地质灾害论文资料库《浅议砂黄土区公路地质灾害的形成机理》

1、地质灾害论文资料库:浅议砂黄土区公路地质灾害的形成机理    地质灾害论文资料库:浅议砂黄土区公路地质灾害的形成机理关键词:黄土高原北部;砂黄土;公路;地质灾害;防治对策  1引言中国西北黄土的颗粒组成具有明显的地带性分布规律。根据黄土颗粒成分,黄土高原自NW向SE依次划分为3个带1;即砂黄土带、黄土带和粘黄土带。砂黄土带的范围大致包括盐池、榆林、靖边以南,海源、志丹、子长、宁武以北和以西地区。砂黄土在物质组成和结构方面与黄土高原中部和东南部的粘粉质黄土具有明显的差异,工程性质也相应地发生了一定的变化。近年来,随着我国西部大开发战略的实施,许多

2、大型工程如西气东输工程、陕京输气管道工程、中卫绥德太原铁路、神木绥德延安铁路、太原绥德银川高速公路等都通过黄土高原北部砂黄土区。与砂黄土特殊工程地质特性密切相关的地质灾害不断发生,特别是有些灾害类型是黄土高原其它地区比较少见的。本文主要结合黄土高原公路建设,在野外地质灾害调查的基础上,重点总结砂黄土区公路地质灾害的类型及其对公路建设的影响,通过黄土物质组成和物理力学性质的系统测试,探讨砂黄土区公路地质灾害的形成机理,并提出相应的防治对策。这不仅具有重要的理论意义,而且对国家西部大开发重大工程建设具有实际的指导作用。  2砂黄土区公路灾害类型在多年的公路建设中,黄土湿陷性及其对公路建设

3、的危害已为众人所熟知,本文不再赘述。除此之外,砂黄土区公路地质灾害的主要类型包括黄土路堑边坡滑塌灾害、路堤裂陷灾害、冲蚀灾害、路桥变形等。2·1黄土滑塌灾害所谓黄土滑塌灾害是指黄土斜坡特别是高陡斜坡在自然因素或人类工程活动影响下所引起的突发性、兼有滑动与倒塌、崩塌特点的特殊黄土地质灾害类型,具有“滑坡”和“崩塌”两种机制和“先滑后塌”的变形破坏过程2,是砂黄土区路堑边坡最常见的破坏形式(照片专版1照片(1) (8)。黄土滑塌虽然没有典型黄土滑坡规模大,但因其突发性、频繁性和群发性等特点常给工程带来维修和维护上的麻烦及大量资金浪费,并诱发其它一系列环境地质工程问题。经现场调查分析,产生

4、黄土滑塌灾害的路堑边坡具有以下特点:2·1·1滑塌前的原始黄土边坡主要由厚层马兰黄土(Q3)构成,少量边坡底部出露离石黄土(Q2)。黄土边坡高度通常超过10m,边坡总体坡角大于50°,并且坡面多为一坡到顶的近平直状。2·1·2黄土滑塌体在形态上常呈“马蹄形”或桃形,其后缘均有清晰的环形或半圆形沿垂直张裂隙形成的高约0·51·0m的陡壁,两侧为不同弧度的弧形,底部一般仅限于天然斜坡或人工边坡的台面(公路道面)。在剖面上除顶部拉张段外,为高角度的光滑弧面或平面,且上陡下缓,总体坡度在4550°左右。2·1&#

5、183;3单个滑塌体的规模通常不大,高度可超过5060m,宽度可达80100m,厚度一般在5m左右,通常不超过10m,体积一般仅数千数万m3。滑塌体通常表现为由黄土碎块、黄土粉状物构成的松散堆积体。当滑塌规模较大时,在滑塌体的上部会偶尔出现较窄的滑落台阶,有时还出现群发性滑塌。2·2冲蚀灾害砂黄土土质疏松,水稳性差,抗冲蚀能力弱,因而降雨及流水冲蚀灾害成为砂黄土区最普遍的灾害问题之一。冲蚀灾害除了对水土保持有非常严重的影响外,常造成公路路堑、路堤边坡渐进损坏,直至形成整体失稳。冲蚀灾害进一步分为:面蚀(坡面冲刷)、沟蚀(道面冲刷深沟)、陷穴、向源侵蚀等。其中道面冲刷深沟对公路危害最严

6、重,发育频率最高(照片专版2 (1) (6);由于砂黄土的易冲蚀性,黄土冲沟向源发展很快,如果防护不及时,可能在一场暴雨作用下,造成公路中断。2·3路堤裂陷当公路顺沟延伸时,常需要在原沟坡上进行半挖半填施工。路基边坡由于覆盖了一层松散虚土,遇暴雨极易造成水土流失;另一方面,沟谷坡脚侵蚀可以诱发路堤斜坡向下位移,在坡顶路肩形成拉裂缝伴随阶状下沉,形成路堤裂陷(照片专版照片3)。路堤裂陷轻者造成公路开裂、凹凸不平,重者可以殃及公路安全,甚至导致公路报废。2·4路桥变形公路通过冲沟时,在很多情况下借助天然的黄土“腰岘”(即冲沟中残留的黄土部分)作为路桥,“腰岘”宽度不够时,还需要

7、在其一侧或两侧填筑黄土。由于这种路桥本身是黄土,一方面受到流水的冲刷作用,另一方面填筑黄土路桥在运营一定时期后,降雨入渗、结合部位松弛等因素可引起路桥变形破坏,中断交通(照片专版照片4)。  3公路地质灾害的发生机理根据黄土颗粒分析结果,产生公路地质灾害的黄土中粉砂(0·050·1mm)和粗粉土(0·010·05)粒级的含量通常大于80%, 0·050·05mm的粉土粒级一般为50%70%。而<0·05mm粘粒含量通常小于12%。随着黄土粘粒含量的增大,公路灾害的出现几率越来越小。由于组成砂黄土的粉砂粒和粗粉

8、土粒含量很高,在微观上常表现为极微弱连结的粗骨架状架空结构。这在很大程度上影响了黄土的力学性质特性。因此砂黄土本身的物质组成、结构及力学性质是控制砂黄土区公路地质灾害的主要因素。3·1路堑边坡黄土滑塌问题根据试验结果,砂黄土具有较高的摩擦强度,内摩擦角可达26·9330·5°。同时,极低的粘粒含量决定此类黄土极低的粘聚力,砂黄土的c值仅为5·013·2kPa。这在粘性土中是极其罕见的。极低的粘聚力导致坡体在滑移过程中极易发生结构解体破坏,而不是保持整体滑动。黄土斜坡滑塌破坏过程大致可分为3个阶段:早期后缘拉张破坏、滑体座落、前缘强度屈

9、服(结构剪切破坏)、坡脚臌出阶段;快速滑动阶段;坡体结构解体、崩落和堆积阶段。在黄土滑塌灾害形成过程中,砂黄土的物质组成、结构和力学性质是重要的控制因素。其中,黄土的颗粒组成控制滑塌灾害的区域分布,黄土的力学性质特性是控制滑塌的内在因素,边坡形态是滑塌灾害发生的必要条件,降雨因素和人类工程活动的盲目性在滑塌灾害形成过程中起着不可忽视的诱发作用。3·2冲蚀灾害问题冲蚀灾害的强弱主要与黄土的抗冲性有关。影响黄土抗冲性的因素主要包括黄土本身的物质组成、颗粒之间的粘聚力、密实度等方面3。在水流作用下,一般细砂和粉砂最易启动。启动流速约0·080·2m/s,粘粒启动流速在0·5m/s以上。黄土高原北部砂黄土区粘粒含量多在10%以下,有时不足5%,并且颗粒之间的胶结较弱。所以砂黄土很容易分散流失。冲蚀灾害的发育程度还与降雨强度有关。往往经过一次暴雨后,砂黄土区的黄土梁、峁坡下部冲刷细沟深度超过1m。例如, 2002年10月18日吴旗县10h的降雨形成深达1m的树枝状深沟。更有甚者, 1978年9月份,在靖边县白天赐一带,一次仅2h的特大暴雨将黄土峁坡上冲刷出