1、地質災害論文資料庫:淺議砂黃土區公路地質災害的形成機理    地質災害論文資料庫:淺議砂黃土區公路地質災害的形成機理關鍵詞:黃土高原北部;砂黃土;公路;地質災害;防治對策  1引言中國西北黃土的顆粒組成具有明顯的地帶性分布規律。根據黃土顆粒成分,黃土高原自NW向SE依次劃分為3個帶1;即砂黃土帶、黃土帶和粘黃土帶。砂黃土帶的范圍大致包括鹽池、榆林、靖邊以南,海源、志丹、子長、寧武以北和以西地區。砂黃土在物質組成和結構方面與黃土高原中部和東南部的粘粉質黃土具有明顯的差異,工程性質也相應地發生了一定的變化。近年來,隨著我國西部大開發戰略的實施,許多

2、大型工程如西氣東輸工程、陜京輸氣管道工程、中衛綏德太原鐵路、神木綏德延安鐵路、太原綏德銀川高速公路等都通過黃土高原北部砂黃土區。與砂黃土特殊工程地質特性密切相關的地質災害不斷發生,特別是有些災害類型是黃土高原其它地區比較少見的。本文主要結合黃土高原公路建設,在野外地質災害調查的基礎上,重點總結砂黃土區公路地質災害的類型及其對公路建設的影響,通過黃土物質組成和物理力學性質的系統測試,探討砂黃土區公路地質災害的形成機理,并提出相應的防治對策。這不僅具有重要的理論意義,而且對國家西部大開發重大工程建設具有實際的指導作用。  2砂黃土區公路災害類型在多年的公路建設中,黃土濕陷性及其對公路建設

3、的危害已為眾人所熟知,本文不再贅述。除此之外,砂黃土區公路地質災害的主要類型包括黃土路塹邊坡滑塌災害、路堤裂陷災害、沖蝕災害、路橋變形等。2·1黃土滑塌災害所謂黃土滑塌災害是指黃土斜坡特別是高陡斜坡在自然因素或人類工程活動影響下所引起的突發性、兼有滑動與倒塌、崩塌特點的特殊黃土地質災害類型,具有“滑坡”和“崩塌”兩種機制和“先滑后塌”的變形破壞過程2,是砂黃土區路塹邊坡最常見的破壞形式(照片專版1照片(1) (8)。黃土滑塌雖然沒有典型黃土滑坡規模大,但因其突發性、頻繁性和群發性等特點常給工程帶來維修和維護上的麻煩及大量資金浪費,并誘發其它一系列環境地質工程問題。經現場調查分析,產生

4、黃土滑塌災害的路塹邊坡具有以下特點:2·1·1滑塌前的原始黃土邊坡主要由厚層馬蘭黃土(Q3)構成,少量邊坡底部出露離石黃土(Q2)。黃土邊坡高度通常超過10m,邊坡總體坡角大于50°,并且坡面多為一坡到頂的近平直狀。2·1·2黃土滑塌體在形態上常呈“馬蹄形”或桃形,其后緣均有清晰的環形或半圓形沿垂直張裂隙形成的高約0·51·0m的陡壁,兩側為不同弧度的弧形,底部一般僅限于天然斜坡或人工邊坡的臺面(公路道面)。在剖面上除頂部拉張段外,為高角度的光滑弧面或平面,且上陡下緩,總體坡度在4550°左右。2·1&#

5、183;3單個滑塌體的規模通常不大,高度可超過5060m,寬度可達80100m,厚度一般在5m左右,通常不超過10m,體積一般僅數千數萬m3。滑塌體通常表現為由黃土碎塊、黃土粉狀物構成的松散堆積體。當滑塌規模較大時,在滑塌體的上部會偶爾出現較窄的滑落臺階,有時還出現群發性滑塌。2·2沖蝕災害砂黃土土質疏松,水穩性差,抗沖蝕能力弱,因而降雨及流水沖蝕災害成為砂黃土區最普遍的災害問題之一。沖蝕災害除了對水土保持有非常嚴重的影響外,常造成公路路塹、路堤邊坡漸進損壞,直至形成整體失穩。沖蝕災害進一步分為:面蝕(坡面沖刷)、溝蝕(道面沖刷深溝)、陷穴、向源侵蝕等。其中道面沖刷深溝對公路危害最嚴

6、重,發育頻率最高(照片專版2 (1) (6);由于砂黃土的易沖蝕性,黃土沖溝向源發展很快,如果防護不及時,可能在一場暴雨作用下,造成公路中斷。2·3路堤裂陷當公路順溝延伸時,常需要在原溝坡上進行半挖半填施工。路基邊坡由于覆蓋了一層松散虛土,遇暴雨極易造成水土流失;另一方面,溝谷坡腳侵蝕可以誘發路堤斜坡向下位移,在坡頂路肩形成拉裂縫伴隨階狀下沉,形成路堤裂陷(照片專版照片3)。路堤裂陷輕者造成公路開裂、凹凸不平,重者可以殃及公路安全,甚至導致公路報廢。2·4路橋變形公路通過沖溝時,在很多情況下借助天然的黃土“腰峴”(即沖溝中殘留的黃土部分)作為路橋,“腰峴”寬度不夠時,還需要

7、在其一側或兩側填筑黃土。由于這種路橋本身是黃土,一方面受到流水的沖刷作用,另一方面填筑黃土路橋在運營一定時期后,降雨入滲、結合部位松弛等因素可引起路橋變形破壞,中斷交通(照片專版照片4)。  3公路地質災害的發生機理根據黃土顆粒分析結果,產生公路地質災害的黃土中粉砂(0·050·1mm)和粗粉土(0·010·05)粒級的含量通常大于80%, 0·050·05mm的粉土粒級一般為50%70%。而<0·05mm粘粒含量通常小于12%。隨著黃土粘粒含量的增大,公路災害的出現幾率越來越小。由于組成砂黃土的粉砂粒和粗粉

8、土粒含量很高,在微觀上常表現為極微弱連結的粗骨架狀架空結構。這在很大程度上影響了黃土的力學性質特性。因此砂黃土本身的物質組成、結構及力學性質是控制砂黃土區公路地質災害的主要因素。3·1路塹邊坡黃土滑塌問題根據試驗結果,砂黃土具有較高的摩擦強度,內摩擦角可達26·9330·5°。同時,極低的粘粒含量決定此類黃土極低的粘聚力,砂黃土的c值僅為5·013·2kPa。這在粘性土中是極其罕見的。極低的粘聚力導致坡體在滑移過程中極易發生結構解體破壞,而不是保持整體滑動。黃土斜坡滑塌破壞過程大致可分為3個階段:早期后緣拉張破壞、滑體座落、前緣強度屈

9、服(結構剪切破壞)、坡腳臌出階段;快速滑動階段;坡體結構解體、崩落和堆積階段。在黃土滑塌災害形成過程中,砂黃土的物質組成、結構和力學性質是重要的控制因素。其中,黃土的顆粒組成控制滑塌災害的區域分布,黃土的力學性質特性是控制滑塌的內在因素,邊坡形態是滑塌災害發生的必要條件,降雨因素和人類工程活動的盲目性在滑塌災害形成過程中起著不可忽視的誘發作用。3·2沖蝕災害問題沖蝕災害的強弱主要與黃土的抗沖性有關。影響黃土抗沖性的因素主要包括黃土本身的物質組成、顆粒之間的粘聚力、密實度等方面3。在水流作用下,一般細砂和粉砂最易啟動。啟動流速約0·080·2m/s,粘粒啟動流速在0·5m/s以上。黃土高原北部砂黃土區粘粒含量多在10%以下,有時不足5%,并且顆粒之間的膠結較弱。所以砂黃土很容易分散流失。沖蝕災害的發育程度還與降雨強度有關。往往經過一次暴雨后,砂黃土區的黃土梁、峁坡下部沖刷細溝深度超過1m。例如, 2002年10月18日吳旗縣10h的降雨形成深達1m的樹枝狀深溝。更有甚者, 1978年9月份,在靖邊縣白天賜一帶,一次僅2h的特大暴雨將黃土峁坡上沖刷出