琼库什台冰碛物阶地崩塌灾害形成条件及防治思路分析

敬广秀，吴绍英

(1．新疆地矿局第一水文工程地质大队，乌鲁木齐 830091；2．新疆地质环境监测院，乌鲁木齐 830091)

1 概述

琼库什台地处欧亚大陆腹地，位于天山北麓西部特昭盆地东端。南部边界为南天山主脊，山势雄伟，群峰林立，北部为阿拉哈尔山及也什克力克山南坡，是中天山的边缘部分。研究区地貌单位为侵蚀构造中高山，该区雨量充沛，且多集中在夏季，水系特别发育，形成深沟峡谷，切割强烈，相对高差较大。琼库什台崩塌主要发育在琼库什台河东岸二级阶地斜坡，紧邻斜坡西侧分布学校、村委会、民居等，人员建筑密集(图1)。琼库什台村为历史文化名村，旅游资源丰富，游客众多。因此，研究琼库什台冰碛物阶地崩塌灾害的形成条件及影响，为有效减轻突发性地质灾害危害和保障集镇安全发展提供基础地质依据[1]，显得尤为必要。

图1 琼库什台冰碛物崩塌卫星影像图

2 成灾环境条件

2.1 地形地貌

研究区为侵蚀性中高山区，总体地势南高北低，相对高差180 m；东西两侧发育高陡山体，相对高差500～800 m；两山之间自南向北发育琼库什台河，河东岸发育二级阶地斜坡。研究对象为该二级阶地斜坡，长约850 m，高差在5～80 m，走向约225°，坡度在25°～45°。阶地之上地形东高西低，坡度约15°～20°，植被发育，在阶地南侧边界有泉水出露，北侧发育一条自东向西的小溪。斜坡是长期地质历史演化所形成，并处于受多种内外营力作用的地质环境之中[2]，这种切割较为强烈的地貌类型极易遭受降雨、风化、地震等作用的侵蚀变形，成为崩塌灾害发育的环境条件之一(图2)。

图2 琼库什台冰碛物崩塌正面断面图

2.2 地层岩性

研究区出露地层为中更新统冰碛沉积层(Q2fgl)，沿琼库什台河东岸阶地一带分布，组成琼库什台河二级阶地。岩性主要为碎石，局部含有漂石，粒径大者达0.86 m×2.2 m×1.2 m，岩性以花岗岩为主，砂岩部分为砂岩，磨圆度一般，分选性较差，孔隙被砂砾石充填，密实。经长期的自然风化剥蚀、暴雨冲刷、地震和动物活动等因素影响，坡体中上部漂石裸露，部分漂石底部被掏蚀失稳后已滚落于坡脚处。斜坡局部地层钙质胶结现象明显，较周边地层坚硬，在风蚀作用下被保留下来，形成突兀体，高悬在斜坡中上部，形成高度为5～30 m的陡立边坡，坡度在60°左右。研究区包含这样的突兀体2处，体积分别为717.6 m3、696.6 m3。根据钻孔资料显示，在该阶地坡脚处冰碛物下方为上更新统(N2)强风化红褐色泥质砂岩，北部边界埋深为21.3 m，中部埋深为18 m，西部钻孔未控制，阶地之上钻孔50 m未发现该层，在阶地断面该层也未出露，因此在该层发生滑动变形的可能性小。由于地层条件的限制，在该阶地斜坡整体滑动的可能性不大，只会在局部发生崩塌灾害(图3)。

2.3 地质构造

研究区构造单元属天山-兴安地槽褶皱区西南天山褶皱系西天山优地槽褶皱带，天山褶皱系Ⅲ-伊犁地块Ⅲ2-Ⅲ21巩乃斯坳褶。研究区受北部特克斯河北东向断裂带和南部那拉提山脊深断裂的控制。研究区新构造运动的最主要特点就是垂直升降运动显著，且一直延续至今。新构造运动活跃的相对上升区，新生代半成岩地层，第四纪松散堆积物抬升，使其具有较高的势能，山体的进一步隆起，地层受河流侵蚀切割强，峡谷发育，地形陡峻，使地质灾害形成条件更加充足。

2.4 地震及地壳稳定性

研究区属于北天山地震带的一部分，南面紧临南天山地震带。北天山地震带在历史上曾发生过多次地震，7级以上的强震大多发生在有控制意义和继承性活动的深大断裂带上。在研究区所在行政区域内虽未有大地震的记载，但邻近地区自1812年以来曾发生震级大于6级的强震9次，大于7级的强震2次。

根据地壳结构、新生代地壳形变、现代构造应力场、地震震级、地震基本烈度、地震动峰值加速度等指标，并考虑评估区地貌、地质灾害等条件进行地壳稳定性划分。根据《中国地震动峰值加速度区划图》，研究区所在区域地震动峰值加速度0.2 g，对应地震基本烈度Ⅷ度，地壳稳定性属于次不稳定区。因此地震对该崩塌灾害的影响因素较大。

图3 琼库什台冰碛物崩塌地层剖面

2.5 气象条件

研究区年平均气温为5.3 ℃，年极端最高温度36.2 ℃，极端最低温为-33.4 ℃。年平均降水量在600 mm以上，平均降水日达112 d。降水量以4至9月份为最多，合计约为510.0 mm，占全年降水量的85%，年蒸发量1 473.8 mm。无霜期平均为118 d，积雪年平均为91.4 d，最大积雪深度为36 cm，最大冻土深度153 cm。由于干旱区地区蒸发量远远大于降雨量，表层土壤在不降雨条件下始终处于干燥状态，加之植被发育程度较差，在降雨冲刷作用下，极易产生崩解，随短时形成的地面径流运移，形成水土流失。往往大漂石周边及坡体中下部的土体相较于坡面更容易被冲蚀，使得漂石悬空性及坡度进一步加大，在一定程度上，水土流失现象加剧了崩塌的形成。

2.6 动物活动

研究区内动物活动主要是旱獭洞穴活动及家畜的放牧踩踏活动。旱獭为穴居动物，且成群活动，其常常在漂石前缘下部风蚀作用强烈、较松软的碎石层打洞活动。单个漂石底部形成1个或多个似圆形洞穴，洞穴直径10～30 cm不等，深度往往能达到2～3 m，绝大多数较大漂石前缘被掏空，加剧了漂石的悬空性。家畜如羊、牛等在斜坡放牧吃草，对坡体植被造成破坏，加剧了坡面碎石土在降雨作用下的冲刷流失，同样加剧了漂石的悬空性，在地震、强降雨和家畜踩踏扰动作用下失稳滚落的可能性大。

3 成灾机理

由于现代构造活动强烈，伴随河流的急剧下切，不仅使得边坡岩体经历了较为强烈的表生改造，导致岩体结构更趋复杂，而且在斜坡下部形成高地应力区。这些条件与该区所处的特定地震地质环境一起，就构成了这一地区高陡边坡复杂的岩体力学环境条件[3]。高陡切割的地形在新构造运动作用下河流对冰碛层下切形成高陡阶地，近似直立的阶地临空面在风蚀作用下软弱部分逐渐被剥离滚落至坡脚，胶结坚硬部分(包含漂石)仍保留下来形成高陡临空面，坡度大于天然休止角43°(现场试验数据)，这部分坚硬体与坡体接触面部位土体在降雨冲刷、风化、地震以及动物活动扰动作用下会进一步被剥离，使之坡度(悬空)逐渐增大，当前缘临空向上力不足以支撑其重力时失稳崩落，形成崩塌灾害。

4 防治思路分析

研究区所在牧业村作为哈萨克族历史文化名村，其很好的展示了历史时期传统的哈萨克族风貌，吸引了大量的游客来此观光。在阶地前缘分布着当地唯一的一所牧业小学，师生人数150多人，加之村委会、卫生所、居民房屋等威胁对象众多，一旦成灾，危害不容小视。根据该崩塌灾害特点，其发生灾害多在局部，以点状形式发生，威胁对象呈线性分布，由于斜坡高陡，上部崩塌物获得的势能较大，因此在崩落至坡脚时获得较大的动能，对人员伤害及房屋建筑破坏性较大，尤其是学校等人员密集的场所。

鉴于上述灾害特点、防治工程的经济性以及安全性，防治工程设计应当考虑对重点受威胁对象进行重点防护；对于一般受威胁对象，根据局部崩塌的危害程度，采取一般防治措施。重点防治措施的思路是在斜坡坡度大于43°的部位，综合考虑人员、建筑受损的位置修建被动挡土墙，挡土墙高度及墙体强度应当根据落石试验数据乘以相应的安全系数予以确定；同时在墙体之上加固被动网，尤其在学校后方位置，其能发挥两个作用，一是拦截部分坡体崩落突兀体及漂石翻越挡土墙，防止其伤害人员及损害设施；二是能够有效阻止小学生攀爬、翻越挡土墙，进入崩塌落石区。一般防治措施即在坡度小于43°，村委会、民房位置修建被动网，网高及网型强度指标等参数应当结合落石试验及相关计算参数确定，以确保能有效拦截坡面滚落的漂石。

5 结束语

冰碛物阶地崩塌地质灾害的研究在国内基本还处于空白，目前只能从定性的方法去研究，没有成熟的可以借鉴的定量的理论依据来对其进行论述及计算，对于灾害体所处的具体力学环境及发展破坏方式缺乏系统的理论研究，这对灾害本身的科学认识带来了一定的局限性。除了在理论上应当加强冰碛物崩塌的研究工作外，在治理思路上亦应兼顾其本身的特性，斜坡地质灾害防治工程属地质工程而非一般的土木工程[4]，因此在地质灾害的防治工作上不能只参考土木工程的施工思路，而是需要应用变化的、发展的地质理论结合土木工程的参数来完成该灾害的防治工作。

综上所述，研究和合理治理该崩塌灾害的意义重大。在目前理论研究滞后的情况下，应优先考虑进行保守的、相对安全的防治工作！

[1] 中华人民共和国地质矿产行业标准.集镇滑坡、崩塌、泥石流勘查规范(DZ/T0262-2014)[S].2014.

[2] 陈喜昌,石胜伟,胡时友,等.斜坡地质灾害的空间预测问题[J].工程地质学报,2007,15(2):179-185.

[3] 黄润秋,张倬元,王士天,等.高边坡稳定性研究现状及发展展望[J].水文地质工程地质，1991,18(1):31-52.

[4] 孙广忠,论地质灾害防治[J].中国地质灾害与防治学报,1996,7(1):1-5.