黃土滑坡問題與城市規(guī)劃建設(shè)

王立朝 張永軍 陳亮

黃土的分布

中國黃土分布的北界大致在小興安嶺的南麓、內(nèi)蒙古諸沙漠的南緣，然后轉(zhuǎn)向西北近于中蒙邊界，成一個(gè)弧形，分布面積63萬平方千米。黃土高原是中國黃土的主要分布區(qū)，地處黃河中游，其分布大體在北京—鄭州—西寧三個(gè)城市連線的三角形地帶，黃土分布面積達(dá)27.56萬平方千米，該區(qū)域黃土分布連片、厚度大、地層層次全，在時(shí)間上也最為連續(xù)。其中甘肅東部、寧夏南部和陜西中北部是黃土高原的主體。黃土高原地區(qū)是中華民族古代文明的發(fā)祥地，是我國古代最興旺的區(qū)域，孕育了中華悠長的文明史，分布著西安、太原、蘭州、銀川、延安等城市，其中山地型城市以蘭州、延安為代表。

黃土的工程地質(zhì)特性

黃土具有疏松多孔和水敏性等特點(diǎn)，是黃土滑坡發(fā)生的主要原因。

（一）黃土的顆粒組成

黃土物理力學(xué)性質(zhì)的特殊性表現(xiàn)為壓密性、振陷性和濕陷性這三個(gè)方面，其中黃土的濕陷性變形具有突變性、不可逆性和非連續(xù)性。我國濕陷性黃土的顆粒以粉粒為主， 其含量可達(dá)50%～75%，其次為砂粒和黏粒，分別占10%～30%和8%～26%。由于黃土中的黏粒含量低、粉粒含量高，使得黃土具有低的塑性和黏聚力。從我國各地濕陷性黃土的顆粒組成比較看， 從西北向東南呈砂粒減少而黏粒增多的趨勢，這與我國黃土濕陷性由西北向東南呈遞減趨勢是一致的， 說明黃土的濕陷性與其黏粒含量有著密切的關(guān)系。

（二）黃土的孔隙與節(jié)理特征

1.黃土的孔隙特征

黃土的孔隙是指黃土中骨架顆粒與膠結(jié)物以外的空間，在其沉積、成巖的自然環(huán)境中是發(fā)展變化的，其中常充以水或氣，或二者兼有。黃土極其疏松，孔隙十分發(fā)育且大小不一。在區(qū)域上，從黃土高原區(qū)的西北向東南，黃土中各種孔隙的變化規(guī)律是：大孔隙含量顯著增多，中孔隙顯著減少，小孔隙明顯減少，而微孔隙則大幅增加。這種情況與黏粒含量增高，地層壓力增強(qiáng)及風(fēng)化成壤作用增強(qiáng)有關(guān)。中孔隙主要是架空孔隙，是濕陷的主要空間條件。

2.黃土的節(jié)理

根據(jù)成因及分布，黃土的節(jié)理可分風(fēng)化節(jié)理、滑塌節(jié)理和濕陷節(jié)理、卸荷節(jié)理以及成巖節(jié)理和構(gòu)造節(jié)理。風(fēng)化節(jié)理在黃土體表面淺部形成密集的不規(guī)則的節(jié)理裂隙。滑塌節(jié)理和濕陷節(jié)理發(fā)生在滑坡后沿。卸荷節(jié)理發(fā)生在黃土斜坡上方，由重力作用形成，平行于邊坡延伸方向。成巖節(jié)理和構(gòu)造節(jié)理分布比較廣泛，具有區(qū)域性。

（三）黃土對水具有明顯敏感性

黃土對水的敏感性有由西北向東南逐漸減弱的趨勢，這與黃土顆粒構(gòu)成、密實(shí)度、大孔隙、富含可溶性鹽以及垂直節(jié)理發(fā)育密不可分。黃土對水作用的特殊敏感性表現(xiàn)為它在天然低濕度下的高強(qiáng)度和低壓縮性，和一旦浸水甚至增濕時(shí)強(qiáng)度大幅度驟降（濕剪性）和變形大幅度突增（濕陷性）的現(xiàn)象。

黃土滑坡的類型

由于黃土高原地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷裂發(fā)育、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，黃土及下伏中新生界泥巖、砂質(zhì)泥巖等巖土體疏松、欠壓密的巖性性質(zhì)；以及區(qū)內(nèi)地形起伏、溝壑縱橫的地貌特征，加之區(qū)內(nèi)降水集中、局地性暴雨多、植被稀疏、土體裸露等因素，極易產(chǎn)生滑坡。根據(jù)滑體物質(zhì)組成及滑動(dòng)面的發(fā)育位置，可以將黃土滑坡劃分為黃土層內(nèi)滑坡、黃土接觸面滑坡、黃土—泥巖順層滑坡和黃土—泥巖切層滑坡四種基本類型。

（一）黃土層內(nèi)滑坡

此類滑坡主要分布在黃土沉積較厚的隴東、隴西及陜北地區(qū)，河流高階地前緣的陡坎部位。發(fā)生部位黃土厚度較大，主滑面發(fā)育在黃土層內(nèi)，滑體全部由不同時(shí)代的黃土及黃土狀土組成?；瑒?dòng)面多近似圓弧形，光滑，后壁多呈圈椅狀，受垂直節(jié)理控制，后壁陡直、光滑（圖1）。

圖1 蘭州市某小區(qū)后緣黃土滑坡

該類滑坡變形破壞方式多為滑移—拉裂型。受黃土垂直節(jié)理控制，形成初期坡度可達(dá)60°～70°，若前部地形開闊，其滑動(dòng)距離較遠(yuǎn)。此類滑坡經(jīng)過高速遠(yuǎn)程滑動(dòng)后，滑體的滑動(dòng)勢能已基本釋放，滑后的穩(wěn)定性較高，除前緣有時(shí)會(huì)發(fā)生小的局部滑塌外，一般不會(huì)再有大的整體復(fù)活。但由于形成的高陡后壁穩(wěn)定性較差，往往會(huì)孕育甚至發(fā)生新的崩滑，需要及時(shí)采取必要的支護(hù)措施。

（二）黃土接觸面滑坡

此類滑坡一般發(fā)育在黃土丘陵斜坡區(qū)，地面坡度10°～20°。由于馬蘭黃土多以披覆形式沉積在新近系、白堊系等泥質(zhì)巖類組成的古地形上，滲透性較好，而下部泥質(zhì)巖類為不透水的隔水層，從而構(gòu)成“雙層異質(zhì)”的斜坡結(jié)構(gòu)。接觸面的低洼部位易匯集地下水，巖土長期處于濕軟塑—飽和狀態(tài)，成為滑坡發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)面。因此，在降水較為豐富的天水、禮縣、寶雞、銅川、藍(lán)田、洛川等地區(qū)，每當(dāng)雨季和豐水年，尤其在連陰雨較多的氣象條件下，此類滑坡經(jīng)常發(fā)生。

此類滑坡由于滑速低、滑距短，滑動(dòng)勢能釋放不徹底，當(dāng)遇到大雨、連陰雨或前部被水流沖刷侵蝕、人為不合理開挖時(shí)，滑體常會(huì)再次復(fù)活。隨著滑坡的不斷活動(dòng)，滑體逐漸解體，整體復(fù)活能力減弱，逐步變?yōu)榉謮K式的局部復(fù)活，復(fù)活滑動(dòng)的規(guī)模不斷減小。

（三）黃土—泥巖順層滑坡

此類滑坡主要發(fā)育在隴中、隴西和陜北地區(qū)，發(fā)生在上為黃土、下為泥巖的順坡外傾的斜坡地段，黃土下伏傾向坡外的軟弱巖層，拉裂面處于上部黃土中?；w主要由黃土和新近系、白堊系泥質(zhì)巖等組成，一般為大中型滑坡?；瑒?dòng)面沿黃土下伏相對軟弱巖層的層理面及夾層發(fā)育。主滑面平直，受巖層產(chǎn)狀控制，傾角10°～20°，黃土中的滑面為拉裂面，較陡直。

此類滑坡由于滑動(dòng)距離短，大部分滑體還停留在主滑面上，滑動(dòng)勢能沒有徹底釋放，故當(dāng)降雨、灌溉水大量滲入時(shí)，或滑體前緣有人工挖方時(shí)，滑體很容易再次整體或局部復(fù)活。

（四）黃土—泥巖切層滑坡

此類滑坡一般發(fā)育于黃土下伏巖層傾向坡內(nèi)，或下伏巖層近水平狀的高陡斜坡地段。此類滑坡經(jīng)常呈群體分布，規(guī)模巨大，多屬大型或巨型滑坡?；螺喞螒B(tài)特征明顯，具有高陡的滑坡后壁、巨大的滑體、多級滑坡平臺及后部封閉洼地等地貌特征。主滑面斜切黃土和下伏軟弱巖層，在斜坡自重作用下沿節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面發(fā)育?；w主要由黃土和中新生界巖層組成。主滑面后部較陡，滑體體積大，多在百萬立方米以上。

此類滑坡經(jīng)高速遠(yuǎn)程滑動(dòng)后，滑體大面積散開堆積在前部平坦河谷區(qū)，滑動(dòng)勢能已基本釋放，滑體有很高的穩(wěn)定性，即使前緣遭受一定水流的侵蝕沖刷或人工開挖，仍會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)。但此類滑坡劇滑后多形成高陡后壁，由于受強(qiáng)烈滑動(dòng)的影響，后部還發(fā)育有近于平行的拉張裂縫，故后壁穩(wěn)定性差，仍有再次滑動(dòng)的可能。

圖2 蘭州城區(qū)北部削山造地對地形的改變

引發(fā)黃土滑坡的主要因素

地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、斜坡結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件是黃土滑坡的主要內(nèi)控條件，而地震、降水、人類工程活動(dòng)則是黃土滑坡的主要誘發(fā)因素。

以黃土高原典型山地型城市蘭州市區(qū)為例，降雨、綠化灌溉及坡頂生活用水入滲是滑坡頻繁發(fā)生的主要原因，各類城市工程建設(shè)切坡改變了原始坡體的地形條件從而引發(fā)大量滑坡隱患。為緩解城市建設(shè)用地緊張，甘肅省蘭州市開展了低丘緩坡利用試點(diǎn)，在城區(qū)北部荒山開展了削山造地工程，探索了建設(shè)用地開發(fā)的新模式（圖2）。在增加建設(shè)用地的同時(shí)，開發(fā)建設(shè)區(qū)及周邊增加了大量的人工高陡黃土邊坡，成為新的滑坡隱患。

城市建設(shè)與減災(zāi)

（一）開展地質(zhì)災(zāi)害隱患排查

截至目前，我國地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)先后開展了1∶10萬縣市地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃與調(diào)查、1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)災(zāi)害工作，部分省份開展了重點(diǎn)城鎮(zhèn)的1∶1萬地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃調(diào)查。結(jié)合年度地質(zhì)災(zāi)害隱患排查，我們已經(jīng)初步掌握了黃土區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量、發(fā)育和分布規(guī)律及其主要特征。然而伴隨城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，受地質(zhì)災(zāi)害威脅的城市的地質(zhì)災(zāi)害防治精細(xì)化管理水平仍需進(jìn)一步提高，加大地質(zhì)災(zāi)害隱患排查力度，精確掌握地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模及危害程度顯得尤為重要。與以往的按比例尺度調(diào)查不同，黃土高原區(qū)城市管理者應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)環(huán)境條件及黃土分布狀態(tài)，部署重點(diǎn)調(diào)查內(nèi)容和調(diào)查方法。以甘肅省蘭州市為例，南北兩山斜坡平均坡度均大于25°，坡面沖溝發(fā)育；受“兩山夾一河”特殊地形地貌的影響，皋蘭山北麓以及白塔山南坡地質(zhì)災(zāi)害極為發(fā)育；使得蘭州成為我國受地質(zhì)災(zāi)害威脅最為嚴(yán)重的省會(huì)城市之一。

黃土區(qū)城市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查應(yīng)緊密結(jié)合黃土特殊的工程特性，從城市規(guī)劃建設(shè)實(shí)際問題出發(fā)，重點(diǎn)查清地質(zhì)災(zāi)害隱患規(guī)模，對災(zāi)害現(xiàn)狀做出定性判斷，評估災(zāi)害運(yùn)移路徑及可能影響范圍，準(zhǔn)確確定威脅的人員數(shù)量和財(cái)產(chǎn)，對于重要地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)達(dá)到初步勘查程度。提供城市黃土滑坡詳細(xì)編目資料，特別是高精度地形圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是開展精細(xì)化地質(zhì)災(zāi)害防治工作的前提條件。該工作不僅有助于在城市規(guī)劃建設(shè)過程中制定合理的規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害的決策，還可為重大突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急防御和處置提供數(shù)據(jù)支撐。

（二）關(guān)注黃土邊坡失穩(wěn)問題

城市建設(shè)不可避免面臨眾多天然和人工邊坡問題。在城市周邊，人們往往利用黃土直立的特性，對于一般邊坡坡腳開挖使坡面近乎垂直，對于高邊坡采用多級放坡提高坡體的穩(wěn)定性。黃土結(jié)構(gòu)疏松、遇水軟化濕陷，城市綠化、生活用水及降雨極易沿黃土天然裂隙入滲。在極端氣候條件和人類活動(dòng)影響下，黃土邊坡穩(wěn)定性已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的重要問題。城市規(guī)劃建設(shè)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問題：

①老舊生活小區(qū)改造時(shí)應(yīng)加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性勘查及評價(jià)，建立完善、封閉的排水措施和雨水收集排放系統(tǒng)，杜絕水體的入滲。②嚴(yán)格控制高陡黃土邊坡坡頂開發(fā)建設(shè)規(guī)模，建設(shè)過程中產(chǎn)生的棄土遠(yuǎn)離坡體邊緣堆放，防止坡頂過度加載造成邊坡失穩(wěn)；坡體下方場地規(guī)劃建設(shè)時(shí)要根據(jù)場地及后緣高陡邊坡高度和巖土體條件保持足夠的安全距離，為不利條件下后緣斜坡巖土體下滑預(yù)留一定的緩沖區(qū)，降低沖擊力對工程產(chǎn)生的破壞影響程度（圖3）。③加強(qiáng)城市重要線性工程邊坡防護(hù)，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮斜坡結(jié)構(gòu)及地層巖性組合，堅(jiān)持“坡要到頂”的原則控制整個(gè)坡體的穩(wěn)定（圖4）。④黃土區(qū)氣候干旱，城市綠化時(shí)為保證樹、草的成活率，應(yīng)合理確定噴灌、滴灌等用水量，避免綠化灌溉與邊坡累進(jìn)性破壞因素疊加，增加邊坡失穩(wěn)機(jī)率。⑤城市規(guī)劃建設(shè)活動(dòng)應(yīng)減少對原始黃土斜坡的擾動(dòng)，采取避讓等措施避免因人工開挖造成坡體應(yīng)力狀態(tài)的改變，進(jìn)而形成高邊坡失穩(wěn)隱患。

圖3 山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣棗林鄉(xiāng)邊坡垮塌

（三）探索有效監(jiān)測技術(shù)方法，掌握地質(zhì)災(zāi)害隱患變化

黃土地質(zhì)災(zāi)害具有宏觀變形小、受降雨影響強(qiáng)烈等特點(diǎn)，災(zāi)害的發(fā)生具有突然性，發(fā)育分布具有隱蔽性。常規(guī)地面調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害精準(zhǔn)識別程度還存在很大的不足，因此對已有地質(zhì)災(zāi)害城區(qū)大量高陡邊坡開展監(jiān)測顯得尤為重要。群測群防及專業(yè)監(jiān)測已成為我國地質(zhì)災(zāi)害防治工作中的一種有效手段。那么黃土區(qū)城市規(guī)劃建設(shè)時(shí)如何做好地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作呢？

圖4 高邊坡治理工程部分失效

①對于已有中小規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害隱患，建立健全群測群防體系。中小型地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)量多、分布廣，應(yīng)準(zhǔn)確確定地質(zhì)災(zāi)害影響范圍及威脅對象，落實(shí)群測群防責(zé)任，建立高效的群測群防員隊(duì)伍；同時(shí)要加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)避險(xiǎn)宣傳，提高基層廣大群眾自身防災(zāi)避險(xiǎn)能力。②對于重大地質(zhì)災(zāi)害隱患，應(yīng)探索適應(yīng)黃土地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)的專業(yè)監(jiān)測技術(shù)方法。近10年地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測實(shí)踐表明，目前采用的多參數(shù)（形變、含水率、應(yīng)力、視頻）監(jiān)測方法在黃土區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作中的應(yīng)用效果不十分理想。因此，廣大科技工作者及監(jiān)測設(shè)備研發(fā)單位應(yīng)準(zhǔn)確聚焦黃土形變機(jī)理，有針對性地開展面向黃土區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測設(shè)備研發(fā)，切實(shí)提高我國黃土區(qū)地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測水平。③探索黃土區(qū)城市高陡邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測及識別技術(shù)方法。受特殊的地形地貌影響，高陡邊坡在黃土區(qū)城市、城鎮(zhèn)廣泛存在。在天然狀態(tài)下，高陡邊坡垮塌造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失事件頻發(fā)。因此我們在關(guān)注開展重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)監(jiān)測工作的同時(shí)，應(yīng)加大對黃土滑坡形成機(jī)理的研究，提高黃土地質(zhì)災(zāi)害隱患識別能力，研究黃土內(nèi)部地下水運(yùn)移規(guī)律、非飽和黃土的土水特性研究等。從機(jī)理研究出發(fā)，探索城市高陡邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測和判別技術(shù)方法。

總之，在城市規(guī)劃建設(shè)過程中，我們需要認(rèn)真貫徹習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第三次會(huì)議上的重要講話精神，落實(shí)“堅(jiān)持以人民為中心的發(fā)展思想，堅(jiān)持以防為主、防抗救相結(jié)合”的重要要求。目前我國城市化建設(shè)已度過了粗放式發(fā)展階段，城市發(fā)展及土地開發(fā)利用急需精細(xì)化的評價(jià)成果作為數(shù)據(jù)支撐，這既是城市建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的客觀需求，也是貫徹“以防為主”的風(fēng)險(xiǎn)防控理念的前提。為實(shí)現(xiàn)黃土區(qū)城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，我們應(yīng)建立科學(xué)高效的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測體系，動(dòng)態(tài)掌握地質(zhì)災(zāi)害隱患變化情況，以適應(yīng)快速城市化進(jìn)程對地質(zhì)災(zāi)害防治工作的需求；應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，使城市規(guī)劃建設(shè)科學(xué)規(guī)避災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)；應(yīng)加大城市資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價(jià)研究，優(yōu)化老舊小區(qū)的改造、城市基礎(chǔ)設(shè)施的升級以及城市開發(fā)空間的拓展，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害分布及特點(diǎn)合理布局工程建設(shè)空間，提高城市應(yīng)對突發(fā)性重大地質(zhì)災(zāi)害的防控能力，為保護(hù)廣大城市人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全提供有力保障。