（第四纪地质学专业论文）西安市白鹿塬边滑坡成因及空时分布预测研究.pdf

摘要 本研究在地质与遥感方法相结合的基础上，对白鹿塬区的环境地质背 景，滑坡发育特征及其成因规律进行了总结；运用滑坡预测学的理论作指 导，综合应用因子分析法和卡尔曼滤波分析法，对白鹿塬区的斜坡稳定性 及空时分布进行了分析研究；对白鹿塬区滑坡提出防治建议。强结如下： 1 滑坡成因规律 、 白鹿塬区滑坡的发生受控于多种因素，本研究归纳为静态因素与动态 因素。静态因素主要包括地层组合因子、坡度因子和坡高因子。动态因素 主要包括降雨因子、地下水位因子、地震因子和人为因子。 静态因子对白鹿塬区滑坡的空间分布起到决定性的作用。 动态因子对白鹿塬区滑坡的时间分布起到决定性的作用。其中降雨因 子的影响度是主要的。 2 白鹿塬滑坡空间分布预测 白鹿塬区斜坡各段所具有的特征是不尽相同的，因而其稳定性也有差 异。应用因子分析法研究认为：灞河侧斜坡具有整体上的不稳定性，鲸 鱼沟下段及沪河一侧的古刘段也具有明显的不稳定性。 3 启鹿塬区滑坡时间分布预测 白鹿塬区滑坡的发生与降雨有着很好的相关性。根据白鹿塬区各地气 象资料，应用卡尔曼滤波分析法，认为降雨具有5 年左右的短周期，1 0 年左右的中周期以及2 0 年左右的较长周期。据此判断自鹿塬区将在2 0 0 3 年左右有集中的滑坡发生。同时，在研究邻区的降雨资料时发现各地降雨 时间上的不同及其规律性，认为可以根据宁强县的降雨隋况对白鹿塬区的 降雨作出预测，进而对滑坡进行提前预防。 4 白鹿塬区滑坡的防治 滑坡的防治是综合性的工作，包括滑坡知识的普及，加强全社会地质 环境保护的意识；采取行之有效的生物措施，改善白鹿塬区总的生态环境， 从根本上抑制滑坡的发生；应用适当的工程措施，直接加强塬边的稳定性， 防止滑坡的发生。k 关键词：白鹿塬，滑坡成因；空时分布预测， 因子分析法、卡尔曼滤波分析法 j a b s 打a c t b a s e do nc o m b i n i n gg e o l o g i c a lm e t h o d sw i t hr e m o t e - s e n s i n gm e t h o d s ， t h ee n v i r o n m e n t a l g e o l o g ys e t t i n g s ，c h a r a c t e r i s t i c s o fl a n d s l i d e sa n di t s d i s c i p l i n a r i a n o ff o r m a t i o ni n b a i l u y u a n a l es u m m a r i z e d ；w i t ht h e o r yo f l a n d s l i d e sp r e d i c t i o na sg u i d e s ，b yu 血gs y n t h e t i c a l l y a n a l y t i c a lm e t h o do f c a u s e sa n dk e r l n a ns i e v ew a v ea n a l y s i sm e t h o d , t h e s t a b i l i t y o fs l o p ea n d d i s t r i b u t i o no fl a n d s f i d e so ns p a c e sa n dt i m e sa r es t u d i e di nb a i l u y u 州s o m e s u g g e s t i o n so i lp r e v e n t i o na n dm a n a g e m e n t o f l a n d s f i d e sa r e p u tf o r w a r d s t h e d e t a i l sa r ea sf o l l o w s i d i s c i p l i n a r i a no f l a n d s l i d e s f o r m a t i o n t h e r ea r em a n yf a c t o r st h a tc h a r g et ot h e o c c u r r i n go fl a n d s l i d e s i n b a i l u y u a n t h e f a c t o ro f s t a t i cs t a t ea n df a c t o r o f d y n a m i c s t a t ea r es u m m a r i z e d mt h i sp a p e r t h ef o r m e rc o n c l u d e sf a c t o ro fs l r a t u mc o m b i n a t i o n , f a c t o ro f g r a d ea n df a c t o ro fh i g h n e s so fs l o p e s t h el a t e rc o n c l u d e sf a c t o ro fr a i n f a l l ， f a c t o r o f e a r t h q u a k ea n d f a c t o ro f h u m a n b e i n g t h ef a c t o r so fs t a t i cs t a t e p l a y ak e yr o l eo ns p a c e sd i s t r i b u t i o no f l a n d s l i d e si nb a i l u y u a na r e a t h ef a c t o r so fd y r t a n 1 i cs t a t ep l a yak e yr o l eo nt i m e sd i s t r i b u t i o no f l a n d s l i d e si nb a i l u y u a na r e aa n dt h ef a c t o ro fr a i n f a l li st h em o s ti m p o r t a n t a m o n g t h e m 2 s p a c e s d i s t r i b u t i o np r e d i c t i o no nl a n d s l i d e si n b a i l u y u a n a r e a t h ec h a r a c t e r i s t i c so f s e g m e n t si ns l o p ea l en o tt h es a m ea se a c ho t h e r t h e r e f o r e t h e r ea r es o m ed i f f e r e n c e si ns t a b i l i t yi nt e r m so f d i f f e r e n ts e g m e n t s t h es e g m e n to fb a i h es i d el a c ko f s t a b i l i t yo nt h ew h o l e t h es a m ea sl o w e r r e a c h e so f j i n y u g o ua n dg h l i us e g m e n to fc h a n h es i d e ，w h i c ha r eu n s t a b l e o b v i o u s l y 3 t i n a ed i s t r i b u t i o n p r e d i c t i o n o nl a n d s l i d e si n b a i l u y u a n a r e a t h e r ei sa v e r yg o o dr e l a t i v i t yb e t w e e no c c u r r i n go f l a n d s i d e sa n dr a i n f a l l i nb a i l u y u a n a r e a a c c o r d i n gt ot h ed a t ao f w e a t h e ri nb a i l u y u a na r e a , u s m g k e r m a ns i e v ew a v e a n a l y s i sm e t h o d , t h e c o n c l u s i o nt h a tt h e r ea r e5y e a r ss h o r t c y c l e ，1 0y e a r sm i d d l ec y c l ea n d2 0y e a r sl o n gc y c l ei nr a i n f a l lo fb a i l u y u a n a r e aa r e p u tf o r w a r d h e n c e , t h ej u d g m e n tt h a tt h e r e b eac o n c e n t r a t e d o c c u r r i n go fl a n d s l i d e s i n2 0 0 3a r em a d e m e a n w k i l e , t h ed i f f e r e n c ea n d i l i 、 r e g u l a t i o no f r a i n f a l li nd i f f e r e n tn e i g h b o u r a r e aa r ed i s c o v e r e d , a n d p r e d i c t i o n o fr a i n f a l li nb a i l u y u a na r e ac a nb em a d ea c c o r d i n gt ot h er a i n f a l li n f o r m a t i o n o fn m q i a n gc o u n t y , t h e r e f o r e , t h ep r e v e n t i o nm e t h o d so fl a n d s l i d e sc a nb e m a d ea h e a do f t i m e 4 p r e v e n t i o na n dm a n a g e m e n to f l a n d s l i d e si nb a i l u y u a n a r e a p r e v e n t i o na n dm a n a g e m e n to fl a n d s l i d e s i saa l l - a r o u n dj o b ，w h i c h c o n c l u d ep o p u l a r i z a t i o no fl a n d s l i d e sk n o w l e d g e ，e n h a n c i n gt h e s e n s eo f g e o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n o fe n t i r e s o c i e t y ；t a k i n g e f f e c t i v e b i o l o g i c a lm e t h o d s 幻i m p r o v e t h et o t a le n v i r o n m e n to fb a u u y u a na r e a , r e s l r a i n i n gt h eo c c u r r i n go f l a n d s l i d e sr a d i c a l l y ；u s i i l gp r o p e r l ye n g i n e e r i n g m e t h o d s ，e n f o r c i n gt h es t a b i l i t yo fs l o p ed i r e c t l yt op r e v e n tt h eo c c u r r i n go f l a n d s l i d e s k e y w o r d s ：b a i l u y u a nd i s c i p l i n a r i a n o f l a n d s l i d ef o r m a t i o n d i s t r i b u t i o n p r e d i c t i o no fs p a c e sa n d t i m e sc a u s e sa n a l y s i s m e t h o dk e r r n a ns i e v ew a v e a n a l y s i s m e t h o d v 独创性声明 y 2 9 8 1 0 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的矸 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其髓 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其他教育机构的萼 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已舀 论文中作了明确的说明并表示谓 意。 学位论文作者签名：句如孽签字日期：硼2 ，年凸肜 鸣谢 在即将结束三年的硕士学习生涯之际，首先在这里由衷地感谢雷祥义导 师对我的辛勤培养。从被西北大学录取之日起到即将毕业，雷剖而就一直关 心着我的学习和生活。我的每个进步都凝结着导师的心血。而雷老师一丝 不苟的治学态度、严谨细致的工作作风本身已成为种无声的力量影响着我 三年的学习和生活并必将影响我以后的人生道路。 本论文研究过程中，导师雷祥义教授始终给予很多番0 指导，很多问题 无法解决的情况下，雷老师就亲自带着我到野外查证。记得原来我在论文中 曾经引用过很多学者引用过的灞河断层，但雷老师认为没有确凿的证据不能 引用，我们就到野外去踏勘，结果确实没能找到直接的证据。类似的事例不 胜枚举。 在论文的完成过程中，西北大学王家鼎教授，西安地震局的严三进，陕 西省减灾协会副秘书长宋立胜高级工程师，陕西公路勘察设计院遥感中心的 戴文皓高级工程师，陕西省气象台的张列锐、侯建忠以及很多同学都给予很 多帮助，对他们表示衷心感谢! 三年的学习和生活中，地质系的各位老师和同学亦给我留下了美好的回 忆，在这里感谢他们的真诚相待! 前言 随着西部大开发的逐步展开，西安作为西北龙头省份的首府，其环境的优 劣直接影响整个西部经济发展，而白鹿塬作为西安周边环境的一角，其环境的 好坏对西安市的影响更是举足轻重。对白鹿塬环境演变与灾害进行研究，是重 塑自鹿塬区生态平衡，发展自鹿塬区经济，进而为西安创造良好的生态环境和 经济环境背景的基础。本研究即在此想法上开展的，旨在通过运用地质与遥感 方法对本研究区滑坡特征及成囡规律进行总结，以预测滑坡学理论作指导，对 该区滑坡时空分布进行预测，为本区防治灾害、维持生态平衡和经济可持续发 展提供依据。 西安市白鹿塬区滑坡具有其典型性。被许多单位、学者研究涉及。刘东生 等曾多次对本区黄土地层做过细致工作；孙建中1 9 9 1 年对本区地层，尤其刘家 坡地层做过充分研究；雷祥义教授对本区黄土物质结构及力学性质做过深 研 究，对滑坡的成因与人类活动关系做过探讨；岳乐平、薛祥熙等对本区地层磁 性学及古生物学方面进行过研究；西安市地震局曾组织编写西安市滑坡调查 报告涉及本区；原西安地质学院水工系曾做过辋川引水工程环境质量评价， 对白鹿塬区环境状况及滑坡稳定性做过相应的分析。 本研究在前人研究的基础上，综合应用地质与遥感方法对白鹿塬区的滑坡 成因及其空时分布进行了研究。由于白鹿塬区面积较大，对白鹿塬滑坡逐个进 行调查有很大困难，因而本研究针对白鹿塬区滑坡的整体情况找寻其中的规律， 进而对白鹿塬滑坡进行整体性综合评价，为今后本区的滑坡治理提供依据。 在研究过程中，主要做了如下工作： ( 1 ) 收集了大量的白鹿塬滑坡的资料及本区的气象资料。包括前人在白鹿 塬所进行的滑坡调查。如西安地震局所作的西安市滑坡调查报告，其中有关 白鹿塬区的滑坡资料对本研究有一定的参考意义，雷祥义教授对本区所做研究 及原西安地质学院水工系的辋川引水工程环境质虱开价更是具有很大的借 鉴意义。 ( 2 ) 收集到本区两期卫星影像图。本研究的基础图件基本由遥感图像解译 而成。 ( 3 ) 先后数次去自鹿塬进行野外验证，对白鹿塬区地层展布作了部分调查， 同时对遥感影像作了解译。在白鹿塬的实地调研中，对一些沟谷中的地层情况 及滑坡进行了调查，如神峪寺沟，鲸鱼沟。 ( 4 ) 根据野外及室内资料，对自鹿塬边的坡高坡度量算，为之后的研究提 供基础性资料。 ( 5 ) 运用了遥感技术，更直观和宏观地了解白鹿塬滑坡的整体清况，有利 于研究的开展。 ( 6 ) 基本总结出本区滑坡发生的主要控制因素，并对各自作用进行了阐 述。 ( 7 ) 通过对各种因子的量化，应用因子分析法，对本区各段斜坡稳定性 进行综合评价，得出各段的稳定性定量指标。 ( 8 ) 应用卡尔曼滤波分析法并结合类比外推法对本区滑坡的发生时间作了 整体性的预测。 通过研究认为自然的力量是很大的，人们应诩i 匾应自然，找寻其中的规律 并遵循之，只有如此，人类与自然才能和谐相处。 在本研究过程中，导师雷祥义教授始终给予很多悉心指导，西北大学王家 鼎教授，西安地震局的严兰进，陕西省减灾协会副秘书长宋立胜高级工程师， 陕西公路勘察设计院遥感中心的戴文晗高级工程师，陕西省气象台的张列锐、 侯建忠以及很多同学都给予很多帮助，在l 比- 一并表示感谢! 由于本 、水平有限，很多工作又处于探索阶段，不当之处在所难免，敬请 各位专家多多指教1 2 一一 第章白鹿塬环境地质概况 1 1 自屁塬地形地貌 白鹿勘爵位于西安市东南，塬区由西安灞桥区、长安县、蓝田县三县管辖。 沪河与灞河分流于塬两侧，塬长约2 8 公里，宽7 - 1 0 公里，面积2 3 8 平方公里， 是西安城市附近最大的黄土塬。塬面因鲸鱼沟横切其中，北称狄寨塬，南称炮 图卜l 。白鹿塬地理位置及滑坡分布略图( 据遥感解译) 狄寨塬又因海拔高差明显不同分成两部分，西北部称二塬子，海拔6 1 0 - - 6 3 0 米，东南称自鹿塬，海拔一般6 9 0 - 7 8 0 米，最高处海拔8 0 3 9 米。炮里塬海拔 般6 5 0 - 6 9 0 米，最高7 2 0 米，塬面呈东北高西南低之势，塬北与灞河高差 2 6 0 - 3 5 0 米，南边与沪河高差1 5 0 - 2 0 0 米( 图1 - - 2 ，图1 - 3 ) t 4 司。塬区发育沟谷 主要有高家沟、神裕寺沟、王沟以及鲸鱼沟。前三条沟长度均在5 公里左右， 而鲸鱼沟长在2 5 公里以上， 图卜2地貌结构示意剖面图( 横) ( 有修改) 圃上更撇土圃巾两缓黄土圃下更新统固上新统蓝h 1 纽 豳场赫组囫中张豳下第三系圈断层 1 - 上更薷线黄土2 中更新统黄土3 下更新统黄土4 上新统蓝出组5 上薷绕灞j i i 组6 燕山 9 | 托f ：j 岩7 一断层 把塬面一分为二。鲸鱼沟切割很深，在上游段为6 0 1 0 0 米，中游段l o o _ 1 3 0 米， 下游段深度明显增加达1 6 0 2 1 0 。鲸鱼沟谷呈不对称v 字型( 北边略高，南 4 边较陡，沟曲发育。) 鹿源水库以上支沟呈树枝状，沟头有小型侵蚀洼地，地形 稍开阔。沟中常年有水，有大小水库五座，沟边林木茂盛，水流潺潺，尤其一 些竹林和瀑布的存在使鲸鱼沟风景独特幽美，现已辟为旅游胜地。 1 2 地层与岩性 白鹿塬区出露的地层主要是第三系河湖相沉积和第四系黄土堆积。上始新 统一下渐新统白鹿塬组( e ，e 3 1 ) 为一套冲积、洪积成因的灰白色砂岩，夹紫 红色砂质泥岩，出露于白鹿塬= i s 麓的三杨坡一毛东村一带；上中新统寇家村组 为套冲积、洪积成因的紫红色砂质泥岩和泥岩互层，夹砂砾石层，出露于白 鹿塬北麓的寇家村一带；下上新统灞河组为套冲积、洪积成因的淡桔黄色砂 岩，分布于整个塬区，厚度由北向南增大，主要出露于灞河一侧；上上新统蓝 田组亦为冲积、洪积成因，岩性为紫红色粘土，上部含钙质结核，下部为块状 海绵体钙质结核，夹有砂砾石层，主要出露于灞河侧；下下更新统为一套冲 积、洪积的砂砾石堆积，主要分布于秦岭北麓山前地带；中下更新统为风积黄 土为黄土古土壤互层，分布于整个塬区；上下更新统为风积黄土，由淡肉红色 的砂质黄土和两层粉砂质黄土组成，即b 和l 1 ，非常特征，分布于塬区；下中 更新统为风积成因的黄土，由第6 8 层黄土【秘和第5 8 层古土壤组成，分 布于塬区，其中第五层古土壤很特征，由三层古土壤组成，俗称“红三条”；上 中更新统为风积黄土，包括第2 5 层黄土和第2 4 层古土壤，黄土质地均一， 致密、较坚硬，分布于塬区：上更新统为风积黄土，由第一层黄土和第一层古 土壤组成，塬区、塬边、谷坡均有分布；全新统为风积坡积成因，由表土、黄 土状土和黑垆土构成，疏松，富含大孔隙，塬区、塬边、谷坡均有分布。 白鹿塬区地层的出露与白鹿塬边斜坡的高差有关，由于塬边斜坡高差不同， 出露地层也有差异：灞河一侧由于斜坡高差大，从全新统到第三系均有出露， 而沪河侧仅有第四系地层出露。 值得注意的是，白鹿塬的黄土颗粒细、胶结好，属显著风化成土的黄土， 黄土的物理力学性质良好。另外，白鹿塬区黄土中普遍夹有多层钙板，从而使 土体的稳定性得到进一步的加强。 地层划分及岩性特征归纳如表l l 。 5 一一一一 表1 - 1 西安白鹿塬地层划分表 6 名 v 肇 圈 锋 嘲 凶 世 h 骣 蟹 4 1 i 1 3 1 新构造运动白鹿塬地区新构造运动活跃，垂直差异升降运动明显。特别 是晚近时期骊山的强烈掀斜式抬升和秦岭北侧断裂的重新活动，对白鹿塬的形 成起重要作用。在渭河断陷形成初期，白鹿塬与铜仁塬、少陵塬及神禾塬等黄 土台塬是一个整体，由于骊山的强烈隆起，这些台塬升降的差异，使得这些黄 土台塬的高度由东向西依次下降，后因北西向河流发育而分割开来。从而形成 与整个渭河平原黄土台塬自西向东逐渐刚氐的普遍规律相反的地貌特征，具有 其特殊性。 从遥感影像图a ( 1 9 8 7 年l o 月3 0 日，美国陆地卫星l a n d s a t 与t m 卫 星，轨道4 、7 、2 ，分辨率3 0 米，经假彩色合成) 可清楚地看到白鹿塬的总体 特征。 1 _ 3 2 断裂白鹿塬属于渭河断陷的部分，而渭河断陷南边为秦岭北侧山前大 断裂，北边为北山正断层，为一阶梯式下降的复式地堑构造。渭河断陷基底构 造中有骊山凸起，西安凹陷，狄镇凸起，高陵凹陷四个小区。主要断裂有口镇 关山断裂带、渭河断裂带、骊山北麓断裂带、余下断层、北西向阶状隐伏断 层组( 包括骊山东北麓和西南麓断层，亚柏断层等) 、临渣长安断裂带。 涉及本研究区的断裂主要有如下几个： ( 1 ) 近e w 向断裂( f ，) 秦岭北麓断裂带：该断裂是西安凹陷的南边界，亦是渭河盆地与秦岭山地的 分界线。西起甘肃，向东经宝鸡、眉县西汤峪、长安滓峪口至蓝田县，在陕西 境内长约2 0 0 k n 断层面向北倾斜，倾角6 0 。8 0 。喜马拉雅运动以来，断 裂一直在作强烈差异沉降运动，是南升北降的高角度正断层，断距达1 0 k m 以 上。 ( 2 ) n w 向断裂 沪河断层( 助：位于白鹿塬和少陵塬间的沪河谷地，大致呈n w w 向展布， 倾向s w , 长约4 5 k m ，为西南侧少陵塬相对于东北侧白鹿塬下降的正断层，形成 了白鹿塬面( 7 4 0 7 6 0 m ) 高出少陵塬1 3 0 1 7 0 米的阶状地形。 ( 3 ) n e n e e 向断裂( f 3 ) 临潼一长安断裂带：位于西安凹陷与骊山凸起的交界部位；总体走向为 n e 6 5 。7 0 。；北东端延伸过渭河后隐伏：西南端则进入秦岭；全长约5 0 t o n 。 断裂带由数条倾向n w 的平行正断层组成，带宽5 7 l c t i l ，故被称为断裂群；其 中较大的有江尹一鲍陂断裂( 此断裂过牛角尖，即过鲸鱼沟口的红旗水库) 、马 腾空断裂和斜口一东大断裂( p 3 7 - 4 0 ) 。 7 一_ 一- _ _ - _ 一 图1 - 4 西安市白鹿塬区构造纲要图( 遥感解译而成) 1 4 水文地质条件 1 4 1 主要含水层 白鹿塬潜水类型为黄土层孔隙裂隙潜水。含水层为下更新统的午城黄土 ( q 1 ) 及中更新统的离石黄土( q ) 。在新华村孟村一田禾村一线以南，黄 土含水层之下尚有下更新统公王岭砾石层。其下的第三系地层为隔水底板。自 鹿塬潜水水位埋深区间：炮里塬、狄寨塬都属大于5 0 米，鲸鱼沟边水位埋深大 于1 0 0 米，潜水由塬向灞、沪河、鲸鱼沟排泄，赋水性等级为1 0 0 _ 一5 0 0 ( 单井 涌7 r k 且m 3 t d ) ，潜水水化学类型为h c 0 3c a 、m g 或m g 、c a 型水，矿化度0 5 - 0 9 9 1 , 黄土含水层的渗透系数在0 0 4 - 0 2 8 m d 。 表1 2自鹿塬黄土含水层渗透系数( 据陕西二水) l井位含水层地层时代渗透系数( m d ) 安村马家沟 q l + q 2 0 2 5 聚仙坊 q j + q 2 0 1 2 】 岳家塬q 1 h h0 2 2 代家寨 q l + q 2 0 宋家底q l 也0 _ 2 8 马豸瀚q 1 + q0 2 2 周庄 q 1 也 0 1 5 邵家寨q i 坞0 1 4 安村q i 也0 0 9 尚寨q i + q 20 1 5 韩寺 q l 0 1 3 巩村乡刘村 q j + q 0 1 3 香村 q c _ q 2 0 2 5 吴家庙 q l + q 2 o 1 4 石槽 q 20 m 陈家庄q0 m 盂村乡李华村 q 1 0 0 4 1 4 2 地下水的补给、径流和排泄 白鹿塬区主要接受大气降水补给，塬面平坦开阔，有利于降雨入渗，但因 水位埋深很大，入渗受到限制。塬区地下水排泄主要三个方向，塬两侧地下水 分别向灞河、沪河方向径流与排泄。塬中地下水主要向鲸鱼沟径流与排泄。地 下水排泄主要以泉及泻流形式出现，在白鹿塬边有较多泉分布，但泉水流量均 较小，单泉流量很少超过o 5 于h 秽。鲸鱼沟边泉眼很多，如车村水库边一泉眼， 当地老百姓称之为矿泉水，水质甘甜纯净。 9 誓 器 6 0 0 5 4 0 0 曼! ：! s 圃l 皿2 衄3 囫4 团5 园6 固7 目8 国9 目1 0 圈1 1 日1 2 田1 3 田1 4 图卜5 白鹿塬第四系含水岩层剖面图( 据陕西省地质 矿产局水文二队堪察报告，1 9 7 9 ，有修改) 1 - - q 3 黄土2 一q 2 黄土3 一q l 黄土4 一亚粘土5 一亚砂土 6 一砂层7 一砂砾岩8 一泥岩9 一砂质泥岩1 0 一砂岩 1 l 一砂砾岩1 2 一潜水位1 3 一承压水位1 4 一钻孔及编号 1 0 第二章白鹿塬滑坡特征概述 2 1 白鹿坜涕孔皮j 眵成尉- 代及形态 2 1 1 自鹿塬滑坡形成时代 白鹿塬滑坡主要是全新世( q 4 ) 初期形成的老滑坡及全新世河漫滩侵蚀期 以后发生的新滑坡( 本研究特指新近时期发生的滑坡) 。 老滑坡在白鹿塬发育较普遍，尤其在灞河侧成群分布。老滑坡产生在全 新世( q 4 ) 初期，相当于一级阶地河床侵蚀期。老滑坡集中分布于白鹿塬东北 侧，即灞河左岸白鹿塬边，靠沪河恻也有分布，主要在古刘村，鲸鱼沟谷坡 上也有零星分布。老滑坡体表面堆积了厚度不等的全新世黄土状土【1 2 】( 图2 1 ) ，由此可判断滑坡是在全新世后形成的。另外，某些老滑坡体前缘堆积了一 级阶地。 ，一 图2 1 老滑坡体上覆全新世黄土状土( 槲霄祥义，1 9 9 3 ) 1 q 4 黄土状土 2q 4 黑垆土3q 3 黄土4q 2 黄土 5q l 黄土6 古土壤7 第三系红粘土8 滑坡湖 白鹿塬所发生的新滑坡是全新世? 可谩滩侵蚀期以后产生的滑坡，主要表现 为老滑坡体的局部复活或其上产生新滑坡以及前缘产生泄溜。白鹿塬新生切层 滑坡较少。 2 1 2 自鹿塬滑坡形态 白鹿塬滑坡沿塬边分布，具有非常明显的滑坡环谷地形，滑壁呈圈椅状或 呈弧形，滑坡后壁一般高陡，滑壁表面为后期坡积物覆盖或发育有细沟，一般 高7 0 - - 1 4 0 m 左右，坡度3 0 一7 0 度，滑壁的底部往往是黄土的底界，所以滑壁 是由黄土地层构成的典型“黄土滑壁”。滑坡体因受后期改造多呈缓坡状，滑坡 前缘呈舌状，常被侵蚀成高陡坡，如灞河左岸的陡坡高达1 0 0 - - 2 0 0 m 。滑体地 层反坡现象多见，在塬坡上常常形成滑坡平台，滑坡体后缘常积水而形成滑坡 湖。在鲸鱼沟等沟中滑坡常常堵塞沟道后经人为改造形成水库。 2 2 白鹿塬滑坡空间分布特征 2 2 1 遥感影像特征 对白鹿塬区遥感影像( 遥感影像图b ) 经a c d 照片增强处理，取其底片图像 ( 遥感影像图c ) ，得到意想不到的效果，其立体感特强，植被对原图影响大大 减小，突出整个塬面地貌特征，整个塬面及其斜坡反映非常清晰。可以看到滑 坡区特征明显有别于非滑坡区。 滑坡区塬缘处呈弧形陡坎状，阳坡泛白，阴坡又比非滑坡区略暗；滑坡区坡 体较碎，坡体上冲沟发育，有双沟交汇现象。 非滑坡区较平整，似与塬面浑然一体。 2 2 2 空间分布特征 结合地质调查及遥感影像图可看出，白鹿塬滑坡体可分为三个大的不同区 域： ( 1 ) 灞河一侧滑坡群 尤其龙湾至东刘家坡，滑坡成群分布，遥感影像图上可看到塬边呈一个个 弧形，斜坡上滑坡体呈簸箕状，颜色略泛白。灞河一侧斜坡上的滑坡体冲沟很 发育，坡体匕有垂直于冲沟的阶坎，滑坡后壁圆弧面反射较均一，表明滑坡壁 表面较整齐。灞河距塬边有一定距离，只在个别地点( 如水家嘴) 靠近塬边。 ( 2 ) 沪河一侧 滑坡较少，只在耶家坡一白庙有古刘滑坡，古刘滑坡区遥感影像图上泛白， 边界呈弧形。滑坡后壁显现出较陡的特征。沪河有远离塬边之势。( 古刘附近有 逼近塬边之势) 。 ( 3 ) 鲸鱼沟边坡及其它塬内滑坡 鲸鱼沟边滑坡较多，遥感影像图上鲸鱼沟左岸斜坡显得较陡，右岸较缓， 值得注意的是鲸鱼沟的滑坡大部分发生在鲸鱼沟左岸，滑坡在影像图上亦呈圈 椅状，后壁呈弧形，可以看到鲸鱼沟中有水库五座，都为滑坡发生的地方，事 lv肇匠饽嘲凶擎h骣龌皿 一u一取匦棼剃凶世hj雪毽 2 1 2 自鹿塬滑坡形态 白鹿塬滑坡沿塬边分布，具有非常明显的滑坡环谷地形，滑壁呈圈椅状或 呈弧形，滑坡后壁一般高陡，滑壁表面为后期坡积物覆盖或发育有细沟，一般 高7 0 - - 1 4 0 m 左右，坡度3 0 一7 0 度，滑壁的底部往往是黄土的底界，所以滑壁 是由黄土地层构成的典型“黄土滑壁”。滑坡体因受后期改造多呈缓坡状，滑坡 前缘呈舌状，常被侵蚀成高陡坡，如灞河左岸的陡坡高达1 0 0 - - 2 0 0 m 。滑体地 层反坡现象多见，在塬坡上常常形成滑坡平台，滑坡体后缘常积水而形成滑坡 湖。在鲸鱼沟等沟中滑坡常常堵塞沟道后经人为改造形成水库。 2 2 白鹿塬滑坡空间分布特征 2 2 1 遥感影像特征 对白鹿塬区遥感影像( 遥感影像图b ) 经a c d 照片增强处理，取其底片图像 ( 遥感影像图c ) ，得到意想不到的效果，其立体感特强，植被对原图影响大大 减小，突出整个塬面地貌特征，整个塬面及其斜坡反映非常清晰。可以看到滑 坡区特征明显有别于非滑坡区。 滑坡区塬缘处呈弧形陡坎状，阳坡泛白，阴坡又比非滑坡区略暗；滑坡区坡 体较碎，坡体上冲沟发育，有双沟交汇现象。 非滑坡区较平整，似与塬面浑然一体。 2 2 2 空间分布特征 结合地质调查及遥感影像图可看出，白鹿塬滑坡体可分为三个大的不同区 域： ( 1 ) 灞河一侧滑坡群 尤其龙湾至东刘家坡，滑坡成群分布，遥感影像图上可看到塬边呈一个个 弧形，斜坡上滑坡体呈簸箕状，颜色略泛白。灞河一侧斜坡上的滑坡体冲沟很 发育，坡体匕有垂直于冲沟的阶坎，滑坡后壁圆弧面反射较均一，表明滑坡壁 表面较整齐。灞河距塬边有一定距离，只在个别地点( 如水家嘴) 靠近塬边。 ( 2 ) 沪河一侧 滑坡较少，只在耶家坡一白庙有古刘滑坡，古刘滑坡区遥感影像图上泛白， 边界呈弧形。滑坡后壁显现出较陡的特征。沪河有远离塬边之势。( 古刘附近有 逼近塬边之势) 。 ( 3 ) 鲸鱼沟边坡及其它塬内滑坡 鲸鱼沟边滑坡较多，遥感影像图上鲸鱼沟左岸斜坡显得较陡，右岸较缓， 值得注意的是鲸鱼沟的滑坡大部分发生在鲸鱼沟左岸，滑坡在影像图上亦呈圈 椅状，后壁呈弧形，可以看到鲸鱼沟中有水库五座，都为滑坡发生的地方，事 lv肇匠饽嘲凶擎h骣龌皿 一u一取匦棼剃凶世hj雪毽 实上，鲸鱼沟中的水库多为滑坡发生后堵塞沟道而成： 王沟沟口处左侧明显有一滑坡，影像图上呈圈椅状，颜色泛白； 高沟中也可看到在其中段有滑坡的存在，同样呈圈椅状，多分布在高沟的 左岸； 神峪寺沟中也有滑坡存在的特征，影像上同样呈圈椅状，笔者2 0 0 1 年7 月曾在神峪寺沟中踏勘过，在其左岸确实有滑坡的发生。 2 3 白鹿塬区滑坡活动特点 白鹿塬区滑坡主要表现为老滑坡体的局部复活或老滑坡体前缘的泄溜，如 杨刘坡滑坡、古刘滑坡、龙湾滑坡及水家嘴滑坡等；白鹿塬新生切层滑坡较少， 车村滑坡是其典型；另外人类不当行为也诱发很多滑坡，如新型墙唯擗于丰斗厂滑 坡。 白鹿塬区谷坡上滑坡多发生于沟谷的左岸，主要是与骊山的掀斜式抬升使 水流侧蚀左岸而造成本区沟谷左岸多陡峻于右岸有关。 2 4 几个典型滑坡介绍【船】 2 4 1 古刘滑坡 滑坡位于白鹿塬西南坡沪河右岸古刘村。滑坡发生时间为1 9 8 4 年1 2 月1 5 日，斜坡呈簸箕状。坡长5 5 0 米，坡高约1 6 05 t l ：，平均坡度2 0 0 ，部分坡段 3 0 0 ，系老滑坡体复活，规模3 9 8 万米3 。( 图2 - - 1 ) 图2 1 古刘滑坡剖面图( 据杨作栋，1 9 9 3 ，有修改) 1 3 一一 一 古刘滑坡位于沪河侧王沟口一徐家沟之间，滑坡性质为老滑坡体的复 活。古刘滑坡直处于蠕变状态，孕育时间很长，1 9 6 4 年、1 9 6 7 年曾发生过小 型滑塌。1 9 7 8 年7 月后缘出现长达二三百米的弧形裂隙，1 9 8 4 年6 月中部出现 横向裂缝，9 月裂缝已多达9 条，宽度达2 0 c m 以上，1 1 月中旬缝宽达5 0 c m ， 垂直错落0 5 1 m 。肉眼已能观察到每天的变化。 滑坡的发展过程中，坡e 村民房屋出现明显裂缝，很多房屋已发生倾斜； 滑坡体前缘黄土液化现象明显，呈橡皮泥状，滑坡体前缘有小规模滑动；滑坡 体上泉水出现浑浊，部分泉眼流量增大，部分泉眼流量减少，有些泉眼消失。 1 9 8 4 年1 2 月1 5 日晚9 点左右，坡体开始剧烈滑动，伴随着一阵隆隆巨响， 历时约两个多小时，形成长3 6 5 m ，宽3 4 0 m ，厚2 5 m ，总体积约3 1 0 万3 的巨型 黄土滑坡。 古刘滑坡滑体基本未滑出滑床，其前缘只推进约2 0 多米，但由于内部的 强烈挤压，滑坡体高低起伏很大，地层反坡现象明显，坡匕树木有的稼摘埋， 未被掩埋的则呈现东倒西歪状，称之为“醉汉树”。坡体上原来一些泉眼出露的 地方形成一些小滑坡湖。滑坡前部坡舌隆起，形成很多鼓胀裂缝。 本次滑坡造成数百亩农田破坏，4 4 户房屋倒塌，1 4 4 户受损。使得数百户 村民无家可归或有家不敢归，时值严冬天气，村民苦不堪言。 2 4 2 红旗水库滑坡 红旗水库位于白鹿塬鲸鱼沟口，七十年代末修建。其右岸瓦窑坡为一老滑 坡，滑床后缘高程5 6 0 米，前缘4 6 0 米，高差1 0 0 米。滑床长2 6 0 米，宽2 0 0 米，滑体平均厚度4 0 米，体积约2 0 0 万立方米( 图2 2 ) 。( 据笔者2 0 0 1 年七 月实地调查，1 9 9 9 年8 月，在此滑坡基础上又发生了小型滑坡) 坡体地层，上部为中更新统风积黄土，厚度为2 5 - 4 0 米，其中夹有3 q 层 棕红色古土壤；下部为下更新统冲洪积壤土。地下水位埋深15 - 2 5 米。 斜坡平均坡度3 0 。，前部4 0 。，较陡，后部2 5 。 水库建成蓄水后，水库水位高程4 7 8 4 8 5 米。由于岸坡前部较陡，库水侧 渗，加之雨季大量降水强烈下渗，地下水位升高，水库大量放水，水位迅速大 幅度降低，水体对岸坡下部的侧压力突然减小，导致老滑坡体前缘失稳，先后 在两端发生小规模的滑坡。其中东端的滑坡发生在1 9 8 8 年7 月4 日，滑体长 1 2 0 米，宽6 0 米，厚8 米，体积约5 万立方米。 图2 2 红旗水库右岸滑坡剖面图 2 4 3 新型墙体材料厂滑坡 1 9 9 0 年4 月1 1 日凌晨2 点2 0 分，西安市东郊灞陵乡老洞庙的市新型墙体 材料厂( 原机瓦厂) 采土区发生约1 5 万立方米滑塌，摧毁厂房3 2 2 6 立方米， 砸坏三条生产线( 其中包括从国外引进的一条空心砖生产线) 6 4 台设备，直接损 失3 5 0 余万元( 占全部固定资产的3 0 ) 一人死亡，一人受伤，全厂停产，损 失惨重。( 图2 3 ) 1 9 6 5 年，工厂在白鹿塬北端临坡而建，坡高约8 0 米，原自然斜坡3 5 。一 4 0 。，坡体地层结构单一，由第四系黄土组成，其中夹有3 4 层单层厚度约1 米的红褐色古土壤，最表层为耕作土，土质松软，透水性较强，黄土垂直节理 发育，是地表水下渗的良好通道。黄土塬坡地带在自然状态下本来就容易发生 滑坡，而工厂建成后不断在斜坡取土，且随着工厂的扩建，生产的发展，取土 量越来越大，加之自下而上采土，使坡脚迅速后退，边坡变陡。到滑塌发生前 已经形成高约8 0 米，下部5 0 。- - 6 0 。、上部7 0 。- - 8 0 。的高陡边坡，斜坡稳 定性遭到彻底破坏。( 笔者2 0 0 2 年4 月初曾到机瓦厂附近踏勘，发现工厂仍在 坡脚取土，似乎对以往的惨痛教训已经遗忘。) 5 0 1 0 01 5 0 2 0 0 图2 3 新型墙体材料厂滑塌剖面图( 据杨作栋，有修改) 2 4 4 其它主要滑坡 ( 1 ) 车村水库滑坡 车村水库滑坡位于鲸鱼沟下段，1 9 6 5 年7 月2 4 日中午l 一2 点钟( 据当地 群众回忆) ，车村的村民突然看到对面谷坡上都是土雾，发出轰隆声，震得窗户 发出震颤声，随后坡体西边先往下滑，- d , 时后，东边也相继往下滑动，形成 规模6 2 2 万m 3 的大型滑坡。毁田2 0 3 亩，毁房2 0 间，经济损失达4 5 万元。 滑坡体直冲沟谷，堵断了鲸鱼沟，形成水库，现在已发展为旅游景点。 车村滑坡是白鹿塬区新生切层滑坡的典型。 ( 2 ) 三杨坡滑坡 三杨坡位于白鹿塬灞河一侧，1 9 8 3 年1 0 月5 日，在原有老滑坡体上发生 规模1 8 7 万m 3 的大滑坡，造成1 1 9 亩良田被毁，直接经济损失达到4 万元。在 当地可看到，三杨坡上村庄占据很大面积，人类活动对滑坡的产生负有不可推 卸的责任。 表2 1白鹿塬边主要典型滑坡特征 1 7 2 5 滑坡致灾及预防情况 白鹿塬滑坡的发生对当地人民的生命财产造成很大的损失，仅就有记载的 滑坡而言，毁田数达1 9 3 4 亩，毁房( 窑) 达5 2 0 间孔，搬迁户达1 3 7 户，经济 损失达5 1 9 万元。其中新型墙体材料厂滑坡就占3 5 0 余万元，而且造成一人死 亡，一人受伤，全厂停工停产，损失惨重。 滑坡的预报预防在白鹿塬区成功的实例为古刘滑坡，1 9 8 4 年1 1 月1 3 日， 西安市地震局接到“古刘村地面出现裂缝、鼓包”的报告，马上派人到古刘考 察，在详细地观察了各种迹象后，地震局的同志明确指出这是滑坡发生的前兆， 应立即采取行动。包括：组织村民撤离危险区；建立巡逻值班组织，严密监视， 及时汇报险情；做好排水工作；重新规划村落，并准备搬迁。同时，以正式文 件e 报市委、市政府，并抄送长安县政府。一个月后，即1 9 8 4 年1 2 月1 5 日， 滑坡发生。 1 由于已采取措施，没有人员伤亡，经济损失也控制在最低限良。可见滑坡 的预测预防是非常重要的。 第三章白鹿塬边滑坡成因分析 滑坡是山体变形中数量多，规模大，危害严重，性质比较复杂而又具有一 定规律性的自然灾害。滑坡产于特定的地质环境，是在以重力为主的自然营力 作用下或人类工程活动影响下发生发展的斜坡变形运动。 白鹿塬区滑坡的发生发展受制于很多因素。主要有：河流侧蚀、地层岩性、 坡度、坡高以及地下水位、降雨、地震及人为破坏坡体。可以看出这些因素中 前四个在较长时期内是相对稳定的作用因素，称之为静态因素；后四个因素受 时间制约、易变，称之为动态因素。以下大致阐述这些因素的各自作用。 3 1 白鹿塬滑坡发生的静态因素 白鹿塬区滑坡主要是老滑坡体的复活，而新生的切层滑坡很少，所以这里 讨论的静态因素实际上主要是老滑坡产生的原因。尤其河流侧蚀对新近滑坡的 产生似乎作用很少。 3 1 1 河流侵蚀 河流是外动力地贡作用中最活跃的因素之一。河流对坡体进行侧蚀，掏蚀 坡脚，使坡体失去完整性，同时浸泡坡脚，减小其阻抗力。河流的发育尤其在 本研究区受控于新构造运动抬升( 骊山的掀斜式抬升) 影响，向西南趋近。灞 河逼近白鹿塬，沪河远离白鹿塬，鲸鱼沟水流同样向左岸侧蚀，造成右岸谷坡平 缓，左岸陡峻，加之水流长期浸泡坡脚，更易引起滑坡。 值得注意的是，本区河流新近时期并未直接侧蚀白鹿塬坡脚( 个别地点如 水家嘴j 灞河接近坡脚) ，因而本区河流对滑坡的作用实