云南彝良县为例J.中国地质灾害 与防治学报,2021(6):127-133.4 董西好.黄土土体节理裂隙在切坡卸荷作用下扩展 机理研究D.西安科技大学,2015.5 张管宏.交河故城崖体稳定性及崩塌机理研究D.兰州大学,2007.6 康亮强,陈国辉,刘祥祥,翟俊杰,王洋.陕北黄土 崩滑地质灾害成因机理与孕灾模式分析J.陕西 地质,2022,40(02):65-69.7 史彩霞.乡宁县崩塌和滑坡的形成机理及成灾模式 J.华北自然资源,2022(04):117-119.8 陆鹏,纪仁芹.天水地区黄土路基病害实例分析与 防治J.黑龙江交通科技,2022,45(07):37-39.图1 倾倒式崩塌变形破坏机制模式图参考文献：1 GB50330-2013,建筑边坡工程技术规范S.2 G B/T32864-2020,滑坡防治工程勘查规范S.3 T /CAGHP027-2018,坡面防护工程设计规范S.图2 坠落破坏机制模式图华北自然资源地质环境2023.2总第113期022023年任蛟龙：朔州市土质崩塌形成机理研究及防治对策参考文献：1 叶万军,王鹏,杨更社,等.黄土崩塌的形成因素及 其影响范围的确定方法J.工程地质学报,2013,