對(duì)水致黃土斜坡破壞模式及穩(wěn)定性分析原則的思考

李同錄，李穎喆，趙丹旗，胡向陽，李 萍

（1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西 西安 710054；2.黃土高原水循環(huán)與地質(zhì)環(huán)境教育部野外科學(xué)觀測(cè)研究站,甘肅 正寧 745399；3.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710065）

0 引言

斜坡破壞是黃土地區(qū)最常見的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象。一方面溝豁縱橫的黃土地貌成為自然和工程高陡斜坡最為集中的區(qū)域；另一方面黃土疏松的結(jié)構(gòu)使其工程性質(zhì)性十分脆弱，在各種營(yíng)力作用下容易破壞。降雨、地震、水庫(kù)浸沒、河流侵蝕等自然因素；農(nóng)田灌溉、坡腳開挖、坡頂加載、采礦等人為因素作用，都可能誘發(fā)其破壞[1]。在這些影響因素中，水是最敏感的因素，其中降雨和農(nóng)業(yè)灌溉引起的斜坡破壞最為普遍。一般來說，降雨誘發(fā)的一般為淺層斜坡破壞，伴隨降雨過程發(fā)生[2]。灌溉一般在臺(tái)塬平坦的頂部，受地形條件限制，很少影響到邊緣斜坡淺層，但會(huì)引起地下水位上升，誘發(fā)深層滑移[3]，滑坡可能在灌溉數(shù)年到數(shù)十年以后才發(fā)生。

針對(duì)降雨引起的淺層滑坡和灌溉引起的深層滑坡有大量的研究報(bào)道，取得了豐碩的成果[4?7]。但對(duì)黃土斜坡而言，有一定的特殊性，如降雨引起淺層黃土滑坡和地下水沒有水力聯(lián)系；而深層滑坡和降雨又有沒有直接聯(lián)系。另一方面，人們基于常規(guī)應(yīng)力路徑下的抗剪強(qiáng)度對(duì)斜坡穩(wěn)定性分析較多，較少考慮其實(shí)際應(yīng)力路徑和相應(yīng)抗剪強(qiáng)度。文中主要針對(duì)這些特殊情形進(jìn)行分析，因?yàn)楦鞣N坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法已經(jīng)很成熟，這里不涉及具體方法，只探討一些原則性問題。

1 降雨誘發(fā)斜坡淺層破壞模式及評(píng)價(jià)原則

降雨誘發(fā)的淺層斜坡破壞因坡度不同分為三種模式，一種是直立邊坡坡腳崩塌，由毛細(xì)水上升引起；二是直立邊坡坡頂滑塌，是降雨下滲引起；第三種是陡傾斜坡淺層滑移，也是降雨坡面直接入滲引起。

1.1 直立邊坡坡腳崩塌

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高度較低的黃土邊坡，如坡高不大于15 m 的直立坡比斜坡更穩(wěn)定，直立坡立面在降雨時(shí)淋不到雨水，黃土保持干燥狀態(tài)，具有較高的強(qiáng)度；而較陡斜坡由于坡面滲水而更容易滑移。但是直立坡的坡腳和坡頂由于浸水容易破壞。坡腳破壞是由于毛細(xì)水上升引起的。坡腳的平地接受降雨，毛細(xì)水則順坡腳向上爬升。毛細(xì)上升高度和降雨持時(shí)與土的性質(zhì)有關(guān)[8]。我們?cè)陔]東陜甘交界處，2021年秋50 余天斷續(xù)降雨后，野外測(cè)得馬蘭黃土毛細(xì)上升最大高度為1.5 m。這種崩塌一般發(fā)生在周圍被垂直節(jié)理切割，與斜坡母體割離的黃土柱中。多數(shù)直立斜坡的黃土是一個(gè)整體，干黃土強(qiáng)度高，黏結(jié)力足以克服坡腳強(qiáng)度降低所喪失的支撐力。因此，這類崩塌在野外見到的比較少，即使發(fā)生，規(guī)模較小，崩塌高度多為5～10 m，較高邊坡一般不是從頂?shù)降渍w崩塌，而是從坡中拉裂，下面部分塌落,主要發(fā)生在公路側(cè)緣人工斜坡上。圖1（a）為陜西黃陵至寇家河村道邊的直立邊坡，可以看出，在干燥狀態(tài)下，12 m 高的直立坡可以穩(wěn)定。降雨時(shí)自坡頂下來的落水沖刷，并使排水渠的水溢出，浸濕了坡腳，自下而上的垂直裂隙切割，形成孤立塊體，邊坡自頂向下崩塌。圖1（b）為另一處小崩塌，直立邊坡高8.0 m，干燥時(shí)很穩(wěn)定，坡腳被毛細(xì)水浸濕，邊坡下半部拉裂崩塌，頂部仍然穩(wěn)定。

圖1 人工直立邊坡由于坡腳毛細(xì)水上升引起的崩塌Fig.1 Collapses cased by capillary rising at the foot of vertical cutting slopes

毛細(xì)水浸濕部分的黃土可以認(rèn)為是接近飽和的，這部分土的應(yīng)力狀態(tài)可概化為單軸受壓，用飽和單軸抗壓強(qiáng)度和上覆自重判定其穩(wěn)定性。黃土的飽和單軸抗壓強(qiáng)度很低，隴東取的馬蘭黃土試樣測(cè)得其飽和單軸抗壓強(qiáng)度在30～40 kPa[9]，馬蘭黃土的飽和重度一般為18.0 kN/m3左右，該強(qiáng)度能夠支撐的黃土直立高度為1.5～2.5 m。

1.2 直立邊坡頂部小型滑塌

直立邊坡的小型滑塌發(fā)生在坡頂，坡頂直接被降雨浸濕，濕潤(rùn)鋒以上部分接近飽和，沿濕潤(rùn)鋒向臨空面剪出，掉落到坡腳。而濕潤(rùn)鋒以下的黃土立面處于干燥狀態(tài)，具有很高的穩(wěn)定性。這類滑塌規(guī)模小，一般數(shù)方到數(shù)十方，淹埋坡腳的排水渠和部分路面，不會(huì)造成大的災(zāi)害。然而黃土地區(qū)植被發(fā)育，公路沿線坡頂?shù)臉淠倦S滑塌倒下，阻斷道路，影響交通。

2021年10月初降雨期間，我們對(duì)G211 國(guó)道在店子河兩側(cè)路段進(jìn)行了調(diào)查，在10 km 路段內(nèi)，共發(fā)生這類小型滑塌50 多處，滑塌體填埋路邊排水渠，并未阻斷道路，但倒下的大樹擋住道路，形成高密度致災(zāi)點(diǎn)，使該段國(guó)道封閉兩個(gè)星期。從直立斜坡剖面上可見濕潤(rùn)鋒的深度在1.5～2.0 m，剪出口距坡頂在2 m 以內(nèi)，滑動(dòng)面約30°～35°，可見其規(guī)模不大，但數(shù)量多，有一定致災(zāi)性。圖2（a）為店子河村窯洞開挖在直立邊坡上，坡高6 m，窯洞洞頂高3 m，跨度3 m，上覆土層3 m。可以看出，黃土在干燥情況下，窯洞和邊坡都穩(wěn)定。這次降雨導(dǎo)致頂部1.5 m 的土層浸濕，窯洞頂部被浸濕的部分外側(cè)邊坡滑塌，下部干燥部分邊坡和其中的窯洞仍是穩(wěn)定的。圖2（b）為G211 K506+190 m 處的一個(gè)直立邊坡，坡高7.7 m，坡頂被浸濕的部分隨樹一起滑下，樹阻斷道路，下部干燥部分穩(wěn)定。

圖2 直立斜坡頂部的小型滑塌Fig.2 The small collapses occurring on the top of vertical slopes

該類滑塌是先滑移，再垂直下落，為典型的滑塌類型。我們采樣用固結(jié)慢剪試驗(yàn)測(cè)得重塑黃土有效內(nèi)摩擦角為30°，黏聚力為0[10]。坡頂?shù)脑瓲铧S土雖然接近飽和，其中的水分屬于懸掛毛細(xì)水，具有一定的基質(zhì)吸力，相應(yīng)可產(chǎn)生一定的黏聚力，這與其剪出面傾角30°～35°較為吻合。

1.3 陡傾斜坡淺層滑移

黃土地區(qū)降雨持時(shí)超過一定時(shí)間，則會(huì)引發(fā)大范圍大面積淺層滑移。圖3（a）為2013年7月陜北地區(qū)連續(xù)降雨引起的黃土梁區(qū)大范圍淺層滑移；圖3（b）為2021年8月至10月隴東陜甘邊界地區(qū)50 余天斷斷續(xù)續(xù)降雨后，黃土塬邊溝谷中大面積淺層滑移?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，這類淺層滑移發(fā)生在坡度35°～75°的斜坡上，低于35°的斜坡很少滑移，坡度大于75°則以崩塌的形式破壞。淺層滑移的厚度相當(dāng)于濕潤(rùn)鋒的深度，一般不超過2 m。該類滑坡大多轉(zhuǎn)化為流態(tài)或泥流，順坡滑移較遠(yuǎn)的距離。若發(fā)生在道路邊坡上，則淹埋道路，影響交通。如圖4（a）為G211 國(guó)道K504+670 m～ K504+780 m處發(fā)生的一處淺層滑坡，斜坡坡度39°，坡高70 m,滑體寬度110 m，厚度1.5～2.0 m?；w掉落在國(guó)道上，淹埋路面，可以看出，滑體已轉(zhuǎn)化為流態(tài)，如圖4（b）所示。

圖3 伴隨降雨發(fā)生的大面積淺層滑移Fig.3 The shallow slides occurring in the raining period

圖4 G211 國(guó)道K504+670 m—K504+780 m 處的淺層滑坡Fig.4 The shallow slide occurring on the highway G211 K504+670 m—K504+780 m

該類滑坡是由于降雨入滲，濕潤(rùn)鋒下移，黃土強(qiáng)度降低所致。降雨加載對(duì)斜坡穩(wěn)定性不敏感，強(qiáng)度衰減是主要原因。該類斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)可采用無限邊坡模型，滑體厚度等于濕潤(rùn)鋒的深度。對(duì)其浸濕黃土的含水率測(cè)試結(jié)果表明，其飽和度一般在85%～90%，不完全飽和，重度取飽和重度對(duì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果影響不大，但對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的取值需要注意。

淺層浸濕的黃土和地下水沒有水力聯(lián)系，其水分屬于懸掛毛細(xì)水，沒有正的孔隙水壓力，僅有較小的負(fù)孔隙水壓力，即基質(zhì)吸力。初始狀態(tài)為較干的黃土?xí)r，其中有很低的負(fù)孔隙水壓力（高吸力），降雨入滲淺層土的含水率增高，孔隙水壓力也增加（基質(zhì)吸力降低），這一點(diǎn)和飽和土的邏輯是一致的，當(dāng)土完全飽和時(shí)，其孔隙水壓力升高到0，同時(shí)基質(zhì)吸力也降低到0。

Vanapalli 等[11]指出，當(dāng)非飽和土含水率在進(jìn)氣值到飽和之間時(shí)，其吸力產(chǎn)生的摩擦角φb和有效內(nèi)摩擦角φ′相等，此時(shí)非飽和強(qiáng)度退化為飽和強(qiáng)度。因此該類斜坡破壞時(shí)的強(qiáng)度參數(shù)按飽和時(shí)測(cè)得的有效強(qiáng)度參數(shù)取值。

黃土顆粒均勻，其有效內(nèi)摩擦角比較穩(wěn)定，如上所述，我們對(duì)重塑黃土慢剪試驗(yàn)測(cè)得的有效內(nèi)摩擦角約為30°[10]。調(diào)查表明，淺層滑移發(fā)生在35°以上斜坡，考慮毛細(xì)飽和的原狀黃土有一定的基質(zhì)吸力（黏聚力），實(shí)測(cè)參數(shù)和實(shí)際情況比較吻合。

大多淺層滑移轉(zhuǎn)化為流動(dòng)性滑坡，這是其破壞后剪切滑移所引起。淺層馬蘭黃土結(jié)構(gòu)疏松，斜坡在剪切滑移過程中發(fā)生剪縮，瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的孔隙水壓力。我們對(duì)流動(dòng)性滑坡滑體和滑床物理參數(shù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黃土的飽和含水率大于液限時(shí)，一旦擾動(dòng)，則會(huì)由固態(tài)轉(zhuǎn)化為流態(tài)。對(duì)該調(diào)查點(diǎn)淺層滑坡附近原狀土的本物理指標(biāo)測(cè)定表明，其飽和含水率為34.5%，而液限為33.6%，可見該飽和黃土可以轉(zhuǎn)化泥流。

該類滑坡破壞前應(yīng)力改變很小。強(qiáng)度參數(shù)中，基質(zhì)吸力對(duì)有效摩擦角影響不大，但會(huì)使有效黏聚力大幅減小。斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)依然用有效強(qiáng)度參數(shù)。滑坡破壞的瞬間，導(dǎo)致孔隙水壓力上升，黏聚力和摩擦強(qiáng)度都會(huì)降低，滑坡轉(zhuǎn)為流態(tài)，因此破壞后的運(yùn)動(dòng)學(xué)過程可近似采用固結(jié)快剪或三軸總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。滑體厚度不足2 m，試驗(yàn)正應(yīng)力控制在50 kPa 以內(nèi)，圍壓控制在30 kPa以內(nèi)。

該類斜坡植被的影響也是值得注意的問題。自20世紀(jì)末退耕還林以來，黃土地區(qū)植被恢復(fù)良好，主要樹種為刺槐、國(guó)槐、椿樹等喬木和沙棘、酸棗和檸條等灌木。對(duì)2013年陜北和2021年隴東大面積滑坡調(diào)查發(fā)現(xiàn)，樹木茂密的斜坡更易滑動(dòng)，而種植藤類植物的人工斜坡破壞相對(duì)較少。坡頂滑塌和淺層滑移使大量的樹連根被拔起，對(duì)植物根系觀察測(cè)量發(fā)現(xiàn)，樹根很少被剪斷，多是根土一起滑下?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)滑下的樹根統(tǒng)計(jì)表明，根密集發(fā)育段的深度一般在0.8～1.2 m，以下只有零星主根末端被拔斷。根系的抗剪和抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)大于散粒土，因此只要濕潤(rùn)鋒在主根系以上，即使很陡的坡也不易滑動(dòng)；一旦進(jìn)入濕潤(rùn)鋒以下，根系的錨固作用消失，而樹本身有加載作用。對(duì)于深層滑坡，這種作用微不足道；而淺層滑坡，這種作用占到下滑力的很大一部分，此時(shí)有植被比沒有植被更容易滑。2013年陜北和2021年隴東降雨后測(cè)得的濕潤(rùn)鋒深度為1.5～2.0 m，低于主根系深度。

由此可見，植被對(duì)淺層滑坡具有雙重的作用，當(dāng)濕潤(rùn)鋒高于主根系底界時(shí)，根系錨固有穩(wěn)定斜坡的作用；濕潤(rùn)鋒低于主根系底界時(shí)，錨固作用消失，斜坡更容易滑動(dòng)[12?15]。濕潤(rùn)鋒深度取決于降雨持續(xù)時(shí)間，一般降雨濕潤(rùn)鋒深度不足1 m，遇到較為罕見的極端降雨，則誘發(fā)大量淺層滑坡。

2 灌溉引起的深層滑坡

黃土深層滑坡和地下水位抬升有直接關(guān)系。自然環(huán)境下，黃土中的地下水補(bǔ)給和排泄已經(jīng)形成了動(dòng)態(tài)平衡，地下水位在短期內(nèi)浮動(dòng)很小。只有人工灌溉區(qū)才可能引起地下水的大幅上升。目前，黃土地區(qū)最活躍的三個(gè)滑坡帶，即陜西渭惠渠穿過的寶雞—長(zhǎng)興滑坡帶、涇陽南塬灌區(qū)北緣滑坡帶[16]、甘肅黑方臺(tái)灌區(qū)周緣滑坡帶[17]都和灌溉有關(guān)。寶雞—長(zhǎng)興滑坡帶是渭惠渠從寶雞北塬的斜坡中部穿過，20世紀(jì)70年代引水渠通水后，渠底漏水，引發(fā)了170 余處深層滑坡。涇陽南塬滑坡帶是渭惠渠的末端灌區(qū)，自20世紀(jì)70年代開始灌溉，塬上的地下水位上升超過20 m，在渭河南岸的塬邊形成了多于50 處滑坡。甘肅黑方臺(tái)周緣滑坡帶也是20世紀(jì)60年代末開始，抽取黃河水在臺(tái)塬頂灌溉，2 個(gè)沒有地下水的旱臺(tái)，目前地下水位上升多于20 m，臺(tái)塬周緣發(fā)生多于70 處滑坡[18]。

灌溉引起的深層黃土滑坡主要是由于地下水位上升引起。間歇性的灌溉和間歇性降雨在黃土中的入滲特點(diǎn)是相同的。灌溉形成的濕潤(rùn)鋒比降雨的深，但相對(duì)黃土厚度還是很淺。黑方臺(tái)地區(qū)大水漫灌，濕潤(rùn)鋒深度最大到4 m[19]，灌溉時(shí)濕潤(rùn)鋒以上土層接近飽和，隨停和灌而發(fā)生干濕變化，其中滲流的性質(zhì)為瞬態(tài)流。濕潤(rùn)鋒以下土層含水率急劇降低，在灌溉持續(xù)多年后，則形成一種穩(wěn)定態(tài)，含水率不隨時(shí)間變化，上面的順態(tài)流過渡為穩(wěn)定流，并持續(xù)補(bǔ)給地下水[20?22]。

斜坡由初始的穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展到不穩(wěn)定，是應(yīng)力和強(qiáng)度隨邊界條件發(fā)生改變所致。灌溉引起斜坡應(yīng)力和強(qiáng)度發(fā)生了以下三方面的改變：一是水的加載作用。灌溉水增加了斜坡的垂直荷載，改變了斜坡中的應(yīng)力；二是降低了黃土的非飽和強(qiáng)度，灌溉不僅使?jié)駶?rùn)鋒以上黃土接近飽和，而且使?jié)駶?rùn)鋒以下的剖面含水率提高，水位以上部分黃土基質(zhì)吸力降低，表現(xiàn)在宏觀強(qiáng)度參數(shù)上是黏聚力的減??；三是提高了孔隙水壓力，降低了飽和土的強(qiáng)度。灌溉改變了原有的水文平衡，使地下水位持續(xù)抬升，以達(dá)到新的補(bǔ)排平衡，水位抬升，導(dǎo)致水位以下坡體孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力降低。以上三方面的變化中，第一方面對(duì)斜坡穩(wěn)定性最不敏感，因?yàn)楹奢d增量不大，荷載增加同時(shí)增加了抗滑力和下滑力。第二方面有一定影響，但不顯著，對(duì)于深層滑坡來講，黏聚力對(duì)抗滑力的貢獻(xiàn)比摩擦角小得多。因此，這類滑坡最主要的原因是第三方面，即地下水位抬升。

即使地表大水漫灌，地表水穿過厚層非飽和黃土使地下水位抬升也是一個(gè)緩慢的過程。其在p-q（平均應(yīng)力-偏應(yīng)力）坐標(biāo)下的應(yīng)力路徑是剪應(yīng)力基本不變，孔隙水壓力升高引起有效應(yīng)力降低的過程。如圖5 為一組馬蘭黃土（CSD-1、CSD-2、CSD-3）試樣孔隙水壓力上升引起破壞的應(yīng)力路徑及平均應(yīng)力與軸應(yīng)變的關(guān)系。由于現(xiàn)場(chǎng)取樣將原位應(yīng)力釋放，先將土樣固結(jié)恢復(fù)到原位初始應(yīng)力狀態(tài)。以試樣CSD-3 為例，圖中的B3為土樣的初始應(yīng)力狀態(tài)，B3-D3段為常剪應(yīng)力剪切階段，偏應(yīng)力不變，增加孔壓，平均有效應(yīng)力減小，應(yīng)力路徑水平左移達(dá)到破壞線?？梢钥闯鯟′3為?a-p′曲線上軸應(yīng)變加速的起點(diǎn)，以此為界將常剪應(yīng)力剪切階段分為兩段。B3-C3段，隨著孔壓增大，試樣仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，幾乎沒有產(chǎn)生軸向變形。C3-D3段，軸向變形加速發(fā)展,試驗(yàn)過程中可觀察到試樣中部開始鼓脹。CSD-1、CSD-2、CSD-3 在Di（i=1,2,3）點(diǎn)的應(yīng)變分別為10.3%、15.4%、16.4%。D3-E3段為破壞階段，偏應(yīng)力不能維持不變的狀態(tài)，沿破壞線下降。該階段軸向變形失控，突然增長(zhǎng)，試樣快速破壞。由于孔壓升高路徑下偏應(yīng)力為常數(shù)，因此取?a-p′曲線加速點(diǎn)C'i對(duì)應(yīng)的有效平均有效應(yīng)力點(diǎn)Ci為等效峰值應(yīng)力點(diǎn)，其連線即為CSD 路徑的等效峰值破壞線；取失穩(wěn)下降點(diǎn)Di為殘余破壞點(diǎn)，從而確定殘余破壞線的位置。

圖5 CSD 試驗(yàn)應(yīng)力路徑q、軸應(yīng)變? a-平均有效應(yīng)力p′ 曲線Fig.5 Stress path of constant shear drained(CSD) tests、?a- p′ curves

由于破壞前孔壓上升過程很緩慢，并且是靜水壓力，在發(fā)生顯著破壞前，不會(huì)產(chǎn)生超孔隙水壓力，因此這類斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，水位以下部分應(yīng)采用有效峰值抗剪強(qiáng)度參數(shù)，應(yīng)力也采用有效應(yīng)力。具體來說，地下水位以下部分，采用飽和重度、有效黏聚力和有效內(nèi)摩擦角，滑動(dòng)面上的采用有效正應(yīng)力正應(yīng)力。地下水位到濕潤(rùn)鋒之間，含水率隨時(shí)間變化小，采用天然重度和相應(yīng)含水率下的有效黏聚力和有效內(nèi)摩擦角。該層土為非飽和帶，存在基質(zhì)吸力，即負(fù)孔壓，基質(zhì)產(chǎn)生的抗剪強(qiáng)度相當(dāng)于相應(yīng)含水率下的有效黏聚力，因此用相應(yīng)含水率的常規(guī)的慢剪或固結(jié)排水（氣）剪試驗(yàn)測(cè)得的強(qiáng)度參數(shù)包含了吸力的影響。濕潤(rùn)鋒以上含水率隨時(shí)間是變化的，按最不利的情況取飽和重度及有效黏聚力和有效內(nèi)摩擦角。該層土在降雨時(shí)也不全飽和，屬于毛細(xì)懸掛水，孔隙水壓力為負(fù)，因其值很小，孔壓可以取0，重度近似取飽和重度。

3 討論

如上所述，降雨誘發(fā)的一般是淺層滑坡，而灌溉引起地下水位上升誘發(fā)的是深層滑坡。這是由于黃土沉積過程非常緩慢，在此過程中，降雨垂直補(bǔ)給和側(cè)向泉水排泄已形成一種平衡，若沒有人為抽取或灌溉補(bǔ)給地下水，自然條件下地下水位是相對(duì)穩(wěn)定的。圖6 統(tǒng)計(jì)了1983年至今黃土地區(qū)大型深層滑坡和黃土高原中部延安地區(qū)的月降雨統(tǒng)計(jì)，可以看出深層滑坡各個(gè)月份都有分布，主要集中在春季和秋后，并不是在降雨最集中的月份，深層滑坡和降雨也沒有直接關(guān)聯(lián)。灌溉打破了地下水補(bǔ)給與排泄的平衡，引起地下水位上升，以建立新的平衡。如果新的平衡水位高于斜坡臨界地下水位，在達(dá)到平衡之前，就會(huì)引起滑坡。

圖6 黃土高原深層滑坡與降雨月對(duì)應(yīng)關(guān)系（1983—2020年）Fig.6 The number of deep-seated landslide and the precipitation monthly on the Chinese loess plateau（1983—2020）

根據(jù)以上分析，黃土滑坡氣象預(yù)警，只適用于淺層滑坡。而且降雨序列不能限定在一次或幾次短期降雨，從陜北和隴東兩次大面積淺層滑坡前的降雨情況看，至少要考慮30 天以上的降雨序列。對(duì)深層黃土滑坡做氣象預(yù)警是沒有意義的，即便是個(gè)別深層滑坡發(fā)生在降雨期間，也可能是巧合。深層滑坡預(yù)警應(yīng)基于地下水位監(jiān)測(cè)，將地下水參數(shù)用于傳統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法，建立預(yù)警模型。

目前，在灌溉引起的深層滑坡中，有大量流動(dòng)性滑坡，黑方臺(tái)和涇陽南塬滑坡帶最為集中，寶雞—常興滑坡帶也有這類滑坡。一些學(xué)者把靜態(tài)液化的概念引入到流動(dòng)性滑坡中，認(rèn)為這種流動(dòng)性滑坡是由靜態(tài)液化引起[23?25]。靜態(tài)液化的本來是相對(duì)震動(dòng)液化提出來的，是指施加靜載的過程中，由于孔隙水壓力來不及排出，產(chǎn)生超孔隙水壓力，導(dǎo)致土體出現(xiàn)類似流態(tài)的破壞。然而，灌溉引起滑坡的過程并沒有加載，孔隙水壓力在破壞前是一個(gè)緩慢積累的過程，所謂的液化是破壞后才發(fā)生的。這類斜坡在破壞后，因滑體和滑床物質(zhì)及水文條件的差異，表現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)形式，其中包括了流動(dòng)性滑坡。Sassa[26]通過理論分析和試驗(yàn)，將滑坡破壞后運(yùn)動(dòng)中的孔隙水壓力分為三種情況。一種是飽和滑體在不透水的滑床上運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)面上的孔隙水壓力決定于滑體中的孔壓，滑床既不產(chǎn)生孔壓，也不消散孔壓；第二種是飽和滑體在飽和滑床上運(yùn)動(dòng)，滑床會(huì)形成超孔隙水壓力高于滑體，滑坡剪切帶發(fā)生在滑床中；第三種為飽和滑體在非飽和的滑床上運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)過程中滑體孔隙水壓力消散，剪切發(fā)生在滑體中。地下水位引起的深層黃土滑坡中，這三種情況都有發(fā)生。第一種情況發(fā)生在黃土滑坡沿第三系泥巖或更老的基巖頂面滑動(dòng)，如寶雞—常興滑坡帶的臥龍寺滑坡，這類滑坡速度緩慢，或滑滑停停。第二種情況以涇陽南塬滑坡群最為典型，黃土斜坡坡腳以外為平坦的涇河一級(jí)階地，滑坡發(fā)生時(shí)，黃土并沒有液化，黃土滑坡巨大的勢(shì)能沖擊到前緣階地上，導(dǎo)致階地上的砂卵石液化，發(fā)生遠(yuǎn)程滑移。液化發(fā)生在滑床上，而不是滑體中，更不是靜態(tài)液化（圖7）。第三種情況以黑方臺(tái)的流動(dòng)性滑坡坡群最為典型。該處為黃河三級(jí)階地，基底為白堊系砂泥巖，上覆卵石層和一厚層黏土夾粉土層，頂部為20～40 m 的馬蘭黃土。這類滑坡開始滑動(dòng)后，疏松飽和的馬蘭黃土因剪縮而形成超孔隙水壓力發(fā)生液化，液化的滑體轉(zhuǎn)化為流態(tài)。但黃土下面的斜坡為干燥堅(jiān)硬的泥巖，飽和滑體遇到干燥的坡面，孔隙水壓力迅速消散，甚形成負(fù)孔壓，因此部分滑體一路殘留斜坡表面，部分滑至坡底（圖8）。這類滑坡與第二類不同的是，液化發(fā)生在滑體中，滑移面也在滑體中。陜西華縣高爐村滑坡也屬于這種情形，只是滑床為干燥的黃土溝谷。

圖7 一級(jí)階地滑床飽和砂卵石層液化（涇陽南塬北坡形成的滑坡群）Fig.7 Liquefaction occurring in the saturated sands and pebbles of the first terrace of the sliding path（Landslide group on the north side of the South Jingyang loess highland）

圖8 黃土滑體液化（黑方臺(tái)黃土臺(tái)塬頂部灌溉在鹽鍋峽鎮(zhèn)一側(cè)形成的滑坡群）Fig.8 Liquefaction occurring in the saturated loess sliding mass（Landslide group on the Yanguoxia town side of Heifangtai highland ）

涇陽南塬高速遠(yuǎn)程滑坡和黑方臺(tái)流動(dòng)性滑坡，成為靜態(tài)液化滑坡的 “確鑿證據(jù)”。筆者認(rèn)為，這種認(rèn)識(shí)顛倒了因果關(guān)系。我們看到的液化是結(jié)果而不是原因。雖然黃土從破壞到液化發(fā)生在一瞬間，但破壞前仍是靜止孔隙水壓力，在荷載不增加的情況下，地下水位上升不會(huì)產(chǎn)生超孔隙水壓力。斜坡一旦破壞，致密的老黃土有可能發(fā)生剪漲 ，如涇陽南塬，孔隙水壓力不僅不升，還可能下降，因此涇陽南塬的黃土并沒有液化的，液化發(fā)生在階地卵石層上。對(duì)于疏松的馬蘭黃土，如黑方臺(tái)，因剪縮而產(chǎn)生超孔隙水壓力，導(dǎo)致黃土液化，形成流動(dòng)性滑坡。根據(jù)我們對(duì)華縣高樓村滑坡的試驗(yàn)研究，當(dāng)黃土的飽和含水率小于液限時(shí)會(huì)發(fā)生液化。液化后的黃土似摩擦角很低，一般不超過15°。實(shí)際上，無論黑方臺(tái)，還是涇陽南塬，破壞前的斜坡坡度在45°～55°，如果按似摩擦角來評(píng)價(jià)穩(wěn)定性，顯然不客觀。因此破壞前的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，采用上述有效強(qiáng)度參數(shù)比較符合實(shí)際；破壞后的運(yùn)動(dòng)學(xué)過程，可按液化后的參數(shù)分析。

4 結(jié)論

文中針對(duì)降雨和灌溉兩類誘發(fā)因素，各自產(chǎn)生的淺層和深層兩類斜坡破壞模式進(jìn)行了分析，并提出了穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和參數(shù)取值的原則，得出了以下結(jié)論：

（1）降雨引起的斜坡淺層破壞分為三類。第一類是直立斜坡毛細(xì)上升引起的坡腳崩塌，第二類是直立斜坡雨水入滲引起的坡頂滑塌，第三類是陡傾斜坡淺層滑移。直立斜坡毛細(xì)上升引起的坡腳崩塌可用黃土飽和單軸抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性；坡頂滑塌可用簡(jiǎn)單土坡模型，取有效強(qiáng)度參數(shù)分析其穩(wěn)定性；陡傾斜坡淺層滑移發(fā)生在35°～75°斜坡，可采用無限邊坡模型，取有效強(qiáng)度參數(shù)分析其穩(wěn)定性。

（2）灌溉引起的深層滑坡采用傳統(tǒng)的土坡穩(wěn)定性分析模型。地下水位以下采用飽和重度和有效強(qiáng)度參數(shù)，并按孔壓升高的常剪應(yīng)力路徑測(cè)定參數(shù)，孔壓按靜止孔隙水壓力考慮；水位以上至濕潤(rùn)鋒之間，采用天然重度，采用相應(yīng)含水率下的有效黏聚力和有效摩擦角；濕潤(rùn)鋒以上采用飽和重度和有效強(qiáng)度參數(shù)，孔隙水壓力取0。

（3）灌溉引起的深層滑坡是地下水位緩慢上升觸發(fā)，破壞前沒有超孔隙水壓力產(chǎn)生，因此不存在靜態(tài)液化現(xiàn)象。由于滑坡破壞導(dǎo)致了液化，而不是液化引起破壞?；缕茐暮螅捎诨w和滑床土的性質(zhì)不同，產(chǎn)生了不同性質(zhì)的液化現(xiàn)象。涇陽南塬滑坡是飽和砂礫石的滑床液化；黑方臺(tái)滑坡則是黃土滑體液化，都產(chǎn)生了遠(yuǎn)程滑移。

（4）降雨只和淺層滑坡有關(guān)，對(duì)深層滑坡沒有影響。淺層滑坡可進(jìn)行氣象預(yù)警，但不能限定在一次或幾次短期降雨，降雨序列至少要延伸到一個(gè)月以上。黃土深層滑坡多和灌溉有關(guān)，深層滑坡預(yù)警應(yīng)基于地下水位監(jiān)測(cè)。