黃土溝壑區(qū)小型滑坡致大災(zāi)及其機(jī)理*

范立民，李 勇，寧奎斌，滕宏泉，王啟耀，張新宇

(1.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 西安 710054；2.陜西省國土資源廳，陜西 西安 710065；3.長安大學(xué) 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)

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黃土溝壑區(qū)小型滑坡致大災(zāi)及其機(jī)理*

范立民1，李 勇1，寧奎斌2，滕宏泉1，王啟耀3，張新宇1

(1.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 西安 710054；2.陜西省國土資源廳，陜西 西安 710065；3.長安大學(xué) 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)

發(fā)生于延安市甘泉縣馬岔溝的黃延高速公路14標(biāo)段的滑坡災(zāi)害，滑坡體小但災(zāi)情嚴(yán)重，造成19人死亡、2人受傷?；麦w滑向285°，滑動塊體長約12 m，寬約10 m、厚約3 m，體積約360 m3，為一小型黃土滑坡。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滑坡體位于黃土溝壑區(qū)，屬于地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，后緣有一長大裂縫，為古滑坡體的一部分。形成原因主要是高陡邊坡的存在，加之滑坡體上部儲水設(shè)施引水管漏水，長期浸潤，導(dǎo)致滑坡體含水量高達(dá)31%以上，最終形成一個(gè)規(guī)模小、滑距長、速度快的飛躍式滑坡，滑坡體直接砸在坡腳下的工棚上，致災(zāi)嚴(yán)重。提出了加強(qiáng)黃土溝壑區(qū)工棚、建筑工地選址論證和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的建議。

地質(zhì)災(zāi)害；小型黃土滑坡；致災(zāi)機(jī)理；控制因素；成因分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001-2014年陜西境內(nèi)黃土地區(qū)共發(fā)生傷亡性地質(zhì)災(zāi)害63起，造成237人死亡，87人受傷。其中，延安41起，死亡143人，受傷51人；榆林22起，死亡94人，受傷36人。從地質(zhì)災(zāi)害類型來看，主要以崩塌為主，滑坡次之，泥石流較少。其中，延安市黃土崩塌27起，死亡75人，受傷11人，黃土滑坡9起，死亡60人，受傷33人，泥石流5起，死亡8人，受傷7人。榆林市黃土崩塌19起，死亡85人，受傷36人，黃土滑坡3起，死亡9人?；露鄶?shù)為一種主滑面發(fā)育于黃土層內(nèi)部的滑坡體，2014年10月10日21:10發(fā)生在甘泉縣黃延高速14標(biāo)段工棚區(qū)的馬岔溝滑坡(下稱馬岔溝滑坡)，就屬于黃土層內(nèi)滑坡，造成了19人死亡的重大損失。

為了減輕黃土溝壑區(qū)地質(zhì)災(zāi)害，我國科學(xué)家進(jìn)行了大量科學(xué)調(diào)查和研究，提出了黃土地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)理及致災(zāi)模式，取得了重要進(jìn)展。如許領(lǐng)等[1]研究了黃土滑坡的工程地質(zhì)問題；周耀峰等[2]、張常亮等[3]、李秀珍等[4]、唐亞明等[5]研究了入滲、侵蝕對黃土滑坡(斜坡)的影響，尤其是塬邊灌溉作用下黃土滑坡的穩(wěn)定性；段釗[6]研究了黃土滑坡的觸動機(jī)理；張茂省等研究了黃土滑坡的誘發(fā)機(jī)理[7]，彭建兵等[8]提出了應(yīng)該重點(diǎn)加強(qiáng)黃土災(zāi)害成災(zāi)模式、超前預(yù)報(bào)等關(guān)鍵科學(xué)問題的建議，對今后黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究指明了方向；龍建輝等[9]研究了黃土滑動帶的蠕變特征，研究了黃土滑動帶蠕變模型與失穩(wěn)時(shí)間的關(guān)系；黃玉華等[10-11]研究了2013年7月延安地區(qū)高強(qiáng)度降雨與黃土滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的規(guī)律，分析了淺表層黃土滑坡、坡面泥流的致災(zāi)特點(diǎn)及成因。上述研究，為防災(zāi)減災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。

然而，對于誘發(fā)因素多樣、防不勝防的黃土溝壑區(qū)滑坡，至今沒有很好的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)方法。本文以馬溝岔滑坡為例，分析了黃土層內(nèi)滑坡的形成及影響因素，探討了防御對策。

1 馬岔溝滑坡災(zāi)情及成因分析

馬岔溝滑坡位于延安市甘泉縣城關(guān)鎮(zhèn)岳屯村碾渠臺蘆草溝東側(cè)斜坡上部(黃延高速擴(kuò)能工程十四標(biāo)段馬岔溝隧道東側(cè))，滑向285°，滑動塊體長約12 m，寬約10 m、厚約3 m，體積約360 m3，為一小型黃土滑坡(圖1)。造成坡體下部2排8間工人工棚被沖毀，19人死亡，2人受傷。具有典型的黃土層內(nèi)滑坡特征。該斜坡坡向285°，高約38 m，坡度平均60°，坡體長約44 m，地層巖性為第四系馬蘭黃土?；路譃樯现邢氯齻€(gè)部分：上部滑塊長約12 m，寬約10 m、厚約3 m，體積約360 m3；中下部由于刮鏟作用，形成寬約17.6 m，長約32 m，厚約0.5～1 m的滑槽；底部為滑坡堆積物，長約23 m，寬約22 m，面積506 m2，沖毀兩排工棚。

圖1 馬岔溝滑坡體全貌(鏡像160°)

1.2 馬岔溝滑坡成因分析

馬岔溝滑坡地處地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，區(qū)內(nèi)坡陡、林密，滑坡不易識別，是一起自然原因形成的滑坡，主要形成原因如下。

(1)該滑坡地處陜北黃土丘陵區(qū)，原始坡體地形高陡，上陡下緩，下部坡度約40°～50°，上部近直立，坡體巖性為第四系馬蘭黃土，土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松多孔，地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，屬地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(圖2)，施工場地工人臨時(shí)宿舍建設(shè)選址不合理。

圖2 馬溝岔滑坡及周邊地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

(2)該處為一古滑坡，后壁殘留一變形體，長約12 m，寬約17.6 m，厚約3 m，體積約640 m3，后緣可見拉張裂縫(圖3a)，寬17 cm，穩(wěn)定性差，此次發(fā)生的滑坡是該變形體的一部分，長約12 m，寬約10 m，厚約3 m，方量約360 m3。

(3)據(jù)甘泉縣石門雨量站監(jiān)測統(tǒng)計(jì)，該區(qū)2014年9月份以來累計(jì)降雨量121.2 mm，10月1日至滑坡發(fā)生的10日21:10，未降雨，前期累計(jì)降雨造成滑坡體黃土含水量達(dá)到21%，黃土含水量大對此次滑坡的發(fā)生有重要影響。

(4)滑坡體土體含水量系統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn)，滑體含水量處于飽和狀態(tài)(含水量31.4%)，明顯高于滑體周邊土體含水量(21%)，調(diào)查證實(shí)，馬岔溝隧道施工隊(duì)在滑坡體頂部安置有簡易儲水罐供下方生活用水，滑坡發(fā)生前4d出現(xiàn)供水異常，可能是引水管滲漏，造成滑坡部位土體飽和，重度增加，力學(xué)強(qiáng)度降低，是發(fā)生此次滑坡的誘發(fā)因素。

如此看來，無可辯駁的證據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備妥當(dāng)，只需妻子步入相關(guān)部門或是發(fā)到網(wǎng)上。自己距離類似案例的下場，只有一步之遙了。

(5)該滑坡體滑動部位距離坡腳高約28 m，剪出口高，滑動速度快，沖擊力大，滑程遠(yuǎn)，屬于遠(yuǎn)程、高速滑坡，滑坡體直接撞擊在工棚上，瞬間導(dǎo)致工棚高壓致災(zāi)，在工棚內(nèi)工人毫無防備的情況下，致災(zāi)嚴(yán)重。

1.3 馬岔溝滑坡的特點(diǎn)

滑坡共有的其他特征在此不再贅述，此次滑坡清晰地體現(xiàn)出了小型黃土層內(nèi)滑坡獨(dú)有的特征，我們總結(jié)了馬岔溝滑坡，具有規(guī)模小、滑距長、速度快、難識別、高易發(fā)的特點(diǎn)。

(1)規(guī)模小。馬岔溝滑體長約12 m，寬約10 m、厚約3 m，體積僅360 m3，大體積滑體由于重力過大，很難形成如圖3所示的拋物滑床，也很難向前遠(yuǎn)距離拋出，正是本次滑坡體小，才使致災(zāi)嚴(yán)重。

(2)滑距長、速度快。工棚與馬岔溝滑坡滑體坡腳有7 m之多，且中間相隔一道1.50 m寬的人工排水渠，滑坡土體為向前拋出擊中工棚(圖3)。大型黃土滑坡多為下錯或者垮塌式滑動，由于多發(fā)較陡崖邊，其威脅范圍主要集中在坡體頂部、近坡腳下，而體積較小的黃土層內(nèi)滑坡(本次馬岔溝)在下滑時(shí)可能形成弧形滑床，加速剪出，我們推測，滑坡從剪出到落地，可能只有十幾秒或幾十秒時(shí)間就完成。此類滑體居于較高坡頂時(shí)則極有可能增加滑程，其威脅范圍在坡頂小于大型黃土滑坡，在坡腳大于大型黃土滑坡。

(3)難識別。近年來，黃土高原禁牧措施及退耕還林措施的實(shí)施，部分黃土溝壑區(qū)叢林茂密，黃土很少裸露，即使黃土邊坡有裂縫或危險(xiǎn)性，也很難發(fā)現(xiàn)。黃土高邊坡的坡腳，又常常成為工棚的選擇地點(diǎn)，工棚往往保持較小距離便以為安全，忽略了此類小型黃土層內(nèi)滑坡的遠(yuǎn)程性，滑體為拋物剪出(圖4)，相比堆積層蠕滑和大型滑體垮滑距離要遠(yuǎn)，往往擴(kuò)大了滑坡體的威脅范圍(圖5)。

(4)高易發(fā)。馬岔溝滑坡為第四系馬蘭黃土覆蓋，地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，經(jīng)過測繪周邊地形為上微凸形，并不利于降雨匯流，但土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松多孔，土體極利于水流下滲，造成土體飽和，容重增加，抗剪強(qiáng)度降低，此類黃土陡坡易形成滑坡。

值得注意的是，滑坡體滑面上有明顯的流水痕跡(圖1)，推測為滑坡發(fā)生后，滑坡體上方儲水設(shè)施引水管被拉斷，儲水設(shè)施中的水順著拉斷的位置(滑坡體后緣裂縫附近)泄水所致。

(a)滑坡體地形及古滑坡體后緣裂縫分布 (b)滑坡體運(yùn)動軌跡

圖4 馬溝岔滑體剪出后拋物滑面(鏡像150°)

圖5 黃土層內(nèi)滑坡致災(zāi)機(jī)理示意

2 馬岔溝小型黃土層內(nèi)滑坡的影響因素

2.1 黃土斜坡自身特征

滑體內(nèi)部的土質(zhì)性狀，土體疏松、孔隙較大、裂隙發(fā)育尤其是垂向裂隙發(fā)育并在黃土內(nèi)部分層現(xiàn)象明顯的陡崖坡體容易出現(xiàn)脫落，水流往往快速沿土體裂隙下滲到分層處轉(zhuǎn)而水平或沿此水平方向形成弧形滑動帶，一旦失穩(wěn)，就會剪出，相反，分層現(xiàn)象不明顯，則易崩落或者滑落，難以形成順層剪出面(見圖5)。

2.2 土壤層面的影響

馬岔溝滑坡黃土具有明顯的分層特征，斜坡體的黃土由兩部分組成，中間是相對隔水的層面，上部土壤松散，易于浸水，在沒有人工原因情況下，土壤含水量達(dá)到21%，系大氣降水原因形成的。下部則含水量微弱，之間被一個(gè)相對的隔水層分離，形成滑坡的滑床面。

分層面位于滑體的部位非常重要，馬岔溝滑坡分層面位于坡體中上部，如分層面位于坡體中下部或下部，則可能會出現(xiàn)整體蠕滑鼓出或前移式滑動，所以分層面位于滑體中上部且脫離體方量較小，成為拋物剪出必要條件。

滑動面高度和坡度也有較大影響，馬岔溝滑坡滑體方量剪出時(shí)為拋物形式，以動能向前，下方有足夠高度為增程的必要條件，如下方坡緩或有臺階地貌，則不能拋出。

2.3 滑坡體土壤含水量

土體含水量，無論是人為用水還是降雨造成，含水量都是滑坡失穩(wěn)的決定因素，當(dāng)土體飽和失穩(wěn)時(shí)，滑動帶以塑性摩擦滑移，孔隙水壓力不只減少土體有效應(yīng)力，還改變了滑帶土體性狀，大大降低土體抗剪強(qiáng)度，同時(shí)土體容重加大，穩(wěn)定程度降低，甚至失穩(wěn)，導(dǎo)致勢能動能迅速轉(zhuǎn)化，滑體能夠加速滑出。

3 黃土溝壑區(qū)滑坡防御對策

馬岔溝滑坡給我們帶來了深刻的教訓(xùn)，也帶來了深刻的思考。對于陜北地區(qū)的此類小型黃土層內(nèi)滑坡，在工程施工、道路開掘、房屋修建、場地選址時(shí)應(yīng)提前、重點(diǎn)、開展專項(xiàng)排查，一經(jīng)確定，應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行治理。

(1)堅(jiān)持“凡建設(shè)必評估”、“凡開挖必防護(hù)”制度，地質(zhì)災(zāi)害高、中易發(fā)區(qū)開展工程建設(shè)或搭建臨時(shí)工棚，必須做好地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估工作，詳細(xì)查明區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害分布及人類工程活動條件下，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律，并提出防范措施；對于黃土地貌區(qū)，開挖工程一律要做好支護(hù)工程，確保安全。

(2)在黃土溝壑區(qū)搭建工棚或修筑住宅區(qū)(廠礦)，應(yīng)該選取距離坡腳足夠的安全距離，以保證施工人員和場地安全。

(3)在黃土溝壑區(qū)的工地，要嚴(yán)格控制坡體水浸方式，對可能發(fā)生小型黃土層滑坡的區(qū)域予以局部防水、導(dǎo)水防護(hù)，并開展巡查，發(fā)現(xiàn)后緣拉裂裂縫應(yīng)及時(shí)預(yù)警，或請專業(yè)人員勘查處置。

(4)傳統(tǒng)滑坡防治尤其是臨時(shí)性防護(hù)一般都只針對滑坡底部進(jìn)行支護(hù)加固，這可以防止整個(gè)坡體整體滑動失穩(wěn)，卻忽略了坡體上部裸露的自由土體可能產(chǎn)生的小型黃土層內(nèi)滑坡，對可能發(fā)生小型黃土層內(nèi)滑坡的較陡坡面應(yīng)予以全面拉網(wǎng)防護(hù)，避免土體剪出后拋落。

4 結(jié)束語

小型黃土層內(nèi)滑坡具有易發(fā)性、隱蔽性和危害性，往往使人防不勝防，不加重視也會造成嚴(yán)重后果，馬岔溝滑坡就是慘痛的案例。因此，在黃土地區(qū)建設(shè)，無論是永久工程、臨時(shí)性工程(工棚)或居住選址，都要認(rèn)真、嚴(yán)肅地對待，做好地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估，提出切實(shí)可行的措施，在工程運(yùn)營、居住過程中，做好監(jiān)測預(yù)防預(yù)警工作，絕不能掉以輕心、治大而放小，只有這樣，才能確保工程安全、施工人員安全和居住人員安全。

致謝：陜西省地質(zhì)調(diào)查院王雙明教授、長安大學(xué)彭建兵教授、中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心張茂省研究員參加了野外調(diào)查和滑坡成因分析，特此致謝！

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Small Landslide and Disaster-Causing Mechanism in Gully Loess Area

Fan Limin1, Li Yong1, Ning Kuibin2, Teng Hongquan1, Wang Qiyao3and Zhang Xinyu1

(1.ShananxiInstituteofGeo-EnvironmentMonitoring,Xi’an710045,China; 2.DepartmentofLandandResourcesofShaanxiProvince,Xi’an710065,China; 3.KeyLaboratoryofWesternChina’sMineralResourcesandGeologicalEngineering,MinistryofEducation,Chang’anUniversity,Xian710054,China)

At21:10onOctober10, 2014,alandslidehazardoccurredtothe14thsectionoftheHuangyanExpressWaylocatedatMachagou,GanquanCounty,YananCity.Itcaused19deathsand2injuries.Theslipmassin12mlong, 10mwide, 3mthickwithavolumeabout360m3sliding270°.Itisasmalllandslideofloess.Accordingtotheinvestigation,theslipmassislocatedinthegullyloessareawhichisaneasyoccurrenceareaofgeologicaldisaster.Thereisalargeandlonggapatthebackedgewhichapartoftheancientslipmass.Itisformedmainlyfortheexistenceofthehighandsteepslopes.Besides,thelongterminfiltrationofpipeleakageofwaterstoragefacilitiesattheuppersideoftheslipmasscausesthewatercontentashighasover31%,thusfinallycausestheformationofaleaptypelandslideofsmallscale,longdistanceandrapidspeed.Theslipmassdirectlyhitonthewordshedsatthefootoftheslopeandcauseseriousdisasters.Argumentsonstrengtheningworkshedsandselectionofconstructionsaswellassuggestionsongeologicaldisastermonitoringareproposed.

geologicaldisaster;smallloesslandslide;disaster-causingmechanism;controllingfactors;causeanalysis

2015-01-13 修改日期：2015-02-20

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目“黃土重大災(zāi)害及災(zāi)害鏈的發(fā)生、演化機(jī)制與防控理論”(2014CB744700)

范立民(1965-)，男，山西曲沃人，教授級高級工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害研究工作. E-mail:498518851@qq.com

P642.13+1；X43

A

1000-811X(2015)03-0067-04

10.3969/j.issn.1000-811X.2015.03.013

范立民，李勇，寧奎斌，等. 黃土溝壑區(qū)小型滑坡致大災(zāi)及其機(jī)理[J].災(zāi)害學(xué), 2015,30(3):067-070. [Fan Limin, Li Yong, Ning Kuibin,et al. Small Landslide and Disaster-Causing Mechanism in Gully Loess Area [J].Journal of Catastrophology, 2015,30(3)：067-070.]