新疆伊寧縣皮里青河滑坡成災(zāi)機(jī)理分析

魏云杰，邵 海，朱賽楠，黃 喆，王文沛，石愛軍，莊茂國(guó)(中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院(國(guó)土資源部地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)指導(dǎo)中心)，北京 100081)

新疆伊寧縣皮里青河滑坡成災(zāi)機(jī)理分析

魏云杰，邵 海，朱賽楠，黃 喆，王文沛，石愛軍，莊茂國(guó)
(中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院(國(guó)土資源部地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)指導(dǎo)中心)，北京 100081)

2017年3月24日，受冰雪消融影響，新疆伊犁哈薩克自治州伊寧縣喀拉亞尕奇鄉(xiāng)喀拉亞尕奇村發(fā)生滑坡災(zāi)害，滑坡堵塞皮里青河，形成堰塞湖，未造成人員傷亡。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析和數(shù)值模擬，結(jié)果表明：(1)皮里青河滑坡成災(zāi)過(guò)程為：河流沖刷坡腳，前緣局部滑動(dòng)→發(fā)生蠕滑-拉裂，坡體強(qiáng)烈變形→在冰雪融水入滲作用下發(fā)生整體滑動(dòng)→堵塞河道，形成堰塞湖→堰塞體潰決；(2)因氣溫升高，冰雪消融入滲是滑坡形成的直接誘因，雪水入滲后并轉(zhuǎn)化為地下水，黃土含水達(dá)到飽和，孔隙水壓力增高，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)降低，在重力作用下發(fā)生整體高速下滑；(3)分析了新疆地區(qū)冰雪消融引起滑坡災(zāi)害鏈的成災(zāi)模式，為進(jìn)一步科學(xué)地指導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

黃土滑坡；冰雪消融；滑坡災(zāi)害鏈；成災(zāi)機(jī)理

2017年3月24日，新疆伊犁哈薩克自治州伊寧縣喀拉亞尕奇鄉(xiāng)喀拉亞尕奇村發(fā)生滑坡災(zāi)害，未造成人員傷亡?；露氯だ锴嗪?，使斷流處上游河水上漲,水位雍高1.0 m左右，形成堰塞湖，造成皮里青河北岸一農(nóng)戶的2 000 m2漁塘、農(nóng)家樂、小型拖拉機(jī)、挖土機(jī)及數(shù)十顆果樹被掩埋，直接經(jīng)濟(jì)損失20余萬(wàn)元?；轮苯油{2戶6人、6間房屋的安全。

皮里青河滑坡為黃土層內(nèi)滑坡。黃土在伊犁地區(qū)分布范圍廣泛，主要為第四系風(fēng)積黃土，從山前平原、丘陵區(qū)開始，到中山-高山區(qū)均有分布，沿河流兩岸分布較廣。風(fēng)積黃土結(jié)構(gòu)疏松、構(gòu)造孔隙大、濕陷性較強(qiáng)，力學(xué)性質(zhì)較差，顆粒成分以粉粒為主, 均勻無(wú)層理，垂直節(jié)理發(fā)育，色調(diào)以灰黃到棕黃為主，風(fēng)積黃土為滑坡發(fā)生創(chuàng)造了基本物質(zhì)條件[1-2]。

伊犁地區(qū)的黃土粒度分析結(jié)果表明細(xì)粉砂和黏粒含量顯著高于黃土高原和新疆其它地區(qū)的黃土。伊犁地區(qū)黃土0.005～0.05 mm粒組含量達(dá)到60%以上，具有一定的靜態(tài)液化勢(shì)，對(duì)雨水入滲作用敏感[3-4]。冰雪消融是導(dǎo)致該地區(qū)黃土滑坡的原因之一。冰雪消融及凍土融化入滲，增大坡體的動(dòng)水壓力和靜水壓力，對(duì)滑坡穩(wěn)定不利，同時(shí)土體含水量增加，土體強(qiáng)度降低[5-8]。本文以皮里青河滑坡實(shí)例，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)滑坡體特征、成災(zāi)機(jī)理進(jìn)行深入分析，總結(jié)此類滑坡的成災(zāi)模式，為我國(guó)新疆黃土地區(qū)滑坡的科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)急避險(xiǎn)提供科學(xué)經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

研究區(qū)位于伊寧縣喀拉亞尕奇鄉(xiāng)喀拉亞尕奇村，滑坡點(diǎn)坐標(biāo)為：北緯44°10′46.12″，東經(jīng)81°31′7.41″，距伊寧縣城50 km，屬皮里青河流域，滑坡位于皮里青河西岸。

皮里青河滑坡區(qū)位于伊犁中間地塊西北緣，屬剝蝕堆積塊狀隆起山前黃土丘陵區(qū)地貌。黃土丘陵呈帶狀展布，受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響被抬升而形成，主要分布于山前地帶，海拔為900～1 600 m，相對(duì)高差50～100 m。在中、新生代地層之上常覆蓋礫石和黃土。一般沿水流方向呈現(xiàn)為頂部平緩的梳狀壟崗，植被較茂盛，局部低地有泉水出露易產(chǎn)生滑坡[9]。

滑坡區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶园敫珊禋夂?，晝夜溫差明顯?；滤诘囊翆幙h多年平均降雨量為257 mm(圖1)，多年平均氣溫為8.4 ℃。據(jù)伊寧縣多年逐月平均氣溫表，3月份平均氣溫由零下轉(zhuǎn)為零上，至4月份平均氣溫約達(dá)12 ℃(圖2)。

圖1 伊寧縣月平均降水量直方圖Fig.1 The histogram of average monthly rainfall in Yining County

圖2 伊寧縣月平均氣溫直方圖Fig.2 The histogram of monthly mean temperature in Yining County

滑坡區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，主要由賦存于第四系黃土層之中的孔隙水以及賦存于石炭系上統(tǒng)伊什基里克組凝灰?guī)r裂隙中基巖裂隙水組成。地下水主要受冰雪融水、大氣降水滲入補(bǔ)給，沿黃土的大孔隙和垂直節(jié)理由高處向低處徑流，多以泉的形式排泄。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形態(tài)特征

皮里青河滑坡平面形態(tài)呈舌形，坡度為37°，主滑方向32°?；掠覀?cè)邊界以因土體下錯(cuò)形成的深溝為界，溝寬2 m，深約5 m，左側(cè)以下錯(cuò)陡坎為界，陡坎高約5 m。滑坡周界明顯，后緣右側(cè)形成多條高約3 m的下錯(cuò)及陡坎，其上覆蓋積雪，積雪厚約20 cm?；轮胁孔顚掃_(dá)96 m，前緣最窄為60 m，滑體最大縱長(zhǎng)約175 m，面積約1.36×104m2，滑體厚度3～6 m，總體積約6.08×104m3。皮里青河滑坡最大滑動(dòng)距離為107 m，滑坡滑動(dòng)速度約為19.0 m/s，屬高速滑坡[10-12](圖3～圖5)。

圖3 皮里青河滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig.3 Scheme of engineering geology of Piliqinghe landslide

圖4 皮里青河滑坡全貌Fig.4 Bird′s-eye view of the Piliqinghe landslide

圖5 滑坡工程地質(zhì)I-I′剖面圖(剖面方向32°)Fig.5 Engineering geology profile I-I′(the direction angle of profile is 32°)

根據(jù)在皮里青河獲得的多年水文徑流資料，豐水期(4～7月)平均流量為10.7 m3/s；枯水期(1～3月，8～12月)平均流量為2.9 m3/s。皮里青河水流量隨季節(jié)變化明顯，3～5月積雪消融形成春汛。皮里青滑坡發(fā)生時(shí)間為枯水期向豐水期變化時(shí)間，當(dāng)天滑坡處河水流速測(cè)得2.6 m/s，流量為12 m3/s。

2.2 滑坡變形破壞特征

對(duì)比研究區(qū)2015年7月15日前Google Earth遙感影像及2017年3月28日無(wú)人機(jī)航拍影像(圖6)，結(jié)果顯示皮里青河滑坡分兩次滑動(dòng)。第一次滑動(dòng)是2015年7月15日前，從遙感影像分析，滑坡已發(fā)生局部坍塌，并且能看到明顯的圈椅狀地形，后緣出現(xiàn)數(shù)條較小的裂縫。第二次滑動(dòng)在2017年3月24日，皮里青河滑坡整體滑動(dòng)，堆積體堵塞河道形成堰塞湖。滑坡后緣、左右側(cè)邊界均變形明顯，滑坡體滑動(dòng)后出現(xiàn)了滑坡壁、滑坡臺(tái)階、左右側(cè)拉裂坎等現(xiàn)象?；潞缶売覀?cè)形成數(shù)條高約3 m的下錯(cuò)及陡坎。

圖6 皮里青河滑坡兩期遙感影像Fig.6 Multi-temporal remote sensing image of PiliqingheA.拍攝時(shí)間：2015年7月15日；B.拍攝時(shí)間：2017年3月28日 (A來(lái)自Google Earth遙感影像，B來(lái)自無(wú)人機(jī)航拍)

3 滑坡成災(zāi)機(jī)理分析

3.1 滑坡變形破壞機(jī)理

皮里青河滑坡形成及堵潰模式大致可概括為以下四個(gè)階段：前緣局部滑動(dòng)階段→蠕滑-拉裂階段→整體滑動(dòng)階段→堰塞湖潰決階段(圖7)。

(1)前緣局部滑動(dòng)階段：隨著氣溫回升、冰雪消融，皮里青河水流流量劇增，流速增大，對(duì)河流兩側(cè)岸坡侵蝕作用加強(qiáng)，尤其對(duì)于河流轉(zhuǎn)彎凹岸側(cè)蝕作用更甚，掏蝕岸坡，滑坡前緣局部出現(xiàn)滑動(dòng)(圖7a)。

(2)蠕滑-拉裂階段：滑坡前緣局部破壞臨空，坡體支撐力減小。雪水下滲入坡體，土體中水分凍結(jié)，在凍脹作用下，坡體裂縫被增大，后緣出現(xiàn)拉裂縫，坡體表層出現(xiàn)剪切蠕變，在重力作用下發(fā)生蠕滑-拉裂破壞(圖7b)。

(3)整體滑動(dòng)階段：冰雪融水大量下滲裂縫，滑坡上土體含水達(dá)到飽和，改變了原有土體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，造成土體內(nèi)部摩擦力急劇減??；同時(shí)造成滑坡孔隙水壓力增高，滑面力學(xué)強(qiáng)度降低，抗剪強(qiáng)度減小，滑坡高速下滑，堵塞皮里青河，使斷流處上游河水上漲，水位雍高1 m左右，形成堰塞湖(圖7c)。

(4)堰塞湖潰決階段：水位不斷雍高，庫(kù)水推力不斷增大，堰塞湖自然潰決(圖7d)。

圖7 滑坡體變形演化過(guò)程示意圖Fig.7 Evolution process of the landslide

圖8 滑坡體前緣沿滑面冰雪消融入滲現(xiàn)象Fig.8 Water phenomenon along the sliding surface in the leading edge of landslide

3.2 冰雪消融入滲對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響

利用Geostudio中的SLOPE模塊來(lái)研究皮里青河滑坡的穩(wěn)定性。采用摩根斯坦—普賴斯法來(lái)分析冰雪消融入滲對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響。

主要根據(jù)非飽和—飽和滲流數(shù)值模擬結(jié)果，得到滑坡體中暫態(tài)孔隙水壓力情況，通過(guò)Slope/w模塊來(lái)計(jì)算冰雪消融入滲對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響，采用摩根斯坦—普賴斯法來(lái)對(duì)滑坡穩(wěn)定性開展研究，其中滑坡物理力學(xué)參數(shù)見表1。由前述滑坡機(jī)理分析可知，由于氣溫回升，冰雪消融下滲，坡體穩(wěn)定性降低進(jìn)而發(fā)生滑坡。根據(jù)滑坡區(qū)域氣溫資料(2017年3月1日～3月24日)，不同日期內(nèi)的氣溫變化與滑坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系曲線見圖9。

表1 滑坡體物理力學(xué)參數(shù)取值Table 1 Mechanical parameters of landslide rock

圖9 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)、氣溫-日期關(guān)系曲線(2017.3.1～2017.3.24)Fig.9 Relationship curves of safety factor, temperature and date

據(jù)圖9可知，在3月23日～24日氣溫回升至0 ℃以上，融雪入滲速度加快，坡體內(nèi)的地下水位上漲，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)下降至0.909，發(fā)生失穩(wěn)破壞。

4 結(jié)論與建議

(1)皮里青河滑坡形成及堵潰模式為：前緣局部滑動(dòng)階段→蠕滑-拉裂階段→整體滑動(dòng)階段→堰塞湖潰決階段。

(2)因氣溫回升，冰雪消融入滲是導(dǎo)致滑坡形成的直接因素，雪水入滲后并轉(zhuǎn)化為地下水，滑坡上黃土含水達(dá)到飽和，孔隙水壓力增高，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低，在重力作用下發(fā)生整體高速下滑。

(3)分析了新疆地區(qū)冰雪消融引起的高速滑坡、滑坡堵潰型鏈狀災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)理，為科學(xué)地指導(dǎo)此類災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和成災(zāi)機(jī)理研究，滑坡所在的皮里青河流域還存在大量類似的滑坡隱患。若遇每年3～5月份的冰雪消融季節(jié)或暴雨，還有暴發(fā)以及形成更大危害的可能性。因此，建議加強(qiáng)專業(yè)監(jiān)測(cè)與群測(cè)群防相結(jié)合，降低類似災(zāi)害造成的風(fēng)險(xiǎn)。

感謝中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院(國(guó)土資源部地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)指導(dǎo)中心)殷躍平研究員的悉心指導(dǎo)，感謝項(xiàng)目組成員楊強(qiáng)、楊龍偉、楊星、王釗、王凱慧等研究生的幫助。感謝四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院、新疆地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院、伊犁州國(guó)土資源局、伊犁州地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站和伊寧縣國(guó)土資源局在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和資料收集過(guò)程中的大力支持。

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AnalysisofformationmechanismofPiliqinghelandslideinYiningCounty,XinjiangProvince

WEI Yunjie, SHAO Hai, ZHU Sainan, HUANG Zhe, WANG Wenpei, SHI Aijun, ZHUANG Maoguo

(ChinaInstituteofGeologicalEnvironmentMonitoring(TheMinistryofLandandResourcesofGeologicalDisastersEmergencyTechnicalGuidanceCenterChina),Beijing100081,China)

On March, 24,2017, affected by ice and snow melting, a landslide occurred in Kalayagaqi village Kalayagaqi town in Kazak Autonomous Prefecture of Yi in Xinjiang ,which blocked the Piliqing Riuer and formationed danmmed lake. At the same time, the landslide causd no casualties. On the basis of field investigation and simulation calculation, the conclusions are as follows:(1)The developing process of disaster on piliqinghe landslide involved of the following steps. First, the leading edge of landslide slipped because of the scour of the river. Second, sliding body wriggled. Third, what the trailing of landslide was ripped caused deformation of the slope. Fourth, the slope occurred the total motion under the infiltration of ice and snow melt water. Final, the landslide occurred and the burst of water pooled.(2)With the temperatures rising, Ice and snow melting and infiltration are the direct causes of landslide formation. At the same time, snow water infiltrated and converted into groundwater. So the water content of loess was saturated and pore water pressure increases. At the last, The stability coefficient of landslide decreases, and the landslide occurred at high speed under the action of gravity.(3)This paper analyses the hazard mode of collapses and landslide disaster chain caused by the effect of the seasonal snowpack melt in Xinjiang, and further guides disaster prevention and reduction scientifically by providing technical support.

loess landslide; ice and snow melt; collapses and landslide disaster chain; disaster mechanism

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.04.04

P642.22

A

1003-8035(2017)04-0022-05

2017-06-08;

2017-06-27

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目:新疆葉城-烏馮恰城區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查(DD20179609)

魏云杰(1973-)，男，博士，教授級(jí)高工，主要從事地質(zhì)災(zāi)害、巖土工程等相關(guān)領(lǐng)域研究。E-mail：wyj1973@126.com