黃土滑坡誘發(fā)因素及其形成機理研究

黃土滑坡誘發(fā)因素及其形成機理研究

1黃土滑坡形成機理第四紀以來，洛杉磯高原的地殼間歇性不斷增加。最大厚度超過300m，沉積速率超過0.10mma-1。另一方面，黃河干流及其各級支流形成網(wǎng)狀水系不斷侵蝕，河谷和沖溝下切，大部分河谷兩岸已切入基巖，黃土“懸覆”于基巖之上。這“一長一消”的作用在河谷和溝谷兩岸形成綿延不斷的黃土斜坡，由于這種運動還持續(xù)進行，那些遭受強烈自然營力作用的斜坡僅維持臨界平衡狀態(tài)。近年來，伴隨著人類經(jīng)濟與工程活動的加強，黃土滑坡災害發(fā)生頻率呈現(xiàn)增加的趨勢，對人民群眾的生命和財產(chǎn)安全構成嚴重的威脅，甚至造成重大群死群傷災難。研究黃土滑坡誘發(fā)因素及其形成機理是有效減緩黃土滑坡災害風險的基礎。西北黃土高原地質(zhì)災害詳細調(diào)查表明，黃土滑坡的誘發(fā)因素有自然和人為2類。自然因素有地震、河流及溝谷侵蝕、降雨及凍融等;人為因素有堆載與開挖、農(nóng)業(yè)灌溉、修建水庫等。降水和人類工程活動是最積極的誘發(fā)因素。無論是何種因素，滑坡是在重力驅(qū)動下斜坡的一種最常見破壞形式。斜坡的平衡穩(wěn)定本質(zhì)上是其中的應力與抗剪強度之間的抗衡;外界因素要么改變其應力，要么改變其強度，或二者都被改變，二者的平衡被打破即發(fā)生破壞。改變斜坡應力的因素包括地震、河流侵蝕、工程卸載與加載等產(chǎn)生附加荷載的因素;改變強度的因素包括由降雨、凍融、灌溉、水庫蓄水等促使地下水位升高的因素，而地下水位升高會導致滑動面上的有效正應力減小，抗剪強度降低。實際上滑坡的形成往往是多因素的組合，如工程開挖與降雨、灌溉與凍融等作用疊加是當前許多滑坡發(fā)生的原因，但是基于各種單因素誘發(fā)黃土滑坡機理的分析是綜合因素分析的基礎。20世紀80年代以來，我國對黃土滑坡的研究不斷深入。首先是針對甘肅灑勒山滑坡的研究，提出了高速遠程滑坡的滑床飽和砂礫層運動液化機理;其次是對天水、通渭、海原和古浪等歷史地震引起滑坡的調(diào)查分析，提出了地震液化及粉塵化效應等機理;還有對黃土灌區(qū)集中發(fā)育的滑坡群的調(diào)查研究，提出地下水位升高，導致飽和黃土靜態(tài)液化和流動液化的作用機理;同時針對人類工程活動和降雨等誘發(fā)因素也開展了卓有成效的研究。然而黃土地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，人口密集，針對特定類型滑坡專項研究難以達到全面防災減災的目的。2005年中國地質(zhì)調(diào)查局首先在西部地質(zhì)災害嚴重的陜、川、滇3省啟動了地質(zhì)災害詳細調(diào)查示范項目，在黃土地區(qū)首先以寶塔區(qū)做為示范區(qū)，隨即擴展到延安地區(qū)13個區(qū)縣，下一步將調(diào)查范圍擴大到整個黃土高原地區(qū)。前期調(diào)查結果表明，滑坡是黃土地區(qū)的主要地質(zhì)災害，詳細調(diào)查雖然全面掌握了滑坡的主要類型和分布，建立了詳細的數(shù)據(jù)庫，但主要是資料的匯集，缺乏深入分析。充分利用這些基礎資料，系統(tǒng)分析黃土滑坡的觸發(fā)因素和機理，可使地質(zhì)災害詳細調(diào)查的成果向縱深發(fā)展，為科學地開展預測、預報和預警提供理論支撐。2拋射-粉塵化效應黃土高原及其相鄰地區(qū)發(fā)育有鄂爾多斯周緣斷陷帶和其西南緣的六盤山推覆構造帶，是歷史上的強震活動帶，該區(qū)域地震具有頻度低、強度高的特點。鄂爾多斯地塊體周緣歷史上曾發(fā)生6級以上破壞性地震51次，7級以上強震22次，8級以上特大地震6次。地震引起滑坡造成的災害損失不亞于地震的直接破壞。近期歷史上就有1718年甘肅通渭7.5級地震誘發(fā)了300多處大滑坡，死傷40000余人;1920年寧夏海原8.5級地震共誘發(fā)了675處規(guī)模較大的黃土滑坡，滑坡分布面積達4000～5000km2，死于滑坡的人數(shù)高達10萬多人;1927年古浪8.0級地震誘發(fā)了90多個較大的黃土滑坡;1995年甘肅永登5.8級地震也誘發(fā)了150余處黃土滑坡。這些黃土滑坡主要分布在六盤山以西的寧南和隴西地區(qū)，該區(qū)以砂質(zhì)黃土為主，地震作用下，即使很緩的黃土斜坡也會發(fā)生滑動。地震黃土滑坡普遍具有規(guī)模大、滑面緩、滑距遠的特點，而且沒有明顯的滑坡臺階，滑面不光滑，地形波狀起伏。地震荷載無疑是滑坡形成的主要動因，但是針對滑面平緩而又遠程滑動的特點，目前最為普遍的解釋是震動液化所致。K.Sassa認為土的飽和度超過85%時足以產(chǎn)生超孔隙水壓力，導致滑坡發(fā)生。飽和黃土液化已被現(xiàn)場觀察現(xiàn)象和實驗所證實，如1989年前蘇聯(lián)塔吉克5.5級地震使近乎平坦的黃土層轉(zhuǎn)化為泥流，向前流滑2km，致使100多棟房屋埋在5m厚的泥中，200人喪生或失蹤。王蘭民利用動三軸試驗證實了飽和黃土在振動作用下孔隙水壓力的增長過程和液化現(xiàn)象，建立了孔隙水壓力和應變的增長模型。黃土結構疏松，其液化機理和飽和砂土沒有本質(zhì)區(qū)別，但是黃土液化的首要條件是要有足夠高的含水量。因此對于地下水位淺，或者黃土層下部有泥巖隔水層的滑坡，地震液化無疑是其破壞和運動的主要機理。然而值得注意的是，黃土屬于半干旱地區(qū)，一些斜坡地帶的地下水位較深。對我國海原地震誘發(fā)的一些大型黃土滑坡調(diào)查表明，其天然含水量不高，黃土的滲透性也較低，地震有可能導致地下水沿局部裂隙上涌，但不會在瞬間導致地下水位整體上升。因此一些遠程滑坡不具有液化發(fā)生的條件，為此王家鼎教授提出了一種地震作用下的拋射-粉塵化效應，這一機理能解釋干黃土低角度遠程滑動的特點。波在地下傳播時，巖土介質(zhì)只作為能量的載體，不會造成大的破壞;一旦到達地表，能量傳播受阻，部分就地釋放造成破壞，部分繼續(xù)傳播。地震時破壞性最大的波是橫波和面波，無論是橫波還是面波中的勒夫波或瑞利波，只要振動方向指向斜坡臨空面方向，就可能導致斜坡土體的拋射作用。由于土體抗拉強度很低，拋射作用應發(fā)生在地震加速度超過重力加速度的瞬間，這種現(xiàn)象在汶川地震巖質(zhì)邊坡中也有發(fā)生。但是干黃土的結構強度高，僅拋射作用使其結構完全解體，變?yōu)榉蹓m，并不太好解釋。一些文獻所記載的海原地震幸存者描述，黃土滑坡有“黃土漩渦”、“黃土瀑布”或“黃土流”等類似流體的運動特性，但并不是流體，而是干粉塵流?！皰伾洹迸c“黃土瀑布”或“黃土流”等現(xiàn)象也不吻合。我們認為黃土的粉塵化與其中的孔隙氣體有關。干黃土在地震波作用下形成了往復作用的超孔隙氣壓和負孔隙氣壓，由于急劇變化的氣壓差在顆粒周圍形成高速氣流，從而使黃土結構從內(nèi)部徹底解體，形成散粒，散粒懸浮于氣流中，即使在很平緩的斜坡上也會發(fā)生流動，隨著地震波持續(xù)作用產(chǎn)生遠距離滑移。人們一般認為地震時體波中縱波振幅小，破壞性不大。波是能量的傳遞方式，體波中的橫波和面波在彈性介質(zhì)中傳播時使介質(zhì)發(fā)生較大的垂直或水平位移，而產(chǎn)生的體變較小;而縱波的振幅小，體變卻較大。縱波在傳播時，產(chǎn)生一縮一張的運動，同一點的土體單元隨時間延續(xù)會產(chǎn)生反復壓縮與擴張的作用。黃土結構松散，干黃土的微孔隙中充滿空氣，縱波是相對高頻率低振幅的波，黃土在壓縮時，微孔隙中的氣體不能立即排出，產(chǎn)生超孔隙氣壓;隨之又發(fā)生擴張，超孔隙氣壓轉(zhuǎn)化為負孔隙氣壓，即相對真空狀態(tài)。土粒周圍的氣壓由超孔壓轉(zhuǎn)為負孔壓，又由負孔壓轉(zhuǎn)化為超孔壓，這種巨大的壓差反復作用，必然在土粒周圍產(chǎn)生高速氣流，高速氣流不僅破壞了土粒的結構，而且使土粒處于懸浮狀態(tài)，由此不難理解這種土氣混合物產(chǎn)生了類似于流體的運動，地震持續(xù)時間越長，這種粉塵運動就越遠(圖1)。干黃土的這種粉塵化過程可以形象地稱之為“風箱效應”，即黃土顆粒間的氣體像手拉風箱中的氣流一樣往復運動。黃土地區(qū)地震發(fā)生時，迅速塵土漫天，說明地下有高壓氣體涌出，將土粒帶出。唐山地震時，一個人如乒乓球一樣反復拋離地面10cm;海原大地震時，麥場上的石碾子蹦起一人多高，像皮球一樣上下蹦跳。這種現(xiàn)象一般發(fā)生在震中附近，是縱波到達地表的表現(xiàn)，能拋起重物和人說明其加速度已超過了重力加速度。粉塵化的黃土結構疏松，王家鼎對海原地震西吉回回川滑坡取樣試驗證實，解體黃土的孔隙比是原黃土空隙比的1.2～1.3倍。粉塵化的黃土是土氣混合物，很可能在高壓氣流下“漂流”，而不是滑移，因此滑體對滑床的“剖光”作用很小，滑面不光滑。一般滑體中的滑坡臺是塊體運動的結果，地震波使滑體土解體成散粒，散粒物質(zhì)只能“隨波逐流”，隨橫波和面波塑造了其波狀起伏的形狀。以上認識目前僅僅是針對地震滑坡現(xiàn)象的推測，有待深入研究和證實。3后壁陡切穿法律復合的滑坡黃土地區(qū)現(xiàn)代地貌的演變過程就是河谷及其兩岸斜坡形成的過程，在此過程中伴隨著滑坡、崩塌和水土流失的發(fā)生。河流侵蝕包括下蝕、側蝕和溯源侵蝕3種類型。下蝕發(fā)生于地殼上升、侵蝕基準面下降時期;側蝕發(fā)生于地殼穩(wěn)定時期;溯源侵蝕在以上2個階段都存在。一個側蝕和下蝕周期意味著地殼的一次穩(wěn)定和抬升期，形成一個階地。由于黃土高原的地殼在間歇性上升，在六盤山以西的河流兩岸形成了6級階地，以東則發(fā)育5級階地。無論是側蝕還是下蝕，都會誘發(fā)黃土滑坡，但2種作用所形成的滑坡特點有所不同。圖2為階地形成、黃土沉積與滑坡發(fā)育之間的關系。鉆探資料表明，一定區(qū)域的黃土基底是一個相對平坦的剝蝕面，最初表現(xiàn)為河流下切，地表水匯流，相鄰區(qū)域露出水面接受黃土沉積。隨著兩岸黃土沉積加厚，河谷下切變寬，其兩側的黃土因坡腳失去支撐而滑動，沉積在最新一級階地上的黃土厚度不大，階地前緣只是小規(guī)?；?。河流側蝕期，河流兩岸后退，階地后緣黃土增厚，而前緣平緩的抗滑段“萎縮”，階地面上基巖隔水，形成軟弱的飽水帶，當河岸退縮到一定程度，最新一級階地和其后緣老階地上的黃土可能整體向前滑移。因此河流側蝕期易形成規(guī)模大的滑坡，該類滑坡前緣平緩，從階地面剪出;后壁陡切穿不同時代的黃土，具有典型的座椅狀地形。該類滑坡后壁切穿的黃土含水量低，破壞后有顯著的應力降;但底座基巖隔水，黃土處于飽和狀態(tài)，飽和黃土隨著位移增大強度增高，二者高、低補償?shù)慕Y果是其滑動速度慢，具有低速蠕變的特點。地質(zhì)時期，大型自然滑坡主要發(fā)生在河流側蝕期，河流擺動對兩岸黃土地貌的改觀甚為顯著;而下蝕期，河道被限制在一個狹窄的范圍，滑坡的規(guī)模和數(shù)量都不及前者。對陜北地區(qū)黃土滑坡的調(diào)查表明，數(shù)量上自然滑坡占絕大多數(shù)，以古滑坡和老滑坡為主，其中發(fā)育在一、二、三級階地上的滑坡跡象普遍明顯，而更高階地殘留少，相應的古滑坡或被侵蝕或被埋藏，蹤跡難覓。這些古滑坡主要分布在黃河三級和四級支流的壯年期河谷兩岸，大多處于穩(wěn)定狀態(tài)，部分由于人類活動的干擾而復活。如陜西甘泉縣石門鄉(xiāng)大莊河村滑坡剪出口位于三級階地上，堆積體前緣沖到了二級階地上，滑坡體上又覆蓋有未擾動的馬蘭黃土，故是一個被埋藏的古滑坡。2003年的滑坡則是因為在滑坡前緣挖方拓寬道路，以及連續(xù)降雨，導致老滑體和其上的馬蘭黃土部分復活，掩埋了道路。陜西延安的虎頭峁滑坡前緣沿南川河二級階地剪出，剪出口以下出露基巖，階地基座高出河面約20m，為一古滑坡，滑坡前緣居民修建房屋，開挖坡腳，2004年一場暴雨后滑坡后緣整體下錯20余米。陜西黃陵縣印臺山滑坡沿沮河左岸一級階地剪出，為全新世早期的老滑坡。滑坡體上有大量居民，阻滯了排水通道，前緣遭受河水側蝕，2003年暴雨過后，整體復活。無論側蝕期，還是下蝕期，溝谷或河流的源頭都會向黃土沉積中心延伸，但下蝕期溯源速度會快一些。溯源侵蝕切割更早沉積的黃土，在黃土塬的邊緣形成了大量窄而狹長的深切沖溝，溝側發(fā)育大量新滑坡。如洛川縣老加油站滑坡，該滑坡位于洛川縣東溝右岸，東溝為塬邊一深切溝谷，呈“V”型，深約50m，寬約100m，出露上、中更新統(tǒng)黃土，溝底流水下切，溝側斜坡變高變陡，坡腳土體浸水軟化，導致滑坡?；潞蟊诙噶ⅲ?m，滑坡體寬65m，高50m，厚約15m，堆積體坡度約45°，滑坡將原加油站的建筑全部滑入溝中。溯源侵蝕形成的滑坡大部分為純黃土滑坡，滑動面陡，滑動面含水量低，一旦破壞，有顯著的應力降，因此滑動速度快，即具有快速錯落的特點。形成于黃土溝谷兩側的新滑坡普遍屬于這種類型。另一方面，河流侵蝕作用誘發(fā)黃土滑坡的機理與河流發(fā)育期也有關，河谷按其發(fā)育時代和特點分為老年期、壯年期和幼年期。自全新世以來，黃土高原處于地殼上升期，現(xiàn)代河床在一級階地上下切1～2m形成，目前的河流以下蝕作用為主，河床狹窄。老年期河流，如黃河一級支流無定河、延河、洛河、涇河和汾河的主干道，河谷開闊，河床“嵌在”寬闊平坦的一級階地間，大部分河岸距階地后緣的黃土斜坡較遠，河流對斜坡的侵蝕作用相對微弱;發(fā)育在高階地上的古滑坡由于長期侵蝕作用，跡象已不明顯，目前除局部河曲地段的侵蝕岸形成滑坡外，自然滑坡較少。壯年期河流，如黃河三級和四級支流，河谷較窄，河流擺動使一級階地沿兩岸間隔出現(xiàn)，河床位于一級階地和黃土斜坡之間，河谷狹窄處，兩岸均為黃土斜坡。該類河流側向侵蝕強烈，在一級至三級階地上形成的古滑坡沿兩岸線狀分布，現(xiàn)代河流侵蝕岸，這些古滑坡復活或誘發(fā)新的滑坡也十分發(fā)育。幼年期河流或溝谷主要指那些坡降大、流程短的“V”型沖溝，溝底沒有基巖出露，因此以下切侵蝕為主，斜坡變形破壞模式以崩塌、崩滑型為主。河流侵蝕作用改變了斜坡的形態(tài)，從而改變了坡體的應力狀態(tài)，無論是下切，還是后退，都會使斜坡應力集中，向不利穩(wěn)定的方向發(fā)展，最終形成滑坡。4降雨直接入滲-滑坡型基巖邊坡黃土地區(qū)降雨量雖小，但卻集中，多暴雨和淋雨。黃土滑坡空間上多發(fā)生在降雨量高的區(qū)域;時間上多集中在雨季。2010年，作者調(diào)查了陜北地區(qū)過去20a間有明確時間記錄的160個黃土滑坡和崩塌，將其數(shù)量按月進行統(tǒng)計(圖3)?；?、崩塌在各個月份都有發(fā)生，但集中發(fā)生在7～10月，其中在8月出現(xiàn)一個高峰，10月出現(xiàn)最高峰。8月是雨量集中的時期，滑坡、崩塌伴隨降雨而發(fā)生，10月雨季已過，說明大量黃土滑坡、崩塌相對降雨有滯后效應。降雨通過滲入黃土而影響其穩(wěn)定性，但黃土的滲透性很低，目前無論降雨后現(xiàn)場觀測還是人工模擬降雨入滲試驗都表明降雨直接入滲的深度有限。2010年8月作者曾在陜北觀察到斷斷續(xù)續(xù)10多天降雨后，疏松的馬蘭黃土浸濕深度僅1m(圖4);Tu等通過人工降雨試驗得出:當雨強達到40mm·d-1時，下滲前峰不超過2m，而達到120mm·d-1，則不超過3m;劉海松等也通過人工降雨試驗提出降雨影響深度不超過2.7m;西北水土保持所通過長期觀測認為大氣降水在黃土中的入滲深度為1.5～2.6m;1983年在陜西禮泉做的一個試坑滲水試驗，50×50m2的試坑中連續(xù)滲水1000m3，而最終測得只在6m內(nèi)的含水量增高，以下沒有變化。由此可見，降雨直接入滲的影響深度是有限的。但在長期淋雨作用也會觸發(fā)數(shù)量多但規(guī)模不大的淺層黃土滑坡。該類滑坡是降雨直接入滲到黃土表層，使表層黃土軟化并增重所致，多發(fā)生在30°～50°度的黃土斜坡上。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黃土中的直立坡或很陡的坡降雨時很少遭受雨淋，坡面干燥，若坡腳被浸濕，則易形成崩塌;坡腳不受雨淋或沖刷，該類陡坡反而要比它緩的坡穩(wěn)定;坡度小于30°的坡即使淺層完全浸濕的情況下也能維持穩(wěn)定。而30°～50°度的斜坡容易接受雨淋，雨水不斷滲入，土體軟化，自重增加，被浸濕的淺層土體在該坡度下易發(fā)生滑動。該類滑坡厚度薄，一般3～5m，規(guī)模小，幾十到數(shù)百方，但數(shù)量多，在黃土溝谷兩側成片分布;在基巖和黃土的分界面處，線狀分布，雖然造成的危害不大，卻是水土流失的主要物源。該類滑坡常伴隨降雨過程發(fā)生，在圖3中為8月份的第一高峰期。圖5表示2010年8月連續(xù)降雨后黃土溝谷兩側及基巖頂部的黃土滑坡成片分布。而大型的黃土滑坡，一般認為是降雨通過集中通道流入地下，導致地下水位局部上升或形成上層滯水引起。黃土中垂直節(jié)理發(fā)育，斜坡邊緣卸荷作用使節(jié)理局部張開，成為地表水下滲的有利通道。因此一些大型滑坡后緣常有串珠狀落水洞，最后裂縫貫通，形成錯臺，以至滑動。如陜西吳起廟溝鄉(xiāng)大岔村的大臺滑坡(圖6)。該滑坡發(fā)生于2007年10月16日凌晨3時左右，當?shù)鼐用窕貞浾f滑坡前有連續(xù)10多天的降雨，滑坡時發(fā)生巨響，早上起來一看半邊山體整體下滑50余米?；掳l(fā)生后滑體北側邊界還有數(shù)級階梯狀臺坎，兩側及后緣坡體松動、裂縫發(fā)育，不斷有小面積坍塌、崩落等現(xiàn)象?；麦w長270m，寬500m，厚約50m，體積約472.5×104m3。滑坡堆積物為中、晚更新世黃土，滑面后壁為黃土，底部為N2紅色黏土?；略计露榷福S土中的裂隙為雨水入滲提供了通道，下伏相對隔水層，形成潛水面，軟化黃土，沿軟黃土與紅色黏土接觸面產(chǎn)生滑動，屬牽引式滑坡。值得注意的是該滑坡雖然因連續(xù)降雨引起，但滑坡后壁的黃土滑后仍然干燥(圖6)，沒有被浸濕;滑坡體也不飽和，成塊體滑移，滑體上的小路、植被、微地形還保持原貌，這說明降雨是通過集中通道下滲的。陜北地區(qū)，黃土底部一般出露第三系泥巖和中生代的砂泥巖，為相對隔水層，下滲的地下水被阻隔而地下水位上升，因而降低了潛在滑動面上的有效應力，即相應的抗剪強度，使土體軟化，導致滑坡。該類滑坡在陜北地區(qū)很普遍，一般由暴雨或集中降雨觸發(fā)，具有一定時間的滯后效應。降雨除誘發(fā)一些新滑坡外，也導致大量古滑坡或老滑坡的復活。如延安虎頭峁滑坡是在1997年7月的一次降雨后突然下錯，該老滑坡的后緣反傾，裂縫發(fā)育，具有良好的匯水條件和下滲通道。2010年8月，連續(xù)十多日降雨后，陜西銅川的猛虎村、崔塔村等多處巨型古滑坡復活，后緣滑坡臺上形成多條寬而長的裂縫，致使滑坡體上的村民不得不撤離。該類復活滑坡的共同特點是有反傾滑坡臺地，有相對隔水的泥巖或基巖底面，滑坡向前蠕變使后部滑體首先拉裂，地表水大量灌入，使其穩(wěn)定性進一步惡化。5凍融作用觸發(fā)細一般認為黃土滑坡是由降雨、灌溉、地震和人類工程活動觸發(fā)，而且多發(fā)生在夏、秋降雨集中的2個季節(jié)?？墒侵档米⒁獾氖?，許多大型黃土滑坡的發(fā)生在冬季和初春。20世紀80年代以來，較為著名的該類滑坡有甘肅灑勒山滑坡(1983年3月7日)、陜西蔣劉滑坡(1984年12月2日)、陜西古劉滑坡(1984年12月16日)、青海龍西滑坡(1986年1月25日)、甘肅黃茨滑坡(1995年1月30日)等，這些滑坡規(guī)模都在100×104m3以上，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。最近一起典型滑坡是2010年3月10日陜西子洲縣雙湖峪村石溝發(fā)生的9×104m3的黃土滑坡(圖7)，該滑坡造成44人被壓埋，其中27人死亡。詳細調(diào)查表明，這些滑坡一般發(fā)生在冬季或初春連續(xù)數(shù)日氣溫回暖之后，因此初步認為凍融作用是觸發(fā)其發(fā)生的重要外動力因素之一。我國西北黃土高原地區(qū)屬半干旱大陸性季風氣候，冬季寒冷干燥，春季氣溫快升多變，季節(jié)性凍融作用強烈。西北地區(qū)的大型滑坡發(fā)生時段除集中在雨季外，還集中在初春的凍融季節(jié)。根據(jù)黃土高原地區(qū)滑坡發(fā)生月份的統(tǒng)計，高峰分別出現(xiàn)在2～4月和7～9月，其它時段則較平緩。國外有關文獻上也有類似報道，在挪威海灣地區(qū)巖質(zhì)斜坡上的崩塌和滑坡在融雪季節(jié)的四月份前后也有一個頻發(fā)期;前蘇聯(lián)基輔、克里米亞地區(qū)也存在此類現(xiàn)象。凍融作用誘發(fā)黃土滑坡的機理類型分為凍結滯水效應型和融化強度降低型。黃土地區(qū)的最大季節(jié)性凍土深度為1.0～2.5m，每年10～11月開始凍結，翌年2～4月解凍。雖然凍土的厚度不大，但其引起的大型災難性滑坡較多，滑動面深數(shù)十米到幾十米。因此其成因不同于青藏高原凍土地區(qū)斜坡的淺表層凍融破壞。初步認為凍融作用通過改變地下水的流場而觸發(fā)了該類滑坡。凍融作用可導致斜坡體內(nèi)地下水的富集和疏散，富集可造成黃土邊坡土體的軟化，疏散又帶來靜水壓力和動水壓力突變，這些都直接影響邊坡的穩(wěn)定性(圖8)。對甘肅黑方臺邊緣地下水的觀察表明，凍融造成地下水的滯留和突然排泄是許多滑坡發(fā)生的原因。但目前針對該類滑坡研究的具體案例不多，因此對凍融黃土滑坡還需要開展深入研究。凍融誘發(fā)黃土滑坡的另一個原因是對黃土強度的影響。陜北地區(qū)地下水不豐富，一些高位滑坡地下水位低，凍結可能不會造成地下水滯留。凍結土的強度遠高于天然黃土，反復凍融作用會導致黃土強度顯著降低，對于河流侵蝕或人工開挖本處于臨界狀態(tài)的滑坡，很有可能誘發(fā)其破壞。陜西子洲縣石溝滑坡很可能屬于這種類型。該滑坡臨近河岸，坡腳因蓋樓房平整場地被大量開挖，而且挖有窯洞，邊坡穩(wěn)定性早已惡化。初春回暖季節(jié)，凍土融化，并有部分融雪入滲，導致本已處于臨界狀態(tài)的邊坡滑動。6農(nóng)村基層植被滑下第20e20世紀70年代以來，黃土地區(qū)由于農(nóng)業(yè)灌溉導致地質(zhì)災害頻繁發(fā)生。其中以甘肅永靖縣的黑方臺灌區(qū)、陜西關中灌區(qū)的寶雞-常興黃土塬南緣和涇河下游南岸的黃土塬北緣滑坡發(fā)育最為集中。黑方臺灌區(qū)位于甘肅永靖縣鹽鍋峽鎮(zhèn)的黃河左岸，自1968年人工提取黃河水灌溉以來，誘發(fā)了大量黃土滑坡。據(jù)調(diào)查，該處10km的黃土臺塬的邊緣有72處地貌特征保存較為完整的滑坡;寶雞峽塬上總干渠渠道自林家村渠首至眉縣長興的98km渠段，通水40多年來，發(fā)生滑塌110余次。涇河下游南岸自禮泉泔河口到?jīng)荜柮准已?0.7km的臺塬邊坡共有新老滑坡41處;其他一些支線灌渠沿線也常有滑坡發(fā)生。灌溉誘發(fā)的黃土滑坡一方面是引水渠道長期滲漏引起，如寶雞至常興段為寶雞峽總干渠從黃土斜坡的中下部通過，渠道滲漏直接浸泡坡腳引發(fā)滑坡;另一方面是農(nóng)田大水漫灌，大量水貫入地下，導致黃土臺塬邊緣斜坡失穩(wěn)，黑方臺邊緣和涇河南岸屬于此種情況。因灌溉誘發(fā)的黃土滑坡造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。據(jù)不完全統(tǒng)計，黑方臺臺緣僅1992～1996年間，滑坡造成8人死亡，4人重傷，損失農(nóng)田100km2迫使109戶搬遷，直接經(jīng)濟損失1500萬元，毀壞水利設施、果木等合計損失上億元;黑方臺臺塬的總面積在3a多由于滑坡?lián)p失掉近1km2。寶雞峽灌渠通水不久，引發(fā)了臥龍寺滑坡側壁再次滑動。臥龍寺滑坡最初發(fā)生于1955年8月18日，將隴海鐵路向南推移100多米，所幸滑移速度慢，滑坡體上一個村莊的人隨之滑下而無傷亡;1971年初寶雞峽總干渠建成通水，5月滑坡東側壁滑塌，約80×104m3滑塌體落地后坐在軟泥上下滑，填塞總干渠道300m，并越過總干渠南250m，毀壞民房6戶，死28人。涇河南岸塬邊自1981～2006年發(fā)生滑坡17起，滑動土體900×104m3，毀壞耕地113hm2，造成31人死亡，27人重傷，直接經(jīng)濟損失超過千萬元。其中如1984年12月2日的蔣劉滑坡，壓埋159間民房，死亡20人。灌溉引起黃土滑坡是因為地下水位的上升所致。黑方臺為2個四周低的孤立臺地，提水灌溉面積753hm2，年提水量600～800×104m3，長期漫灌，在黃土底部形成了20m以上的潛水，潛水向四周排泄，形成60多處泉眼。寶雞峽總干渠沿線地下水位抬升也達20～30m。據(jù)涇河南岸黃土塬1992年的觀測數(shù)據(jù)，太平鄉(xiāng)廟店村地下水位比1976年上升了13m，寨頭村上升了17.5m;蔣劉鄉(xiāng)余家堡村上升了20m，蔣劉村上升了37m，大堡子村上升了28m。涇何南岸的東風滑坡和太平滑坡分別于2004和2005年滑動，次日作者在現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，滑坡后壁的黃土干硬，后壁破腳處土體濕潤，太平滑坡有泉水溢出，形成濕地;后壁頂部有大量張開的裂縫和落水洞，說明和暴雨誘發(fā)的黃土滑坡一樣，灌溉水是通過集中通道流入補給下水。地下水位上升時，斜坡中土的總應力基本保持不變，孔隙水壓力不斷增加，有效應力降低，導致土的破壞。若地下水位上升20～30m，意味著斜坡土體中的孔隙水壓力增長200～300kPa，在莫爾強度包絡線上莫爾圓整體左移，趨近破壞線。由于黃土邊坡及鄰近區(qū)域的地質(zhì)結構不同，灌溉引起的滑坡類型多樣，其中以黑方臺發(fā)育類型最多。黑臺東緣鄰近黃河，是地下水匯流的溢出帶，該處地層結構自上而下為馬蘭黃土、一薄層沖積粉質(zhì)黏土層、厚層沖積卵石和泥巖。粉質(zhì)黏土為相對隔水層，形成上層滯水，地下水自其頂面溢出，因此馬蘭黃土下部處于飽和狀態(tài)，馬蘭黃土結構疏松，飽和含水量大于液限，一旦擾動，結構被破壞，孔隙水壓力升高，黃土液化，由固態(tài)轉(zhuǎn)化為流態(tài)，因此該處的馬蘭黃土滑動后隨即轉(zhuǎn)化為高速泥流，順坡流動，以高速滑坡-泥流為特征。該類滑坡在其他灌區(qū)也有發(fā)生，2006年10月的華縣的高樓村滑坡，1971年5月的寶雞臥龍寺滑坡局部復活均屬于此類。黑臺南邊緣的第三系泥巖傾向坡下，地下水位位于泥巖之內(nèi)，發(fā)育大量順層滑坡，該類滑坡規(guī)模大，但滑速慢，屬于低速蠕動型滑坡;寶雞峽引水渠沿線黃土底部為第三系泥巖，大部分滑坡屬于此種類型，其滑動距離有遠有近，取決于前緣地形。由于其沿不透水的泥巖滑動，滑動過程中，孔隙水壓力不升高也不消散，抗剪強度變化小，因此形成低速的特點。黑臺北緣地下水位深，黃土為非飽和狀態(tài)，具有較高強度，一旦破壞，快速錯落，堆于坡腳，滑移距離短，屬于快速錯落型滑坡。涇河南岸的黃土塬邊緣斜坡高陡，坡腳直接鄰近一級階地，階地上分布有松散的砂礫石層，地下水位淺，黃土斜坡一旦滑動，沖擊在松散的飽和砂礫石層上，導致其液化，形成高速遠程滑坡，該處斜坡高度為50～80m，滑動距離可達300～450m，類似滑坡還有如灑勒山滑坡。水庫蓄水引起的滑坡與灌溉有共同的特點，都是因地下水位上升觸發(fā)滑坡。該類滑坡既發(fā)生在迎水坡，也發(fā)生在分水嶺單薄的背水坡。水庫迎水岸坡直接臨水，庫水位上升，不僅使地下水位上升，而且沖刷坡腳，惡化了岸坡的地形條件和地下水條件，引起滑動。該類滑坡數(shù)量多，但規(guī)模小，使水庫塌岸的主要形式，經(jīng)若干年運營，將達到一個新的平衡，滑坡會減緩。陜西子長高家屯鄉(xiāng)張家灣村的寒砂石水庫潛在滑坡就與水庫蓄水有關，滑坡位于北側的左壩肩，坡高50m，滑體長80m，寬150m，厚10m，體積12×104m3，屬中型淺層黃土層滑坡。坡體上有18戶59孔磚窯及居民50余人。該水庫1973年完工，2001年坡體上村民磚窯出現(xiàn)裂縫，與水庫蓄水量增加時間一致。修建含砂石水庫時，把水庫左岸3個村的居民搬到高家溝村。高家溝位于老滑坡的前緣，該滑坡相對高差83m，長200m，寬500m，厚25m，體積250×104m3，屬大型黃土-紅黏土接觸面滑坡。因溝口修了淤地壩，滑坡前緣雨季經(jīng)常被洪水淹沒，1999年開始前緣村民的房屋地基沉降、墻體開裂、磚窯上相繼出現(xiàn)裂縫，受滑坡威脅的共有67孔磚窯15戶100人，不得不考慮整體搬遷。於地壩在黃土地區(qū)很普遍，引發(fā)的塌岸問題較為突出。黃土地區(qū)溝豁縱橫，地下水位低，庫水一般向鄰區(qū)滲漏，若庫岸分水嶺單薄時，會導致背水坡的老滑坡復活。1984年12月15日陜西長安縣古劉老滑坡的復活，與其后緣塬上的沐浴溝水庫滲漏有直接關系。水庫蓄水使周圍地下水位抬高了10～15m，背坡塬邊泉水流量增大。該黃土塬上部覆蓋約80m厚的早-晚更新世黃土，下伏相對隔水的第三系紅黏土，塬邊黃土底部紅黏土頂部地下水溢出，形成大面積濕地，其上黃土滑動，沿塬邊形成老滑坡群，古劉滑坡是其中之一，其體積達400×104m3，復活滑動后因及時預警未造成人員傷亡。陜西省延安市寶塔區(qū)河莊坪鎮(zhèn)的趙家岸滑坡復活也是其西南側的紅莊水庫滲漏所致。趙家岸滑坡位于紅莊水庫左岸黃土梁的另一側，相對高差112m，南北寬350m，東西長200m，體積175×104m3?；w為中晚更新世黃土，滑床后部為黃土，前部為基巖。2004秋季紅莊水庫開始蓄水，秋末冬初老滑坡體及窯洞便出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。2005年由于連續(xù)降雨，庫水位上升，高于滑坡坡腳30m，滑坡體及其南側同時出現(xiàn)更大范圍的滲水現(xiàn)象，滑體上產(chǎn)生鼓脹裂隙，導致村民房屋地基沉降、墻體開裂，窯洞頂?shù)魤K、后掌面塌落，以至廢棄。水庫蓄水誘發(fā)滑坡與降雨和灌溉一樣，主要是改變了庫區(qū)及鄰區(qū)斜坡的地下水條件所致。水位上升降低了土體的有效應力，減小其抗滑能力;水位下降時還疊加了順坡向的滲透力，黃土滲透性低，具有較高的水力梯度。庫岸沖刷、侵蝕也會改變坡體應力狀態(tài)，使穩(wěn)定性惡化。7土體及邊坡滑坡黃土地區(qū)是華夏文明的發(fā)祥地，遠古時代就有人類社會活動的歷史記載，當?shù)貏趧尤嗣耖L期以來形成了穴居窯洞的習慣，可謂自然與人的有機融合。但工程活動的加劇破壞了自然界固有的平衡，誘發(fā)滑坡。對陜北地區(qū)黃土滑坡的調(diào)查表明，新近發(fā)生的滑坡數(shù)量雖不多、規(guī)模也不大，但卻幾乎都和人類工程活動有關，危害甚大。工程建設在坡腳開挖卸載或在坡頂堆載是工程活動誘發(fā)滑坡的主要形式。斜坡后緣堆載或前緣卸載，都會使斜坡應力集中，穩(wěn)定條件惡化，引起滑坡。堆載引起滑坡的主要出現(xiàn)在公路和礦山工程中。一方面是堆載不當導致老滑坡體復活;另一方面堆積物本身疏松，易發(fā)生破壞。陜西銅川-至黃陵高速公路在從宜君縣城西邊的西河水庫左岸通過，此處是一個大型滑坡，對滑坡采取卸載方案治理，將卸載土體堆至西河水庫壩肩下游一側，導致土壩開裂，因及時發(fā)現(xiàn)，移走土體，加固了壩體。山西運城-三門峽高速公路在K14+360～640段從沙溝老滑坡后部通過，因?qū)⒙穳q挖方的土體就地堆在滑坡中部，導致老滑體整體復活，黃土滑坡體沿下部平緩的泥巖層向前蠕動，前緣形成大量壓張裂縫和鼓丘，后部落差達15m，路基“坐船”，不得不對滑坡專門治理。黃土堆積物極易在暴雨浸泡下轉(zhuǎn)化為泥流，宜川縣秋林鎮(zhèn)十里坪村依坡傍河而建，修建渭南-清澗公路時，將棄堆放在村后斜坡上。同一地點在2003年8月29日和10月12日先后2次因連續(xù)降雨發(fā)生泥流。第1次浸漫坡腳的房屋30間，造成經(jīng)濟損失8000元;第二次沖入坡腳6孔窯洞的1個果庫，造成損失8萬元。黃土地區(qū)人民自古有穴居窯洞的習慣，修建窯洞不僅要斬坡，而且要深入坡腳，嚴重改變了斜坡原有的應力環(huán)境。雷祥義教授對陜北地區(qū)黃土窯洞邊坡的崩塌做過詳細調(diào)查，據(jù)其不完全統(tǒng)計，僅1985～1998年，陜北78處崩塌造成339人死亡，67人受傷，400余孔窯洞被毀。人們能形成居住窯洞的習慣，是不知不覺地利用了干黃土強度高的特點，因此防水防潮是居住窯洞的關鍵，窯洞坍塌事件與降雨有直接關系。有人居住的黃土窯洞比廢棄的窯洞更為穩(wěn)定，窯洞的優(yōu)點是“冬暖夏涼”，缺點是“冬陰夏潮”，因此窯洞內(nèi)冬夏必每日生火燒炕，如此能保持窯內(nèi)土體干燥，強度高;廢棄窯洞，潮氣侵入，土體強度降低，則易坍塌。我們對許多變形或坍塌的