持續(xù)強(qiáng)降雨對(duì)黃土地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響
——以延安地區(qū)為例

王滔，趙學(xué)理，齊普榮

（陜西核工業(yè)工程勘察院，西安 710054）

持續(xù)強(qiáng)降雨對(duì)黃土地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響
——以延安地區(qū)為例

王滔，趙學(xué)理，齊普榮

（陜西核工業(yè)工程勘察院，西安 710054）

2013年7月，延安市發(fā)生了自1945年有氣象記錄以來(lái)，強(qiáng)度最大、持續(xù)時(shí)日最長(zhǎng)且間隔時(shí)間最短的強(qiáng)降雨。在此過(guò)程中，區(qū)內(nèi)溝壑斜坡發(fā)育大量的滑坡地質(zhì)災(zāi)害。通過(guò)野外調(diào)查和典型重大滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)工程地質(zhì)勘查，分析了滑坡體形成原因和影響因素。結(jié)果顯示：坡度角大于28°、坡體形態(tài)為階梯型和復(fù)合型、有第四系坡積黃土堆積的斜坡在持續(xù)強(qiáng)降雨作用下產(chǎn)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害的概率高，同時(shí)當(dāng)降雨量大于100 mm、土體浸濕深度大于55 cm時(shí)，產(chǎn)生坡面泥流災(zāi)害的可能性大。因此，黃土地區(qū)（延安）新建工程應(yīng)避免在坡度陡、坡形復(fù)雜、坡積黃土較厚的斜坡危害區(qū)內(nèi)選址，在降雨期間應(yīng)密切監(jiān)測(cè)降雨量，及時(shí)撤離疏散易發(fā)區(qū)內(nèi)群眾。

滑坡；第四系；坡積黃土；穩(wěn)定性系數(shù)；未壓密飽和黃土；泥流

2013年7月1 至26日，延安地區(qū)遭受“百年一遇”持續(xù)強(qiáng)降雨侵襲，境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害急劇增加，呈面狀發(fā)育，其中發(fā)育溝谷斜坡區(qū)內(nèi)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多，產(chǎn)生的破壞最大，新產(chǎn)生的滑坡體具有顯著的獨(dú)有特征。本文通過(guò)對(duì)此次強(qiáng)降雨過(guò)程中滑坡體的調(diào)查和研究，總結(jié)出黃土地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的特征，并淺析其成因。

1 災(zāi)害概況

經(jīng)調(diào)查證實(shí)，延安市遭受此次強(qiáng)降雨，雨量240～300 mm的有3個(gè)縣，301～400 mm的4個(gè)縣，401～500 mm的3個(gè)縣，超過(guò)500 mm的3個(gè)縣區(qū)，延川縣最高達(dá)到607.7 mm，是常年全年降水量的一倍以上。強(qiáng)降雨導(dǎo)致全市13個(gè)縣區(qū)的158個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道辦、中心社區(qū)受災(zāi)，滑塌地段7594處，倒塌房屋2.69萬(wàn)間，受災(zāi)人口93.6萬(wàn)人次，因?yàn)?zāi)造成死亡42人，受傷133人。

2 滑坡特征

2.1 發(fā)育地段

區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育最為廣泛，災(zāi)害體呈面狀沿溝谷斜坡和黃土梁峁邊緣斜坡發(fā)育。根據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，滑坡體主要出現(xiàn)在陡坡內(nèi)，產(chǎn)生于大于30°斜坡內(nèi)的滑坡體占總數(shù)的90%以上，當(dāng)坡度大于60°時(shí)，斜坡產(chǎn)生滑坡災(zāi)害的概率最高。根據(jù)滑坡體所在斜坡的坡型分析，絕大多數(shù)滑坡體位于階梯型和復(fù)合型斜坡內(nèi)[1]，發(fā)生滑坡的部位主要位于斜坡中下部和坡型轉(zhuǎn)折部地段。從斜坡橫向形態(tài)分析，坡體內(nèi)沖溝發(fā)育密度高，坡緣呈波浪形或串珠狀的斜坡滑坡發(fā)育數(shù)量較少。

2.2 成因分析

2.2.1 坡度與滑坡體的形成關(guān)系分析

斜坡的坡度決定了斜坡內(nèi)應(yīng)力的分布，在斜坡形成過(guò)程中，由于側(cè)向臨空面的產(chǎn)生，臨空面表層土體卸荷回彈，引起應(yīng)力重分布、應(yīng)力分異和應(yīng)力集中等效應(yīng)，其結(jié)果是愈接近坡面，最大主應(yīng)力跡線愈與之平行，在坡腳產(chǎn)生最大剪應(yīng)力增高帶，在坡肩形成拉應(yīng)力區(qū)，出現(xiàn)拉裂破壞[2]。根據(jù)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范，土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性采取圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算，用安全系數(shù)評(píng)定坡體的穩(wěn)定性，計(jì)算模型見(jiàn)圖1，計(jì)算公式如下：

式中：Ks為滑坡穩(wěn)定系數(shù)；R為滑弧半徑；ΣRi

為各滑塊沿圓弧滑面的抗滑力；ΣTi為各條塊沿圓弧面的滑動(dòng)力。

圖1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型Fig.1 Slope stability calculation model

式中：Ci為第i計(jì)算條塊黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；φi為第i計(jì)算條塊摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°)；Li為第i計(jì)算條塊的滑面長(zhǎng)度(m)；αi為第i計(jì)算條塊的傾角(°)； Wi、Wbi為第i計(jì)算條塊單位寬度巖土體自重(kN／m)；Ri為第i計(jì)算條塊上的抗滑力(kN／m)。

根據(jù)本地區(qū)的區(qū)域黃土地層結(jié)構(gòu)，取均質(zhì)的上更新統(tǒng)(Q3)黃土在暴雨工況下的平均力學(xué)指標(biāo)為計(jì)算參數(shù)，其中C：22 kPa、φ：19.2°，飽和重度為18.8 k N/m3，對(duì)不同坡度邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定量計(jì)算。根據(jù)本次調(diào)查的延安地區(qū)滑坡體長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以坡高50 m為例，分別計(jì)算坡度20～70°坡體的穩(wěn)定性系數(shù)，計(jì)算模型如圖2，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。由計(jì)算圖可以看出，當(dāng)坡度大于33°時(shí)，斜坡潛在剪出口位于坡腳線以上，會(huì)產(chǎn)生一定的附加勢(shì)能，破壞力較強(qiáng)；從圖3可看出，28°時(shí)斜坡穩(wěn)定性系數(shù)為1，處于極限平衡狀態(tài)，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)隨坡度衰減快。23°時(shí)，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.15，23°以下斜坡為穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)45°以上斜坡，斜坡穩(wěn)定性隨坡度增加而減小的幅度小于45°以下，表明該坡度以內(nèi)坡體主應(yīng)力跡線趨于平行[3]，內(nèi)部剪切破裂面偏移幅度小。因此，當(dāng)斜坡坡度大于28°，尤其是大于33°時(shí)，斜坡產(chǎn)生滑坡災(zāi)害的概率大、危害性強(qiáng)。

2.2.2 坡體形態(tài)與滑坡體的形成關(guān)系分析

圖2 不同斜坡坡度計(jì)算模型Fig.2 Different slope gradient calculation model

圖3 穩(wěn)定性系數(shù)與坡度關(guān)系圖Fig.3 Coefficient and slope stability diagram

在更新世黃土堆積晚期，黃土地區(qū)的侵蝕作用比堆積作用強(qiáng)烈。在侵蝕與堆積的共同作用下形成了現(xiàn)代的黃土高原地貌，具有溝壑縱橫，地形破碎的特點(diǎn)。延安地區(qū)黃土地貌屬于典型的繼承型和繼承、侵蝕混合型黃土梁峁溝壑區(qū)。由于水流侵蝕作用，在現(xiàn)代地貌中溝壑為黃土地區(qū)特有的地貌現(xiàn)象，伴隨著河流水系的長(zhǎng)期侵蝕，溝谷的形態(tài)和發(fā)育程度也會(huì)經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期的變化過(guò)程，由細(xì)溝－淺溝－切溝－懸溝－沖溝－坳溝－河溝，谷坡的形態(tài)反映出溝谷的侵蝕歷程。谷坡在經(jīng)歷了長(zhǎng)期侵蝕破壞后呈現(xiàn)不同的形態(tài)特征，坡體形態(tài)呈直線型和凹型的

谷坡反映出河流目前處于幼年和壯年期，谷底水流側(cè)向侵蝕嚴(yán)重，水流的搬運(yùn)和沖刷能力強(qiáng)，坡肩明顯，谷坡垮塌后，垮塌體直接被洪水?dāng)y帶搬運(yùn)，谷坡表面其實(shí)為滑塌界面，屬于河谷拓寬侵蝕期[1]。凸型、階梯型和復(fù)合型谷坡反映出壯年期和老年期河流在流水對(duì)溝岸侵蝕能力下降的過(guò)程中，斜坡由于自身重力作用所塑造的形態(tài)，斜坡內(nèi)分布有一個(gè)或多個(gè)陡坎，坡肩不明顯，坡體剖面有明顯起伏，其中凸出部位多為全新世或更新世滑塌堆積物，結(jié)構(gòu)松散破碎，物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差，易于變形和復(fù)活，在本次延安市持續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程中，此類斜坡產(chǎn)生的滑坡占滑坡總數(shù)的70%以上（圖4）。

2.2.3 坡內(nèi)溝谷與滑坡體的形成關(guān)系分析

梁峁區(qū)邊緣斜坡內(nèi)，由于發(fā)育有細(xì)溝和淺溝，在梁峁邊緣坡肩處常形成懸溝，溝谷縱向切割斜坡[1]，將梁峁邊緣黃土陡壁切割成多個(gè)與斜坡連為一體的黃土柱，使得坡緣呈現(xiàn)出波浪形狀，該類斜坡中滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育相對(duì)較少，但剝離式小規(guī)模掉塊現(xiàn)象較多（圖5）。該類斜坡內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育少的原因主要是由于懸溝的存在，減少了斜坡上部地表水的大面積匯聚，斜坡內(nèi)地下水壓力小，坡面覆蓋的早期坡積黃土少，同時(shí)圓弧形懸溝減少了坡體橫向的應(yīng)力集中，溝壁周圍應(yīng)力得到有效釋放，且應(yīng)力分布較均勻，因此產(chǎn)生滑坡的數(shù)量少，可以作為研究黃土滑坡治理的方向。

圖4 河谷區(qū)谷坡侵蝕模型Fig.4 Valley District valley slope erosion model

3 滑坡結(jié)構(gòu)特征

圖5 懸溝（切溝）發(fā)育的斜坡形態(tài)Fig.5 Ramp shape hanging ditch(gully)development

調(diào)查和災(zāi)后滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘查發(fā)現(xiàn)，在本次持續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程中，區(qū)內(nèi)新產(chǎn)生的滑坡地質(zhì)災(zāi)害體厚度1～5 m，其中厚度1～3 m的滑坡體占滑坡體總數(shù)的45%以上，在淺溝內(nèi)以“剝皮式”滑動(dòng)破壞為主，呈推移式運(yùn)動(dòng)破壞形式[3]，滑動(dòng)距離較遠(yuǎn)，將表層含有大量草根的土體整體滑入溝道內(nèi)，溝底形成光滑的滑移面。

根據(jù)滑坡體組成物質(zhì)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)厚度＞1 m、有完整滑移面的滑坡體中（除人工填土滑坡），滑體物質(zhì)為Q3黃土的滑坡體占70%以上，滑面以土體內(nèi)部剪

切破裂面和坡積體堆積面為主。根據(jù)分析，滑體物質(zhì)具有Q3黃土的組成結(jié)構(gòu)，但其物理力學(xué)性質(zhì)卻與Q3黃土有一定的區(qū)別?；峦馏w顏色以淺黃或灰黃色為主，土體遇降雨飽和后呈深灰色或灰褐色。土體的物理力學(xué)性質(zhì)較梁峁內(nèi)Q3黃土低，是區(qū)內(nèi)新增滑坡體的主體組成物質(zhì)。

根據(jù)相關(guān)資料[4]，典型的黃土地層結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6，Q3黃土是梁峁區(qū)上部的主要組成物質(zhì)[5]，整個(gè)斜坡由更新統(tǒng)多個(gè)地層巖土體組成，呈近似水平狀堆積，斜坡穩(wěn)定性相對(duì)較好。但自更新統(tǒng)以來(lái)，斜坡在經(jīng)歷了流水、地震和地球內(nèi)外部動(dòng)力的作用下，大部分斜坡坡面不再是多套完整地層的水平出露區(qū)，而是覆蓋長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕、滑塌的堆積物[6]，其中堆積以上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)為主，土體顏色不均，不具有明顯的節(jié)理構(gòu)造，均勻性差，孔隙等發(fā)育不規(guī)律（圖7）。根據(jù)成因，該類土體屬第四系坡積黃土，其外部特征較接近Q3黃土，但物理力學(xué)性質(zhì)比Q3黃土差，見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，第四系坡積黃土力學(xué)性質(zhì)比Q3黃土差，在降雨過(guò)程中坡積體易于產(chǎn)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。該類滑坡具有滑體厚度小，分布廣等特點(diǎn)。

圖6 典型黃土結(jié)構(gòu)Fig.6 Typical loess structure

4 滑坡特征與降雨量的關(guān)系

圖7 有坡積黃土的斜坡結(jié)構(gòu)Fig.7 Talus slope loess structure

降雨是本次滑坡形成最主要的影響因素之一。黃土高原土質(zhì)疏松，降雨在短時(shí)間內(nèi)匯集，形成具有較強(qiáng)侵蝕能力的地表水流，在溝谷地區(qū)沖蝕破壞坡腳，導(dǎo)致谷坡滑塌失穩(wěn)[7]。同時(shí)地表水沿黃土裂隙入滲，在裂隙面形成水壓力和潛蝕作用，產(chǎn)生落水洞、地下陷穴等現(xiàn)象，破壞坡體結(jié)構(gòu)，在古土壤或基巖面之上形成局部上層滯水，甚至潛水，改變坡體應(yīng)力狀態(tài)，最終導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)[8]。

根據(jù)調(diào)查研究對(duì)比，本次持續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程中，延安地區(qū)新產(chǎn)生的滑坡地質(zhì)災(zāi)害與以往滑坡地質(zhì)災(zāi)害有不同的發(fā)育特征和結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)調(diào)查，近年來(lái)（2013年7月以前）延安地區(qū)滑坡的形成除降雨因素外，主要與人類活動(dòng)、地震、凍融等因素有關(guān)[9]，滑坡體呈單點(diǎn)式分布，滑體厚度一般較大，而本次持續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程中，區(qū)內(nèi)滑坡體呈面狀發(fā)育，但滑體厚度普遍較小，滑移后多呈流體狀位移[10]，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大面積剝皮流泥現(xiàn)象，俗稱“鬼剃頭”[11]。

通過(guò)將滑坡形成時(shí)間、發(fā)育數(shù)量、破壞特征與降雨量進(jìn)行對(duì)比，反映出降雨量對(duì)滑坡形成規(guī)律和發(fā)育特征的控制性關(guān)系[10]。以延川縣為例，自2013年7月8日開(kāi)始至7月16日，在9天的時(shí)間里，降雨基本沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間停止過(guò)，因此將該段時(shí)間視為持續(xù)降雨時(shí)間段。在前4天，降雨量30～70 mm，平均降雨量50 mm，土體累計(jì)侵濕深度0.55 m，土體含水量增加，飽和度40%～60%，產(chǎn)生增濕變形，坡體內(nèi)出現(xiàn)濕陷裂縫，陡坡地段出現(xiàn)土體散落現(xiàn)象，局部出現(xiàn)小規(guī)?；?。12日，最大降雨量達(dá)154.9 mm，土體飽和度80%以上，形成

未壓密飽和黃土[2]，土體重度達(dá)到最大的飽和重度，土體有效抗剪強(qiáng)度急劇降低[3]，地表水沿裂縫入滲至土體內(nèi)，在地下水壓力的作用下，土體沿滑面滑移破壞，滑體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中土體結(jié)構(gòu)破壞，土粒和孔隙分離，顆粒間膠結(jié)作用降低，地表水和地下水混合并充填在孔隙中產(chǎn)生浮力，骨架顆粒懸浮在水土混合體中產(chǎn)生流動(dòng)，形成流泥現(xiàn)象，或稱為坡面型泥流。這種現(xiàn)象在區(qū)內(nèi)大面積存在，根據(jù)斜坡土體結(jié)構(gòu)和斜坡特征規(guī)模不等，在坡面陡立直順，第四系坡積黃土少的斜坡內(nèi)以表層受雨水浸泡的土體產(chǎn)生軟化掉泥為主要破壞形式。在有松散第四系坡積黃土的斜坡內(nèi)，以較大體積的泥流和滑坡為主要破壞形式，危害較大。本時(shí)段持續(xù)強(qiáng)降雨，降雨量與坡體變形的關(guān)系見(jiàn)表2。

表1 Q3黃土和第四系坡積黃土物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)比表Table 1 Physical and mechanical properties comparison between Q3 loess and Q4 loess slope deposits

表2 降雨量與坡體變形的關(guān)系Table 2Relationship between the rainfall and the slope deformation

5 結(jié)論

由于陜北地區(qū)大部分時(shí)間干旱少雨，在遭遇罕見(jiàn)的持續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程中，土體出現(xiàn)濕陷變形，抗剪強(qiáng)度降低，斜坡產(chǎn)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害的概率高，危險(xiǎn)性大。尤其是在坡度大于28°、坡型為階梯型和復(fù)合型，斜坡表層有第四系坡積黃土堆積的斜坡內(nèi)，滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度高，是地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)防治區(qū)域。當(dāng)日降雨量大于100 mm時(shí)，需預(yù)防坡面流泥和狹窄溝谷內(nèi)產(chǎn)生泥流災(zāi)害，盡早采取預(yù)警防災(zāi)措施。

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Abstract:The Mesoproterozoic Kibaran belt is composed of three distinct stratigraphic units,they are quartzites, metapelitic rocks and intrusive granitic rocks.Complete cycle of intra-continent rift magmatic evolution can be found in Kibaran,we propose the following.First of all,the crustal extension to receive deposits,at the same time,the lithospheric thinning and the asthenosphere upwelling,result in mafic-ultramafic magma invaded into upper crust and formed the bimodal magmatic rocks.after this,the collsion orogeny make the sediments folded and formed mountain,and then,magma invaded in the core of anticline.Then the hydrothermal ore-bearing liquids rose following the channel which formed at the tectonic event before,and deposited in the contact zone between the granite and basement or cove from Mesoproterozoic to early Neoproterozoic.The mafic-ultramafic rocks in the Kibaran belt is very famous in Cu-Ni mineralization,and also have great potential of PGE-Au mineralization.Cassiterite-granite is a very important kind of ore-bearing granites,and the pegmatites are well known for their Sn-W-Au,Nb-Ta,Li,Be mineralization.Gold usually can be found in tectonic breccia type of fracture zones,and it is very close to cassiterite granite in genetic.

Key words:Kibaran belt;geological character;resources potential;Sn-W-Au;Cu-Ni

Impact of Continued Heavy Rainfall on Loess Land Slide Hazard Areas:A Case Study on Yan'an

WANG Tao,ZHAO Xue-li,QI Pu-rong
（Shaanxi Nuclear Industry Engineering Investigation Institute，Xi’an 710054,China）

On July 2013,Yan'an district has happened a heavy continuous rainfall which was maximum intensity, longest duration and shortest interval since 1945 meteorological records.In this process,a lot of landslide geological hazards occured in the gully slope region.Through the field investigation and geological investigation of the great and typical landslide geological hazards,landside genesis and influencing factors were analyzed.The results show that if the angle of solpe is more than 28°,the slope shape is the ladder-type or compound-type,and the slope is composed with quaternary alluvial loess plateau,the landslide geological hazard happens with a higher probability.And simultaneously when rainfall is greater than 100 mm and soil soak depths is greater than 55 cm, there would be a higher probability of the debris flow on slope.Therefore,the new project in loess area(Yan'an) should be avoided the slope which have a steep gradient,a slope deformation complex and relatively thickness alluvial loess plateau.During rainfall time,precipitation should be strict monitored,and evacuate people who are in geologic disaster occurrence district in time.

landslide；Quaternary；alluvial loess plateau；stability coefficient；uncompaction saturated loess；mudflow

Geological Characters and Resources Potential in the Kibaran Belt，Central Africa

HE Sheng-fei,LIU Xiao-yang,WANG Jie,SUN Kai,REN Jun-ping
(Tianjin Centre,China Geological Survey,Tianjin 300170,China)

P694

A

1672－4135（2014）03－0224-06

2014-03-28

延安市臨時(shí)應(yīng)急公益救援性調(diào)查項(xiàng)目：2013年延安市強(qiáng)降雨引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查項(xiàng)目

王滔（1981-），男，大學(xué)本科，巖土工程師，2006畢業(yè)于河北工程大學(xué)勘察技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)從事巖土工程相關(guān)工作，E-mail:wangtao113@163.com。