伊犁大洪纳海沟滑坡发育特征及形成机理

曹小红 孟和

摘  要：以伊犁大洪纳海沟滑坡为研究对象，分析其发育特征和形成机理。研究表明：该滑坡滑体为第四系松散堆积物，滑床为侏罗系泥岩、砂岩，滑体与滑床岩土体的渗透性及力学性质的差异决定了滑坡发生的地质基础。降雨和融雪水通过渗透性良好的含砾粉质黏土和砂、砾滑体向下渗透，在隔水性好的泥岩、砂岩顶部的滑床附近形成地下水富集带，滑床附近的滑体长期受地下水的浸泡，饱水程度增高、容重增大、强度降低，诱发坡体失稳，导致滑坡发生。该滑坡为浅层推移式缓慢蠕动滑坡，滑坡规模为中型。

关键词：伊犁大洪纳海沟;第四系松散堆积物;侏罗系泥、砂岩;滑坡灾害;形成机理

新疆是滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷等突发地质灾害较严重的省区之一[1]，具地质灾害类型多、发生频率高、受灾害面积广、危害性严重的特点[2-4]。伊犁是新疆地质灾害高发区之一，其中大型黄土滑坡-泥石流灾害链造成的损失尤为严重，而滑坡是伊犁谷地各类地质灾害中最为发育的类型[5]。伊犁谷地滑坡形态较完整，边界轮廓清晰，平面形态多为圆形或圈椅状，少数呈舌形和不规则状，剖面形态多呈下凹的弧形。滑坡类型主要有滑动型、侧向扩离型、流动型或上部滑动下部流动的复合型[6]。本文以伊犁哈萨克自治州昭苏县北部中低山区大洪纳海沟为研究对象，在野外勘查基础上1，开展综合研究，确定该滑坡发育特征和形成机理，为滑坡治理方案和减灾防灾措施的制定提供参考。

1  研究区地质环境条件

1.1  地形地貌

研究区所处地貌单元属剥蚀作用强烈的中山区山间盆地，海拔高度1 800～2 800 m，最大高差约300 m，沟谷两侧山体受新构造运动影响被抬升而形成。在古近系之上常覆盖砾石和黄土，地形起伏大、切割较强烈。大洪纳海沟滑坡位于谷坡地带，总体呈西北高东南低的斜坡地形，坡形为折线型坡，坡度在23°～30°，总体坡度较缓。

1.2  地层岩性

研究区大面积的区域被第四系覆盖，侏罗系—新近系基岩主要在研究区西北部、北部、东北部到东南部环绕出露（三叠系缺失），不同时代的岩层主要呈NE向展布。在修筑道路两侧切坡处，可见基岩出露，主要为石炭系，在滑坡区斜坡面有零星出露的侏罗系（图1），各地层特征如下：

石炭系主要出露于研究区西北部切割强烈的山体上，为一套浅海相碎屑岩和中基性火山岩建造。侏罗系主要出露于滑坡区范围内，呈NW方向延伸，为一套浅湖、沼泽相沉积地层，由泥岩、碳质泥岩、泥质页岩、砾岩及粉砂岩、细砂岩夹薄层煤层组成。新近系主要出露于乌尊布拉克一带及昭苏县城西南部山前地带，岩性主要为黄棕色、棕红色砾岩、砂岩、泥岩。二叠系主要出露于研究区北部，岩性为红色、紫色，局部灰色、灰绿色砾岩为主，夹砂岩、泥岩和灰岩。研究区内第四系广泛发育，按成因类型可划分为全新统冲洪积层（Q4apl）和全新统残坡积层（Q4edl）。全新统残坡积层（Q4edl）广泛分布于研究区斜坡坡面上，厚度为1～5 m，主要由砾石、砂、黏性土组成，表层为厚约30～90 cm的森林腐殖土;残坡积层主要由砾石、砂、黏性土组成，砾石主要以角砾为主，胶结差;砂层主要以砾砂、粗砂为主，厚度不大，多为1～2 m;黏性土为浅黄色-灰黄色粉质黏土，稍密-中密，稍濕-湿，干强度及韧性低，摇振反应中等，无光泽反应，上部含较多植物根茎，局部含砾，其厚度多为2～4 m。全新统冲积层（Q4apl）主要分布于大洪纳海河河床及阶地上，层厚3～6 m，主要由浅灰色砾石、卵砾石、砂等组成，分选性较差。

1.3  构造与地震

研究区大地构造属天山-兴安地槽褶皱区天山褶皱系伊犁地块之昭苏山间坳陷。主要构造为EW向延伸，均属天山纬向构造体系，是由一系列EW向复式褶皱和断裂、NE向和NW向的扭性断裂、EW向追踪断裂和NS向张性断裂等所夹岩块组成。研究区新构造运动较强烈，活动次数较频繁，主要表现为继承性的垂直升降运动，亦伴有断裂活动和褶皱现象发生。研究区位于北天山地震带，地震烈度区划为Ⅷ度区，地震动峰值加速度为0.20 g（《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001））。

1.4  工程地质岩组

研究区岩土体可划分为4类工程地质岩组：    ①坚硬-较坚硬中厚层状以灰岩为主的碎屑岩组; ②中厚层泥岩、砂岩、煤层互层强风化岩组;③粉土、砂砾石双层土体;④单层结构砾质土体。

坚硬-较坚硬中厚层状以灰岩为主的碎屑岩组  主要分布于研究区北部切割强烈的山体，多出露于修筑道路两侧切坡处，岩性主要为厚层状灰岩、凝灰岩、砾岩等。以中厚层状结构为主，岩石坚硬工程地质条件较好，在山区断裂破碎带及沟谷深切处易形成崩塌。

中厚层具泥岩、砂岩、煤层互层强风化岩组，主要分布于滑坡区范围，上部泥岩全风化，遇水后体积显著膨胀、崩解、水解，失水后体积明显收缩。岩石物理力学性质差，易风化、剥蚀。砂岩极限抗压强度12～16 MPa，泥岩抗压强度则更小，泥岩孔隙度24.6%～25.2%，单轴抗压强度仅为0.76～0.81 MPa。

粉土、砂砾石双层土体  滑坡勘查区斜坡第四系覆盖层主要为粉土、砂砾石双层土体，其成因为残坡积形成，表层为厚约0.3～0.9 m的森林腐殖土，呈灰褐色，松散-稍密，干燥-稍湿，含植物根系;其下一般为粉质黏土层，厚度2～5.5 m，多含砾，砾石含量10%～20%，粒径约2～20 mm，粉质黏土呈浅黄色-灰黄色土，结构较疏松，虫孔、大孔隙构造和垂直节理较发育，抗剪强度在水非饱和状态时较高，但遇水饱和后大大降低。粉质黏土之下多为砾砂、角砾层，粗砂及细砂次之。其中，砾砂呈黄褐色，松散-稍密，湿-饱和，粒径小于2 mm的占30%左右，其充填物为粉细砂，含少量泥质，透水性强，颗粒矿物组成主要由石英、长石及云母等，厚为0.8～2.2 m;角砾呈灰黄-浅灰色，岩性以砂岩为主，强-中等风化，无分选，无磨圆，呈次棱角状，一般夹粒径5～10 cm的块石，最大粒径约20～30 cm，充填物为粉质黏土，角砾层厚2～5 m;粗砂及细砂呈土黄色，松散-稍密，湿-饱和，厚度较薄，一般在0.7～1.4 m。

单层结构砾质土体  主要分布于勘查区大洪纳海河河床及阶地上，岩性主要为浅灰色砾石、卵石、砂等，分选性较差，稍密-中密，工程地质条件较好。

1.5  水文地质条件

研究区地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水及碎屑岩类孔隙裂隙水。

第四系松散岩类孔隙水主要分布于沟谷地带，含水层岩性为砂、卵砾石层，粒径变化大，一般为10～30 cm，最大粒径大于100 cm，水位埋深一般小于3 m，单井涌水量为100～1 000 m3/d，水量中等，水质较好，除接受地表河流的渗漏补给外，还接受大气降水的渗入补给和上游基岩裂隙水的侧向补给。

碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存于侏罗系泥岩、砂岩裂隙、孔隙中，基岩被第四纪沉积物不同程度地覆盖，裸露较少。由于受季节影响，加之地形较陡，地表径流条件好，利于地表水的排泄，侏罗系泥岩透水性较差，故碎屑岩类孔隙裂隙水水量欠丰。以山区大气降水和冰雪融水入渗补给为主，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na型水。

1.6  人類工程活动

研究区周边人类工程活动强烈，主要有采矿、道路修建、交通运输及放牧活动。由于近年来矿业开采力度增大，造成边坡岩土体结构发生变化。此外，煤炭开采形成的采空区，在多重因素的影响下，也可能引发滑坡、崩塌及地面塌陷等地质灾害。

2  滑坡灾害发育特征

大洪纳海沟滑坡位于区内省道S237线西南侧约80 m的山坡处，中心地理坐标：81°04′37″，43°15′24″。该滑坡平面形态整体呈“喇叭形”，坡向320°，坡度23°～30°，主滑方向为85°;滑坡体高150 m，纵向长达300 m，横向宽约900 m，分布面积约5.4×104  m2。滑坡体坡面呈复合形态，顶部为平台，上部稍陡，中部及下部较平缓。滑坡体表面凹凸不平，滑体滑动方向散乱、滑体变形破坏严重，坡面经再次滑动、流水冲蚀等作用变得形态较复杂。滑坡后壁平面形态呈直线型，由西北向东南延伸。滑坡后壁呈陡坎状，坡度45°～75°，高度3～6 m。滑坡前缘出露于斜坡坡脚部位，平面形态以舌形为主，前缘鼓胀，坡度较为平缓。滑坡体中部有2处基岩出露，对斜坡第四系残坡积物覆盖层（滑体）的下滑起到了缓冲和分流作用（图2-a，c），在两处基岩出露区域之间及两侧形成了3个不同方向滑动的次级滑坡体H1、H2、H3，呈“川”字形分布（图2-a）。这3个次级滑坡被2条切割较浅的冲沟分割，这2条冲沟的走向分别为52°和94°。H1和H2之间冲沟内基岩底部有地下水溢出，沿冲沟缓缓流向斜坡下方坡底（图2-b）。次级滑坡体H2后缘至斜坡顶部之间斜距约100 m处有一处煤矿通风斜井井口，斜井轴线走向325°，与滑坡体后缘相对高差50 m左右。在坡体表面发育有鼓丘、坡面冲沟、地下水溢出点等，未发现明显的裂缝、滑移面、滑床和剪切口。

在滑坡区布设PM3主勘探线，沿测线布设3个钻孔（ZK301～ZK303）和5个探井（T301～T305）（图3），得到如图4所示的滑坡体实测剖面。钻孔资料表明，该滑坡体上部为第四系上更新统残坡物层，下部为风化破碎的泥岩夹砂岩层，符合“黄土+砂砾石+软岩（泥岩）”的结构模式[7]。探井资料表明：残坡积层厚3.8～10.2 m，平均厚度7 m。初步判断，该滑坡为浅层滑坡。

为进一步确定滑坡体的结构组成，自西向东布设垂直于等高线的高密度电阻率法物探剖面WT1，点距10 m，长度800 m，探测深度70 m。由物探剖面成果图可见：蓝色低阻区域主要分布在上部坡体表层一定范围内，绿色较高阻区域主要分布在坡体表层低阻层之下的滑体中部，红色高阻区域主要分布在坡体更深的部位（图4-a）。考虑滑坡体的岩土组成，对视电阻率剖面的地质解译为：绿色（含深绿色）电性层为该剖面的重要电性分界层，该电性层之上的蓝色低阻区域为草甸土及碎石土层，电阻率在10～50 Ω·m范围内变化，厚为数米至50 m;绿色较高阻区域为基岩风化层，电阻率在60～100 Ω·m范围内变化，厚为数米至20 m;绿色视电阻率层下的黄色-红色高阻区域较完整，电阻率大于100 Ω·m，对应侏罗系泥岩层-碳质砂岩基底，可反映基岩顶板埋深起伏情况。由视电阻率剖面解译的坡体地质剖面如图4-b所示。

2.1  滑体

综合主勘探线（PM3）钻孔、探井及物探测线（WT1）成果可知，该滑坡体以含砾粉质黏土及砂砾石层为主，自上而下为腐殖质层→粉质黏土层→砂砾石层。腐殖质层为表层覆盖，呈棕褐色，厚为0.4～0.9 m，主要由砂质粉土组成，密实度为松散-稍密，湿度为干燥-稍湿，含大量植物根系。粉质黏土呈土黄色，厚0.9～5.5 m，稍湿-湿，稍密-中密，土质较均匀，硬塑-可塑，含植物根系及根虫孔，含砾石，呈棱角状，含量5%～20%，粒径0.8～1.0 cm，属中压缩性土。砂砾石层随着斜坡高度的增加其粒径也随之增大，即由细砂-粗砂-砾砂-角砾的排序规律，其中砂砾石层内又常夹杂着粉质黏土薄层或透镜体。砂砾石层在斜坡上部滑体以角砾为主，滑坡体前缘至中下部多为砂砾层。角砾呈灰黄-浅灰色，厚3～7 m，岩性以砂岩为主，强-中等风化，呈次棱角状，粒径5～10 cm，夹块石，充填物为粉质黏土。砾砂呈杂色，湿，中密，局部夹有细砂薄层或透镜体，其充填物为粉质黏土，泥质胶结，胶结程度中等。粗砂呈黄褐色，中密，饱和，局部泥质胶结，胶结程度一般。细砂呈土黄色，厚度0.5～1.2 m。稍至中密，稍湿，局部泥质胶结，局部夹粉质黏土薄层或透镜体。在图4、图5中观察滑体厚度沿坡体的变化可见，滑体中部及后缘滑体厚度相对较薄，多介于3.8～4.5 m，平均厚4.15 m;滑坡前缘滑体厚度较大，为5.9～10.2 m，平均厚约6.0 m。

2.2  滑带

综合地层岩性、岩土体的力学性质及斜坡后壁的擦痕迹象可确定，滑带位置主要位于坡体较浅的中上部第四系残坡积砂砾石及含砾粉质黏土与下伏中侏罗统泥岩接触带（图3），滑带土成分主要为泥岩风化物、粉质黏土，厚度较薄，观察滑带土岩芯强度远低于上下岩层，为可塑的泥状物且含水量较大。滑坡的控滑结构面为基岩顶面，滑带之下的岩体为中侏罗统强-全风化泥岩、砂岩及砾岩。

2.3  滑床

该滑坡的控滑结构面为基岩顶面，滑带之下滑床岩性为中侏罗统强-全风化泥岩、砂岩（图3）。构成滑床的基岩为砂岩-泥岩互层的岩体，以砂岩为主，为浅灰-黄褐色，粉-细粒结构，自下而上从粗到细，薄层-中厚层状构造，层理发育，产状近水平，矿物成分主要为长石、石英等，其胶结为钙质、泥质胶结，与泥岩互层，上部砂岩风化强烈。泥岩-砂岩互层的滑床基岩顶面为泥岩，颜色为灰白色、灰绿色，呈薄-中厚层状构造，部分已风化为土状，主要由黏土矿物组成。

3  滑坡形成机理

3.1  滑坡形成条件

滑坡形成条件主要有：结构和强度较差的岩土体、不利的地形条件、地下水及大气降水的作用、不当的人类工程活动。以上5个因素相互叠加诱发滑坡的形成、发生及发展。

岩土体性质与结构  滑坡区出露基岩属侏罗系，裂隙较发育，主要由互层的泥巖、砂岩组成，属软岩-较软岩，抗风化、剥蚀能力弱，泥岩遇水易软化。基岩顶部泥岩全风化为土状物，浸水后呈泥状、流塑，形成滑带土。相对结构较为松散的含砾粉质黏土和砂、砾层直接覆盖在侏罗系基岩上，构成滑坡体，是滑坡发生与发展的物质基础。岩土测试分析结果表明，滑坡体粉质黏土中含砾，土层虫孔、大孔隙构造和垂直节理较发育;砂砾层结构松散，透水性强。在长期春季融雪水和雨水及地下水的作用下，上部土层的抗剪强度随含水量增加迅速下降，成为易滑地层。

地形条件  滑坡区为凹形缓微冲沟地形，为水体的聚集提供地形条件，松散物质在降水汇集坡面流、坡面冲沟水及地下水长期入渗软化、冲刷及潜蚀作用下，抗剪强度明显降低，形成不稳定的坡体。

地下水  该滑坡为坡积层土质滑坡，可见地下水溢出，促使滑移面发育。地下水长期入渗坡体表层松散堆积层，基岩顶面泥岩透水性较差，从而基岩顶面和覆盖层底部附近岩土体饱水状态长期偏高，大部分岩土体处于饱和状态，入渗地下水对堆积层底部及基岩顶面泥岩形成浸润、软化和潜蚀作用，在堆积层底部和基岩顶部形成连续的软弱带（滑带土），滑带土抗剪强度降低无法承受坡体施加的下滑力作用时，就会发生滑坡。

大气降水  降雨和融雪不仅为地下水提供了补给，还在隔水层之上形成局部上层滞水。降水及融雪水入渗使坡体土层的含水量不断增加，一方面增加了坡体自重、增大了下滑力，另一方面也降低了土体的抗剪强度，形成了软弱滑带土，破坏了坡体的稳定平衡状态。周期性大气降水导致上述过程重复发生，在多次重复剪切下导致滑带土体抗剪强度不断降低，从而诱发形成滑坡。气象资料显示，昭苏县全年降水量为520 mm，多集中于5～7月，8月减少，9～10月有所增大，且3～5月又是融雪季节，季节性的降水及融雪，亦使土体抗剪强度遭到累积性破坏，加之地下水参与的季节性冻融作用也会使土体的力学性质趋于劣化，更加大了滑坡发生的可能性。

人类工程活动  坡面上的过度放牧活动，造成植被稀少，使土体表层稳定性变差，更易接受水体入渗;区内无专用排水设施，滑坡体上有用于生活用水排放的溪沟，使地表水直接排入滑坡体。以上人类活动加剧了地质地形等因素的变化，诱发滑坡灾害发生。

滑坡的形成与上述5个因素相关，但最主要的原因为两点：①场地环境工程地质条件——基底岩层属软岩类，抗风化能力低，裂隙发育，导致风化松散物质累积;披覆于基岩之上的由残坡积形成的第四系松散物质，均为滑坡的形成提供了物质条件;②场地环境水文地质条件——低凹且汇水面积较大的地形及松散层利于各类地表水汇集、入渗，为滑坡提供了地形条件;降雨、融雪水及地下水长期入渗、潜蚀软化、人类工程活动是滑坡产生和发生的诱导因素。

3.2  破坏模式及形成机理

斜坡的破坏是受内外力耦合作用控制的[8]，物理性质和力学性质相差悬殊的第四系坡积物（含砾粉质黏土和砂、砾）和下伏的侏罗系（泥岩、砂岩互层）是滑坡发生的地质基础，地下水和降雨是滑坡发生的诱因。强烈风化的侏罗系软弱泥岩、砂岩与上覆第四系厚度不一的粉质黏土及砂砾层的接触带构成了坡体的软弱结构面，且软弱结构面具一定的坡度并倾向坡体的临空面。坡体顶部产生自地表向深部的拉裂变形，产生贯通良好的拉裂缝，大气降水或融雪水沿着拉裂缝入渗，产生静水压力，促使滑动面产生。同时，大气降水或融雪水入渗被隔水性能较好的泥岩阻挡，在基岩顶面附近形成地下水富集带，使滑带岩土体被软化，抗剪强度降低，形成变形滑动。滑坡体中部有2处地下水溢出点，可见滑坡体长期受地下水的浸泡，饱水程度增高，自身容重增大，增大滑坡的下滑力，易沿软弱结构面向下蠕滑形成滑带。坡脚最先饱和，坡积物湿陷流动性和动水压力潜蚀作用导致松散土体结构劣化。降水和地下水共同作用下产生超静水压力，静态液化作用触发滑动面贯通，最后发生滑坡。滑坡破坏模式见图5[10]。

按照受力运动形式，滑坡可划分为牵引式和推移式[9]。大洪纳海沟滑坡变形表现为土体向临空方向的剪切蠕动，坡体顶部产生自地表向深部的拉裂，进一步明显变形产生贯通良好的拉裂缝，然后剪切进一步贯通，地表裂缝增多，在大气降水及融雪水或者在暴雨作用下，使破体失稳，在滑体前缘位置松散堆积物产生隆起变形，并且在隆起堆积物前还形成了集水洼地，从而产生自上而下的滑坡。确定该滑坡为推移式滑坡。

4  结论

（1） 侏罗纪泥岩、砂岩和第四系松散物质为该滑坡提供了物质基础，分别组成了滑体和滑床，滑床和滑体渗透性及力学性质的差异决定了滑坡发生的地质基础。

（2） 特殊的坡体结构是滑坡发生的内因，由含砾粉质黏土和砂、砾组成滑体在降雨和融雪水作用下，在隔水性好的泥岩上形成地下水富集带，产生了软弱滑带，加之长期受地下水的浸泡，使其饱水程度增高，容重增大，诱发坡体失稳。

（3） 该滑坡为浅层推移式缓慢蠕动滑坡，滑坡规模为中型。

致謝：感谢新疆工程学院“天山学者”——中国地质大学（北京）孙进忠教授对本文的指导及提出宝贵的意见和建议，在此表示谢忱。

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Development Characteristics and Formation Mechanism of  Dahongnahaigou landslide in Yili

Cao Xiaohong1，2，Meng He1，Shang Yanjun1.3，Gong Xiaoping4，Xu Fengjuan1，Aibibaier·Maimaiti1

（1.Xinjiang Institute of Engineering，Urumqi，Xinjiang，830091，China;2.Xinjiang Key Laboratory of Geohazard Prevention，Urumqi，Xinjiang，830000，China;3.Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of

Sciences，Beijing，100029，China;4.Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：Yili is one of the regions with high incidence of geological hazards in Xinjiang，and landslides are the most developed type of various types of geological hazards.In this paper， the research object of Dahongnagou landslide in Yili is used to analyze its development characteristics and formation mechanism.The research shows that the landslide landslide is loose Quaternary deposits， the slip bed is Jurassic mudstone，sandstone，and the differences in permeability and mechanical properties of the landslide and slide bed rock and soil body lay the geological basis for the landslide occurrence.Rainfall and snowmelt water penetrates downward through the permeable gravelly silty clay and sand and gravel slides，forming an underground water enrichment zone near the sliding bed on top of the mudstone and sandstone with good water permeability.By soaking in groundwater，the degree of saturation is increased，the bulk density is increased， and the strength is reduced，which induces slope instability and causes landslides.The landslide is a shallow-moving slow creeping landslide with a medium-sized landslide.

Key words：Dahongnahaigou;Yili;Xinjiang;Quaternary loose deposits;Jurassic mud and sandstone;Landslide disas                           ter;Formation mechanism