西藏洛隆县城区不稳定斜坡勘察及防治研究

王晓飞

(河南省地质局生态环境地质服务中心，河南 郑州 450053)

西藏洛隆县城区北侧的加日杂山南麓自东向西分布着两处不稳定斜坡，分别表示为H01和H02，其中H01不稳定斜坡位于县城东北侧，H02不稳定斜坡位于县城西北侧，二者相距约800 m。两处不稳定斜坡的坡体主要组成物质为碎石土和细粒土，结构松散，坡面陡峻，易滑动，且坡面植被稀疏，降雨入渗流动速度快，不利于其自身安全稳定。近年来，随着人类活动的不断加剧，斜坡坡脚受到不同程度破坏，局部坍塌，自然稳定性逐步减弱，给当地居民的生产生活和生命财产安全造成严重威胁，特别是在暴雨、地震等恶劣自然条件诱发下，极易引发重大地质灾害，将会给整座县城带来不可估量的损失。本文以这两处不稳定斜坡为研究对象，对其基本特征、形成机制、稳定性、未来发展趋势、防治措施、监测措施等进行了系统分析与论述[1]，为灾害防治提供了科学依据，为同类型地质灾害的调查研究与防治提供方法和经验参考。

1.1 边界范围与规模

据现场勘查，该两处不稳定斜坡均属于构造侵蚀高山地貌。

H01斜坡前(东南)侧以省道S303线与斜坡交接处为界，高程约3 650 m；
后(北西)侧以陡坡坡脚处基岩出露带为界，高程约3 730 m，最大相对高差80 m；
左(西南)侧以泥石流沟为界；
右(东北)侧以变形滑塌区的边界为界。斜坡立体上呈轻微的凸肚型，总体坡向160°，平均坡度34°，局部较陡，坡度可达50°，整体表现为上陡下缓，前缘地段由于公路建设开挖形成高约3 m～5 m的陡坡，局部有塌滑现象；
平面形状呈开口向下的喇叭形，平均纵坡长65 m，平均横宽142 m，面积9 230 m2，根据钻孔揭露不稳定斜坡表层第四系残坡积层厚度7.50 m～15.00 m，平均厚度10.95 m，体积1.01×105m3，属中型土质潜在不稳定斜坡(如图1所示)[2]。

H02斜坡前(南)侧以环城路与斜坡交接处为界，高程约3 660 m；
后(北)侧以陡坡坡脚处基岩出露带为界，高程约3 760 m，最大相对高差100 m；
左(西)侧以泥石流沟为界；
右(东)侧以变形滑塌区的边界为界。斜坡立体上呈轻微的凸肚型，总体坡向220°，平均坡度35°，局部较陡，坡度可达55°以上，整体表现为上陡下缓，前缘地段由于环城路建设开挖形成高约3 m～5 m的陡坡，已修建挡土墙，挡土墙上部仍有2 m左右的陡坡，局部有塌滑现象；
平面形状呈开口向下的矩形，平均纵坡长95 m，平均横宽89 m，面积8 455 m2，根据钻孔揭露不稳定斜坡表层第四系残坡积层厚度1.80 m～20.10 m，平均厚度13.50 m，体积1.14×105m3，属中型土质潜在不稳定斜坡(如图2所示)[3]。

1.2 水文地质特征

根据现场地质调绘，H01和H02两处斜坡区均无泉水出露，钻探揭露深度内也未见地下水，说明研究区地表水一般顺斜坡地表排泄，地下水埋深较大。由于坡体渗透性较强，且无相对隔水层，地下水主要受大气降水和雪融水补给，沿坡体由高至低向卓玛郎措曲径流。

1.3 工程地质特征

1.3.1 地层岩性

根据野外钻探、重型圆锥动力触探试验和室内颗粒分析试验，并结合区域地质资料，研究深度20.10 m范围内地层从上至下、由新到老依次为全新统杂填土、碎石、角砾、圆砾和粉质黏土，白垩系下统多尼组(K1d)页岩和粉砂岩，按地层时代、成因类型、岩性及岩土工程特性和物理力学性质，共划分为6个工程地质层，简述如下:

第③层(Qal+pl4)：圆砾，灰色，稍密～中密，湿，含有少量卵石,含量(质量分数)约20%～35%,一般粒径3 cm～8 cm,最大粒径约35 cm；
大量泥质和少量砂质填充空隙；
局部含有粉质黏土夹层或夹薄层；
主要岩性和矿物成分同上层；
层厚3.30 m～14.40 m，平均厚度6.58 m。

第④层(K1d)：强风化页岩，黑色，结构极其破碎,主要为块石、碎石和岩石碎屑等；
层状构造；
层厚1.10 m～2.60 m，平均厚度1.85 m。

第⑤层(K1d)：中风化页岩，黑色，结构较为破碎；
层状构造；
层厚0.40 m～4.20 m，平均厚度2.30 m。

第⑥层(K1d)：中风化粉砂岩，灰白色，结构较为破碎,夹薄层泥页岩；
主要矿物成分为长石和石英；
揭露层厚2.20 m～3.10 m，揭露平均厚度2.65 m。

1.3.2 各工程地质层承载力特征值和压缩性评价

根据钻探、人工探井、室内分析颗粒试验和重型圆锥动力触探试验等资料，结合区域地质资料，依据相关规范和《工程地质手册》(第4版)，综合确定各工程地质层的承载力特征值和压缩性指标(见表1)。

表1 各工程地质层主要力学指标建议值统计表

1.3.3 潜在滑动带(面)结构特征

潜在滑动带(面)主要依据地面调绘、钻探揭露地层和土石界线综合确定。第②层碎石和第③层圆砾的物质组成以碎石和角砾为主，土石比约为2∶8，地层中的粉黏质填充物在饱和状态下力学性质降低，有利于发生层内剪切破坏，导致斜坡稳定性降低，易沿软弱结构面滑动，因此，确定第②层和第③层为H01和H02斜坡的潜在滑动带(面)，呈圆弧形。

1.3.4 潜在滑床结构特征

依据地面调绘和钻探揭露地层，综合确定H01和H02斜坡的潜在滑床为第⑥层中风化粉砂岩，该层埋藏较深，力学性质较好，一般埋深6.50 m～21.00 m，纵向上表现为前缘埋深较大、后缘埋深较浅，坡度上表现为后缓前陡，横向上表现为中间埋深较大、两侧埋深相对较浅。

1.4 变形特征

根据现场地质调绘，H01和H02斜坡滑动迹象不明显，钻探表明，斜坡尚未形成滑动面，目前，两处斜坡的主要变形迹象为坡脚出现小规模塌滑(见图3，图4)，且均由人工切坡引起，H01斜坡塌滑由省道303改建施工切坡造成，H02斜坡塌滑由修建水渠和环城路施工切坡造成[4-5]。

不稳定斜坡形成机制主要包括内因和外因两个方面，其中内在因素主要包括地形地貌、岩性、构造和水文地质条件等；
外在因素主要包括持续强降雨、水流作用、地震和人类活动等。内在因素是滑坡形成的基本因素，外在因素则是滑坡形成的诱发因素甚至主导因素。

2.1 形成的基本因素

2.1.1 地形地貌

研究区处于峡谷区山前坡麓地带，卓玛郎措曲自东向西从加日杂山前缘流过，两处斜坡的坡度在35°左右；
斜坡区前缘受修建公路的影响形成3 m～5 m的临空面。陡峭的地形和高陡的临空面，为滑体提供了巨大的势能，有利于滑坡形成。

2.1.2 地质构造

洛隆县以北西向构造为主，由一系列大致平行呈“多”字形排列的不同规模的褶皱、冲断层及斜冲断层组成，是区内主干构造。研究区位于洛隆县背斜轴东北端，受地质构造影响，地形陡峭、地层岩性差异较大，岩体完整性差，风化强烈，在重力及地表水冲刷等因素影响下，容易在坡麓地带形成残坡积层，为不稳定斜坡的形成提供了重要的物质基础。

2.1.3 地层岩性

H01和H02斜坡均为残坡积碎石土斜坡，碎石土厚度1.80 m～20.10 m，其滑体和滑带主要为碎石和圆砾，填充物为粉黏质，在天然状态下保持脆弱的稳定性，在饱和状态下迅速软化，形成软弱结构面；
滑动面下伏地层为砂岩，当有较强降雨时，地表水下渗在土岩结合面形成饱水带，从而降低滑面土层的力学参数，易导致滑动发生。

2.2 滑动诱发因素

2.2.1 大气降水

大气降水是出现不稳定斜坡的重要诱导因素之一，研究区多年平均降水量413.76 mm，但75.6%的降雨皆分布于每年的6月～9月，连续降雨、短时强降雨时有发生。受地形地貌影响，斜坡区为上部山体的地表水汇集区，在雨季丰富的降水条件下，容易形成地表水冲刷和下渗；
一方面地表水下渗容易使松散的残坡积物质处于富水状态，致使上部土体及相对软弱层(滑带)部分饱水，增加滑体容重，另一方面由于含水量的增加致使软弱层土力学强度(C，φ值)降低，使斜坡沿其间的软弱层滑动的可能性大幅增加。因此，长时间降雨和短时强降雨等极端天气过程是不稳定斜坡发生发展的主要影响因素。

2.2.2 地震

受区域大环境影响，研究区及其附近区域地震活动较为频繁，处于活跃期。不稳定斜坡的滑体地层主要为含粉质黏土的卵石和圆砾，在较强的震动下结构将遭到破坏，下滑力急剧增加，加之滑带为相对隔水层易产生超孔隙水压力，造成抗剪强度急剧减小，从而引起突发性滑坡，这说明地震也是诱发滑坡不可忽视的因素，且强震对斜坡稳定性的影响将更大[6-8]。

2.2.3 人类工程活动

因工程施工人为切除斜坡体的前缘，形成直立陡峻的临空面，将严重破坏斜坡体的自然稳定状态，促进滑坡体的形成与发展，成为诱发不稳定斜坡滑动的直接和主要诱因。

3.1 分析方法

根据研究对象的基本特征，对其稳定性评价适合运用极限平衡理论，采用滑动面为折线形传递系数法对滑体进行条分，计算斜坡稳定性系数。由于不稳定斜坡上部地层主要为碎石土，孔隙较大，且滑体内无地下水，未形成统一的水位和水力坡度，故对水压力可不予考虑。

3.1.1 稳定系数计算

因滑移面近似呈折线型，故采用不平衡推力传递系数法，计算公式如下：

3.1.2 剩余下滑推力计算

公式如下：

Pi=Pi-1ψ+KS·Ti-R1i。

其中，传递系数：ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)·tanφi。

下滑力：Ti=Wisinαi+Acosαi。

抗滑力：Ri=(Wicosαi-Asinαi)+CiLi。

其中，Pi为第i条块推力,kN/m；
Pi-1为第i条块的剩余下滑力，kN/m；
Wi为第i条块的重量，kN；
Ci为第i块的内聚力,kPa；
φi为第i块的内摩擦角,(°)；
Li为第i条块长度，m；
ai为第i块的滑面倾角，(°)；
A为地震加速度(重力加速度g)；
Ks为设计安全系数。

1)自重状况下:

Ti=wi·sinαi。

Ni=Wi·cosαi·tanφi+Ci·Li。

其中，Wi为第i条块滑体重量,kN；
Li为第i条块滑带长度，m。

2)自重+地震力状况下:

Ti=Wi(sinαi+acosαi)。

Ni=[Wi·cosαi+α·sinαi]tanφi+Ci·Li。

其中，a为地震加速度；
Li为第i条块滑带长度。

3.2 计算工况

综合分析斜坡岩土体特征及其可能承受的各种荷载，确定出本次稳定性计算的三种工况及其荷载组合，详见表2。

表2 不稳定斜坡稳定性计算工况与荷载组合

3.3 计算剖面

根据斜坡体的规模和实际工程地质条件，对H01和H02斜坡分别选取3条典型纵剖面(按照自东向西的顺序依次命名为1-1′，2-2′，3-3′)建立计算模型，根据滑面岩土体类型、坡度将滑体划分为相应的块段，其中H01斜坡的1-1′剖面划分7个块段，2-2′剖面划分8个块段，3-3′剖面划分6个块段；
H02斜坡的1-1′剖面划分6个块段，2-2′剖面划分7个块段，3-3′剖面划分8个块段，代表性计算剖面详见图5，图6。

3.4 计算参数

计算参数主要包括滑体土容重及滑带土的抗剪强度(C，φ值)等。

3.4.1 滑体土容重

滑体土天然容重通过灌水法原位密度试验取得，饱和容重按饱和度为100%时计算取得，根据研究场地实际工程地质条件，结合区域地质经验，确定H01斜坡滑体土天然容重18.90 kN/m3～21.20 kN/m3，平均值19.43 kN/m3，饱和容重19.70 kN/m3～22.30 kN/m3，平均值20.10 kN/m3；
H02斜坡滑体土天然容重15.70 kN/m3～18.50 kN/m3，平均值17.25 kN/m3，饱和容重17.80 kN/m3～19.40 kN/m3，平均值18.20 kN/m3[9]。

3.4.2 滑带土抗剪强度(C,φ值)

由于滑坡区上部土层成因主要为第四系残坡积，结构松散、分布不均匀，碎石含量较高无法采集原状土样进行土工试验，较为准确取得抗剪强度值。为使该值的取用较为合理，本次研究采用极限平衡假设法反算结果与区域地质经验值相结合的方式确定滑带土抗剪强度(C,φ值)，结果详见表3。

表3 斜坡稳定性计算过程中滑带土抗剪强度取值统计表

3.5 计算与评价结果

根据前述方法和参数，计算出斜坡各剖面在不同工况条件下稳定性系数，本着安全稳定原则，确定各斜坡的稳定性系数建议值；
依据滑坡稳定状态分级标准，对斜坡及各剖面在不同工况条件下的稳定性进行评价[10-12]，综合确定H01和H02斜坡在天然状态下均处于稳定状态，在持续强降雨和地震状态下均处于不稳定状态，结果详见表4。

表4 不稳定斜坡稳定性评价结果一览表

4.1 发展趋势

H01和H02不稳定性斜坡发育于松散堆积斜坡地带，地形陡峻、地层结构松散，定性分析及定量计算表明斜坡有滑动可能，强降雨、地震、剧烈的人类活动等因素均可能打破斜坡的自然平衡状态，诱发滑坡灾害。在水及外力作用未超出临界值时，斜坡处于基本稳定状态；
在水及外力作用超出临界值时，其稳定性将迅速降低，并可能产生滑动。但在这种反复活动过程中，必将使滑体上部变形不断增大，松散程度加剧、力学性能降低，滑带不断扩大贯通，其诱发条件将更加简单，滑动幅度将持续增大，直至全面剧滑。

4.2 危害性分析

H01和H02不稳定性斜坡位于洛隆县城区北侧，地势较高，其南侧狭长沟谷处就是洛隆县城区，地势略低，人口较为密集、生产生活设施遍布，现状条件下的小规模塌滑对周边居民的生产生活质量影响相对较小；
持续性强降雨或地震等特殊条件下若发生大规模的塌滑或泥石流灾害，将严重威胁城区居民的生命财产安全，破坏稳定的生产生活秩序，对洛隆县经济社会发展产生重大不利影响[13]。

根据斜坡体的现状，本着经济、科学、安全的原则，综合采取地表截排水、抗滑和生态修复等三项工程措施对灾害体进行了系统治理。

5.1 建设地表截排水工程

在不稳定斜坡周界外缘设置一条地表截水沟，截水沟范围包括整个边坡区，两端延伸至斜坡前缘公路边的排水沟内，其中H01斜坡截水沟长237 m,H02斜坡截水沟长336 m。截水沟断面为倒梯形，用浆砌片石衬砌，衬砌厚度0.20 m。施工时根据坡形变化在两处斜坡的坡度较陡处各设置了6处跌水设施，逐步消解水流势能。

5.2 设置抗滑挡墙

根据不稳定斜坡的地形地貌及地质情况，确定在不稳定斜坡前缘修建抗滑挡墙，主要承担滑坡体剩余下滑力，阻止滑坡体进一步变形，甚至整体滑动。根据滑坡变形特征和剩余下滑力合理确定了挡墙形式和尺寸，其中H01斜坡挡土墙采用重力式，长约89 m，H02斜坡挡土墙采用仰斜式，长约162 m。挡墙基础均设置在第②层碎石上，埋深1 m；
挡墙高度因地势而定，最小为3 m；
墙体采用了M10浆砌石砌筑；
以6 m为间距设置了多条沉降缝。墙内设置了3排PVC排水管，坡度为4%。

5.3 实施生态修复工程

在H01,H02斜坡坡体上共开挖了1 568个树坑，尺寸为0.70 m×0.70 m×0.70 m，间距为3.50 m×3.50 m，回填种植土，种植了适合当地气候的松树，起到了护坡、绿化美观、改善生态环境等作用。

为及时掌握不稳定斜坡的灾变动态，为灾害预测和工程治理提供技术依据，需要对其采取科学有效的监测措施，主要包括活动性监测、施工期间专题监测和活动迹象巡视监测等。

6.1 活动性监测

主要是指在不稳定斜坡范围内对变形体的位移、应力等的变化情况进行监测。根据监测工作需要，在H01和H02不稳定斜坡范围内选择典型区域各设置变形监测点5个，安装自动化实时监测设备进行持续监测，并及时对监测数据进行分析处理。

6.2 施工期间专题监测

在治理工程施工期间，应对基坑及边坡的稳定性、抗滑挡墙的变形位移情况等进行定期监测，根据监测结果综合分析各类影响工程稳定的因素，作为判断地质灾害状态、指导工程实施、调节工程部署、安排施工进度、反馈设计并检验治理工程效果的依据。

6.3 活动迹象巡视监测

该项监测是为弥补仪器监测的片面性和局限性而设立，采用宏观地质调查的手段进行监测，内容主要包括：地表及排水沟裂缝出现的位置、规模、延伸方向、发生时间等；
地表鼓胀位置、范围、形态特征、发生时间等；
塌方位置、范围、体积及发生时间等；
建筑物破坏和树木歪斜情况、发生时间等。调查线路间距50 m～100 m，非雨季每10 d进行1次，雨季每5 d进行1次，遇强暴雨或连续性降雨应加密观测。每次调查均应做好记录，必要时应拍照或录相，对变化异常部位应设立连续观测点。如发生异常现象，经复查后，应立即按照相关程序上报。

数十年来，西藏洛隆县城区北侧的加日杂山南麓的两处不稳定斜坡地质灾害一直威胁着周边居民生命和财产安全，对当地经济社会发展产生不利影响。2013年以来，在昌都市和洛隆县人民政府的统一部署和安排下，相关单位对灾害体开展了系统的调查、勘查、设计、综合治理、动态监测等工作，规划建设了地表截水排水工程、抗滑挡墙和生态修复工程，采取了规范的动态监测措施，有效消除了灾害隐患、修复了地貌景观、改善了生态环境，解除了灾害威胁，保障了人民生命财产安全，很好地促进了当地经济社会事业的健康稳定发展。