（地质工程专业论文）黄土高原沟谷型滑坡土地利用研究.pdf

摘要 我国是世界上黄土分布最广的地区，黄土高原则是我国黄土分布的主体。由于黄土 高原地处我国地势的第二阶梯，加之黄土结构疏松，导致水土流失严重，地形破碎、沟 壑纵横。沟谷的下切和侧蚀以及人类工程活动又进一步引发黄土滑坡，形成典型的堵塞 沟谷的黄土滑坡，即沟谷型黄土滑坡。沟谷型黄土滑坡的发生，一方面可能对人员、财 产和人居环境产生破坏，形成地质灾害；另一方面会使得原有的地形坡度变缓，为人类 提供更为适宜的生存环境，形成地质地貌资源。作为地质灾害，国内外研究的十分广泛 和深入，但作为地质地貌资源，这方面的研究较少，尤其是针对沟谷型黄土滑坡土地利 用方面的研究文献更是很少。 本文在阐述黄土高原沟谷型黄土滑坡形成条件的基础上，分析了沟谷型滑坡的发育 特征和形成机理，在回顾常规滑坡治理措施和前人滑坡土地利用成果的同时，总结了黄 土高原沟谷型黄土滑坡土地利用方面存在的关键技术问题。认为以往的“削头、拦腰、 压脚滑坡治理经典技术方法不适宜沟谷型黄土滑坡整治，它不仅治理效果不佳，而且 经济费用过高。针对沟谷型黄土滑坡再次产生失稳破坏的原因在于水流不断冲蚀滑坡 体，使滑坡前缘产生新的临空面的特点，提出了基于“侧挡+ 排水”措施，防止水流 不断冲蚀滑坡体，从而整治滑坡，达到土地利用的技术方法。“侧挡 措施就是在沟谷 下游方向沿滑坡侧壁附近设立挡墙，其目的有二：一是提高侵蚀基准面，防止沟谷上游 产生的水流不断冲蚀滑坡体，挡墙的设计高度取决于滑坡的安全系数，即确保安全系数 的滑坡前缘最低临空面高度；二是支挡滑坡体沿沟谷方向向下侧滑，挡墙的设计宽度取 决于滑坡的侧滑力大小，即能够支撑滑坡体使其不沿沟谷方向向下侧滑。“排水 措施 包括地表排水系统和地下排水系统。地表排水系统采用导水明渠，其设计断面尺寸及坡 度取决于沟谷上游的来水量，即能够使沟谷上游来水顺着明渠从滑坡体上通过，不再冲 蚀滑坡体。地下排水系统采用滤水管、砂石滤料、土工布、盲沟材等材料，用以疏排滑 坡体内的地下水，其设计排水能力取决于滑坡体内的地下水径流量大小，即能够有效地 疏排通滑坡体内的地下水，防止地下水位上升，导致滑坡失稳。 将这一技术方法用于延安市子长县阎家沟滑坡整治设计，实现了沟谷型黄土滑坡低 成本的土地有效和综合利用。 关键词：沟谷型滑坡土地利用水土保持阎家沟滑坡淤地坝或淤地 挡墙 a b s t r a c t c h i n ai st h ew o r l d sm o s tw i d e l yd i s t r i b u t e da r e a so fl o e s s ，a n dl o e s sp l a t e a ui st h em a i n p a r to ft h el o e s s a st h el o e s sp l a t e a ui sl o c a t e di nt h es e c o n ds t e po ft o p o g r a p h yi nc h i n a , a n dt h el o o s el o e s ss t r u c t u r e ，l e a dt os e r i o u ss o i le r o s i o n , b r o k e nt e r r a i na n dr a v i n e sa s p e c t v a l l e yi n c i s i o n ，l a t e r a le r o s i o na n dh u m a ne n g i n e e r i n ga c t i v i t i e st r i g g e rf u r t h e rl a n d s l i d e si n l o e s s ，a n dg e n e r a t et h ef o r m a t i o no fat y p i c a lv a l l e yl a n d s l i d e ，t h a tt y p eo fl o e s sl a n d s l i d e v a l l e y t h eo c c u r r e n c eo fv a l l e y - t y p el o e s sl a n d s l i d e ，o nt h eo n eh a n di tm a yd e s t r o yt h e p e r s o n n e l ，p r o p e r t ya n dt h el i v i n ge n v i r o n m e n t , a n df o r mg e o l o g i c a lh a z a r d s ；o nt h eo t h e r h a n di tw i l lm a k et h eo r i g i n a lt o p o g r a p h i cs l o p es l o wd o w n ，p r o v i d em o r es u i t a b l el i v i n g e n v i r o n m e n tf o rh u m a n ，f o r mt h eg e o l o g i c a lf e a t u r e so fr e s o u r c e s a sag e o l o g i c a ld i s a s t e r , d o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a lr e s e a r c hi sv e r ye x t e n s i v ea n di n d e p t h ，h o w e v e r ，a sg e o l o g i c a l f e a t u r e so fr e s o u r c e s ，l e s sr e s e a r c hi nt h i sa r e a , e s p e c i a l l yt h et y p eo fr e s e a r c hl i t e r a t u r ef o r l o e s sl a n d s l i d ev a l l e yl a n d - u s ei sv e r yf e w t h i sp a p e rp r e s e n t st h el o e s sp l a t e a ug u l l yt y p eb a s e do nt h el a n d s l i d e ，a n da n a l y z eo f t h ed e v e l o p m e n to fv a l l e yl a n d s l i d ef e a t u r e sa n df o r m a t i o nm e c h a n i s m ，a n dw h i l el o o k i n g b a c kt h ec o n v e n t i o n a ll a n d s l i d em e a s u r e sa n dt h er e s u l t so fp r e v i o u sl a n du s eo fl a n d s l i d e ， s u m m a r i z e st h ek e yt e c h n i c a li s s u e so f v a l l e yt y p eo fl a n du s ea s p e c t so fl o e s sl a n d s l i d eo ft h e l o e s sp l a t e a u w et h i n kt h ec l a s s i ct e c h n i c a lm e t h o d ss u c ha s “c u t t i n gh e a d ，w a i s t ，p r e s s e r f o o t a r en o ts u i t a b l et ot h er e m e d i a t i o no ft h ev a l l e y t y p el o e s sl a n d s l i d e i ti sn o to n l y i n e f f e c t i v eg o v e r n a n c e ，a n de c o n o m i cc o s t sa r ea l s ot o oh i g h a g a i n s tt h eu n s t a b l ef a i l u r eo f v a l l e y - t y p el o e s sl a n d s l i d eo n c em o r ed u et ot h ec o n t i n u o u s l ye r o d i n go ft h ef l o wt ot h e l a n d s l i d e ，w h i c hi st h ef e a t u r eo ft h ef r e ef a c ep r o d u c e db yt h el a n d s l i d ef r o n t ，p r o p o s et h e m e a s u r e sb a s e do nt h e ”s i d eo ft h eb l o c k + d r a i n a g e ”，t op r e v e n tt h ef l o wf r o mc o n t i n u o u s l y e r o d i n gt h el a n d s l i d e ，t h u st or e n o v a t et h el a n d s l i d e ，a n dt or e a c ht h et e c h n i c a lw a y so fl a n d u s e t h em e a s u r eo f ”s i d eo ft h eb l o c k ”i st oe s t a b l i s har e t a i n i n gw a l li nt h ev a l l e y d o w n s t r e a md i r e c t i o na l o n gt h el a n d s l i d es i d e w a l l t h e r ea r et w op u r p o s e s ：t h ef i r s ti st o r a i s ed a t u mp l a n eo fe r o s i o n , a v o i d i n gt h ef l o wc o m i n gf r o mt h eu p p e rv a l l e yc o n t i n u o u s l y e r o d i n gt h el a n d s l i d e ，a n dt h ed e s i g nh e i g h to ft h er e t a i n i n gw a l ld e p e n d so nt h es a f e t yf a c t o r o ft h el a n d s l i d e ，t h a ti st oe n s u r et h em i n i m u mf r e ef a c eh e i g h to ft h el a n d s l i d ef r o n to ft h e s a f e t yf a c t o r ；t h es e c o n di st om a k e t h el a n d s l i d es i d e s l i pd o w na l o n gt h ev a l l e yd i r e c t i o n ，a n d t h ed e s i g nw i d t ho ft h er e t a i n i n gw a l ld e p e n d so nt h es i z eo ft h el a n d s l i d es i d e s l i pf o r c e ，a n d t h a ti st os u p p o r tt h el a n d s l i d en o tt o s i d e s l i pd o w na l o n gt h ev a l l e yd i r e c t i o n ”d r a i n a g e ” m e a s u r e s ，i n c l u d i n gs u r f a c ed r a i n a g es y s t e ma n du n d e r g r o u n dd r a i n a g es y s t e m s u r f a c ew a t e r d r a i n a g es y s t e ma d o p t so p e nc h a n n e lg u i d e ，a n dt h ed e s i g ns e c t i o ns i z ea n ds l o p ed e p e n d so n t h eu p p e rv a l l e yw a t e r , t h a ti s ，t om a k et h ev a l l e yu p s t r e a mi n f l o wp a s st h r o u g ht h eb o d yf r o m al a n d s l i d ea l o n gt h eo p e nc h a n n e l ，n o tt oe r o d et h el a n d s l i d e u n d e r g r o u n dd r a i n a g es y s t e m u s e sf i l t e rp i p e ，g r a v e lf i l t e rm a t e r i a l ，g e o t e x t i l e s ，b l i n dc h a n n e lm a t e r i a lt o d r a i n a g et h e g r o u n d w a t e ri nt h el a n d s l i d eb o d y ，i t sa b i l i t yt od e s i g nd r a i n a g ew a t e rd e p e n d so nr u n o f fo ft h e u n d e r w a t e ri nt h el a n d s l i d eb o d y , w h i c hc a ne f f e c t i v e l yd i s c h a r g et h eg r o u n d w a t e ri nt h e l a n d s l i d eb o d yi no r d e rt op r e v e n tt h ew a t e rt a b l er i s i n ga n d c a u s i n gt h el a n d s l i d e u s i n gt h i st e c h n i c a lm e t h o d st od e s i g ny a n j i a g o ul a n d s l i d ei nt h ez i c h a n gc o u n t yo f y a n a nc i t y , i tc a nr e a l i z et h el o w e rc o s to fg u l l yt y p el a n d s l i d ei nt h ee f f e c t i v ea n d c o m p r e h e n d s i v eu t i l i z a t i o no fl a n d k e y w o r d s ：g u l l yt y p el a n d s l i d el a n du s es o i la n dw a t e rc o n s e r v a t i o n y a n j i a g o u l a n d s l i d e s i l t i n gd a mo rs i l t i n gr e t a i n i n gw a l l i i i 长安丈学硕士学位论文 1 1 选题背景及研究意义 第一章绪论 1 1 1 选题背景 在我国的黄土高原区，由于地形破碎、沟壑纵横，水土流失非常严重，所以各种地 地质灾害在黄土高原区比较发育。而在各种突发的地质灾害中，滑坡数量最多，占地质 灾害总数的6 5 。又因为黄土滑坡灾害影响范围广，危害严重，突发性强，因此，黄土 滑坡严重制约着黄土高原区经济的发展，危害着居民的生命财产安全。故研究黄土滑坡 是具有现实意义的。 而在黄土高原区普遍发育着一类特殊的滑坡，即沟谷型滑坡。此类滑坡大多发育在 幼年期和壮年期沟谷内，并且一般不是单独发育的，而是成群成带发育的，如图1 1 所 示。 图1 1 沟谷型滑坡 第一章绪论 1 1 2 研究意义 在治理滑坡灾害时，一般采用地表和地下排水、抗滑挡墙、抗滑桩、预应力锚索、 清方减载、填土反压等措施对滑坡进行治理，但是对于黄土高原沟谷型滑坡来讲，通常 的治理措施是不实用，也是不经济的，因为沟谷型滑坡在滑动后本身是处于稳定状态的， 只要控制好滑坡前缘沟谷的水流和滑坡体内的地表水，它是不需要治理的，而且如果将 滑坡体的土地资源和水资源进行合理的利用，还可以解决黄土高原区土地资源、水资源 缺乏的现象。 因此，虽然黄土高原沟谷型滑坡发生时对土地资源和农业生产破坏是十分严重的， 但由于其改变了地形地貌格局，导致坡度减缓、平坦土地增加，水利灌溉条件改善，当 其稳定后，更有利于民宅村落建设，方便人们的生活，成为一种优良的地质地貌资源， 对区域土地利用结构产生重大影响。为了改善黄土高原区土地资源、水资源等的短缺情 况，结合沟谷型滑坡的特殊性质，以变害为利为目的，对黄土高原沟谷型滑坡进行治理 并且对其发生后的土地资源进行利用，这样既可以既治理了滑坡，又改善了人地矛盾、 人水矛盾，从而促进了黄土高原区经济的可持续发展，提高了居民的生活水平。因此， 研究黄土高原沟谷型滑坡的土地利用及对其水土保持问题很有实际意义的。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 沟谷型滑坡治理措施研究历史与现状 我国对滑坡的治理是从5 0 年代才开始的。依据我国国情研究开发了一系列有效的 治理措施，总结出绕避、排水、支挡、减重、反压等治理滑坡的原则和方法。对黄土高 原沟谷型滑坡的治理也无一例外。 在二十世纪五六十年代，对沟谷型滑坡的治理常采用地表和地下排水、抗滑挡墙、 清方减载、填土反压等措施。地表和地下排水工程，如地面截、排水沟，地下截水盲沟、 盲洞，支撑渗沟等；支挡工程则主要应用各种形式的挡土墙。但实践经验证明，仅采用 地表排水、清方减载、填土反压等措施往往致使滑坡体暂时处于稳定状态，随着外界条 件的改变，许多滑坡又重新复活。 二十世纪六七十年代，曾成功地应用支撑盲沟加小抗滑挡土墙取得疏水和支挡滑坡 的双重效果。但深盲沟施工开挖相当困难，因为在地下水发育的情况下，施工开挖极易 坍塌。为了克服抗滑挡土墙开挖基础的困难，曾在贵昆线二梯岩滑坡治理中设计采用沉 井式抗滑挡土墙，但施工也不容易。 2 长安人学硕上学位论文 二十世纪七八十年代，开始应用抗滑桩，由于其具有布置灵活、施工简单、对滑坡 扰动小等优点，受到工程设计和施工的普遍应用，逐步形成以抗滑桩支挡为主，结合清 方减载、地表排水的滑坡综合治理技术。 二十世纪九十年代，滑坡整治中贯彻一次根治、不留后患的原则，并充分认识到滑 坡的形成是多因素综合作用的结果，因此应采用综合治理的工程措施大量采用抗滑桩、 结合地面排水的滑坡整体治理措施，效果显著。与此同时，伴随预应力锚固技术理论研 究和凿岩施工机械的突破性发展，应用高强钢丝锚索束将滑坡体锚固于其下的滑床中， 使抗拉力增大。预应力锚索变一般支挡结构物的被动受力为主动受力，对滑体扰动小， 又能实现机械化施工，因此工程师们开始广泛应用预应力锚索来整治滑坡。近年来，随 着机械、材料等领域的发展与科技进步，对滑坡体的加固措施向复合型、轻型化、小型 化和机械化施工方向发展，土锚钉、加筋土、格构锚固等防治措施也相继应用于滑坡治 理中，并取得了较好的效果。 1 2 2 沟谷型滑坡土地利用的研究现状 在国内外针对沟谷型滑坡土地利用和水土保持方面的研究资料少之又少，绝大多数 只是将其作为地质灾害对滑坡进行治理，却没有将治理后的滑坡土地进行合理的利用。 对沟谷型滑坡的利用早期主要是淤地坝或淤地挡墙的修建和发展。黄河流域最早的 淤地坝或淤地挡墙，是天然滑塌形成的，已经有4 0 0 多年的历史。明隆庆三年( 1 5 6 9 年) ，陕西省子洲县裴家湾乡王家圪洞，由于山坡滑塌，堵塞沟道，形成坝高6 2 m ，集 水面积2 7 2 k m 2 的天然聚湫，淤地5 3 3 h m 2 。山西省汾西县志记载“涧河沟渠下湿处， 淤漫成地易于收获高产”，“向有勤民修筑”。清代中叶，淤地坝或淤地挡墙在山西省西 部和陕西省北部一些地方也开始发展起来。 民国时期，著名水利专家李仪祉先生于1 9 2 7 年提出在沟道中修筑淤地坝或淤地挡 墙，防止沟壑扩展，减少入黄泥沙的技术方案。1 9 4 5 年，由国家投资，黄委会批准关中 水土保持试验区在西安市郊荆峪沟流域支沟上修建了一座淤地坝或淤地挡墙，控制流域 面积2 6 k i n 2 ，土方量2 万m 3 ，是黄河高原地区修建的第一座“官办”淤地坝或淤地挡 墙。新中国成立以来，在总结历史经验的基础上，把筑坝淤地或筑墙淤地作为水土保持 的一项重要措施，积极试验推广。 建国初期，淤地坝或淤地挡墙建设在西北地区得到了广泛的推广与发展，青海省于 1 9 9 2 年起进行淤地坝或淤地挡墙试点建设，2 0 0 3 年开展以小流域为单元的坝系建设， 第一章绪论 截至2 0 0 8 年6 月，全省开工建设淤地坝或淤地挡墙5 5 1 座。共中完建淤地坝或淤地挡 墙5 0 6 座，竣工验收了2 8 7 座。多年来，青海省淤地坝或淤地挡墙建设坚持“以支流为 骨架，小流域为单元，骨干坝和中小型淤地坝或淤地挡墙相配套，建设沟道坝系”的建 设思路，涌现出了一批以坝系建设为重点的综合治理新典型，淤地坝或淤地挡墙工程在 防洪控制、拦泥淤地、人畜饮水、蓄水灌溉、改善交通，调整产业结构、促进经济发展， 改变农业生产、生活条件等方面起到了积极的推动作用，得到了项目区群众的普遍认可 和欢迎。已成为构建富裕文明新青海的一大亮点工程。完建的淤地坝或淤地挡墙总库容 8 6 2 5 2 万m 3 ，可拦泥库容5 2 6 1 4 万m 3 ，可淤地8 7 6 6 h m 2 ，增加灌溉面积4 3 7 3 9 h m 2 ， 解决了1 万多名农民群众的交通问题。 截止到2 0 0 6 年底，在陕西地区一年兴建的淤地坝或淤地挡墙就有1 1 0 0 多座，同时 陕西地区的淤地坝或淤地挡墙总数达到了4 2 万余座，形成总库容达5 6 5 9 亿m 3 。 1 3 研究思路及主要研究内容 1 3 1 研究思路 作为地质地貌资源，对沟谷型滑坡土地利用方面的研究，我国还比较落后，基础研 究工作也不足。因此，本论文的研究总体思路为“借鉴以前的理论技术，侧重于基础理 论研究，从黄土高原沟谷型滑坡的形成条件、发育特征及诱发机理等多个方面，探讨沟 谷型滑坡在治理后的应用前景”。力求使滑坡的治理和利用定量和定性研究相结合，从 应用的角度上探索沟谷型滑坡的适用范围和条件，并对沟谷型滑坡进行分析研究，进一 步推广沟谷型滑坡的土地利用，能够最大程度地造福人类。 受可收集数据源的限制，本论文主要研究黄土高原沟谷型滑坡在滑坡灾害中的治理 及利用。以滑坡灾害发育的西北黄土高原为研究区，分析利用沟谷型滑坡形成的有利条 件，提高滑坡灾害应用的广度和深度，为更加全面、有效的利用沟谷型滑坡进行减灾、 防灾提供依据。 1 3 2 主要研究内容 本文首先针对黄土高原特有的沟谷型滑坡从地形地貌、地层岩性、地质构造、植被 条件等方面对其的形成条件进行了介绍；从水的作用、地震、人为活动等方面阐述了黄 土高原沟谷型滑坡的诱发条件；从形态与规模、边界、表部、内部、滑动等方面对沟谷 型滑坡的发育特征进行了研究。从滑坡治理与土地利用出发，并结合了一般滑坡工程治 4 长安大学硕士学位论文 理措施，提出了在黄土高原区沟谷型滑坡新的治理措施及有效地土地利用方式。 一般滑坡的治理方法是“削头、拦腰”、“压脚”，而针对于沟谷型滑坡，采用“侧 挡+ 排水 的技术方法，即在滑坡前缘边界溪流下游处修建挡墙。挡墙的设置不同于常 规的抗滑挡土墙，而是沿着滑坡滑向方向设置。根据这种思想，对挡墙进行设计，主要 包括挡墙的设计和截排水的设计。以此技术方法为依据对阎家沟滑坡进行工程分析与整 治设计，实现了沟谷型黄土滑坡低成本的土地利用有效和综合的利用，但也简单概括分 析整治中滑坡可能存在的问题。 第二章黄土高原沟谷型滑坡的形成条件 第二章黄土高原沟谷型滑坡的形成条件 2 1 黄土高原沟谷型滑坡产生的区域地质条件 2 1 1 地形地貌 黄土高原沟谷型斜坡的地形地貌表现为两种：即“u ”形地貌和“v 形地貌。而 开阔的“u ”形一般位于沟谷两侧和丘陵斜坡上，其天然坡度大多小于3 0 。，并且很少 有地下水的活动，呈直线形或中间下凹形，地形起伏平缓，坡度较小，而且植被覆盖良 好，这样的斜坡大多是比较稳定的，有时候这种斜坡即使高度和坡度较大，但是由于坡 体内没有地下水活动，并且底部基岩完整且产状近水平，也表现为稳定的斜坡。不稳定 斜坡，甚至滑坡成群出现的地带，多分布于黄土源侧、沟脑以及天然坡度比较大的黄土 梁、筛区，而这里沟谷多呈“v 形，切割深度大、斜坡高而且陡，从而使斜坡上部产 生临空面，从形态上看，斜坡中部多呈凸形，坡脚处又没有原生的土体支撑，从而使斜 坡上部土体处在不稳定状态，因此较容易产生黄土滑坡。 沟谷型滑坡滑动方式主要为牵引式，呈现自前缘到后壁分别逐级滑落的地貌特征， 在滑坡体表面自上而下可见逐级错降的陡坎。陡坎高度多在l 3 m ，台坎宽2 - - 5 m ，顺 着坡向下倾，坡度1 0 。左右或近于水平。 2 1 2 地层岩性 黄土高原黄土层厚度平均为2 0 0 m ，最厚处可达4 0 0 m ，为土壤侵蚀提供了充分的物 质供给。黄土沟谷型滑坡的发育跟黄土的性质是密不可分的。我们知道黄土往往是由石 英和粘土等矿物组成，并且含有易溶盐，整体结构疏松，干容重较小，孔隙度较大，强 度低；垂直节理、裂隙比较发育；其抗剪强度和抗压强度对水特别敏感；时代不同的黄 土，其物理、力学性质也大为不同。一般情况下，新近堆积黄土( q 4 ) 的干重度小，孔隙 比较大，压缩变形较大，渗透性强，干燥状态有一定结构强度，浸水饱和后结构容易破 坏，从而粘聚力迅速降低，且变化率非常大；晚更新世黄土( q 3 ) 的物理力学性质与新近 堆积黄土( q 4 ，) 相似，且具有较强的湿陷性；中更新统( q 2 ) 黄土地层一般是由黄土、古 土壤层和钙质结核层相间组成的，质地较为密实，容重较大，压缩性和渗透性均比较小； 早更新世黄土( q o 地层较薄，为黄褐色，比中更新世( q 2 ) 黄土更为密实，强度更大，压 缩性较小，透水性也较小。由于黄土的这些特性，使得黄土在饱水扰动后发生滑坡的概 率变大，并且大多数滑坡都是发生在q 3 、q 4 黄土层。 6 长安大学硕士学位论文 黄土高原沟谷型滑坡的发生不仅与黄土层的性质密切相关，而且也与其下伏基岩的 性质有关。黄土往往以披覆式覆盖于古老地层之上，这种关系表现在：黄土层疏松，渗透 性好，而下伏基岩又相对隔水，水体一般汇集于软弱岩层处，起软化、泥化作用，形成 滑动带。当大气降水、灌溉水、工业和生活用水等转为地下水时，极易停滞在两者的接 触面上，长期的作用使得接触面软化削减了其抗剪强度，使上部土体产生蠕动，继而使 接触面产生液化，加速了滑体的蠕动，两种作用循环作用直至导致滑面的贯通以致剧滑。 下伏基岩大多是不同时代、不同岩性的地层，而对于滑坡的影响主要是其顶部的风 化剥蚀带或者其内部软弱夹层，而这些软弱带( 面) 在水的作用下，会产生软化、泥化， 使其抗剪强度降低。最终，当下滑力大于抗滑力时，斜坡便失去稳定而产生滑动，因此 这些软弱带处的抗剪强度等物理力学性质指标在研究滑坡特征、滑坡治理中是非常重要 的。 2 1 3 地质构造 对于黄土高原沟谷型滑坡来说，地质构造也是形成滑坡的重要条件之一。黄土滑坡、 黄土基岩接触面滑坡一般受地质构造的影响较小，而黄土或切层滑坡受地质构造的影 响较大。从宏观上看，我国从东到西两级大陆斜坡地带是滑坡发育密集带，在大断层通， 过的河谷地带；从微观上看，地质构造造成了岩土体结构破碎、节理和裂隙发育、小断 层活动等。 首先构造运动作用形成的高山和低谷，从而为沟谷型滑坡的发育提供了有效的临空 条件；另外构造运动造成地质体中出现很多的软弱结构面，如断裂、节理、裂隙、不整 合面等。新构造运动一直改造着软弱结构面、地质构造面的产状，同时，这些面常有较 高的粘粒含量，易积水，使斜坡存在着失稳的可能性；而这些软弱结构面、地质构造面 又限制了滑坡滑动面的空间位置及滑坡范围；另外，从某种意义上讲，富水区，滑坡多； 贫水区，滑坡少，而地质构造常常决定着滑坡区地下水类型、分布和运动规律等。 2 1 4 植被 植被条件的好坏对黄土斜坡稳定性的影响是非常大的，植物对于土体具有固化作 用，不但防止了水土流失，而且还改变了土体内的水循环系统。对多数沟谷型黄土滑坡 来讲，多发生于植被覆盖度较低的区域。原因在于植被的繁衍不仅改变地表新近堆积黄 土的结构，而且还使地表一定深度内的松散黄土具有一定强度的持力层；另外，降低了 水土流失及雨水下渗问题，有效阻止了降雨对斜坡体内地下水的补给；又增强蒸发，有 7 第二章黄土高原沟谷型滑坡的形成条件 利于坡体中、深层位的干燥，并使其保持固有强度；植树造林，在黄土高原地区是一种 有效的控制水土流失、稳沟固坡的措施，在滑坡治理方面的效果方面，还需进一步深入 的研究。 2 2 黄土高原沟谷型滑坡产生的诱发因素 2 2 1 水的作用 水的作用除了大气降水外，还包括地表水、地下水、河流湖泊等的作用。大气降水 是最常出现的，也是最普遍的一种自然诱发滑坡的因素，大多滑坡的发生都与降雨有密 切的关系。黄土地区降雨量普遍偏低，一般的变化在3 0 0 m m , - - 6 5 0 m m 之间。山地降水多 于平原，如六盘山降水量达5 5 0 m m - - - 6 8 0 m m ，比附近地区高2 0 0 m m 5 0 0 m m ；年降水的 时间分配相当的不均匀。第一，表现在月际降雨分配的不均匀，各地7 、8 、9 三月降雨 量之和占到年降水总量的6 0 以上，而冬季降水仅占全年降水的5 左右；第二表现在 年际降雨变化上，丰水年与干早年的降水量相差可达到2 5 倍，年相对变化率一般在 2 0 3 0 左右；降水较为集中，降水强度比较大。至于短历时降水，问题相当的突出， 给人类社会带来的后果是非常严重的，大多数地质灾害就是伴随着短历时的降水而发生 的。大气降水对斜坡稳定性的破坏主要表现在：一方面，降雨往往导致坡体内渗入大量 的水，加大了坡体的自重，使得坡体的下滑力增大，影响斜坡的稳定性；水的入渗使得 其在隔水层顶面上富集，加速软化甚至泥化了滑带( 面) 物质，使其摩擦阻力降低幅度大， 继而形成滑面或滑带。另一方面，充斥于坡体裂隙中的地下水将对坡体产生静水压力， 促进滑体的下滑，而滑体在饱水后，地下水又对滑体产生浮力，从而降低了滑体对滑床 的正应力，使摩阻力进一步的减小。 2 2 2 地震条件 众所周知，地震具有强大的破坏力，山区地震往往会引发滑坡、崩塌等严重的地质 灾害。黄土高原区内，发育了三大地震带，即银川一天水武都一线的六盘山南北地震 带；兰州一天水一线的祁吕系前弧西翼北西向地震带；渭南一西安一宝鸡一线的祁吕系 前弧东翼北东向地震带。这三条地震带都是我国的活跃地震带。而地震的发生大多会造 成大量的、成批的黄土滑坡，且数量具有由高烈度区向低烈度区逐渐减少的特点。地震 作用对黄土斜坡的破坏主要表现在：一方面，由于地震的作用加速了岩土体的松动，使 岩土体中产生了大量的裂缝，降水时就会渗入大量的水，导致已经松动的岩土体沿下伏 8 长安大学硕士学位论文 地层滑动，促进了滑坡的发生。另方面，地震作用同时降低了岩土体内颗粒之间的固 有联结力，导致了斜坡体中粉细砂层、饱和黄土层液化，发生流动，增大了坡体的下滑 力，从而诱发滑坡发生。 2 2 3 人为工程活动 人类工程活动是导致滑坡灾害的一个重要因素。由于人类工程活动导致滑坡灾害的 案例举不胜举，尤其在黄土高原区。在黄土高原区，人类工程活动触发滑坡灾害主要表 现在：一方面，由于土地资源缺乏，而人口又密集，因此对土地资源的需求量比较大， 因此人为的削坡、斩坡来扩大人居面积或耕种面积，从而导致边坡失稳，形成滑坡；另 一方面，由于社会的发展，人类对精神生活、物质生活等方面的需求不断增大，致使破 坏了自然斜坡，使其失去原有的稳定态，在降水条件下，形成了滑坡。 9 第三章黄土高原沟谷型滑坡的发育特征及诱发机理 第三章黄土高原沟谷型滑坡的发育特征及诱发机理 3 1 沟谷型滑坡的发育特征 由于沟谷的下切和侧蚀以及人类工程活动引发黄土滑坡，形成典型的堵塞沟谷的黄 土滑坡，即沟谷型黄土滑坡。沟谷型黄土滑坡在黄土高原区多处可见，特征很明显。它 是黄土高原地区特有的一种滑坡灾害现象，现就沟谷型滑坡的形态与规模特征、边界特 征、表部特征、内部特征和变形活动特征等分述如下。 3 1 1 形态与规模特征 3 1 1 1 平面特征 黄土高原沟谷型滑坡均属黄土滑坡，即黄土层内滑坡或黄土基岩滑坡。无论是在 实地或在遥感影像上，其形态特征明显，特别容易识别。沟谷型滑坡后壁平面形态多呈 典型的圈椅状，形态明显，后壁多处于黄土梁峁斜坡中上部，坡度一般在6 0 0 - , - 9 0 0 ，如 图3 1 所示。 图3 1 沟谷型滑坡 l o 长安大学硕士学位论文 滑坡前缘表现为舌状或长舌状。滑坡堆积物一般受到水流、降水等冲蚀，在滑坡 前缘己很少见到滑坡堆积物。 3 1 1 2 长度、宽度和厚度 根据黄土高原黄土滑坡的不完全统计资料可知：在黄土高原区，沟谷型滑坡的滑坡 体长度、宽度跨度较大，从几十米到一千多米都有分布，但是主要集中分布在几十米到 五百米左右；滑坡体的厚度一般为几米到几十米，主要集中在两米二十米。 3 1 2 边界特征 3 1 2 1 滑坡后壁 黄土高原沟谷型滑坡后壁清晰可辨，在外形上呈圈椅状。后壁坡度常常较大，一般 在5 0 0 - 8 0 0 间，壁面较为平直。由于受自然界风化、侵蚀等作用，滑坡由老至新，壁面 则由破碎趋于完整。古滑坡和老滑坡的滑坡后壁很多破碎，发育细小冲沟，剥落和小规 模的垮塌现象多见，一般有灌丛和杂草等植被覆盖。新滑坡和部分老滑坡，后壁黄土裸 露，表面略显凹凸不平，其上植被不发育，与周边斜坡可明显区别开来。 3 1 2 2 滑坡侧界 滑坡侧界分为两部分即上部与下部。上部为侧壁，与后壁特征相似；下部为滑体边 界，在滑动中滑体堆积于下方，向两侧扩展。滑坡下滑后，坡面坡度减缓，在斜坡上形 成一凹地，凹地两侧即为上部侧界。随着滑坡发生时间早晚不同，侧界保留的清晰程度 也不同。大多古滑坡和老滑坡侧界已不甚清晰，林木草丛覆盖，与原坡面呈渐变过度； 由于滑体大多后倾，中部凸起稍高，两侧边界地势最低，可见发育有同源冲沟。下部滑 体顺坡向突出，向两侧扩展。新滑坡和老滑坡还可见到明显的台坎。由于黄土强度低， 其边界在长期风化作用下，与原始坡面渐混为一体，古老滑坡下部侧边界不易与原坡面 区分，呈过渡关系。 3 1 2 3 滑坡前缘 滑坡前缘出露于河流或沟谷斜坡坡脚。古滑坡和部分老滑坡的前缘基本没有保存， 在长期地质历史中遭受流水侵蚀，已不存在，仅存滑坡体中后部；老滑坡和新滑坡前缘 尚存在，滑坡在下滑时多冲向彼岸，堵塞河道，迫使河流弯曲，在地貌上多表现为河流 凸岸。前缘是滑坡体的堆积区，坡度平缓，多小于3 0 0 。 第三章黄土高原沟谷型滑坡的发育特征及诱发机理 1 临空面 受流水侵蚀，在滑坡前缘多形成滑坡临空面，其高度一般在数米至十数米，临空面 的坡度较陡，多在4 5 0 以上，甚至直立。表面裸露新鲜的地层，可见有滑动挤压形成的 致密纹理。 2 剪出口 剪出口出露的地层根据河谷所处地段和地质构造不同而不同，剪出口一般为四种类 型：即黄土层内型、黄土一古土壤型、黄土一红黏土型和黄土一基岩型。 黄土层内型：滑坡自黄土层内剪出，滑面或在马兰黄土中，或切穿数层古土壤，剪 出口位置在黄土中，所见出口位置有高有低，在数米至数十米间。 黄土一古土壤型：滑坡自黄土与倾斜古土壤界面剪出，剪出口位置相对其他类型较 高，距沟底十数米( 少数在数米) ，上覆黄土滑体厚度则较薄，在数米至十数米间，少 有数十米的。 黄土一红黏土型：由于红黏土分布稀少，仅在部分沟谷上游分水岭两侧可见，滑坡 体沿红黏土面剪出，剪出部分土体混杂，受强烈挤压形成黄土一红黏土混合挤压带，剪 出口位置相对较低。 黄土一基岩型：是区内较常见的剪出口类型。黄土直接与基岩接触，滑坡体沿基岩 面剪出。由于二者工程地质性质差异明显，上覆黄土厚度大，沟谷切割深，坡体临空面 大，常见滑坡沿此剪出。 3 1 3 表部特征 滑坡表面微地貌形态多样，滑坡体的最高点在后缘。由于滑体下滑后形成反倾坡面， 后壁与反倾后缘间形成封闭的洼地，降雨在洼地汇集，当积水较多时，向滑体两侧排泄， 形成“双沟同源”现象。洼地内潜蚀发育，特别当滑坡体有复活运动趋向时，坡体中结 构疏松。 古、老滑坡体上冲沟发育，完整性差。冲沟规模随滑坡体的大小不同而异，大型滑 坡体上冲沟宽十米至二三十米，沟深可达三四十米，将滑坡体分割成独立的若干部分； 由于滑坡体在总体上较周边斜坡凹陷，易于汇集降水，植被发育较好，不仅草丛茂盛， 1 2 长安大学硕士学位论文 而且还多形成小规模的森林。植被发育明显优于周边斜坡。 近代发生的新滑坡保留着典型的滑坡特征。不仅后壁和侧壁黄土裸露，壁面新鲜明 晰，且滑坡体基本没有被侵蚀。在滑体前缘，滑体前行受阻，形成前缘鼓胀，两侧并发 育有数厘米宽的张性裂缝。滑体冲出至沟底，向两侧扩散，形似田陇地埂。受谷底流水 侵蚀，陇埂多不易保存，只留下略显凸起的地形。 3 1 4 内部特征 受黄土斜坡地质结构制约，滑坡体主要由黄土状土组成，土体组成单一。滑体在滑 动时松动解体，稳定后在重力作用下，又重新压密固结，仅在滑坡前缘，出现下部基岩 风化壳被错动，可见土石混杂体。滑带大多数表现为一个面，较为平直或微显弯曲，滑 动面光滑；滑床埋藏于滑体之下，两侧冲沟多未切穿。滑床土体部分多呈强烈挤压状， 土体结构致密，具明显排列一致的挤压纹理。在周边压力减缓后，纹理张裂，土体破碎， 形成可见厚数十厘米至数米的挤压带。 3 1 5 滑动特征 滑坡属于坡脚遭受流水侵蚀或人工开挖斩坡引起，滑坡的形成机制相对简单，主要 是牵引式。滑坡主要有黄土层内滑坡和黄土接触面滑坡两类。 黄土层内滑坡一般发育在由厚度黄土组成的陡坡部位，具有较大的滑动势能，主滑 面发育在较为均质的黄土中，滑动面近似于圆弧形，受黄土垂直节理控制，后壁较陡，一 般在6 0 - 8 0 。左右，且滑面比较平直光滑，有利于滑动势能的快速释放，形成高速滑坡。 当前部有开阔地形条件时，其滑动距离也较远。 黄土接触面滑坡一般发育在黄土基岩( 或新近系红粘土) 复合型斜坡上，黄土顺 古地形顺坡披盖在下伏基岩上或新近系红粘土上。基岩顶面往往有一层泥岩或煤系页岩 或者是比较强烈的风化层，成为潜在的软弱面。上部黄土的渗透性较好，而下部接触面 处的红粘土、泥岩或风化层渗透性很差，成为相对隔水层，从而构成双层异质斜坡结构， 水渗透至此隔水层时使接触面一带长期处于过湿软塑状态，成为滑坡发育的潜在滑动 面。由于滑动面附近土体含水量高、力学强度低，滑面贯通时抗滑力降低较少，所以黄 土接触面滑坡的滑动速度一般较小，滑动距离也较短，常为数米至数1 0 米，这样滑坡 体动能释放不充分，在外界条件的诱发下经常会多期次的、缓慢的发生蠕动。在人类工 第三章黄土高原沟谷型滑坡的发育特征及诱发机理 程活动和降雨的诱发下，极易沿着老滑面重新发生滑动。 3 2 沟谷型滑坡的诱发机理 黄土高原沟谷型滑坡常成片成带分布，在时间上也呈现出相对集中的分布规律，它 是各种因素综合影响与诱发的结果。沟谷型滑坡形成的影响因素一般包括地形地貌、岩 性组合、斜坡结构、地下水类型、构造等；诱发因素则包括人类活动、降雨、河流冲蚀、 地震等。而沟谷型黄土滑坡的形成则主要受地形地貌、斜坡岩土体结构、地下水、降雨、 河流冲蚀等因素控制。 3 2 1 沟谷型滑坡形成的影响因素 沟谷型黄土滑坡的形成与地形地貌关系密切。它主要发育于二级支流和三级支流两 岸斜坡，沟谷狭窄、平直，两侧斜坡自然坡度和坡高大，边坡的天然坡度大于4 5 。，土 体临空高度达8 0 1 5 0 m ，边坡近直立或凸形。根据野外调查初步统计，发生沟谷型滑坡 的v 字型沟谷，如岸坡高5 0 7 0 m ，坡度大于4 5 。的自然斜坡，先后都发生不同规模的 滑坡；而开阔呈u 字型的沟谷两侧斜坡坡度小于4 5 。时一般稳定性较好。 在黄土高原区，一般第四系黄土堆积层厚度大，垂直节理裂隙发育，结构松散，风 化作用强烈，为滑坡灾害的形成提供了物质基础。黄土地层由黄土古土壤序列构成， 主要为黄土层、古土壤层和钙质结核层，各土层不仅其矿物成分和显微结构类型不同， 而且其物理力学性质差异也很大，致使斜坡岩土体强度不均匀，具各向异性。再者，若 离石黄土沉积厚度较大，在马兰黄土沉积之前有沉积间断，古地形地貌变化大，野外多 处可见倾斜的剥蚀面和古土壤层，由于马兰黄土披盖在下伏离石黄土和午城黄土之上， 二者界面为岩性差异界面，常构成斜坡变形和不稳定的软弱结构面，为沟谷型黄土滑坡 的形成提供了边界条件。 沟谷型黄土滑坡发育的冲沟两侧陡坎往往是地下水的集中排泄口，在沟谷型黄土滑 坡的前缘或滑体中，多处可见泉水流出。冲沟陡坎或坡脚处受地下水长期渗流、掏蚀作 用，坡脚常常被掏空；同时排泄口以上的土层因形成坡降较大的潜水浸润