从地质构造上分析北引总干渠滑坡成因

赵双权，张 浩，王建红

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 基本情况

2011年9月底发现北引总干渠乌北段38 km处左侧渠堤发生滑坡破坏，该滑坡段从地形上看属嫩江一阶地前沿，从渠底到左侧地面高差约7 ～8 m，渠底以上5 m左侧已开挖出宽约10 m的马道，马道以下边坡已按设计削为1∶3.0，马道以上边坡因征地尚未办妥，未按设计施工，现边坡较陡，约在1∶1 ～1∶0.5。

滑坡体发生在渠道左侧马道处，整体形态平面上呈“新月”状，坡面上呈“叠瓦”状，滑坡后缘明显，滑坡壁在马道平台处呈陡坎状出露，地面下沉约0.6～0.7 m，平行于渠道轴线，较大裂隙有3 道，小裂隙较多，裂隙宽约3 ～12 cm，深约5 ～20 cm，渠道坡脚处隆起形成挤压鼓丘，鼓丘高度在0.2 ～0.6 m，渠底已护砌的混凝土板也被挤压，使位于渠道坡脚处宽约2.0 m地带的混凝土板架空形成“人”字形。滑坡现场图见图1。

图1 滑坡现场图

在滑坡段实测了3个横断面，其各部尺寸见表1。

2 从地质构造上分析滑坡成因

2.1 地质概况

滑坡段长度180 m，布设了3个地质剖面进行钻探、取样、测试等内外业研究，通过外业钻探已经查明该区内的地层分布，以第Ⅱ号剖面(桩号38 +140)为例，①层为有机质土，黑色，富含植物根系及有机质，分布于渠堤外天然地表，厚度0.5 m左右;②层为第四系上更新统冲洪积层(al +plQ3)高液限黏土、黄色、稍湿、可塑，分布于渠道左侧边坡表层，厚2.8 ～2.9 m，渠堤外钻孔揭露厚2.9 m，马道处钻孔揭露厚2.8 m，渠底未见该层，马道钻孔1.8 ～2.3 m为软塑状。第四系中更新统冲湖积层(al +plQ2)③④⑤三层;③层高液限黏土，灰色、稍湿，局部含有锰结核，厚1.5 ～8.6 m，渠堤外钻孔处厚8.6 m，未揭穿;马道处钻孔揭露厚2.9 m;渠底处钻孔揭露厚度1.5 m;④层高液限黏土，黄色、稍湿、硬可塑，局部含有氧化铁和锰结核。分布于马道及渠底下部，马道处揭露厚度为3.0 m，渠底钻孔处3.2 m未揭穿。⑤层高液限黏土，暗红色、稍湿、硬可塑，仅见马道钻孔底部，揭露厚度0.2 m，渠堤外及渠底未见该层。

表1 滑坡体形态情况表

Ⅱ、Ⅲ号剖面的②③层与Ⅰ号剖面分布基本相似，②层的厚度较Ⅰ号剖面薄并在渠脚处渐灭，Ⅰ号剖面渠道坐落在④层上，Ⅱ、Ⅲ号剖面渠道坐落在③层上，详见地质专题报告。

从以上的地质情况可知，影响渠道左侧边坡稳定的因素主要是②层与③层，从地质钻探时测得的含水量和饱水度来看，在②③层交界面上的饱和度较高，个别钻孔出现局部软塑现象，这都说明此交界面为薄弱面，易产生滑动［1］。

②层和③层为两个不同历史年代所生成的土料，据有关资料介绍，第四纪不论是湖相沉积或洪水冲积均能生成膨胀土，经膨胀性测试属弱膨胀土，该段渠坡发生坍滑与②层和③层土质有密切关系。上述3个剖面的共同特点是:表层均为第四系上更新统冲洪积层(al+plQ3)的高液限黄色黏土，下部为第四系中更新统冲湖积层(al+plQ2)灰色高液限黏土，两层生成的年代不同，产状不同，根据取样分析结果，显示其物理力学性质、矿物成分、化学成分也不同。

2.2 土体物理力学性质

从地质勘探中可知，影响渠道安全的图层主要有②③④3 层土，对3 层土体取样进行分析，其物理力学指标见表2。

表2 滑坡土体物理力学指标统计表

由表2 可知，3 层土体的自由膨胀率在57% ～73%，按照膨胀土规范判断为弱膨胀到中膨胀，呈现两弱夹一强的局面，对渠坡稳定影响较大。

塑性指数是表示黏性土颗粒浸水后土体工程性质的主要指标，③层灰色高液限黏土的塑性指数较大，②④层相对较小，说明③层土体中含亲水性矿物成分较②④层多，其结合水膜较厚，膨胀性较强。

颗粒组成中黏粒和胶粒含量对黏性土的过程性质影响较大，③层土中黏粒胶粒含量均大于②④层，说明土体的细颗粒较多，表面积大，吸水性和水化作用强，从另一层面说明③层土的亲水性强，其膨胀性也应较强。

对上述3 层土分别进行天然状态下的抗剪强度和残余抗剪强度测试，分析其力学性质的变化，天然状态下的抗剪强度值(固结快剪)见表3。

表3 天然状态下的抗剪强度值(固结快剪)

表3 表明在天然状态下，其抗剪强度与南水北调总干渠室内实验值比较，凝聚力c 不算低，而内摩擦角较低。

为了研究滑动面附近的土体的抗剪强度值，采取慢剪取样进行试验，其结果见表4。

表4 滑动面附近的残余抗剪强度值

从表4 中可以看出，P2 －6、P2 －7 位于滑动区内土体的滑裂面附近，凝聚力降低较多，摩擦角变化不大。土体的凝聚力主要取决于颗粒间结合膜的厚度与分子间的引力，摩擦角取决于颗粒间的摩阻力，所以凝聚力减少较多符合膨胀土吸水后结合膜变厚，颗粒间的引力减弱的特性。

如将P2 －6、P2 －7 的抗剪强度值与该层土体在天然状态下的抗剪强度比较则相差更大。(抗剪强度测定的状态不同，其值有差别也属自然，但凝聚力相差3 ～4 倍，摩阻力相差不大，应远远超出误差范围)

2.3 土体矿物成分

从地质钻探及现场实测坍滑土体形态，估计滑动面位置，在滑裂面上下1.5 m范围内分上、中、下取3个土样，分别进行了X 射线衍射、差热分析和电镜扫描试验，其黏土矿物成分见表5。

表5 滑坡体矿物成分表

从表5 中可以看出，在②层土体中主要为伊利石，没有发现蒙脱石，③层土体中伊利石的含量较②层土体略少，存在伊蒙混层矿物，其混层比为43%，说明土体具有膨胀性的内因。

差热分析3个试样的情况基本一致，主要为伊利石，吸热在105° ～197.5°，说明主要为伊利石，具有成为膨胀土的内因。

2.4 土体化学成分

黏性土2 um以下颗粒的化学性质对黏性土的工程性质影响至关重要，经取样进行化学分析见表6。

表6 2um 以下颗粒的化学成分试验结果

黏土矿物中的主要矿物SiO2、Al2O3、Fe2O33 种氧化物总量为81.85% ～81.35%，与全土样比SiO2的含量最高，其次为Al2O3和Fe2O3，这一现象说明细小颗粒中硅铝酸盐黏土矿物相对含量高。

硅铝率＞4.0 说明含蒙脱石含蒙脱石成分多，但与矿物鉴定以伊利石为主有出入。

土的化学成分中碱土金属元素Na、K、Ca、Mg 含量较高，表明风化淋漓程度有限，化学风化程度低。只要气候、水介质与氧化还原等环境条件发生变化时，还将进一步风化，如伊利石脱钾转变为石或蒙脱石，使土的亲水性增强，从而使土体工程性质进一步恶化。

经测试，3个土样的PH 值在8.12 ～8.26，属碱性，这些因素都说明土体具有膨胀性，其膨胀率随环境条件的变化还有进一步加强的趋势。

2.5 可溶盐

土的可溶盐主要指易溶盐和中溶盐，易溶盐为易溶于水的钾K、钠Na 硫酸盐和碳酸盐，试验土样与矿物成分、化学成分范围一致，测试结果易溶盐总量为0.126% ～0.118%，中溶盐主要系石膏含量，没有测出，总的来看含量不高。

从上述分析看，38 km滑坡段土体不仅自由膨胀率符合国家膨胀土地基规范中的规定，属弱、中膨胀土，而从物理性质力学特性、矿物成分、化学成分、可溶盐等项指标均与国内已经判明的南水北调总干渠中的膨胀土的指标十分相似，因此可以判明该滑坡土体属膨胀土，是该段发生塌滑的主要原因。

［1］万昌林. 浅析地质构造对山体滑坡的控制作用—以福建潘田铁矿区为例［J］. 江西地质，1999(03):206 －209.