白 云， 謝 雷， 陳 豪

(四川省冶金地質(zhì)勘查局六○五大隊(duì)，四川 彭山 620860)

1 引言

中國多年凍土面積占全國面積的22.3%，主要分布在東北北部山區(qū)、西部高山與青藏高原，青藏高原地區(qū)，凍土分布面積達(dá) 1.5×106km2。近年來，隨著大規(guī)模巖土工程活動，在凍土區(qū)進(jìn)行土方開挖、填土及其他對地質(zhì)環(huán)境的擾動活動，多年凍土區(qū)斜坡穩(wěn)定性日益受到威脅。祁連縣地處青藏高原北部，青海省東北部，境內(nèi)共有大通河水系的默勒河和祁連山內(nèi)陸水系的黑河兩大流域，年內(nèi)降水分配極不均勻，降水多集中在每年6～9月，占全年降水總量89.7%，祁連縣平均海拔3 169 m，幾乎每年都有凍土，隨著全球氣候變暖，最大深度總體呈減小趨勢，月平均最大凍深值在3月份，最小值在9月，全球變暖對多年凍土最直接的影響就是地溫升高和活動層厚度增大，導(dǎo)致表層土壤含水量減少，從而對多年凍土區(qū)植被產(chǎn)生影響。凍土為特殊性土，是一種對溫度極為敏感的土體介質(zhì)，影響其凍深的主要因素是溫度。溫度的變化導(dǎo)致凍土在凍與融之間循環(huán)，而凍與融對應(yīng)于凍土的高強(qiáng)度與低強(qiáng)度，故其高強(qiáng)度僅存在于氣溫寒冷月份。長期而言，凍土具有低強(qiáng)度特征，這種特征在氣溫較高月份容易造成表層融化土層流動，形成融凍泥流，然后在雨水的誘發(fā)下產(chǎn)生滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。祁連縣境內(nèi)融凍泥流主要發(fā)育在河流侵蝕岸與小型沖溝側(cè)坡的多年凍土區(qū)。由于侵蝕作用與坡腳開挖使埋深的凍土表露出來，加快了凍土的融化，產(chǎn)生了一系列邊坡融塌和泥流。

2 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征

2.1 地形地貌

研究區(qū)屬構(gòu)造侵蝕中山地貌，滑坡后緣海拔3 175 m，前緣海拔3 055 m，相對高差約120 m，總體坡度10°～20°，坡向約6°。研究區(qū)微地貌屬于單斜的斜坡地貌類型。

2.2 地層巖性

研究區(qū)出露的地層由老到新有：三疊系南營兒群下巖組砂巖、頁巖和第四系中更新統(tǒng)冰水堆積層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，巖層朝西南傾斜，由于受斷裂構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造殘缺不全，出露不明顯。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動總體表現(xiàn)為震蕩式的隆升運(yùn)動，溝道下切較強(qiáng)烈。

2.4 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖性的組合情況和工程地質(zhì)特征、地形、地貌、巖性、構(gòu)造等因素的組合關(guān)系，研究區(qū)巖土可劃分為兩個工程地質(zhì)巖組。(1)松散巖組，①第四系全新統(tǒng)沖洪積層，主要為細(xì)砂土，厚度大于5 m(鉆探及現(xiàn)場調(diào)查)，結(jié)構(gòu)松散，承載力低。分布于黑河河床。②第四系中更新統(tǒng)冰水堆積層，主要由黃土狀土、角礫、圓礫組成，含少量碎石、塊石，厚度3.5～13.5 m(鉆探揭露)，結(jié)構(gòu)較松散，承載力較低。分布于整個研究區(qū)。(2)軟巖巖組，三疊系南營兒群下巖組，主要為灰、綠色中細(xì)粒砂巖夾粉砂質(zhì)頁巖，厚層狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀210°∠35°。強(qiáng)風(fēng)化砂巖天然抗壓強(qiáng)度0.7 MPa，承載力350 kPa；中風(fēng)化砂巖飽和抗壓強(qiáng)度20.2 MPa，承載力650 kPa。主要出露于陡坎、陡坡地帶。

2.5 水文地質(zhì)條件

工作區(qū)水文地質(zhì)特征較復(fù)雜，根據(jù)地下水的賦存條件、水理性質(zhì)及水動力特征，將地下水劃分為碎屑巖類裂隙孔隙水和松散巖類孔隙水。(1)碎屑巖類裂隙孔隙水，含水層巖性主要為白堊系的砂巖、砂礫巖、礫巖，補(bǔ)給來源主要為山區(qū)地表水、基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，下部為承壓水，但富水性較弱，單位涌水量一般在0.002 4～0.667 L/(s·m)之間，水質(zhì)復(fù)雜。(2)松散巖類孔隙潛水，含水組巖性為中更新統(tǒng)冰水堆積含碎石粉質(zhì)黏土層(Q2fgl)和全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石層(Q4al+pl)。中更新統(tǒng)冰水堆積含碎石粉質(zhì)黏土層(Q2fgl)和全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石層(Q4al+pl)的地層透水性強(qiáng)，基本被疏干，在溝谷切割低洼處泄處及在斜坡體前緣與階地的接觸處泄出，水量較豐富，主要接受大氣降水和冰雪融化水補(bǔ)給，含水層厚度一般為5～10 m，單泉流量小于1 L/s。

3 融凍泥流特征

3.1 發(fā)育特征

經(jīng)過野外勘查發(fā)現(xiàn)，融凍泥流區(qū)范圍清晰，各特征發(fā)育明顯。融凍泥流位于野牛溝鄉(xiāng)大龍村，地處祁連縣黑河流域油葫蘆段南岸，為堆積層蠕滑，地形整體上南高北低，坡底為黑河。區(qū)域后壁、側(cè)壁明顯，裂縫發(fā)育，滑體物質(zhì)主要有粉質(zhì)黏土、碎石、塊石、角礫等組成，成分混雜，排列無規(guī)律性，結(jié)構(gòu)松散，滑體物質(zhì)受凍融作用，土質(zhì)松散，塊碎石母巖成分為頁巖、砂巖。根據(jù)勘探鉆孔揭露的滑帶情況，將滑帶形態(tài)特征敘述如下：勘探鉆孔揭露滑帶基本清晰，總體滑帶傾向?yàn)槲髂舷?，傾角呈上陡下緩分布，傾角由后部12°～22°，至中部8°～12°，過渡到前部的4°～8°左右，滑帶形態(tài)總體呈弧形，局部略有起伏。根據(jù)勘探剖面，可以看出滑坡不同部位其滑帶形態(tài)和特征變化較大。從滑坡鉆孔揭露看，滑動面較清晰，土體有擾動擠壓跡象。另外，由于滑坡滑動擠壓，擾動下層基巖，使土中夾有零星片狀砂泥巖碎屑，略有擦痕。融凍泥流平面形態(tài)呈舌狀，剖面形態(tài)呈階梯狀，扇長940 m，寬240 m，厚3.5～9.2 m，平均坡度20°，主滑方向6°，由于時間、地形、巖層等影響，融凍泥流斜坡主要形成4個區(qū)，分別為滑動區(qū)、強(qiáng)變形區(qū)、弱變形區(qū)、堆積區(qū)。

圖1 融凍泥流全景

滑動區(qū)縱向長約400 m、橫向平均寬約120 m，滑體平均厚度約5.2 m，體積方量21.60×104m3?；嫫露绕骄?，約8°左右(圖2)，后緣形成多級平臺(圖3)，寬3～8 m不等，滑坡側(cè)壁跡象明顯(圖4)，滑體物質(zhì)受凍融作用，土質(zhì)松軟。

強(qiáng)變形區(qū)長約300 m，寬約130 m，滑體平均厚度約5.0 m，體積方量19.5×104m3。滑面坡度平緩，約10°左右(圖5)，后緣受牽引，形成多條拉張裂縫(圖6)，裂縫深約0.5～1.5 m，長約50～150 m，寬約0.1～0.5 m，將原始土體切割成大小不一的塊狀體。滑體物質(zhì)受凍融作用，土質(zhì)松軟。

圖4 滑動區(qū)側(cè)壁

圖5 強(qiáng)變形區(qū)剖面簡圖

圖6 強(qiáng)變形區(qū)變形特征

弱變形區(qū)長約460 m，寬約100 m，滑體平均厚度約3.0 m，體積方量9.2×104m3?；嫫露绕骄?，約10°左右，后緣受牽引，形成少量拉張裂縫(圖7)，裂縫深約0.5～1.0 m，長約100～200 m，寬約0.2～0.6 m?；w物質(zhì)受冰凍溶蝕作用不明顯，無明顯擾動跡象。

圖7 弱變形區(qū)

堆積區(qū)長185 m，寬95 m，堆積厚度13 m，約16×104m3，物質(zhì)組成主要為塊石、碎石、粉質(zhì)黏土、角礫等，結(jié)構(gòu)松散，目前堆積區(qū)已擠占黑河河道約100 m(圖8、圖9)。

圖8 堆積區(qū)剖面簡圖

圖9 堆積區(qū)俯視

3.2 穩(wěn)定性及危害程度

融凍泥流災(zāi)害體自2016年發(fā)生大規(guī)?；瑒右詠恚鼛啄晡丛俅伟l(fā)生整體下滑，但常發(fā)生小規(guī)模的溜滑，特別是雨季，在暴雨的作用下，滑體因凍融形成的土塊易隨雨水沖向黑河，已擠占黑河河道約100 m。災(zāi)害體誘發(fā)的主要因素是極端氣象條件下的強(qiáng)降雨及凍融作用。在暴雨季節(jié)滑動區(qū)有繼續(xù)變形跡象，且可能出現(xiàn)新的裂縫，有進(jìn)一步發(fā)生滑動的可能。一旦再次產(chǎn)生滑動，將牽引周邊產(chǎn)生次生地質(zhì)災(zāi)害，對生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，對人民生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。通過對滑帶附近的土樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，受凍融作用影響，土體的黏聚力與內(nèi)摩擦角都非常小(表1)，常年的冰凍及融化已導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，基巖的風(fēng)化砂質(zhì)成分與土體結(jié)合以及土體擾動，使其本身的抗滑能力急劇減小，即使在較平緩的斜坡也會發(fā)生滑動。

表1 滑帶土物理性質(zhì)分析試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 融凍泥流體形成機(jī)理分析

4.1 地質(zhì)環(huán)境背景

4.1.1 地形地貌

該融凍泥流產(chǎn)生于斜坡地帶，平均坡度20°，高差80～120 m，為滑動形成提供了地形地貌條件；另外，坡體在黑河水流不斷側(cè)向侵蝕作用下，前部坡度變大，致使融凍泥流體前部的應(yīng)力產(chǎn)生分異，坡腳處最大主應(yīng)力顯著增高，致使斜坡前部多處發(fā)生滑塌，陡坎發(fā)育，致使整個斜坡在自身重力作用下沿著融凍層面向河谷方向位移，產(chǎn)生蠕動。

4.1.2 地層巖性

坡體上部為土層，結(jié)構(gòu)松散，易于水的入滲，增加土體容重，重力加大，并且經(jīng)寒凍作用使土體中的水分凍結(jié)膨脹形成裂縫，又為水的進(jìn)入提供了有利條件，周而復(fù)始，受擾動的土體就開始蠕滑。下伏物質(zhì)為灰綠色砂巖，結(jié)構(gòu)較完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，為相對隔水層。因此，水體集中在淺層坡體中，坡體上部巖土體易沿著飽水層或軟弱夾層與下伏相對隔水層接觸面發(fā)生滑動。

4.1.3 水文地質(zhì)條件

地下水是導(dǎo)致坡體產(chǎn)生變形的主要原因，暴雨季節(jié)，雨水入滲土體，加之融凍作用，不僅增大坡體靜水壓力，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，而且增大了滑體的容重，降低了表層土體的抗滑力，最終導(dǎo)致坡體沿飽水層向下蠕動變形。

4.1.4 凍融作用

祁連縣冬夏兩季和早晚溫差較大，斜坡后緣海拔較高(3 200 m)，冬季來臨時易產(chǎn)生凍土現(xiàn)象，凍脹時對下部坡體有擠壓加載作用，增加坡體的下滑力；夏季地溫上升后，凍土開始解凍，隨著溫度的上升，地下冰融化，巖土體強(qiáng)度顯著降低，從而產(chǎn)生局部的變形破壞現(xiàn)象；地下水對下部土體產(chǎn)生滲透壓力，同時融化水向下運(yùn)動，增加了坡體的含水量，提高地下水位，使部分土體飽和，從而降低整個坡體的抗滑力，使整體穩(wěn)定性下降。坡體后緣每年隨著氣溫的波動發(fā)生周期性凍融現(xiàn)象，這種周期性反復(fù)堆載作用最終促使它向下流動形成泥流。

4.1.5 人類工程活動

研究區(qū)內(nèi)主要人類工程經(jīng)濟(jì)活動為放牧及道路修建。道路修建時形成較多高陡臨空陡坎，人為造成了斜坡結(jié)構(gòu)破壞，為地質(zhì)災(zāi)害的形成和發(fā)展提供了條件，極易導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。另外，過度放牧，使工作區(qū)林草植被遭到嚴(yán)重破壞，水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重，使得地質(zhì)環(huán)境日趨惡化。該類工程經(jīng)濟(jì)活動對勘查區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件破壞較大。綜上所述，工作區(qū)內(nèi)人類工程活動對地質(zhì)環(huán)境的破壞影響程度屬較強(qiáng)烈。

4.2 發(fā)育形態(tài)特征

融凍泥流主要分布于凍土區(qū)，多發(fā)生在有一定匯水面積的溝谷地帶，坡面傾角一般較緩，緩坡上覆細(xì)粒土，細(xì)粒土下伏層為相對隔水的巖層或者永凍層，土體易形成飽水狀態(tài)，飽水土體在反復(fù)的凍融作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，抗剪強(qiáng)度下降，不足以抵抗重力作用，產(chǎn)生向斜坡下方滑動的現(xiàn)象，當(dāng)其影響范圍內(nèi)存在威脅對象時，會有形成災(zāi)害的可能。土體各層含水量不同，其流速與流動狀態(tài)不同，表層土體受融凍作用強(qiáng)于下層，其結(jié)構(gòu)破壞更強(qiáng)，相應(yīng)流速更快，流動狀態(tài)多表現(xiàn)為泥流，下層流動狀態(tài)多表現(xiàn)為塊體滑動，故融凍泥流即有泥石流形態(tài)特征，又有滑坡形態(tài)特征。融凍泥流多在融季蠕滑，祁連縣的融季為6～9月，而其降雨也集中在6～9月，由冰凍期的暫時穩(wěn)定狀態(tài)到融凍季的蠕滑時常表現(xiàn)為一定的突發(fā)性，以粉質(zhì)黏土為主的細(xì)粒土夾帶著碎塊石滑動，形成較平滑的泥流扇扇面，前緣形成堆積扇以及條帶狀鼓丘，規(guī)模較大的中后緣多發(fā)育拉張裂縫。

圖10 緩坡融凍泥流蠕滑區(qū)

圖11 融凍泥流中后部拉張裂縫

5 防治措施與建議

融凍泥流目前威脅兩戶居民、牧場、村道等，經(jīng)濟(jì)損失約55萬元。土體一旦失穩(wěn)，可能牽引其周邊斜坡發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害，造成生態(tài)環(huán)境的破壞，對人民生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。建議采取讓兩戶人家搬遷避讓，再添加坡面整理、植草復(fù)綠作為生態(tài)修復(fù)，并進(jìn)行不定期監(jiān)測，在其兩側(cè)立警示牌。

6 結(jié)語

融凍泥流主要分布在凍土地區(qū)，是我國寒區(qū)特有的自然坡體失穩(wěn)發(fā)生破壞的現(xiàn)象，與人為擾動沒有必然聯(lián)系，是不可控的自然災(zāi)害。主要受融凍作用、大氣降水、地形地貌、地層巖性等影響，其存在分層流速與流動狀態(tài)不同的特點(diǎn)，具有滑坡與泥石流綜合的形態(tài)特征。融凍泥流不易治理，應(yīng)以搬遷避讓、綠化監(jiān)測為主，不宜上大量工程，治理效果不佳容易轉(zhuǎn)化為融凍泥流的物源，增加坡體荷載，形成更嚴(yán)重的災(zāi)害。