黃土水敏性及水致黃土滑坡研究現(xiàn)狀與展望

張茂省，胡 煒，孫萍萍，王雪蓮,

（1.國土資源部黃土地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054；2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安710054；3.長安大學(xué)，西安 710064）

黃土水敏性及水致黃土滑坡研究現(xiàn)狀與展望

張茂省1,2，胡 煒1,2，孫萍萍1,2，王雪蓮1,2,3

（1.國土資源部黃土地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054；2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安710054；3.長安大學(xué)，西安 710064）

黃土是具有“水敏性”的特殊土，水是誘發(fā)黃土滑坡最積極的因素，黃土水敏性的力學(xué)機(jī)制及致滑機(jī)理已成為黃土地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)中迫切需要解決的重大基礎(chǔ)問題。本文在搜集大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，將黃土水敏性及水致黃土滑坡研究現(xiàn)狀按照黃土水敏性、考慮優(yōu)勢通道的黃土斜坡水分運(yùn)移規(guī)律和刻畫方法、水致黃土滑坡失穩(wěn)力學(xué)機(jī)制、基于水的黃土滑坡防控關(guān)鍵技術(shù)共四方面內(nèi)容加以總結(jié)歸納。建議明確黃土水敏性的概念和內(nèi)容，以黃土水敏性力學(xué)本質(zhì)為突破口，研究建立基于吸應(yīng)力理論的黃土水敏性參數(shù)和指標(biāo)體系，開展考慮優(yōu)勢入滲的黃土斜坡穩(wěn)定性有限元分析，并建立一套基于水的水致黃土滑坡風(fēng)險防控關(guān)鍵技術(shù)體系。

黃土；水敏性；黃土滑坡；研究現(xiàn)狀；展望

巖土體水敏性（water sensitivity）是指巖（土）體遇水后產(chǎn)生物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、力學(xué)行為等改變的特性，是工程地質(zhì)、巖土工程、石油勘探等領(lǐng)域的重要研究課題。譬如，巖石的水敏性以紅層軟巖最具代表性，其浸水軟化變形是這類斜坡失穩(wěn)的重要原因（馮啟言等，1999；李保雄和苗天德，2004；張永安等，2008；周翠英等，2010）。膨脹土則是典型的水敏性土，具有吸水膨脹脫水收縮特性，強(qiáng)烈的水土相互作用對膨脹土邊坡穩(wěn)定影響巨大（孔令偉等，2004；詹良通，2006）。

黃土體也是具有水敏性的特殊土體，但其水敏性機(jī)制與膨脹土截然不同，導(dǎo)致遇水后的宏觀表現(xiàn)為收縮。水敏性的研究是黃土力學(xué)與工程研究的主線之一，研究內(nèi)容不僅包含常見的濕陷性，還有崩解性、溶蝕性、濕剪性（指的是增濕條件下的剪切特性；謝定義，1999）等方面，以及同時在動荷載作用下的液化性。然而，黃土高原城鎮(zhèn)化建設(shè)初期涉及較多黃土地基處理問題，關(guān)注點(diǎn)在“濕陷性”，一直就沿用了這種提法，用“濕陷性”籠統(tǒng)代表了“水敏性”。但基于嚴(yán)格的物理意義，“水敏性”一詞比常用的“濕陷性”一詞更加體現(xiàn)黃土變形和強(qiáng)度與水關(guān)系的特殊本質(zhì)，并同時包含包容增濕與浸濕以及濕陷與濕剪的影響，抓住水敏性來研究黃土的力學(xué)特性就抓到了問題的本質(zhì)，抓到了黃土力學(xué)的靈魂（謝定義，2001）。

據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局“黃土高原地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查”成果，水是誘發(fā)黃土滑坡的最積極因素之一（張茂省等，2008）。2013年7月，中國西部普降暴雨，降雨強(qiáng)度和持時屢破歷史新高，黃土高原地區(qū)再次爆發(fā)了大量的黃土滑坡、崩塌、坡面泥流等地質(zhì)災(zāi)害，以甘肅天水和陜西延安兩地最為嚴(yán)重。極端氣候條件下，由水而導(dǎo)致的突發(fā)性黃土地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)出歷時長、范圍廣、損失重、緊急轉(zhuǎn)移安置群眾難度大的特征，也暴露出對黃土的水敏性研究不夠深入、致災(zāi)機(jī)理不清、風(fēng)險管控措施不力的問題，再次敲響了關(guān)注水致黃土地質(zhì)災(zāi)害警鐘。

幾十年來，我國在黃土濕陷性、非飽和黃土特性等黃土水敏性力學(xué)理論研究與工程實(shí)踐方面頗有建樹，奠定了我國黃土工程學(xué)在國際上的先進(jìn)水平，指導(dǎo)了黃土地區(qū)的重大工程實(shí)踐。盡管前人做了大量卓有成效的研究，但是，在黃土水敏性的力學(xué)機(jī)制及災(zāi)變機(jī)理方面仍存在很多深層次科學(xué)問題有待探究。例如，尚沒有學(xué)者將黃土的崩解、濕陷、溶蝕、液化、流變、滑動等現(xiàn)象作為“黃土的水敏性”來統(tǒng)一考慮并付諸實(shí)踐，黃土遇水后產(chǎn)生這些現(xiàn)象的力學(xué)機(jī)制是否具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)？發(fā)生這些不同現(xiàn)象各自的邊界條件又是什么？這些現(xiàn)象能不能用統(tǒng)一的“水敏性”概念來表征？黃土斜坡地帶遇水發(fā)生變形、破壞、滑動的機(jī)理是什么？能不能通過“治水”來管控此類滑坡災(zāi)害？等等。探索黃土水敏性的力學(xué)機(jī)制，研究水對黃土滑坡的作用機(jī)理，一方面可以直接為黃土地區(qū)滑坡災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)，另一方面也將豐富和完善黃土滑坡研究的理論，解決滑坡研究尤其是黃土滑坡研究中的前沿科學(xué)問題，將具有重要的學(xué)術(shù)價值。

為了能夠引起我國黃土學(xué)和防災(zāi)減災(zāi)學(xué)界對黃土水敏性及其災(zāi)變機(jī)制的關(guān)注，本文在整理大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以黃土水敏性研究為切入點(diǎn)，從四個方面系統(tǒng)總結(jié)黃土水敏性及水致黃土滑坡研究進(jìn)展，歸納關(guān)鍵問題，并提出研究展望，希冀能夠拋磚引玉，引起這些問題的深入研究，解決困擾我國黃土區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治方面的科學(xué)問題。在概念上，本文涉及的黃土滑坡泛指黃土崩滑流災(zāi)害，一方面是為了和國際上通用的“Landslide”概念接軌，另一方面也是由于本文并不涉及具體的成災(zāi)模式的討論。

1 研究進(jìn)展

對黃土水敏性及水致黃土滑坡所做的研究主要概括為以下四個方面。

1.1 關(guān)于黃土水敏性研究

黃土遇水后崩解、濕陷、溶蝕現(xiàn)象，在荷載作用下繼而產(chǎn)生流變、液化、滑動等變形破壞現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都可以歸屬“黃土水敏性”的宏觀外部表現(xiàn)。目前尚未發(fā)現(xiàn)將這些宏觀現(xiàn)象統(tǒng)一起來，采用“黃土水敏性”概念來表征方面的研究報道。國內(nèi)外與黃土水敏性相關(guān)的研究成果主要集中在黃土濕陷、崩解、流變、液化等某個單一的現(xiàn)象及其物理、化學(xué)、力學(xué)機(jī)理上，研究切入點(diǎn)歸納起來主要包括黃土物理微結(jié)構(gòu)、水巖物理化學(xué)作用和宏觀力學(xué)特性三方面。

在黃土水敏性相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)研究方面，?ajgalik（1990）和?ajgalik and Klukanova（1994）采用掃描電鏡研究了斯洛伐克黃土結(jié)構(gòu)特征，并從微觀角度對黃土崩解機(jī)理進(jìn)行了解釋，認(rèn)為黃土崩解受各種內(nèi)外因素決定，而水是最重要的因素之一。Derbyshire et al（1994）研究了不同含水率的黃土高原馬蘭黃土的強(qiáng)度參數(shù)，并指出孔隙大小、孔徑、顆粒形態(tài)等微結(jié)構(gòu)特征是黃土水敏性發(fā)揮效應(yīng)的內(nèi)在原因，說明水敏性研究中必須重視黃土微結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。我國學(xué)者高國瑞（1980）、王永炎和騰志宏（1982）、雷祥義（1987）、胡瑞林等（1999）等先后系統(tǒng)研究了我國各地區(qū)黃土的微結(jié)構(gòu)特征，確定了黃土高原地區(qū)黃土的微結(jié)構(gòu)模型，并用來解釋黃土濕陷性。但上述黃土微結(jié)構(gòu)研究主要針對黃土濕陷行為，較少研究其他黃土水敏性表象下的黃土微結(jié)構(gòu)變化。在微結(jié)構(gòu)研究方法上，這些研究都是采用取樣后放到掃描電鏡上，獲取微結(jié)構(gòu)二維灰度圖像，然后經(jīng)過科研人員設(shè)定一定灰度閾值標(biāo)準(zhǔn)，提取微結(jié)構(gòu)指標(biāo)。這種方法一方面受取樣位置限制，另一方面受操作人員經(jīng)驗(yàn)左右，使得研究結(jié)果對實(shí)際黃土體微結(jié)構(gòu)的代表性和可信度都有不同程度降低。普通的CT掃描的分辨率低，僅能看到宏觀裂紋，看不到顆粒及孔洞尺度。實(shí)踐表明，Xray CT掃描和建模技術(shù)可以透視微結(jié)構(gòu)，構(gòu)建黃土微結(jié)構(gòu)三維模型，是一個值得探索的方向。

在黃土水敏性相關(guān)的水巖物理化學(xué)作用研究方面，主要觀點(diǎn)認(rèn)為水淋濾掉黃土中的易溶鹽，產(chǎn)生組分和結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致黃土力學(xué)性質(zhì)變化。譬如，酈慧等（2011）采用去離子水浸泡過濾方法進(jìn)行洗鹽，研究了重塑黃土洗鹽前后的物理力學(xué)性質(zhì)變化，表明洗鹽后顆粒細(xì)化，粘土顆粒增多，液塑限增高，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，鈣質(zhì)膠結(jié)程度降低，抗剪強(qiáng)度增大。但采用去離子水洗鹽的方法與自然界大多數(shù)情況有所差別。Zhang et al（2013）基于甘肅黑方臺研究區(qū)Na+和Cl-是地下水、泉水和黃土中主要離子的事實(shí)，利用不同NaCl濃度的脫氣蒸餾水制作飽和黃土樣品，開展不排水直剪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后重塑樣品，用純凈蒸餾水洗鹽后再次進(jìn)行不排水直剪，從而模擬灌溉水入滲和排泄兩個相反過程中，黃土鹽分增加和淋濾脫鹽作用對黃土不排水剪切強(qiáng)度的影響機(jī)制，結(jié)果表明，在加鹽時，隨著鹽濃度的持續(xù)增加，飽和黃土不排水剪切峰值和穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增加后減小的規(guī)律，而在脫鹽后，飽和黃土強(qiáng)度逐步恢復(fù)至原值，證明鹽分對黃土強(qiáng)度影響是個可逆的過程。盧雪清（2012）不僅研究了黃土易溶鹽，還采用醋酸處理掉難溶鹽，對比研究難溶鹽對黃土強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明碳酸鈣等難溶鹽溶蝕后黃土強(qiáng)度將顯著降低，其影響程度遠(yuǎn)大于易溶鹽。對于富含碳酸鈣的黃土，這一研究更具現(xiàn)實(shí)意義。

歸納起來，對黃土水巖物理化學(xué)作用的研究還有如下三個問題需要取得突破：（1）碳酸鈣等難溶鹽淋溶對黃土強(qiáng)度的影響規(guī)律；（2）模擬現(xiàn)實(shí)中降雨、灌溉水等水化學(xué)成分開展室內(nèi)淋濾和溶蝕試驗(yàn)；（3）與黃土斜坡穩(wěn)定性定量研究緊密結(jié)合起來。

在黃土水敏性相關(guān)的宏觀力學(xué)特性研究方面，F(xiàn)eda （1988）、Frankowski （1994）、Rogers et al（1994）等研究了黃土濕陷性的前提、標(biāo)準(zhǔn)、歸一化特性；Lutenegger and Hallberg（1988）、Milovic（1988）、Dijkstra et al（1994）系統(tǒng)研究了不同層位黃土強(qiáng)度和穩(wěn)定性隨著含水率的變化規(guī)律。中國黃土研究有得天獨(dú)厚的地域和資源優(yōu)勢，且工程建設(shè)力度空前，遇到眾多的黃土水敏性相關(guān)的土力學(xué)問題。謝定義（2001）對此進(jìn)行了系統(tǒng)歸納，將黃土水敏性的宏觀力學(xué)特性研究概括為黃土強(qiáng)度和黃土濕陷性研究兩大塊，且呈現(xiàn)出了由浸水濕陷量到濕陷敏感性，由狹義的浸水飽和濕陷到廣義的浸水增濕濕陷，由單調(diào)的增濕變形到增濕減濕、間歇性濕陷變形，由增（減）濕路徑到增（減）濕路徑與加（卸）荷路徑的耦合，由濕陷性到濕剪性以及由宏觀特性分析到宏、微觀結(jié)合的力學(xué)特性分析等諸多方面的發(fā)展趨勢。

黃土是典型的非飽和土，黃土的水敏性也是其非飽和特性的反映，因此，非飽和土力學(xué)理論框架是研究黃土水敏性的重要理論工具。Lu等人（Lu and Likos，2006；Lu et al，2010；Lu and Kaya，2012）在Terzaghi的飽和土有效應(yīng)力原理和Bishop、Fredlund等的非飽和土力學(xué)基礎(chǔ)上，提出了吸應(yīng)力的概念，發(fā)展了非飽和土的有效應(yīng)力原理，認(rèn)為吸應(yīng)力是描述非飽和土應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度本構(gòu)關(guān)系的核心參量，并研發(fā)了一種半定量化快速測定非飽和土滲流和應(yīng)力本構(gòu)關(guān)系的裝置。

總體來看，以往對黃土水敏性的研究包含了從定性到定量、從宏觀到微觀、從物理到化學(xué)等諸多方面，但主要針對黃土濕陷問題，且現(xiàn)象學(xué)研究多于力學(xué)機(jī)制探討；對于強(qiáng)度的探討大多也限于內(nèi)摩擦角和粘聚力兩個強(qiáng)度參數(shù)方面。黃土遇水后發(fā)生崩解、濕陷、流變、液化等現(xiàn)象，是黃土水敏性的力學(xué)行為和表象，截至目前，這些現(xiàn)象都有各自的評價指標(biāo)，但從力學(xué)機(jī)制上的針對性研究還不夠，造成部分黃土水敏性行為的力學(xué)機(jī)制不清。同時將非飽和土滲流和強(qiáng)度理論用于黃土的研究尚處于起步階段。運(yùn)用非飽和土前沿理論，開展黃土水敏性的力學(xué)機(jī)制研究，有望取得突破性進(jìn)展，破解黃土遇水后發(fā)生崩解、濕陷、溶蝕、流變、液化等現(xiàn)象的真正原因。

1.2 關(guān)于考慮優(yōu)勢通道的黃土斜坡水分運(yùn)移規(guī)律及定量刻畫方法研究

地表水入滲激發(fā)黃土水敏性效應(yīng)，導(dǎo)致黃土工程性質(zhì)弱化，引發(fā)黃土發(fā)生濕陷、濕剪，是促發(fā)水致黃土滑坡的一個原因。同時，地表水入滲也改變了黃土斜坡原生水文地質(zhì)條件，從而使地質(zhì)環(huán)境條件產(chǎn)生利于滑坡孕災(zāi)的方向轉(zhuǎn)變。因此，水分入滲機(jī)制研究也是水致黃土滑坡研究的基礎(chǔ)。

水文地質(zhì)理論將地表水入滲概括成活塞流和優(yōu)勢流兩大類?；钊髁鹘?jīng)土層基質(zhì)，可采用經(jīng)典土力學(xué)中的均質(zhì)性假設(shè)分析，以往在黃土地區(qū)的研究也較為豐富（李喜榮，1991；李云峰，1991；李佩成等，1999）。但黃土中發(fā)育了大量優(yōu)勢入滲通道，包括垂直節(jié)理裂隙、卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙、動植物孔洞以及在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來的落水洞，非均質(zhì)性和各向異性均十分顯著。加之地表植被覆蓋情況變化，地表水入滲邊界條件變化大，導(dǎo)致黃土地區(qū)地表水補(bǔ)給地下水是一種活塞流和多種形式優(yōu)勢流組合成的混合流模式，且以優(yōu)勢流為主（薛根良，1995；徐學(xué)選和陳天林，2010）。

人類從科學(xué)意義上發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢流問題可追溯至19世紀(jì)80年代。但直到20世紀(jì)80年代，優(yōu)勢流問題都未引起科學(xué)界足夠的重視。Beven and Germann（1982）發(fā)表了關(guān)于土壤優(yōu)勢流的論著，系統(tǒng)介紹了優(yōu)勢流研究歷史，采用試驗(yàn)證據(jù)和理論分析研究了優(yōu)勢通道對地表水入滲和擴(kuò)散的影響，成為水文學(xué)歷史上引用率最高的文獻(xiàn)之一，是優(yōu)勢流研究的里程碑。此后，針對優(yōu)勢流入滲模式、優(yōu)勢流影響因素、優(yōu)勢通道展布規(guī)律、優(yōu)勢流水分運(yùn)移規(guī)律等方面問題，開展了從理論模型分析到數(shù)值分析，從原型監(jiān)測到室內(nèi)模型試驗(yàn)等多種技術(shù)手段的研究工作。

在優(yōu)勢流理論模型研究方面，可歸納為四大類模型來描述，其中最主流的是二域模型及相關(guān)改進(jìn)模型（秦耀東等，2000）。二域模型將土體分為基質(zhì)域和優(yōu)先域，采用達(dá)西-理查茲（Darcy-Richards）定律描述基質(zhì)域，而對于優(yōu)先域則有不同的刻畫方法，包括運(yùn)動波理論、粘性流假設(shè)條件下的邊界層流動理論、濾波理論等?，F(xiàn)有四大模型普遍的難點(diǎn)是難以準(zhǔn)確獲取模型參數(shù)，且對于土體優(yōu)勢通道的隨機(jī)分布性考慮欠深入，導(dǎo)致模型計算與實(shí)際入滲情況有出入。

室內(nèi)試驗(yàn)是研究優(yōu)勢流的重要手段，主要方式包括取土壤原狀土、土柱出流試驗(yàn)兩種，通常和以CT、掃描電鏡、核磁共振影像等為代表的現(xiàn)代影像獲取技術(shù)聯(lián)合使用。具體來說，取原狀土的方式基于單一時間、低駐留濃度含量的一組圖像來構(gòu)建優(yōu)勢流模式，無法考慮時間效應(yīng)，且取樣密度太大。室內(nèi)原狀土柱出流試驗(yàn)可以很好地控制邊界條件，但尺寸效應(yīng)顯著，邊界條件常與實(shí)際情況有差別（牛健植等，2006）。相較而言，原位試驗(yàn)可以直接獲取優(yōu)勢流模式。常用的原位研究技術(shù)方法譬如地質(zhì)雷達(dá)、染色示蹤、微張力測量等，可直接獲取水分運(yùn)移路徑，形成水分運(yùn)動圖，從而對復(fù)雜流態(tài)下的水分時空變化規(guī)律進(jìn)行辨析。

盡管過去三十年做了大量的研究，然而鑒于優(yōu)勢流的重要地位，理應(yīng)獲得更高的關(guān)注度。這些年的研究仍然沒有解決判定標(biāo)準(zhǔn)缺失、物理模型雜亂、時空尺度考慮不周、觀測方法落后等一系列問題（牛健植等，2006；Beven and Germann，2013）。由于優(yōu)勢流的高度時空隨機(jī)性，今后優(yōu)勢流研究的重點(diǎn)應(yīng)放在進(jìn)行大量的綜合性野外試驗(yàn), 應(yīng)用新的觀測技術(shù)以便在時間和空間上監(jiān)測優(yōu)勢流，以獲取足夠的數(shù)據(jù)資料來確切地刻劃優(yōu)勢流，建立新的模型來模擬優(yōu)勢流，從而進(jìn)一步解決與土壤和地下水污染有關(guān)的環(huán)境問題（徐紹輝和張佳寶，1999）。

據(jù)黃土地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查成果，受黃土地表入滲系數(shù)小的限制，降水、灌溉等地表水均勻入滲所導(dǎo)致的黃土含水量明顯升高的深度有限，超滲產(chǎn)流在非平坦地形條件下匯集到落水洞、垂直裂隙等優(yōu)勢通道，進(jìn)而灌入地下深處誘發(fā)黃土滑坡，是水致黃土滑坡的常見模式（張茂省和李同錄，2011）。因此，地表水對黃土斜坡的作用可概括為活塞流的增重作用和優(yōu)勢流的軟化滑帶作用，斜坡變形、破壞則以后者作用為主。優(yōu)勢流對于地表水補(bǔ)給地下水進(jìn)而促發(fā)滑坡具有重要控制作用。盡管早就有定性認(rèn)識，但由于優(yōu)勢流突破了經(jīng)典力學(xué)中的均質(zhì)性假設(shè)，現(xiàn)有通用大型計算軟件對優(yōu)勢流刻畫存在短板，且實(shí)際優(yōu)勢通道的隨機(jī)分布性太強(qiáng)，缺乏現(xiàn)場監(jiān)測資料，導(dǎo)致考慮優(yōu)勢通道的黃土斜坡水文學(xué)及滑坡定量研究方面進(jìn)展緩慢。

1.3 水敏性黃土滑坡力學(xué)機(jī)制研究

水致黃土滑坡是水敏性黃土災(zāi)變的主要類型，近些年的致災(zāi)程度也是較高的。這方面的研究，不論是自然降水，還是人類水事活動產(chǎn)生的水，研究主線都是以經(jīng)典飽和土力學(xué)的摩爾-庫倫抗剪強(qiáng)度理論為核心，圍繞抗剪強(qiáng)度參數(shù)（粘聚力和內(nèi)摩擦角）和孔隙水壓力（或有效應(yīng)力）對水的響應(yīng)，以及對斜坡失穩(wěn)的作用機(jī)制展開。抗剪強(qiáng)度參數(shù)對水的響應(yīng)屬于水敏性范疇，前已概括，以下回顧孔隙水壓力響應(yīng)及對斜坡失穩(wěn)作用方面的研究。

黃潤秋等（2005）引述了Terzaghi提出的降水誘發(fā)滑坡的統(tǒng)一概化機(jī)制：“降水期間或降雨之后斜坡巖土體內(nèi)孔隙水壓力的升高使得潛在滑動面上的有效應(yīng)力及抗剪強(qiáng)度降低，從而誘發(fā)滑坡”，表明孔壓變化規(guī)律是研究降水誘發(fā)型滑坡機(jī)理的關(guān)鍵。Wang and Sassa（2003）、Okada et al（2004）等的水槽試驗(yàn)、環(huán)剪試驗(yàn)結(jié)果表明，降雨誘發(fā)型滑坡的失穩(wěn)模式與斜坡物質(zhì)組成的顆粒大小及級配有很大的關(guān)系，提出了顆粒破碎-滲透性降低-超孔壓劇升-液化滑動的降雨誘發(fā)型土質(zhì)滑坡發(fā)生機(jī)理。這些都為水致黃土滑坡機(jī)理研究提供了有益參考。

黃土主要由粉粒組成，具有架空結(jié)構(gòu)，水的參與使黃土成為一種極易發(fā)生液化的土，黃土滑坡液化機(jī)制的研究應(yīng)立足于黃土自身的特點(diǎn)。王蘭民和劉紅玫（2000）對飽和黃土液化機(jī)理與特性開展了研究，建立了飽和黃土孔隙水壓力和應(yīng)變的增長模型。周永習(xí)等（2010）對黃土滑坡流滑機(jī)理進(jìn)行了試驗(yàn)研究，認(rèn)為大多數(shù)情況下飽和黃土表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)特性，只有疏松的黃土表現(xiàn)出準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)特性。王家鼎（1992）、王家鼎和劉悅（1999）以黑方臺黃土滑坡泥流調(diào)查為背景，提出了“飽和黃土蠕（滑）動液化”的概念以及飽和黃土的蠕動液化機(jī)理。

應(yīng)力路徑也是影響土力學(xué)行為的重要因素。金艷麗和戴福初（2007）基于斜坡土體的原位應(yīng)力狀態(tài)及現(xiàn)場應(yīng)力路徑，對原狀黃土開展了等壓/偏壓固結(jié)不排水剪（ICU/ACU）和常剪應(yīng)力排水剪（CQD）試驗(yàn)，從飽和黃土的應(yīng)力路徑角度探討了灌溉水誘發(fā)黃土滑坡的形成機(jī)理。

上述研究的原型都是均質(zhì)各向同性土斜坡，而現(xiàn)實(shí)中的斜坡組成物質(zhì)與構(gòu)造非常復(fù)雜。Zhang et al（2000）對三峽地區(qū)某斜坡進(jìn)行了原位滲透試驗(yàn)研究后指出，研究斜坡失穩(wěn)時，只研究水在各向同性介質(zhì)中的滲透過程是不夠的，還要考慮斜坡體組成物質(zhì)的各向異性及滑坡體中裂縫、斷層等不連續(xù)結(jié)構(gòu)面的分布情況。黃土斜坡的非均質(zhì)性和各向異性顯著。許領(lǐng)等人（許領(lǐng)等，2008，2009a，2009b；許領(lǐng)，2010）以涇陽南塬的灌溉型滑坡為例，分析了灌溉引起的裂縫形態(tài)、發(fā)育規(guī)律、演化模式，認(rèn)為灌溉引起的裂縫、落水洞等優(yōu)勢通道增加了地面灌溉誘發(fā)滑坡的概率，對于黃土滑坡的演化和群體性分布具有重要的意義。Xu et al（2011a，2011b）通過開展室內(nèi)三軸實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場灌溉試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了黑方臺地區(qū)灌溉引起地下水位上升條件下飽和黃土破壞與泥流型高速遠(yuǎn)程滑坡啟動機(jī)理，提出灌溉水流入裂縫，在裂縫底部誘發(fā)劇增的超黃土孔隙水壓力，進(jìn)而導(dǎo)致土體局部液化并發(fā)生顯著破壞。

大部分黃土滑坡發(fā)生后可以看出，滑體和滑帶只有部分飽和，統(tǒng)一按飽和狀態(tài)分析評價，是不切實(shí)際的。從非飽和土力學(xué)角度研究水致黃土滑坡力學(xué)機(jī)制也逐步成為熱點(diǎn)。Fredlund and Krahn（1977）提出了考慮基質(zhì)吸力的邊坡穩(wěn)定性分析普遍極限平衡分析法，是采用非飽和土力學(xué)理論研究水致滑坡的代表。總體來說，基于非飽和土力學(xué)理論分析水致滑坡有較多實(shí)例報道，也從理論和數(shù)值法方面對水致滑坡開展了促發(fā)機(jī)制的分析，但還未從現(xiàn)場或室內(nèi)試驗(yàn)中獲取破壞面上定量化的吸力數(shù)據(jù)，來支持非飽和土斜坡失穩(wěn)機(jī)制（Lu and Godt，2013）。

與降水、灌溉等相比，工程蓄水在水入滲模式上是有很大區(qū)別的，庫岸穩(wěn)定性評價問題也是伴隨著水利水電工程的發(fā)展歷程。世界上研究程度最高的單體工程蓄水型滑坡災(zāi)害當(dāng)屬1963年意大利瓦伊昂水庫滑坡，對于工程蓄水誘發(fā)型滑坡災(zāi)害鏈誘發(fā)機(jī)制研究具有重要指導(dǎo)作用（孫廣忠和孫毅，2011；王濤等，2013）。我國的水利工程建設(shè)規(guī)模在世界上首屈一指，同時也遇到了前所未有的工程蓄水型滑坡問題。其中，長江三峽庫區(qū)集中了數(shù)量巨大、種類繁多、災(zāi)害嚴(yán)重的工程蓄水型滑坡，是全球最著名的工程蓄水型滑坡集中分布區(qū)。對三峽工程蓄水引起庫區(qū)的一些典型滑坡從誘發(fā)機(jī)理、預(yù)測預(yù)報、滑坡治理等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究（例如：唐輝明等，2002；伍法權(quán)，2002；許強(qiáng)等，2003；殷躍平和彭軒明，2007；Wang et al，2008；等），認(rèn)為水位升降波動是控制岸坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵，進(jìn)一步可按照蓄水的不同階段，研究水位上升期、穩(wěn)定水位期、水位降落、水位波動期四種工況下的斜坡失穩(wěn)機(jī)制，其中水位變化速率對斜坡穩(wěn)定性的影響還有所區(qū)別。

上述研究工作都針對庫岸巖質(zhì)滑坡。黃土直接浸泡在庫水位下的案例很少，導(dǎo)致對工程蓄水型黃土滑坡的研究相對較少。但在黃土梁峁地區(qū)，庫岸山坡的另一側(cè)，工程蓄水可誘發(fā)黃土斜坡失穩(wěn)或者老滑坡復(fù)活（Zhang et al，2012），必須引起重視。受黃土的強(qiáng)水敏性及顯著非飽和特性的影響，工程蓄水型黃土滑坡不僅要繼續(xù)開展飽和帶黃土變形破壞機(jī)制的研究，還要重視各類蓄水條件導(dǎo)致的非飽和黃土變形破壞機(jī)制。因此，工程蓄水型黃土滑坡研究急需適合黃土的非飽和土力學(xué)理論和技術(shù)方法的支撐。

1.4 基于水的黃土滑坡防控關(guān)鍵技術(shù)研究

在降水誘發(fā)型滑坡的防控研究方面，在氣象監(jiān)測基礎(chǔ)上開展的滑坡預(yù)測預(yù)報是重要的研究內(nèi)容。目前主要采用概率統(tǒng)計的思想，即通過對地質(zhì)條件相同或者相似的某個地區(qū)的降水量或降水強(qiáng)度和滑坡位移變形監(jiān)測資料的分析，建立該地區(qū)降水量或者降水強(qiáng)度和滑坡位移或滑坡發(fā)生概率之間的數(shù)學(xué)統(tǒng)計關(guān)系，根據(jù)這種數(shù)學(xué)統(tǒng)計關(guān)系及降雨情況來預(yù)報預(yù)測滑坡的發(fā)生（張明等，2009）。如今，很多國家和地區(qū)給出了所在區(qū)域滑坡發(fā)生的降水強(qiáng)度閾值，例如在日本、巴西等。我國的氣象局和國土資源部聯(lián)合發(fā)布?xì)庀蟮刭|(zhì)災(zāi)害預(yù)警，但具體到某地區(qū)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降水閾值則不明確。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，基于降水的滑坡發(fā)生概率研究不斷改進(jìn)，已成為一種重要的降水誘發(fā)型滑坡災(zāi)害預(yù)測預(yù)警方法。但是，這種預(yù)警方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有解決降水誘發(fā)型滑坡災(zāi)害預(yù)警問題，主要存在對具體地質(zhì)環(huán)境依賴性強(qiáng)、人力物力財力耗費(fèi)大、預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等三大缺陷（張明等，2009）。

為此，很多研究者從其他的角度對降水誘發(fā)型滑坡預(yù)測預(yù)報進(jìn)行了探索，認(rèn)為降水誘發(fā)型滑坡預(yù)測預(yù)報不能僅僅停留在對致災(zāi)因素和宏觀變形量的監(jiān)測上，歸根結(jié)底要基于滑坡機(jī)制認(rèn)識，監(jiān)測并分析降水在斜坡體內(nèi)誘發(fā)滲流場變化、以及相應(yīng)導(dǎo)致的斜坡應(yīng)力場及土體強(qiáng)度的變化，這些是導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)的本質(zhì)因素。例如，林鴻洲等（2009）研究了主要增濕和減濕路徑的土水特征曲線滯后對降雨型滑坡預(yù)測的影響，認(rèn)為可用主要增濕與減濕路徑預(yù)測滑坡發(fā)生的時間差，規(guī)劃與建立合適的滑坡雨量預(yù)警基準(zhǔn)；Godt et al（2009）在美國西雅圖的一個潛在滑坡上進(jìn)行了吸力和含水量監(jiān)測，并基于吸應(yīng)力進(jìn)行了滑坡的準(zhǔn)確預(yù)測，為從力學(xué)機(jī)制上研究降水誘發(fā)型滑坡的監(jiān)測預(yù)報提供了參考。

盡管前人對降水誘發(fā)型滑坡從不同角度做了大量有益的探索和研究，但是，此類滑坡的預(yù)警預(yù)報成功率仍然很低。就黃土地區(qū)而言，一次大的暴雨，甚至特大暴雨，由于超滲產(chǎn)流，造成大量的水土流失，而降雨入滲到黃土中，造成黃土飽和或者近飽和的深度往往不大，理論上幾乎不可能產(chǎn)生黃土滑坡。從大量的黃土滑坡調(diào)查結(jié)果看，其原因在于以往的研究忽視了四個問題，或者研究得不夠：一是超滲產(chǎn)流而形成的降雨匯集；二是黃土中大孔隙、垂直節(jié)理、落水洞等發(fā)育，降雨主要沿著這些優(yōu)勢入滲通道快速滲入，甚至灌入黃土中；三是滲入或灌入過程中遇到隔水層或相對弱透水層，在短時間內(nèi)使黃土飽和或近飽和，從而誘發(fā)黃土滑坡；四是建立考慮優(yōu)勢入滲的降水誘發(fā)型黃土滑坡監(jiān)測預(yù)警模型。

灌溉誘發(fā)型黃土滑坡防控和降水誘發(fā)型黃土滑坡防控相比，有相同之處，其研究成果可以相互借鑒。不同之處在于，與降水誘發(fā)型黃土滑坡相比，灌溉誘發(fā)型黃土滑坡防控研究應(yīng)突出：灌溉活動打破了地下水系統(tǒng)的天然平衡狀態(tài)，使地下水流場發(fā)生了變化，導(dǎo)致地下水位抬升，引發(fā)斜坡地帶應(yīng)力場的改變，進(jìn)而引發(fā)滑坡。因此，灌溉活動引發(fā)黃土滑坡災(zāi)害防治的關(guān)鍵是有效控制地下水位。盡管前人做了大量的研究工作，但都是泛泛而談一些控水策略，缺乏監(jiān)測和試驗(yàn)資料，無力指導(dǎo)治理設(shè)計和施工。

在工程蓄水型滑坡防控方面，既然水位升降波動是控制岸坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵，相應(yīng)的防控策略也需緊密結(jié)合水位變動情況開展。我國在重大水利水電工程建設(shè)運(yùn)營中貫徹落實(shí)了地質(zhì)災(zāi)害防控的聯(lián)動機(jī)制，有效減緩了工程蓄水誘發(fā)滑坡災(zāi)害。吳樹仁等（2013）總結(jié)歸納了工程滑坡防治的三個關(guān)鍵問題，即有效預(yù)防、快速治理、主動減災(zāi)。然而具體運(yùn)用到工程蓄水型滑坡防控中，仍存在庫水位-斜坡穩(wěn)定性互饋機(jī)制復(fù)雜多變、滑坡監(jiān)測預(yù)警判據(jù)爭議不斷、快速治理技術(shù)落后等瓶頸。進(jìn)行基于庫水位的工程蓄水型滑坡風(fēng)險管理屬于主動減災(zāi)范疇，是大勢所趨。

2 幾個關(guān)鍵科學(xué)問題

縱觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，針對黃土濕陷、崩解等問題，采用光學(xué)和電子顯微鏡、傳統(tǒng)CT掃描等技術(shù)研究了黃土遇水后的微觀結(jié)構(gòu)變化，探索了其物理學(xué)機(jī)制；從水巖相互作用角度研究了水巖之間的化學(xué)反應(yīng)對抗剪強(qiáng)度的影響，探索了其化學(xué)機(jī)制；利用室內(nèi)外抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了黃土的力學(xué)特性，探索了其宏觀力學(xué)機(jī)制；針對優(yōu)勢通道入滲問題，開發(fā)了理論模型，進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究；針對各類水致黃土滑坡，也有卷帙浩繁的機(jī)理分析工作，等等。這些研究成果十分豐富，對解決工程實(shí)踐中遇到的黃土工程問題發(fā)揮了積極的作用。但是，針對黃土的水敏性以及各類水致黃土滑坡的研究仍存在以下深層次的科學(xué)問題。

2.1 黃土水敏性的力學(xué)機(jī)制不清，以及由此導(dǎo)致的水致黃土滑坡機(jī)理研究缺乏理論支撐

無論是采用光學(xué)顯微鏡還是電子顯微鏡，也無論是水巖相互作用研究還是三維CT掃描技術(shù)，都是觀察和探索了黃土遇水后發(fā)生崩解、濕陷、溶蝕、流變，甚至滑動等黃土水敏性的現(xiàn)象。還沒有揭示這些宏觀和微觀現(xiàn)象的力學(xué)本制，即缺乏一個有效的參數(shù)體系來表征黃土遇水后的各類力學(xué)行為，水致黃土滑坡還缺乏有力的理論支撐。

2.2 復(fù)雜地形地質(zhì)條件下水的匯集-快速入滲-滲流擴(kuò)散機(jī)理和刻畫方法研究不足

在黃土地區(qū)，降水和灌溉的增重作用有限，活塞流入滲速率較低，一般不易引發(fā)黃土滑坡。而優(yōu)勢流對于地表水補(bǔ)給地下水進(jìn)而促發(fā)黃土滑坡具有重要控制作用。目前缺乏對水的匯集、沿著優(yōu)勢通道入滲的現(xiàn)場監(jiān)測或原位試驗(yàn)數(shù)據(jù)，尚未定量揭示水致黃土滑坡的水文條件。

2.3 基于水的水致黃土滑坡風(fēng)險控制研究不夠深入

不論是降水，還是灌溉、水庫蓄水等人類水事活動，通過復(fù)雜的入滲機(jī)制，并沿途流經(jīng)水敏性黃土介質(zhì)導(dǎo)致黃土發(fā)生物理、化學(xué)、力學(xué)響應(yīng)，打破了黃土斜坡地下水系統(tǒng)的天然平衡狀態(tài)，使地下水動力場發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致斜坡地帶應(yīng)力場的響應(yīng)，并引發(fā)滑坡。盡管前人做了大量的研究工作，但在這方面的研究還遠(yuǎn)不夠，尤其在降水誘發(fā)型黃土滑坡危險性評價和監(jiān)測預(yù)警技術(shù)、灌溉活動的水動力和斜坡應(yīng)力響應(yīng)機(jī)制、基于地下水位的黃土滑坡風(fēng)險控制技術(shù)研究方面有待深入。

3 展望

解決上述任何一個問題都不是輕而易舉的事情，尤其是黃土的水敏性。不少學(xué)者用到了黃土“水敏性”的名詞，也開展了與黃土水敏性相關(guān)的研究，但是，截止目前，尚無明確的黃土水敏性定義，更缺乏從力學(xué)機(jī)制上對其系統(tǒng)地研究。因此，迫切需要探討黃土水敏性明確的概念和內(nèi)涵，探討黃土遇水后發(fā)生的崩解、濕陷、溶蝕、流變等現(xiàn)象的力學(xué)本質(zhì)。以黃土水敏性現(xiàn)象為切入點(diǎn)，以黃土各類水敏性現(xiàn)象的力學(xué)本質(zhì)為突破口，研究建立黃土水敏性參數(shù)指標(biāo)體系，揭示黃土水敏性的力學(xué)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，定量刻畫水的匯集-優(yōu)勢入滲-滲流擴(kuò)散-發(fā)生黃土滑坡的過程，探索水體入滲過程中的地下水動力系統(tǒng)和斜坡應(yīng)力系統(tǒng)協(xié)同響應(yīng)機(jī)制，加深水致黃土滑坡認(rèn)知，建立基于斜坡失穩(wěn)力學(xué)機(jī)制的降水誘發(fā)型黃土滑坡危險性評價技術(shù)與預(yù)警模型，研發(fā)基于地下水位管理的黃土滑坡風(fēng)險防控關(guān)鍵技術(shù)，解決黃土滑坡研究中的前沿科學(xué)問題，為我國黃土地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)技術(shù)支撐。

具體需要進(jìn)行下述四方面的系統(tǒng)研究工作。

3.1 基于吸應(yīng)力理論的黃土水敏性參數(shù)體系及其力學(xué)機(jī)制研究

基于吸應(yīng)力的廣義有效應(yīng)力理論是非飽和土力學(xué)的熱點(diǎn)，是非飽和土的核心本構(gòu)之一。采用吸應(yīng)力有效應(yīng)力理論來表征黃土遇水后的內(nèi)應(yīng)力變化，結(jié)合已有的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)和已知的邊界條件來共同表征黃土水敏性，是值得探索的方向。為此，需在開展非飽和土力學(xué)實(shí)驗(yàn)與野外監(jiān)測的基礎(chǔ)上，輔以黃土結(jié)構(gòu)和成分測試，獲取黃土的土-水特征曲線、滲透系數(shù)函數(shù)、吸應(yīng)力函數(shù)，旨在獲取黃土水敏性的應(yīng)力閾值和分區(qū)，破解黃土水敏性的“內(nèi)因”；開展黃土崩解、濕陷、增濕強(qiáng)度等傳統(tǒng)的水敏性行為室內(nèi)測試，解決邊界條件問題，破解黃土水敏性的“外因”；進(jìn)一步建立黃土變形破壞行為與吸應(yīng)力有效應(yīng)力間的對應(yīng)關(guān)系，建立歸一化的，以吸應(yīng)力與若干邊界條件共同表征的黃土水敏性參數(shù)和指標(biāo)體系。

3.2 考慮優(yōu)勢通道的水分運(yùn)移規(guī)律及定量刻畫方法研究

（1）斜坡地表水匯流的定量刻畫。針對黃土臺塬和黃土梁茆區(qū)不同水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、不同坡面形態(tài)和下墊面，拉張裂縫或落水洞發(fā)育狀況，獲取高精度DEM數(shù)據(jù)，圈定匯水區(qū)范圍，計算匯流區(qū)面積。開展降雨或灌溉示蹤試驗(yàn)，監(jiān)測超滲產(chǎn)流過程中的雨量、灌溉量和流失量，建立斜坡地表水匯流模型。

（2）快速入滲及滲流擴(kuò)散的定量刻畫。在已建立的匯流模型基礎(chǔ)上，觀測拉張裂縫和落水洞底部積水，觀測降雨和灌溉過程中包氣帶不同位置處含水量和基質(zhì)吸力的變化，以及地下水位和泉流量的變化，查明考慮優(yōu)勢通道的斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)和入滲模式，建立斜坡地帶水的匯集-優(yōu)勢入滲-擴(kuò)散的水分運(yùn)移模型，定量刻畫黃土優(yōu)勢入滲通道對降雨和灌溉水等入滲過程的控制作用及入滲和擴(kuò)散規(guī)律。

3.3 水致黃土滑坡穩(wěn)定性分析及失穩(wěn)力學(xué)機(jī)制研究

以非飽和土測試獲取的土-水特征曲線、滲透系數(shù)函數(shù)、吸應(yīng)力函數(shù)為基本本構(gòu)模型，建立考慮優(yōu)勢通道入滲效應(yīng)的各向異性黃土介質(zhì)斜坡有限元模型，定量揭示降水、灌溉、工程蓄水等不同誘發(fā)因素條件下的黃土斜坡滲流和應(yīng)力系統(tǒng)響應(yīng)，開展基于單元土體的斜坡穩(wěn)定性分析，探索水致黃土滑坡變形破壞機(jī)制。

3.4 基于水的黃土滑坡防控關(guān)鍵技術(shù)研究

（1）基于降水的黃土滑坡危險性評價與預(yù)警技術(shù)。地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體及其工程地質(zhì)性質(zhì)、地下水等地質(zhì)環(huán)境條件決定了黃土滑坡的易發(fā)性，降水強(qiáng)度、歷時等降水特征則決定著降水誘發(fā)型黃土滑坡的危險性。針對降水誘發(fā)型黃土滑坡，需在野外調(diào)查和易發(fā)性評價與區(qū)劃的基礎(chǔ)上，通過典型斜坡含水量和吸力原位監(jiān)測，以及斜坡穩(wěn)定性有限元分析，確立不同降水特征對應(yīng)的斜坡危險性閾值，開展基于降水的黃土滑坡危險性評價與區(qū)劃，建立黃土滑坡氣象預(yù)警新技術(shù)。

（2）基于地下水位的黃土滑坡風(fēng)險防控關(guān)鍵技術(shù)。對于地下水位抬升而引起的黃土滑坡，最根本的防控措施就是控制地下水位。針對灌溉誘發(fā)型黃土滑坡，鑒于黃土是垂向滲透系數(shù)大于水平向滲透系數(shù)的各向異性介質(zhì)，可設(shè)計斜坡微型水平排水板，并在典型的灌溉誘發(fā)型黃土滑坡發(fā)育斜坡地段開展原位試驗(yàn)，檢驗(yàn)不同類型斜坡微型水平排水板控制地下水位的可行性和有效性，建立基于節(jié)水灌溉-微型水平排水聯(lián)合控制地下水位的灌溉誘發(fā)型黃土滑坡風(fēng)險控制關(guān)鍵技術(shù)。針對工程蓄水誘發(fā)型黃土滑坡，求解水庫蓄水水位與斜坡地帶地下水位之間的關(guān)系，研究工程蓄水對黃土斜坡失穩(wěn)的作用機(jī)制，建立基于蓄水水位控制地下水位的黃土滑坡風(fēng)險防控關(guān)鍵技術(shù)。

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Advances and prospects of water sensitivity of loess and the induced loess landslides

ZHANG Maosheng1,2, HU Wei1,2, SUN Pingping1,2, WANG Xuelian1,2,3
(1. Key Laboratory for Geo-hazard in Loess Area, Ministry of Land and Resources, Xi’an 710054, China; 2. Xi’an Center of China Geological Survey, Xi’an 710054, China; 3. Chang’an University, Xi’an 710064, China)

Background, aim, and scope Loess is a typical type of soil with high water sensitivity. In the early age of engineering practices in loess areas, however, water sensitivity was unsuitably replaced by the concept “collapsibility”, which shrinks the special features of deformation and strength of loess after interaction with water. Moreover, water is one of the most active factors in inducing loess landslides. The recent outbursting hazards in Tianshui and Yan’an reveal the severe mitigatioin problems due to shortage of the knowledge of loess water sensitivity. Materials and methods In this study, we reviewed the achievements of studies on water sensitivity of loess and related topics on water-induced loess landslides in four aspects and bring out questions to be solved in future studies. Results Firstly, on the aspect of study on water sensitivity of loess, the angels can be summarized in three groups, including physical microstructure of loess, physico-chemical interaction between soil and water, as well as macroscopic mechanical properties. Researchers across the globe have studied the microstructure of loess mostly via SEM means, most of which were conducted towards collapsing behavior of loess, while seldom studied the changes of microstures under other water sensitive behaviors of loess. In terms of methodology, all of them were done via SEM, which is limited by both the sampling location and human experience. Hence, both the representativenessand reliability are greatly reduced. Furthermore, due to low resolution, traditional CT scanning technique is only able to observe macroscopic cracks while incapable of studying particle and pore scale. Some practice proved that Xray CT scanning capable of constructing three-dimensional micromodel of loess is a worthy trend. The major view about physico-chemical interaction between loess and water is that water dissolves soluble salt in loess, triggering compositional and structural changes and consequently, mechanical property changes. Concerning macroscopic mechanical properties of water sensitivity of loess, it is deemed that suction-stress defined unsaturated soil mechanics theory is a powerful theoretical tool. Secondly, on the aspect of water fl ow laws on the slopes due to advantageous channels, it is demonstrated to be the dominating mode of infi ltration in loess region. Since the groundbreaking work by Beven and Germann in 1982, researchers have conducted multimeans of studies on advantageous fl ow, ranging from theoretical model to numerical analysis, to insitu monitoring, to laboratory model tests. The theoretical model means has the problem of acquiring acurate model parameters, as well as lacking solid consideration of the random distribution of advantageous channels, leading to inacurate calculation. Physical model is the major means of study. Compared with laboratory model, the in-situ test is more favorable due to its straightforwardness. Although numerous studies already exist, more effort needs to be paid especially for its fundamental infl uence on water-induced loess landslides. Thirdly, the water-induced loess landslide is the major type of disaster in recent years due to water sensitivity of loess. Whatever the origin of water, the core of the study focuses on the responses of shear strength parameters and pore water pressure due to water impact, as well as the overall action on slope instability. Moreover, investigations after lots of loess landslides have revealed the fact that sliding bodies and sliding planes were partially saturated, indicating the urge of mechnical mechanism study of loess landslides from the unsaturated soil mechanics angle. Fourthly, the mitigation measures of water-induced loess landslides should be decided based on the type of water. For precipitation-induced landslides, the most widespread way is to forecast potential landslides through establishing the statistical relationship between precipitation and landslide displacement or probability. The problem of uncertain thredshold of precipitation for a particular region still remains. To overcome it, some researchers recommended that observation of the intrinsic factors such as changes of seepage and stress fi elds should replace the conventional method. For irrigation-induced landslides, the key is to effectively control the groundwater table. The problem relies on lacking of monitoring and experimental data. For loess landslides due to impoundment of water, the trend is to carry out landslide risk mangement based on reservoir water table. Discussion To summarize, three fundamental problems remain. The mechanical mechanism of water sensitivity of loess is still vague, leading to lacking theoretical support for the mechanism of water-induced loess landslides. Studies on the mechanism and depicting methodology of water infl ux, rapid infi ltration and diffusion under complex topographical conditions are defi cient. Also, the risk mitigation measures of water-induced loess landslides need to be further studied. Conclusions Therefore, it is urgent to discuss the definite concept and content of water sensitivity of loess, which is fundamental for discussioin of mechanism of water-induced loess landslides and related mitigation measures. Recommendations and perspectives It is recommended that suction stress theory be utilized to characterize water sensitivity of loess. Also, quantitative depictions of water infl ux on the slope surface and rapid infi ltration and diffusion in the slope need to be studied. On the basis of the above two aspects, we will carry out loess slope stability analysis based on soil element stability, as well as key mitigation measures of loess landslides according to different origins of water.

loess; water sensitivity; loess landslide; research advances; prospect

HU Wei, E-mail: whwhuhw@hotmail.com

10.7515/JEE201604001

2016-01-14；錄用日期：2016-03-29

Received Date:2016-01-14;Accepted Date:2016-03-29

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41530640）；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查子項(xiàng)目（12120114025701）

Foundation Item:National Natural Science Foundation of China (41530640); Geological Survey Project of China Geolgocial Survey (12120114025701)

胡 煒，E-mail: whwhuhw@hotmail.com