涇河下游臺塬區(qū)黃土滑坡類型與時空分布規(guī)律*

段釗，李文可，王啟耀

(1.西安科技大學地質(zhì)與環(huán)境學院，陜西西安710054;2.長安大學建筑工程學院，陜西西安710054)

涇河下游臺塬區(qū)黃土滑坡類型與時空分布規(guī)律*

段釗1，李文可1，王啟耀2

(1.西安科技大學地質(zhì)與環(huán)境學院，陜西西安710054;2.長安大學建筑工程學院，陜西西安710054)

∶涇河下游臺塬區(qū)黃土滑坡頻繁發(fā)生，曾造成嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失。以“涇河南岸涇陽段黃土滑坡調(diào)查評價”項目為依托，對區(qū)內(nèi)滑坡的類型及分布情況進行了較為詳細的野外調(diào)查。根據(jù)調(diào)查結(jié)果將黃土滑坡按誘發(fā)因素及運動特征劃分為灌溉流滑型黃土滑坡、灌溉滑動型黃土滑坡、侵蝕滑動型黃土滑坡、侵蝕滑塌型黃土滑坡及開挖垮塌型黃土崩塌5個類型。在此基礎(chǔ)上對黃土滑坡的時空分布規(guī)律進行了研究，結(jié)果表明∶區(qū)內(nèi)黃土滑坡的時間分布特征表現(xiàn)為黃土滑坡日趨頻繁和春季多發(fā)，空間特征表現(xiàn)為黃土滑坡多塬段群發(fā)和區(qū)域破壞模式差異，這些特征系人類工程活動與其它地質(zhì)環(huán)境條件耦合作用的結(jié)果。灌溉誘發(fā)型黃土滑坡具有典型的多序次破壞特征，從一定程度上體現(xiàn)了滑坡在時間與空間上的相互關(guān)系。

∶黃土滑坡;滑坡類型;分布特征;涇河下游臺塬區(qū)

0 引言

涇河下游臺源區(qū)地處咸陽凸起北緣，涇河出張家山經(jīng)禮泉-涇陽的南岸階地及臺塬邊斜坡地帶，為我國西部地區(qū)經(jīng)濟基礎(chǔ)好、自然條件優(yōu)越、人文歷史深厚、發(fā)展?jié)摿^大的地區(qū)，也系陜西省新興經(jīng)濟區(qū)和重點水利項目的核心腹地。自1984年至今，區(qū)內(nèi)約33 km塬邊斜坡帶有63處發(fā)生破壞，先后形成黃土滑坡83起，其中15處發(fā)生多起滑動，曾造成嚴重的人員傷亡以及無法估量的土地資源和經(jīng)濟財產(chǎn)損失。涇陽地區(qū)的黃土滑坡災(zāi)害已成為關(guān)中地區(qū)最具代表性的地質(zhì)災(zāi)害問題之一［1-3］。

目前相關(guān)研究多涉及研究區(qū)東段涇陽南塬黃土滑坡的破壞模式、發(fā)育特征及形成機理等問題。雷祥義［4］早期研究表明，人類不合理的引用地表水灌溉，改變了地下水文條件，從而降低了土體的抗剪強度，是導致該區(qū)黃土滑坡形成的主因;王德耀［5］、范立民［6］進一步探討了涇陽南塬黃土滑坡的類型及發(fā)育規(guī)律，分析了滑坡形成的內(nèi)外影響因素，此外，王德耀還首次注意到了該區(qū)黃土滑坡破壞模式差異及多期次特點;金艷麗［7-8］以涇陽南塬灌溉型黃土滑坡為研究對象，按照成因機制及發(fā)育特點對該類黃土滑坡進行了劃分，在總結(jié)發(fā)育特點的基礎(chǔ)上分析了滑坡影響因素，并通過應(yīng)力路徑試驗進一步揭示了該類滑坡的誘發(fā)機理;許領(lǐng)［9-14］在前者的研究基礎(chǔ)上通過野外實地調(diào)查及室內(nèi)試驗對涇陽南塬滑坡的類型、發(fā)育特征、成因機制等問題進行了較為系統(tǒng)的研究。

可見，對于涇陽南塬黃土滑坡的研究方面，前人已做了大量工作。文中以中國地質(zhì)調(diào)查局項目“涇河南岸涇陽段黃土滑坡調(diào)查評價”為依托，在參考前人研究成果的基礎(chǔ)上，放大時間與空間維度，以較為宏觀的視角，就涇河下游臺塬區(qū)滑坡類型及時空分布規(guī)律進行較為深入的研究，以期為區(qū)域滑坡成災(zāi)機制研究提供綿薄的理論借鑒。

1 地質(zhì)環(huán)境概況

區(qū)內(nèi)黃土滑坡受“涇河長期側(cè)蝕、黃土水敏性強、人工活動劇烈”等區(qū)域地質(zhì)環(huán)境因素作用影響顯著，主要表現(xiàn)為∶①渭北斜揭式隆起，涇河長期側(cè)蝕南岸，致使南岸高階地逐漸消失，不僅造就了塬邊高陡的斜坡，而且在坡前形成了開闊的一級階地與漫灘，為滑坡的形成提供了良好的地形條件;②區(qū)內(nèi)主要出露第四系地層，從老到新分別為∶上更新統(tǒng)上部離石黃土，中更新統(tǒng)離石黃土及洪、沖積砂礫石層、下更新統(tǒng)馬蘭黃土、全新統(tǒng)沖積砂礫石層、殘坡積層及滑坡堆積層。其中，中更新統(tǒng)離石黃土為構(gòu)成斜坡的主要地層，包括第2～8層黃土，厚度約40～60 m.該層黃土呈灰黃色，較密實，垂直節(jié)理發(fā)育，鈣質(zhì)結(jié)核較多，除具有特殊的微結(jié)構(gòu)外，還具有較強的水敏特性，在溶濾體系中結(jié)構(gòu)強度會顯著劣化，為滑坡的發(fā)生提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ);③自1976年至今，受人工灌溉補給影響，塬區(qū)東段(涇陽縣)潛水位持續(xù)上升，造成斜坡土體動、靜水壓力不斷變化，使得斜坡穩(wěn)定性顯著降低。在塬區(qū)西段(涇陽縣-禮泉縣)人類工程活動還表現(xiàn)為不合理的開挖坡腳，造成斜坡形態(tài)改變，使得坡腳應(yīng)力集中，變形不斷加劇。已有研究表明人類工程活動已成為研究區(qū)誘發(fā)滑坡的主導因素［15-18］。

2 黃土滑坡類型

因區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件差異，黃土滑坡的誘發(fā)因素表現(xiàn)出多樣性。本文以誘發(fā)因素作為黃土滑坡的分類依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上考慮與致災(zāi)后果密切相關(guān)的滑坡運動特征作為進一步劃分條件，將研究區(qū)黃土滑坡分為以下5類，如圖1所示。

2.1 灌溉流滑型黃土滑坡

灌溉流滑型黃土滑坡多發(fā)生在坡腳地下水豐富的斜坡地帶，受塬區(qū)灌溉影響顯著，是區(qū)內(nèi)的主要滑坡類型之一，共發(fā)現(xiàn)27起(圖7)。該類滑坡多從坡腳Q2黃土層內(nèi)剪出，因斜坡坡腳及階地粉土(或砂礫石)層含水量較大，在運動過程中滑動面附近土體可產(chǎn)生很高的孔隙水壓力，使得滑帶土充分液化，即使階地滑床平緩，滑坡仍可形成顯著的高速遠程運動特征?；w平面形態(tài)多呈半圓-圓形，滑距一般為200～300 m，最大可達419 m，體積多在幾十萬方至一百萬方之間。是研究區(qū)危險性最大，威脅范圍最廣，致災(zāi)后果最為嚴重的滑坡類型。著名的東風村滑坡為其典例(圖2)。

圖2 東風村滑坡Fig.2 Dongfengcun loess landslide

2.2 灌溉滑動型黃土滑坡

灌溉滑動型與灌溉流滑型黃土滑坡的孕育條件基本相同，但因體積及破壞序次等因素影響，該類滑坡在運動過程中滑帶土液化程度低，滑坡運動距離短，主滑體往往依附于斜坡滑床。此外，該類滑坡還表現(xiàn)出潛伏期短、規(guī)模相對較小、整體滑動等特點，是研究區(qū)發(fā)育最多的滑坡類型，本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)32起，其中杏園滑坡發(fā)育特征較為典型(圖3)。

圖3 杏園滑坡Fig.3 Xingyuan loess landslide

2.3 侵蝕滑動型黃土滑坡

共發(fā)現(xiàn)5起侵蝕滑動型黃土滑坡(圖4)，均發(fā)育于塬區(qū)東段。因該段近期遭受涇河側(cè)蝕改造，塬邊斜坡陡傾，坡腳應(yīng)力集中，同時受河水的侵潤作用，坡腳土體飽水強度降低，滑坡從坡腳深部旋轉(zhuǎn)剪出，形成滑動。因破壞方式特殊，該類滑坡厚度一般較大，使其在一定時期內(nèi)處于超穩(wěn)定狀態(tài)。該類滑坡的發(fā)生可能會造成涇河堵塞，影響涇河上游水利水電項目的建設(shè)與正常運營。

圖4 侵蝕滑動型黃土滑坡Fig.4 Erosion-slide loess landslides

2.4 侵蝕滑塌型黃土滑坡

側(cè)蝕滑塌型黃土滑坡主要發(fā)育于塬區(qū)西段，共發(fā)現(xiàn)5起。與側(cè)蝕滑動型黃土滑坡不同的是，該類型黃土滑坡發(fā)育斜坡段地下水位埋藏較深，且斜坡底部為早期洪沖積卵礫石層。斜坡受涇河側(cè)蝕影響，坡腳礫石層逐漸缺失，在后緣黃土豎向節(jié)理、裂隙控制下，沿優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動，形成的滑體厚度往往較薄。滑坡滑動后堆積于坡腳，受涇河側(cè)蝕不斷發(fā)生垮塌，在短期內(nèi)即被側(cè)蝕殆盡。此后涇河會繼續(xù)側(cè)蝕斜坡坡腳，并造成再次滑動(圖5)。此類黃土滑坡一般不會造成人員傷亡，但是由于滑坡具有潛伏期短、發(fā)生頻繁等特點，將會持續(xù)造成土地資源損失。

2.5 開挖垮塌型黃土崩塌

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)有開挖垮塌型黃土崩塌14起，主要發(fā)育于研究區(qū)西段黃土殘塬區(qū)塬邊斜坡地帶。黃土崩塌的形成，多因當?shù)鼐用耖_挖窯洞、削坡造成斜坡結(jié)構(gòu)破壞所致。該類黃土崩塌具有潛伏期長、規(guī)模大、發(fā)生突然等特點，在發(fā)生后往往造成嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失，是典型的“傷亡性”崩塌類型。圖6為禮泉縣烽火鎮(zhèn)興隆村崩塌，該崩塌于2009年10月陸續(xù)出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，同年11月3日在坡腳發(fā)生一起小型崩塌，直到11月29日邊坡整體失穩(wěn)，此次崩塌約2×104m3.因當?shù)貒敛块T預(yù)報及時，幸未造成人員傷亡，但部分居民房屋、牲畜及其它財產(chǎn)被黃土掩埋。

圖5 侵蝕滑塌型黃土滑坡Fig.5 Erosion-slump loess landslides

圖6 興隆村崩塌Fig.6 Xinglongcun collapse

3 黃土滑時空分布規(guī)律

3.1 時間分布規(guī)律

3.1.1 年際變化規(guī)律

自20世紀80年代至今，區(qū)內(nèi)有準確年份記錄的黃土滑坡42起，其中最早一起滑坡發(fā)生在1983年。以年代為周期進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)近30 a來黃土滑坡數(shù)量增長顯著，尤其是本世紀頭10 a較20世紀90年代滑坡發(fā)育數(shù)量增長了將近1倍，而且僅近4 a就已發(fā)生黃土滑坡9起(圖8)。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景發(fā)現(xiàn)，日趨頻繁的人類工程活動致使區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)環(huán)境嚴重惡化，是造成研究區(qū)滑坡災(zāi)害頻繁發(fā)生的直接原因。

圖7 滑坡類型分布Fig.7 Type statistics of loess landslides

圖8 滑坡災(zāi)害年際變化Fig.8 Interannual statistics of loess landslides

3.1.2 年內(nèi)變化規(guī)律

通過對有詳細月份記錄的40起滑坡總結(jié)發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)滑坡活動具有較強的季節(jié)性(圖9)。春季是黃土滑坡的高發(fā)季節(jié)，尤其在3，4月滑坡十分發(fā)育，共發(fā)生15起，占年內(nèi)滑坡總數(shù)的37.5%，結(jié)合歷史降水數(shù)據(jù)［15］可以看出，滑坡受降水量影響并不顯著。區(qū)內(nèi)有春灌、夏灌、冬灌3次灌溉，每次灌溉量基本接近(夏、冬季略大)，考慮到蒸發(fā)量的影響(區(qū)內(nèi)蒸發(fā)量遠高于降水量)，春、冬季兩次灌期可能對塬區(qū)地下水位抬升影響相對顯著。而在初春，“滯水凍融”及春季灌期的耦合作用，坡體內(nèi)部水力坡度會顯著增高，致使地下水向塬邊排泄的同時形成較大的動、靜水壓力，最終導致斜坡發(fā)生靜態(tài)液化現(xiàn)象，發(fā)生滑坡。此外，春季氣溫溫和、少雨、日照強度低，是研究區(qū)內(nèi)人類工程活動的黃金期，這也是造成區(qū)內(nèi)滑坡季節(jié)性發(fā)育的一個重要因素［16-17］。

圖9 滑坡災(zāi)害年內(nèi)變化Fig.9 Monthly statistics of loess landslides

可以看出，研究區(qū)人類工程活動在近期內(nèi)影響突出，顯著降低了其他因素對滑坡的時效性影響?？偨Y(jié)滑坡時間分布特征，正確認識對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害突出作用的誘發(fā)因素，可為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供決策依據(jù)。

3.2 空間分布規(guī)律

3.2.1 群集性

研究區(qū)黃土滑坡呈帶狀連續(xù)分布，在蔣劉、舒唐王、寨頭-廟店以及興隆一帶形成了多個滑坡群(圖10)。這些滑坡群發(fā)育集中程度顯著高于周邊地區(qū)∶如蔣劉-廟店一帶，受長期灌溉、涇河側(cè)蝕等因素影響，近8 km的塬邊發(fā)育有34處黃土滑坡，僅寨頭-廟店一帶約2 km的塬邊就發(fā)育有14處黃土滑坡，密度之大，發(fā)育之集中，較為罕見;興隆一帶，受坡腳開挖、涇河側(cè)蝕等因素影響，斜坡結(jié)構(gòu)破壞嚴重，黃土滑坡時有發(fā)生，目前稍完整的塬邊都已不同程度的發(fā)育有黃土滑坡?？梢?，研究區(qū)黃土滑坡的這種群集分布特征受其誘發(fā)因素影響顯著，是一種或少數(shù)幾種誘發(fā)因素突出作用造成，尤其表現(xiàn)為人類工程活動。

圖10 研究區(qū)黃土滑坡分布圖Fig.10 Spatial distribution of loess landslides

3.2.2 分異性

研究區(qū)內(nèi)黃土滑坡的分異性主要體現(xiàn)受微地貌差異影響，東、西塬段滑坡發(fā)育類型具有顯著差異。從圖10可以看出，以太平東為界，東段(涇陽縣大堡子村-廟店村)基本以灌溉型黃土滑坡為主，而西段(涇陽縣廟店村-禮泉縣興隆村)則以開挖型黃土崩塌為主，僅局部涇河侵蝕塬段有滑坡發(fā)育。通過對比發(fā)現(xiàn)，塬區(qū)東、西段灌溉條件相同，區(qū)域地質(zhì)背景基本一致，斜坡形態(tài)及物質(zhì)組成相近，唯獨地形地貌存在明顯差異。表現(xiàn)為東段塬面較為完整，而西段塬面破碎、沖溝極其發(fā)育。這樣西段單位塬邊長度(按完整塬面計算)內(nèi)地表水及地下水的相對排泄邊界就要比東段完整塬面要大許多，而且日照范圍及蒸發(fā)面積也相對較大，因此長年灌溉對西段塬邊斜坡帶地下水位的影響較小，從而使得突出誘發(fā)因素發(fā)生轉(zhuǎn)化，在一定區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)育類型形成分異現(xiàn)象。

3.3 多序次破壞特征

研究區(qū)灌溉誘發(fā)型黃土滑坡具有典型的多序次破壞特征，即受灌溉影響同一后緣滑坡發(fā)生多起滑動，如此塬邊土體不斷滑落，使得塬面持續(xù)萎縮，土地資源損失嚴重。多序次發(fā)育特征從一定程度上體現(xiàn)了滑坡在時間與空間上的相互關(guān)系(圖11)。

區(qū)內(nèi)黃土滑坡多序次破壞主要因塬邊斜坡帶潛水水位長期持續(xù)上升所致。隨著水位的上升，斜坡坡腳土體遇水濕陷，孔壓逐漸上升、有效應(yīng)力降低，從而斜坡穩(wěn)定性持續(xù)降低。當前期依附在坡腳的滑體不足以提供有效的支撐時，斜坡就會再次破壞發(fā)生滑動，并進入一個新的發(fā)育周期，如此，滑坡后緣不斷倒退。隨著斜坡發(fā)生多序次破壞，坡腳前堆積體厚度逐漸增大，斜坡很難從深部剪出，因此一般后期形成的滑坡剪出口相對較高，且表現(xiàn)出規(guī)模較小、滑距短等特點。

圖11 典型多序次黃土滑坡破壞特征Fig.11 Repeatedly failure characteristics of the typical loess landslides

4 結(jié)論

1)研究區(qū)共發(fā)育黃土滑坡63處，先后形成83起滑動，其中15處發(fā)生多起滑動。按照誘發(fā)因素及運動特征將區(qū)內(nèi)黃土滑坡劃分為∶灌溉流滑型黃土滑坡、灌溉滑動型黃土滑坡、侵蝕滑動型黃土滑坡、侵蝕滑塌型黃土滑坡及開挖垮塌型黃土崩塌，其中灌溉流滑型黃土滑坡是區(qū)內(nèi)危險性最大，威脅范圍最廣，致災(zāi)后果最為嚴重的類型。

2)研究區(qū)黃土滑坡分布具有一定的時間和空間特征，時間特征表現(xiàn)為黃土滑坡日趨頻繁和春季多發(fā)，空間特征表現(xiàn)為黃土滑坡多塬段群發(fā)和區(qū)域破壞模式差異，這些特征受人類工程活動影響強烈，系人類工程活動與其它地質(zhì)環(huán)境條件耦合作用的結(jié)果。

3)區(qū)內(nèi)灌溉誘發(fā)型黃土滑坡具有典型的多序次破壞特征，造成臺塬面持續(xù)萎縮，土地資源損失嚴重。多序次破壞特征從一定程度上體現(xiàn)了滑坡在時間與空間上的相互關(guān)系。

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［18］核工業(yè)二零三所.陜西省禮泉縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報告［R］.咸陽∶核工業(yè)二零三研究所，2005.

No.203 Research Institute of Nuclear Industry.Geological hazard division and reports，Liquan，Shaanxi province［R］.Xianyang∶No.203 Research Institute of Nuclear Industry，2005.

［19］涇陽縣縣志編纂委員會.涇陽縣志［M］.西安∶陜西人民出版社，2001.

Jingyang County annals Editorial.Jingyang county annals［M］.Xi’an∶Shaanxi People’s Publishing House，2001.

Types and spatial-tem poral distribution of loess landslides in the south p lateau of lower Jing river

DUAN Zhao1，LIWen-ke1，WANG Qi-yao2

(1.College of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China; 2.College of Geology Engineering and Geomatics，Chang’an University，Xi’an 710054，China)

∶Loess landslides have occurred frequently in the south plateau of lower Jing River，resulting in severe property loss and casualty.This study is based on detailed investigations and evaluation of geological disasters in Jingyang and intensive field investigationswere carried out on the classification of landslides and the spatial distribution.According to the geological disaster investigation results，the following types of loess landslideswere classified irrigation-flowslide type，irrigation-slide type，erosion-slide type，erosion-slump type and excavation collapse type.On the basis of the analysis，the conclusion is as follows.Loess landslides in this area show the temporal characteristics of a growing number and high risk in spring，the spatial characteristics of clustering and variation.Irrigation triggered type also shows the spatial and temporal characteristics of repeatedly failure.

∶loess landslides;landslide types;distribution characteristics;south plateau of lower Jing River

∶P 642

∶A

00/j.cnki.xakjdxxb.2015.0316

∶1672-9315(2015)03-0369-07

∶2014-12-05責任編輯∶李克永

∶中國地質(zhì)調(diào)查局項目(12120114036001);國家自然科學基金重點項目(41130753);西安科技大學博士啟動金(2014QDJ029)

∶段釗(1985-)，男，陜西西安人，博士，講師，E-mail∶landsliders@126.com