宋世鑫，岳英民，黄 锋

(中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西 西安 710054)

陕北地区主要地层为黄土，黄土的颗粒组成具有明显的地带分布规律，在陕北局部地区，黄土主要为砂黄土，砂黄土在物质组成及结构方面与黏粉质黄土有明显差异，工程性质也有很大差异。加之陕北地区沟壑纵横，形成众多高陡斜坡，同时，近年来随着陕北地区气候的改变，降雨的增多，黄土斜坡失稳变形的现象频繁发生。陕北地区砂黄土斜坡变形破坏不同于一般黄土地区，以崩塌、滑坡为主，有着独特的滑塌形式，具有明显的地域特征。

由于输电线路塔位、风电场风机位多在黄土梁峁顶部设立，受梁峁边缘边坡影响较为严重，且砂黄土边坡变形破坏特征具有一定的特殊性，对输电线路塔位、风电场风机位选址造成一定困难。在陕西府谷清水川煤电一体化二期2×1000 MW扩建项目750 kV送出工程、店塔电厂—榆横变750 kV送电线路工程、宁夏灵州—浙江绍兴±800 kV直流特高压输电线路工程、陕西靖边县土桥40 MW风电项目等电力工程中均遇到相关问题。对于陕北砂黄土地区斜坡变形特征及形成机制的研究目前相对较少，慕焕 东[1]等通过试验研究了砂粒含量对砂黄土强度的影响，周蓉[2]对砂黄土界面剪切力学特性进行了试验分析，张永双[3-4]等归纳总结出陕北砂黄土地区常见的地质灾害类型并对砂黄土高边坡展开数值模拟研究，唐亚明[5]等总结了目前黄土滑塌研究进展程度。由于笔者参与了近年来在陕北砂黄土地区开展的输变电、新能源等电力工程勘测设计工作，遇到了大量的砂黄土斜坡失稳变形破坏对电力工程造成影响的工程实例，在对砂黄土斜坡变形现象进行大量调查分析的基础上，结合以往研究成果，分析斜坡变形特征、分布规律及形成机制。

陕北黄土的粒度组成总的情况是自北向南逐渐变细，同时黄土的松散度也随着降低，这与自北向南逐渐远离沙漠、风力减弱、黏粒含量增多有关。黄土颗粒的组成具有明显的地带性分布规律。黄土高原自西北向东南依次划分为3个带：砂黄土带、典型黄土带及黏黄土带[6]，其中砂黄土带在长城以南至吴起—志丹—安塞—子长—绥德—吴堡一线之间。

砂黄土在物质组成及结构方面与黏粉质黄土具有明显差异，工程性质也有较大差异。陕北地区砂黄土主要时代为中更新世(Q2)、上更新世(Q3)和全新世(Q4)。砂黄土中粉砂(0.05～0.1 mm)和粗粉土(0.01～0.05 mm)粒级的含量通 常＞80%，0.05～0.005 mm的粉土粒级一般为50%～70%。而＜0.005 mm黏粒含量通 常＜12%。砂黄土的颗粒组成特点为细砂粒含量高、黏粒含量低，在微观上常表现为具有极微弱连结作用的粗骨架状架空结构，导致砂黄土具有较高的摩擦强度，内摩擦角达26°～31°；
极低的黏粒含量决定砂黄土极低的黏聚力，黏聚力为5.0～13.2 kPa，少部分可达20 kPa，力学性质介于砂土与粉土之间。陕北地区砂黄土在剖面上一般可以观察到明显的水平层理，局部多不规律夹有水平厚度不均的砂层，层理产状相对均一，缺少典型的古土壤层，垂直节理较为发育。所夹砂层相对于土层直立性更差，更易风化流失。砂黄土Q2与Q3土层中垂直节理在间距与形态上明显不同，Q2地层中的垂直节理形态明显，节理面间距更大，宏观上更容易观察。相对于典型黄土，其较大的粒径组成更易于地表水的下渗，坡面土体受地表水冲刷侵蚀的影响也更为敏感[5]。

2.1 神木市某750 kV输电线路塔基斜坡滑塌

该斜坡位于神木市南部高家堡镇，滑塌时间为2018年3月，坡高约62 m，纵向长约70 m，宽约60～75 m，中下部稍宽，平面形态近矩形，剖面形态呈折线形，上部较陡约40°～45°，下部较缓约18°～30°。滑塌发生后，斜坡后缘形成了高3～4 m的陡坎，左侧边界形成了高约9.5 m的陡坎。该斜坡坡体物质组成主要为Q2、Q3砂黄土，局部Q3土层含砂量较大并呈层状分布。造成该斜坡滑塌的主要原因为油气管线开挖坡脚及突发性强降雨，如图1、图2所示。

图1 神木某750 kV输电线路塔基斜坡滑塌现场照片

图2 神木市某750 kV输电线路塔基斜坡滑塌剖面图

2.2 定边县某±800 kV输电线路塔基斜坡滑塌

该斜坡位于定边县南部冯地坑乡，滑塌时间为2018年5月，斜坡平面上近似呈马蹄形，宽约138 m，长约120 m，坡高近85 m，斜坡剖面近似呈直线形，坡度40°～43°。坡体西侧发育冲沟，沟中发育有落水洞，地形破碎，特别是靠近坡肩处，地面因被贯通裂缝切割而极其破碎。该斜坡坡体物质组成主要为Q2、Q3砂黄土。造成该斜坡滑塌的主要原因为强降雨及坡脚季节性地表径流水量突增对坡脚的侵蚀及浸泡软化作用，如图3、图4所示。

图3 定边县某±800 kV输电线路塔基斜坡滑塌现场照片

图4 定边县某±800 kV输电线路塔基斜坡滑塌剖面图

根据调查分析，陕北砂黄土地区斜坡多分布于河流沟谷或较大规模的冲沟两侧，多沿沟谷两侧受沟道地形控制呈群发性发育。其坡肩及坡面一般由于地区气候影响多为草本植物，且总体较为稀少，但在雨季降雨过后植被覆盖增长速度较快。斜坡从坡体物质组成上多为黄土单一结构，一些深切沟谷、沟底局部有基岩出露。

地下水埋深一般较大，产生斜坡的沟谷除极少数有常年性地表径流外，多为干旱沟谷或季节性降雨作用下形成的地表径流，坡肩多形成向沟谷方向的汇水。

地表水的流量情况受季节性降雨量影响较大，近年来由于陕北地区气候条件的改变，降雨量呈增大趋势，一般雨季易发生连续性降雨或突发性暴雨的情况。地表水对斜坡的影响主要体现为坡面冲刷、坡脚侵蚀，及坡面、坡脚土体软化几个方面。坡面冲刷一般会造成坡体表层土体在水流作用下发生浅表层的溜滑现象，一般规模很小，或者由于砂黄土地表水下渗较快的特点，使土体质量增大并使其赋予更大的动力来源。地表水作用更主要是坡脚处地表径流使坡脚形态改变，造成临空面的形成，从而使坡体内部形成剪应力集中的破坏面。同时地表水对坡脚土体进行浸泡软化，使其力学性质骤降，从而引发土体沿潜在破坏面剪出。

另一个导致砂黄土斜坡变形的主要原因是坡脚形态的人为改造，包括开挖取土、削坡等多种可能，其主要影响也可造成临空面的形成。尤其是“V”字型沟谷两侧，常发生由于对侧斜坡的变形破坏，土体向下滑动冲击未发生变形的一侧斜坡坡脚，瞬时强大的冲击力使对侧斜坡坡脚发生垮塌形成凌空面，这也是 “V”字型沟谷两侧坡体变形多呈括号形对滑的原因。其他的影响因素如地震震动、矿区油田爆破震动、坡肩坡面动荷载等也对斜坡产生影响，但一般由于概率较低，影响的可能性相对较小。

砂黄土地区斜坡坡形坡高变化较大，坡高一般为30～100 m，宽度一般80～100 m，厚度一般3～5 m，但不超过10 m。单个滑塌一般规模相对较小，单个滑塌体平面形态一般呈矩形、梯形、半圆形或马蹄形。未发生变形破坏的原始坡型不同于一般典型黄土斜坡，综合坡度一般＞40°，个别可达50°～60°，甚至更大。坡度较大的形态特征也是其产生不同于典型黄土斜坡变形破坏模式的原因，其变形破坏模式不同于一般典型黄土易发生的滑坡与崩塌，其发生变形位移的土体一般竖向位移大于或近似等于水平位移，但由于坡度小于黄土崩塌发生的临近坡度，一般除后缘较直立处外不易发生倾倒及翻滚，仍保持与斜坡坡度相近坡度滑动破坏。同时由于砂黄土相较于粉土粘聚力更小的特点，其土体在变形破坏的过程中，一般原始形态极易改变，在刚发生变形或很短暂的时间，变形土体就会大部分或全部崩解，以散体状形式沿未变形破坏坡体滑动，故在现场调查过程中，大部分斜坡变形破坏后的堆积体均为散体状堆积于斜坡的中下部。其变形过程不存在与一般黄土滑坡滑动过程中存在的滑面，其变形的发生一般是由于坡体表层土体力学性质的降低及土体结构的改变，并随着土体内产生破裂面的不断扩展发育，从而使其所控制的土体发生变形破坏。

陕北砂黄土地区斜坡的变形破坏模式不同于典型黄土斜坡，受砂黄土体力学性质及坡形控制，其在变形前后坡面形态及堆积物状态区别于一般黄土滑坡或崩塌的特征，但又存在一定的相近性，为了更好地分析斜坡变形破坏机制，不能以一般黄土滑坡及崩塌的机制去分析，一般将这种特殊的斜坡变形方式称为滑塌。其变形破坏的演化过程主要分坡脚卸荷裂隙产生、裂隙扩展滑动、坡肩贯通裂隙滑动等3个阶段，如图5所示。

图5 砂黄土斜坡变形的不同阶段

1)坡脚卸荷裂隙产生阶段：斜坡坡脚受地表水侵蚀、人为开挖、对侧斜坡滑塌冲击等作用影响形成临空面，坡脚土体由于卸荷和应力集中变为减压压缩状态，由于土体前缘及周围土压力瞬时减小或消失，坡脚处形成剪切破坏区，并由于卸荷形成节理裂隙。同时坡体中上部应力也发生集中从而形成拉张应力区域，并在坡面分布不同规模的拉张节理，其分布密度及发育程度自下而上逐步减弱，如图6 所示。

图6 坡脚卸荷裂隙产生阶段

2)裂隙扩展滑动阶段：坡脚处先期产生的拉张节理最为明显并与坡脚处剪应力集中区域联通，坡体前缘或中下部土体发生小规模滑塌，并形成新的凌空面，且较先期临空面更加高陡。凌空面下部沿着前期滑塌的剪切破坏区进一步向上扩展，同时坡脚处上方坡体拉张节理加速扩展，加之在连续性降雨或瞬时性强降雨作用下，雨水形成沿地表的径流并沿裂隙下渗土体，土体一般具有较强的湿陷性，使土体强度减弱，更加促进斜坡的变形，共同作用下形成新的滑塌。如此往复，滑塌发育的范围不断向坡肩附近扩展。滑塌后形成的坡面受剪切裂隙控制，形态为近似直线型，坡度(不计滑塌堆积物)一般以天然状态内摩擦角φ为临界值。该阶段一般变形破坏速度较快，尤其伴随降雨作用一般具有较强突发性，如图7所示。

图7 裂隙扩展滑动阶段

3)坡肩贯通裂隙滑动阶段：随着滑塌向坡肩的不断扩展，当所形成的拉张裂隙越过原始坡肩后，受限于坡面与拉张、剪切裂隙面形态，拉张裂隙深度逐渐变浅，裂隙的发育程度相对减弱，整体滑塌趋势仍向上部扩展，直至最终的坡面与原始坡面相交，但这个相交的状态为极限状态。当滑塌形成的的拉张裂隙越过原始坡肩后，坡体的应力集中现象不断向坡肩变化并不断削弱，变形破坏的速度逐渐减弱，整体坡体也趋于稳定状态。在野外调查过程中，绝大部分的坡体在后缘越过原始坡肩后凌空面高度减小至约2 m并形成台阶状，变形速度大幅度减弱并趋于稳定，仅在强降雨作用下于新产生的坡肩处发生小规模土体垮塌，新裂隙的产生及裂隙的扩展趋于停止，斜坡一般不会发生新的变形破坏，如图8所示。

图8 坡肩贯通裂隙滑动阶段

1)陕北砂黄土地区黄土物质组成表现为细砂粒含量高、黏粒含量低，其力学性质介于砂土与粉土之间。

2)由于陕北砂黄土地区特殊的地质条件，砂黄土斜坡变形以滑塌形式为主，多发育于河流沟谷或较大规模的冲沟两侧，受地表水影 响较大。

3)陕北砂黄土地区斜坡滑塌的变形演化过程主要分为坡脚卸荷裂隙产生、裂隙扩展滑动、坡肩贯通裂隙滑动等3个阶段。

猜你喜欢 坡脚坡体坡面 玉门抽水蓄能电站工程厂区高边坡稳定分析广东水利水电(2022年11期)2022-12-07降雨与水位波动作用下的水库边坡稳定性影响研究陕西水利(2022年11期)2022-11-29深水坡面岩基础施工方法科海故事博览·下旬刊(2022年4期)2022-05-07软土深基坑滑坡机制分析与优化方案设计安全与环境工程(2022年1期)2022-02-14采动-裂隙水耦合下含深大裂隙岩溶山体失稳破坏机理煤炭学报(2021年11期)2021-12-09N元素在陕北矿区采煤沉陷坡面土壤中的空间异质性研究绿色科技(2021年6期)2021-04-17基于有机材料-三维植生毯技术的黄土边坡抗降雨侵蚀试验研究人民珠江(2020年12期)2020-12-08Thalidomide for refractory gastrointestinal bleeding from vascular malformations in patients with significant comorbiditiesWorld Journal of Clinical Cases(2020年15期)2020-09-10强降雨作用下滑坡稳定性分析中国房地产业·中旬(2020年12期)2020-06-09园林工程的坡面绿化施工技术研究新商务周刊(2019年17期)2019-12-21