黃土潛蝕機(jī)理及其致災(zāi)效應(yīng)研究綜述

張卜平，朱興華，成玉祥，張智鋒，孫恒飛，蔡佳樂

（1.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054）

0 引言

黃土潛蝕是指地表水沿黃土節(jié)理裂隙面流動(dòng)時(shí)發(fā)生的物理侵蝕和化學(xué)溶蝕過程[1-2]。黃土強(qiáng)水敏性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育和存在優(yōu)勢滲流現(xiàn)象的三大特征，決定了在黃土中極易發(fā)生潛蝕[3]。研究表明黃土潛蝕具有顯著的致災(zāi)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)[4-5]，與黃土高原地區(qū)常見的崩塌、滑坡、泥流及地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害和水土流失密切相關(guān)[6-12]，常間接造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失[13-18]。

目前關(guān)于黃土潛蝕的研究主要集中在主控因素、成因機(jī)理和致災(zāi)效應(yīng)三大方面。彭建兵等[3]和李喜安等[2]多年研究成果表明，黃土潛蝕的主控因素包括黃土易災(zāi)變的土性、節(jié)理裂隙通道和水力條件，但是當(dāng)前對(duì)黃土潛蝕的每一類控制因素認(rèn)識(shí)仍不夠深入，且缺少定量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)。成因機(jī)理方面，目前流行三種主要學(xué)說[3,19]：化學(xué)潛蝕說、機(jī)械潛蝕說和復(fù)合潛蝕說，其中復(fù)合潛蝕說發(fā)展最為成熟已被學(xué)界普遍接受，但是復(fù)合潛蝕說對(duì)潛蝕過程中水土相互作用機(jī)理尚不明確。致災(zāi)效應(yīng)方面，目前主要集中在潛蝕對(duì)黃土滑坡[13]、崩塌[14-15]、地裂縫[16-18]等單種災(zāi)害的誘發(fā)或加劇作用，而對(duì)黃土潛蝕在黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈中的關(guān)鍵鏈接作用研究不足。

綜上所述，目前黃土潛蝕研究還存在很多不足，文章以黃土潛蝕現(xiàn)象為研究對(duì)象，梳理黃土潛蝕的基本概念，分析黃土潛蝕的主控因素和成因機(jī)理，總結(jié)黃土潛蝕的致災(zāi)效應(yīng)，最后就黃土潛蝕機(jī)理研究未來發(fā)展趨勢作簡要展望，旨在為今后黃土潛蝕研究提供科學(xué)參考。

1 黃土潛蝕的基本概念

潛蝕一詞最初是由前蘇聯(lián)學(xué)者A.M.巴甫洛夫提出用來表征由于地下水對(duì)下伏巖層中易溶解部分的溶濾及攜出而形成的地表變形現(xiàn)象[20]，近年來被用于描述黃土內(nèi)部特殊的侵蝕現(xiàn)象。關(guān)于黃土潛蝕的定義，王景明[21]于1996年將黃土潛蝕定義為：地表水沿黃土節(jié)理尤其是構(gòu)造節(jié)理滲入地下和溝縫內(nèi)進(jìn)行侵蝕的侵蝕作用。李喜安等[2]2010年將黃土潛蝕定義為：在地表以下地下水的作用使地層發(fā)生的各種形式的侵蝕，主要包括物理侵蝕和化學(xué)侵蝕。上述兩位學(xué)者給出的定義各有側(cè)重，但是并不全面。從潛蝕發(fā)生的過程來看，由于地表徑流相對(duì)集中，滲入黃土節(jié)理中的水分增多，不斷沖刷裂隙壁并溶解黃土中的可溶性物質(zhì)（碳酸鈣），在向下運(yùn)移的過程中又帶走了細(xì)小的黃土顆粒，破壞了黃土結(jié)構(gòu)，在自重作用下上部土體坍塌，形成一系列的淺洼地、碟狀地、陷穴、暗穴等小的侵蝕形態(tài)[1]，當(dāng)?shù)乇硭攸S土中的縫隙滲入地下進(jìn)行侵蝕時(shí)，其侵蝕過程中常常參與了土體塌陷，所以黃土潛蝕可視為水力侵蝕與重力侵蝕共同參與的復(fù)合侵蝕類型。文獻(xiàn)1 所述定義概括了黃土潛蝕的發(fā)生過程，揭示了黃土潛蝕的復(fù)合侵蝕本質(zhì)，概念清晰，文章即沿用此定義，黃土潛蝕演化過程示意圖如圖1所示。

圖1 典型黃土潛蝕演化過程示意圖Fig.1 Typical subsurface-erosion process of loess

2 黃土潛蝕的主控因素

黃土高原地區(qū)黃土潛蝕分布廣泛[6,22-26]，影響因素眾多[22,27]，研究表明黃土潛蝕的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件[3,21,28]：易潛蝕的土性、優(yōu)勢滲流通道和水動(dòng)力條件，黃土潛蝕的主控影響因素如圖2所示。

圖2 黃土潛蝕主控因素Fig.2 Main controlling factors of loess subsurfac-erosion

2.1 易潛蝕的土性

黃土結(jié)構(gòu)疏松，膠結(jié)程度差，節(jié)理發(fā)育，決定了黃土具有強(qiáng)水敏性[29]，也是黃土潛蝕發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)[27]。研究表明，黃土水敏性中以滲透性、濕陷性、崩解性對(duì)黃土潛蝕災(zāi)變影響最大[2-3,22-23]。

黃土的滲透性反映水在黃土中的入滲速度[30]，在一定程度上決定了水對(duì)黃土的侵蝕路徑及侵蝕速率影響的大小。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)黃土潛蝕發(fā)生的部位通常是滲流作用較強(qiáng)的部位，因而優(yōu)勢滲流與黃土潛蝕的形成具有直接關(guān)系[31-34]。而當(dāng)前關(guān)于黃土優(yōu)勢滲流的研究主要集中在優(yōu)勢滲流規(guī)律[18,35-39]和優(yōu)勢滲流模型的建立等方面[40-42]，這些研究的前提均視優(yōu)勢滲流通道的邊界為固定邊界，與實(shí)際條件下動(dòng)邊界的優(yōu)勢滲流過程出入較大，且對(duì)優(yōu)勢滲流與黃土優(yōu)勢通道之間的水土相互作用研究較少。

黃土的濕陷性是指黃土在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的性質(zhì)[43]。一般地，黃土潛蝕發(fā)育的地區(qū)普遍為強(qiáng)濕陷性黃土區(qū)，尤其是自重濕陷性黃土區(qū)黃土潛蝕發(fā)育程度明顯較高，因此，黃土的自重濕陷性是黃土潛蝕的直接土性因素[2-3,33-44]，除此以外，黃土的濕陷性還直接或間接影響著黃土的崩解和抗沖等特性[45]。當(dāng)前對(duì)黃土濕陷性與黃土潛蝕的區(qū)域分布相關(guān)性較為明確，但是濕陷性對(duì)陷穴、暗穴等空間形態(tài)發(fā)展的控制作用不明，濕陷性與黃土潛蝕速率量化之間的關(guān)系不明。

黃土的崩解性直接反映了黃土受侵蝕搬運(yùn)的難易程度，因此對(duì)黃土潛蝕的形成和發(fā)展速度也起著至關(guān)重要的作用[46-47]。近年來，李喜安等學(xué)者進(jìn)一步揭示了黃土的崩解性、濕陷性等水理性質(zhì)及侵蝕速率對(duì)黃土潛蝕的影響。研究表明，黃土試塊的崩解過程不是無限發(fā)展的，而是受浸水邊界的限制，即存在明顯的“邊界效應(yīng)”。通過不同數(shù)量棱邊柱體原位崩解試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)黃土崩解還具有明顯的“去棱邊效應(yīng)”，由于坡體內(nèi)部棱邊較少，“去棱邊效應(yīng)”較弱，可見崩解作用對(duì)坡體內(nèi)部潛蝕的影響并不大[48]。通過黃土洞穴侵蝕速率試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，黃土洞穴潛蝕過程中，會(huì)在洞穴中形成跌水侵蝕，坡度越小，跌水侵蝕的貢獻(xiàn)量越大[2]；由于黃土地層在垂向上呈現(xiàn)出古土壤—黃土交替出現(xiàn)的各向異性，且黃土、古土壤抗侵蝕性差別明顯，因此會(huì)形成差異性溯源侵蝕，從而加速洞穴潛蝕[2]；而黃土中沿節(jié)理裂隙的優(yōu)勢滲流不斷潛蝕，使得水流具有選擇性侵蝕，因此，決定了洞穴延伸方向在三維空間的頻繁變化[49-50]，但是由于當(dāng)前缺乏有效的土體內(nèi)部侵蝕觀測手段，導(dǎo)致對(duì)黃土內(nèi)部潛蝕過程研究極為不足。

黃土中優(yōu)勢滲流、濕陷性和崩解性等特性是黃土潛蝕發(fā)生的基礎(chǔ)條件之一。不同優(yōu)勢流類別對(duì)優(yōu)勢通道的作用差異巨大，例如膜狀流主要因自身波動(dòng)性對(duì)滲流通道產(chǎn)生差異性侵蝕，而徑流沖刷主要為勢能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，當(dāng)前對(duì)黃土優(yōu)勢滲流模式的分類及優(yōu)勢流對(duì)優(yōu)勢通道的侵蝕效應(yīng)尚不明確；濕陷性是黃土洞穴發(fā)育的關(guān)鍵因素，濕陷性對(duì)洞穴形態(tài)特征及擴(kuò)展規(guī)律具有怎樣的控制作用還不明確，更是缺少量化的評(píng)價(jià)方法；目前對(duì)于黃土試樣的崩解規(guī)律研究較為深入，黃土暗穴中積水后的原位崩解特征和崩解速率是尚待解決的難題，動(dòng)水環(huán)境下崩解與侵蝕速率之間的關(guān)系亟待解決。

2.2 優(yōu)勢滲流通道

黃土中的構(gòu)造節(jié)理、原生垂直節(jié)理、風(fēng)化裂隙以及卸荷裂隙等構(gòu)成了優(yōu)勢滲流通道，具有匯水、導(dǎo)水、排水通道的作用，對(duì)黃土潛蝕的形成起到了邊界控制作用，是黃土潛蝕形成和發(fā)展必備條件之一[33,51-57]。研究發(fā)現(xiàn)，黃土中優(yōu)勢滲流通道類別不同對(duì)地表水的下潛模式、優(yōu)勢流與優(yōu)勢通道的相互作用過程影響巨大[51-57]，因此很有必要對(duì)黃土中的優(yōu)勢入滲通道進(jìn)行分類。

目前關(guān)于黃土優(yōu)勢滲流通道的分類成果很多，分類依據(jù)主要有滲流規(guī)律和不同尺度，具體見表1。按照閉合狀態(tài)、水在裂隙中的滲透或運(yùn)移情況及裂隙兩側(cè)土體在受力后的相互影響程度的分類[18,58]，對(duì)研究裂隙性黃土的滲流規(guī)律和潛蝕機(jī)理研究具有重要意義。以入滲規(guī)律為主的分類體系[59-60]為進(jìn)一步研究通道中水土作用規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。從微觀、細(xì)觀和宏觀多個(gè)尺度對(duì)黃土中的優(yōu)勢滲流通道進(jìn)行分類[18]，為從多尺度揭示黃土潛蝕機(jī)理提供了有利條件。張宇[42]通過對(duì)不同開度、裂隙黃土濕潤鋒遷移形態(tài)、遷移深度寬度以及濕潤鋒遷移過程中的深度比值分析，對(duì)黃土節(jié)理的量化分類進(jìn)行了初步探索，但是他的實(shí)驗(yàn)節(jié)理開度范圍在0.63～5.04 mm，僅適用于5 mm 以內(nèi)的裂隙開度，對(duì)黃土潛蝕機(jī)理研究而言，還有必要對(duì)大開度節(jié)理裂隙的分類進(jìn)行深入探究。

表1 黃土優(yōu)勢滲流通道分類及特征表Table 1 Classification and characteristic table of dominant seepage channels in loess

目前，不同尺度下黃土優(yōu)勢通道的劃分未實(shí)現(xiàn)量化，也極少有優(yōu)勢通道與潛蝕作用之間量化關(guān)系的研究。黃土中的優(yōu)勢通道與巖體中的節(jié)理裂隙相比，最大的特點(diǎn)是黃土優(yōu)勢通道在優(yōu)勢流作用下其空間形態(tài)會(huì)發(fā)生不斷擴(kuò)寬延伸或局部堵塞，其結(jié)果是，優(yōu)勢通道要么不斷擴(kuò)寬演化為黃土洞穴，最終發(fā)生地面塌陷，要么因?yàn)橥ǖ纼?nèi)部塌陷造成通道局部堵塞，形成一定的水位，地下水不斷浸潤軟化通道側(cè)壁，受黃土濕陷、崩解等特性影響，通道空間進(jìn)一步擴(kuò)大，形成大面積的積水，最終導(dǎo)致滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。因此，未來對(duì)黃土優(yōu)勢滲流通道的分類需考慮建立動(dòng)態(tài)的、量化的分類體系，并在分類體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行黃土潛蝕作用機(jī)理的深入研究。

2.3 水動(dòng)力條件

水動(dòng)力作用是黃土潛蝕發(fā)生的動(dòng)力來源[3]，而黃土區(qū)地下水的動(dòng)力條件又僅受地表水的不同入滲模式的控制。

2.3.1 地表水入滲模式

地表水的不同入滲模式?jīng)Q定了黃土中優(yōu)勢流的動(dòng)力特性，影響著黃土潛蝕速率，控制著黃土潛蝕的成因機(jī)理，已有多位學(xué)者對(duì)黃土區(qū)地表水的入滲模式進(jìn)行了分類。根據(jù)地表水的入滲特征，可將黃土地區(qū)地表水的入滲模式分為四類[3,61]，其中與黃土潛蝕關(guān)系最為密切的優(yōu)勢入滲模式有：地表徑流集中灌入入滲模式、滲透重力水沿優(yōu)勢滲流通道集中入滲模式和混合灌滲入滲模式等三種模式。當(dāng)黃土地層中存在具備進(jìn)出口的徑流通道時(shí)，一般發(fā)生灌入下滲；當(dāng)下滲重力水沿優(yōu)勢通道集中而迅速下潛時(shí)，可視為集中入滲模式；而當(dāng)滲透重力水與徑流同時(shí)存在時(shí)，往往表現(xiàn)為混合入滲模式。張珊珊等[59-60]則將入滲模式分為均勻入滲、快速入滲和灌入入滲，這三種入滲模式分別對(duì)應(yīng)三類優(yōu)勢滲流通道（圖3）。

圖3 黃土入滲模式概念圖（據(jù)文獻(xiàn)[60]，有修改）Fig.3 Conceptual map of loess infiltration mode（modified from Ref.[60]）

黃土具有大孔隙、節(jié)理裂隙發(fā)育的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，且水敏性強(qiáng)，導(dǎo)致水滲入黃土中的途徑多樣，而不同的入滲模式又產(chǎn)生差異明顯的水動(dòng)力條件，導(dǎo)致黃土潛蝕過程中水動(dòng)力作用極為復(fù)雜。

2.3.2 水動(dòng)力作用與潛蝕類型劃分

地下水的侵蝕作用是黃土潛蝕的最直接動(dòng)力，控制著黃土潛蝕的形成。通常地下水與土體相互作用方式主要有物理作用、化學(xué)作用和力學(xué)作用（圖4）[62]。其中，控制黃土潛蝕機(jī)制的力學(xué)作用有：靜水壓力作用和動(dòng)水壓力作用。在靜水壓力作用下，黃土中的裂隙會(huì)發(fā)生擴(kuò)容變形，而在動(dòng)水壓力作用下，會(huì)對(duì)黃土節(jié)理面產(chǎn)生拖曳力和軟化黃土強(qiáng)度。地下徑流在優(yōu)勢滲流通道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)土顆粒施加一種體積力，在動(dòng)水壓力作用下可以使土體中的細(xì)顆粒物質(zhì)發(fā)生移動(dòng)，甚至被帶出土體以外，產(chǎn)生潛蝕而使土體破壞，據(jù)此，可以對(duì)黃土潛蝕的類型進(jìn)行分類。

圖4 水土相互作用圖Fig.4 The picture of water-soil interaction

李喜安等[2]將潛蝕作用分為機(jī)械潛蝕作用、化學(xué)溶蝕作用及搬運(yùn)作用等三類。化學(xué)潛蝕一般指地下一切以各種化學(xué)作用為主的侵蝕現(xiàn)象，以化學(xué)溶蝕為主。機(jī)械潛蝕是在地下徑流機(jī)械力作用下發(fā)生的潛蝕，包括在多孔介質(zhì)中的滲流作用下發(fā)生的潛蝕和以地下管流、洞穴流的水動(dòng)力沖刷作用為主的潛蝕。這一分類與常見的水土之間的相互作用類型劃分差異較大，概念比較模糊，適用性不強(qiáng)。文中根據(jù)水土之間的作用類型將黃土潛蝕劃分為：靜水潛蝕作用和動(dòng)水潛蝕作用。靜水潛蝕作用指在靜水條件下黃土發(fā)生的軟化崩解和濕陷等促使黃土結(jié)構(gòu)解體的潛蝕作用，包括物理潛蝕作用和化學(xué)潛蝕作用。而動(dòng)水潛蝕作用才是潛蝕發(fā)生的關(guān)鍵，它是指因動(dòng)水的沖刷、搬運(yùn)和沉積作用而發(fā)生的潛蝕。靜水潛蝕可以為動(dòng)水潛蝕提供物質(zhì)來源，而動(dòng)水潛蝕的沖刷、搬運(yùn)、堵塞沉積作用可以進(jìn)一步促進(jìn)靜水潛蝕作用的發(fā)生。

黃土潛蝕是地下水與黃土之間的復(fù)雜作用過程，以當(dāng)前的科技手段，很難實(shí)現(xiàn)全面考慮各種水土作用類型。如上文所述，黃土潛蝕過程中水是動(dòng)力來源，依據(jù)水土之間的不同力學(xué)作用對(duì)潛蝕類型進(jìn)行劃分，會(huì)大大簡化潛蝕機(jī)理的研究。

3 黃土潛蝕的形成機(jī)理

早期關(guān)于黃土潛蝕機(jī)理的研究主要根據(jù)潛蝕作用類型進(jìn)行定性解釋，包括：機(jī)械潛蝕[63-64]、化學(xué)潛蝕[28]和復(fù)合潛蝕[1]。王景明等[56]基于黃土構(gòu)造節(jié)理理論，進(jìn)一步發(fā)展了復(fù)合潛蝕成因觀點(diǎn)。該觀點(diǎn)認(rèn)為，黃土潛蝕的形成并不是單一的化學(xué)作用或物理作用，而是多種潛蝕作用復(fù)合的結(jié)果[31,46,64-66,]。

近年來，PENG[67]和WANG 等[44]學(xué)者從黃土強(qiáng)水敏性、優(yōu)勢滲流通道和地下水動(dòng)力作用類型等主控因素角度對(duì)潛蝕機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究表明，黃土的土性結(jié)構(gòu)和水敏特性是潛蝕發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，水動(dòng)力作用是潛蝕發(fā)生的根本源動(dòng)力，各種優(yōu)勢滲流通道為潛蝕發(fā)展過程中物質(zhì)運(yùn)移的通道[67]（圖2）。

未來揭示黃土潛蝕的形成機(jī)理，需厘清土、水和通道三者之間的耦合關(guān)系（圖5）。滲流通道決定了入滲水流的運(yùn)移模式，起到了匯水、導(dǎo)水和排水的關(guān)鍵作用，也是潛蝕發(fā)生的場所；在靜水和動(dòng)水潛蝕作用下，通道會(huì)不斷擴(kuò)展演化或堵塞，最終趨于穩(wěn)定；滲流通道附近的土性易受通道中水流的浸潤或沖刷作用，發(fā)生崩解、濕陷、軟化等，完整性降低，強(qiáng)度減小，最終導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生；而土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)約束著黃土的水理性質(zhì)，控制著黃土的抗侵蝕能力，因此對(duì)潛蝕速率有重要影響；另外，水動(dòng)力條件的變化也會(huì)造成土壤易溶鹽流失，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，影響土性。黃土潛蝕演化過程異常復(fù)雜，又由于發(fā)生在地下，難以直接對(duì)其進(jìn)行觀測，因此截至目前也未建立有效的黃土潛蝕的模式。鑒于此，文章提出未來大致的研究思路（圖6）。主要研究內(nèi)容有：①明確黃土潛蝕的主控因素，建立各主控因素的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)；②通過野外調(diào)查和室內(nèi)簡化的模型實(shí)驗(yàn)，總結(jié)和歸納黃土潛蝕的地質(zhì)演化模式，進(jìn)行階段劃分；③在提出地質(zhì)演化模式的基礎(chǔ)上，綜合利用水力學(xué)、土力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)原理等探索建立黃土潛蝕的水土力學(xué)耦合模型；④將已建立的力學(xué)模型應(yīng)用于解決重大黃土地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)理。

圖5 黃土-水-通道耦合關(guān)系圖Fig.5 The picture of Loess-water-channel coupling relationship

圖6 黃土潛蝕機(jī)理及其致災(zāi)效應(yīng)研究思路Fig.6 The study idea of loess subsurface-erosion mechanism and it’s hazard effects

黃土潛蝕最顯著的特征是其多發(fā)生在地表以下，而當(dāng)前缺乏有效的土體內(nèi)部侵蝕過程觀測手段，這嚴(yán)重制約著對(duì)黃土潛蝕機(jī)理的研究。因此，在未來研究中可以借助室內(nèi)模型試驗(yàn)的研究手段，將實(shí)際的三維潛蝕過程概化為二維的平面問題，在黃土（剖）面上模擬潛蝕過程，從而間接認(rèn)知土體潛蝕機(jī)理，以便于抽象概化出潛蝕的概念模式，最終實(shí)現(xiàn)潛蝕過程的物理數(shù)學(xué)量化建模，為未來預(yù)測潛蝕速率，研究黃土潛蝕的致災(zāi)效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

4 黃土潛蝕的致災(zāi)效應(yīng)

黃土潛蝕是一種常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象，同時(shí)還具有間接誘發(fā)或加劇崩塌、滑坡、地裂縫和泥流等災(zāi)害的災(zāi)害效應(yīng)[4,67-68]。筆者認(rèn)為，黃土潛蝕的災(zāi)害效應(yīng)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一，黃土潛蝕對(duì)單種地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)或加劇效應(yīng)；其二，黃土滲透潛蝕作為水源型黃土災(zāi)害鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[69]，對(duì)黃土地質(zhì)災(zāi)害成鏈所具有的鏈接效應(yīng)（圖7）。

圖7 黃土潛蝕的致災(zāi)效應(yīng)[67]Fig.7 Disaster effect of loess subsurface-erosion[67]

4.1 對(duì)單種地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)或加劇效應(yīng)

當(dāng)潛蝕洞穴為串珠狀分布時(shí)，具有很強(qiáng)的“排洞劈裂作用”，在劈裂作用下經(jīng)常造成黃土邊坡不同程度的崩塌，其中以串珠狀陷穴對(duì)邊坡的崩塌破壞最為嚴(yán)重[8,70]。黃土潛蝕與黃土滑坡在某些方面表現(xiàn)為互促關(guān)系[4]，黃土滑坡發(fā)生后滑體上的土體受拉剪等作用，完整性降低，易被水流滲透潛蝕[71-72]；而在天然斜坡中各類優(yōu)勢滲流通道的導(dǎo)水作用，會(huì)在地下形成徑流，不斷淘蝕斜坡內(nèi)部，同時(shí)改變坡體內(nèi)部水文條件[73]，軟化土體，降低坡體整體穩(wěn)定性[74]，引發(fā)滑坡災(zāi)害[13,75]。黃土潛蝕對(duì)黃土泥流也具有極其重要的作用，黃土崩塌、滑坡等災(zāi)害形成的堆積體經(jīng)過潛蝕作用的解體搬運(yùn)，為黃土泥流提供了充足的物源；而黃土潛蝕通道一般為徑流匯集區(qū)，潛蝕通道中的徑流為黃土泥流的發(fā)生提供了充足的水動(dòng)力[19,69,76]。黃土地區(qū)地裂縫的發(fā)育與黃土洞穴潛蝕也呈現(xiàn)出互為因果的關(guān)系[4,77]。

目前，對(duì)黃土潛蝕誘發(fā)或加劇單種地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)理研究較多，但是當(dāng)前研究手段單一，多數(shù)還停留在概念模型的定性分析方面；潛蝕作用對(duì)黃土斜坡水文連通性、坡體內(nèi)部水文地質(zhì)條件、黃土強(qiáng)度的影響尚待進(jìn)一步深入研究；受觀測手段限制，老滑坡體中潛蝕作用的演化過程仍是亟待解決的科學(xué)難題；未來需考慮進(jìn)行大規(guī)模的原位潛蝕試驗(yàn)，開發(fā)有效的坡體內(nèi)部潛蝕過程監(jiān)測儀器，進(jìn)一步揭示潛蝕與各類黃土地質(zhì)災(zāi)害之間的關(guān)系。

4.2 對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈的鏈接效應(yīng)

地質(zhì)災(zāi)害往往表現(xiàn)出鏈生性，即由成因上相互關(guān)聯(lián)，時(shí)間上有先后順序，空間上彼此相依，并呈線性分布的一系列地質(zhì)災(zāi)害體組成，呈連鎖反應(yīng)并依次出現(xiàn)的幾種地質(zhì)災(zāi)害所組成的鏈?zhǔn)綖?zāi)害結(jié)構(gòu)，叫做災(zāi)害鏈[78-81]。黃土潛蝕對(duì)黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈的鏈接效應(yīng)表現(xiàn)為：降雨或灌溉條件下，必然引起黃土體內(nèi)部的滲透潛蝕，隨著黃土體內(nèi)部濕陷的加劇，導(dǎo)致地表出現(xiàn)裂縫；裂縫在地表擴(kuò)展或在土體內(nèi)部進(jìn)一步發(fā)育，形成軟弱面，最終導(dǎo)致黃土崩塌或滑坡；在水源充足的條件下，崩塌滑坡體作為泥流物源，被沖刷輸移至流域下游[5]，潛蝕作用導(dǎo)致的老滑坡轉(zhuǎn)化為泥流如圖8所示。

圖8 潛蝕引發(fā)黃土泥流Fig.8 Loess mudflow is initiated by subsurface-erosion

HU 等[5]結(jié)合野外調(diào)查，將黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈過程典型的演化模型分為六個(gè)階段，即初始邊坡階段、早期洞穴階段、洞穴加速侵蝕階段、洞穴連接階段、滑坡蠕動(dòng)階段和堰塞壩形成階段。通過占主導(dǎo)地位的黃土潛蝕，將土壤侵蝕、洞穴發(fā)育、地下水運(yùn)動(dòng)、河流侵蝕、坡體蠕變、滑坡發(fā)生、堰塞壩形成等自然地表過程有機(jī)地聯(lián)系在一起，形成了黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈[82]。文獻(xiàn)[67]指出在災(zāi)害鏈演化過程中，災(zāi)害體的物質(zhì)及能量逐漸增大，最終表現(xiàn)為災(zāi)害鏈產(chǎn)生過程中放大效應(yīng)。黃土地區(qū)地下水的潛蝕作用作為地質(zhì)災(zāi)害鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，隨著土體內(nèi)部潛蝕的不斷推進(jìn)，地下水與塌落的土體混為一體演變?yōu)辄S土泥流，規(guī)模和動(dòng)能增大，很有可能也存在放大效應(yīng)，這一點(diǎn)有待進(jìn)一步證實(shí)。

5 結(jié)論及展望

（1）文章梳理了黃土潛蝕的基本概念、分析了黃土潛蝕三大主控因素、闡述了黃土潛蝕機(jī)理研究現(xiàn)狀。結(jié)果表明，黃土潛蝕的本質(zhì)是地下水與黃土結(jié)構(gòu)面之間的互饋?zhàn)饔?，黃土特殊的土性是潛蝕發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)；黃土中的節(jié)理裂隙為潛蝕發(fā)生提供了場所和物質(zhì)輸送通道；地下水是黃土潛蝕發(fā)生的最直接動(dòng)力；根據(jù)水土相互作用機(jī)理，可將潛蝕分為靜水潛蝕作用和動(dòng)水潛蝕作用。黃土潛蝕的致災(zāi)效應(yīng)主要表現(xiàn)為對(duì)單種災(zāi)害的誘發(fā)或加劇效應(yīng)、災(zāi)害鏈生成過程中的鏈接效應(yīng)和災(zāi)害鏈演化過程中的放大效應(yīng)。

（2）雖然我國學(xué)者高度重視黃土潛蝕問題的研究，取得了突出的成果，但也存在許多不足。如：目前關(guān)于黃土潛蝕的影響因素研究不夠深入；研究過程中往往將黃土裂隙中的滲流規(guī)律和潛蝕機(jī)理研究割裂，事實(shí)上這兩者之間是相互作用相互影響的統(tǒng)一體系；土性、通道與水力條件之間的復(fù)雜耦合機(jī)制，仍是亟待研究的科學(xué)問題；黃土潛蝕對(duì)單種災(zāi)害的誘發(fā)或加劇效應(yīng)，對(duì)災(zāi)害鏈的鏈接效應(yīng)以及放大效應(yīng)等亟需不斷深入；另外，當(dāng)前缺乏有效的土體內(nèi)部潛蝕過程觀測裝備，鮮有在室內(nèi)直接模擬黃土潛蝕的模型實(shí)驗(yàn)。

（3）黃土潛蝕問題未來研究應(yīng)從以下4 個(gè)方面著手。①明確黃土潛蝕的主控因素，建立各種主控因素的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)；②通過野外調(diào)查和室內(nèi)簡化的模型實(shí)驗(yàn)，總結(jié)和歸納黃土潛蝕的地質(zhì)演化模式，進(jìn)行階段劃分；③在提出地質(zhì)演化模式的基礎(chǔ)上，綜合利用水力學(xué)、土力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)原理等探索建立黃土潛蝕的水土力學(xué)耦合模型；④將已建立的力學(xué)模型應(yīng)用于解決重大黃土地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理。