許　強(qiáng)　彭大雷　亓　星　董秀軍　李驊錦　巨袁臻

(地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室( 成都理工大學(xué)) 成都610059)

2015年4.29甘肅黑方臺黨川2#滑坡基本特征與成因機(jī)理研究*

許強(qiáng)彭大雷亓星董秀軍李驊錦巨袁臻

(地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室( 成都理工大學(xué)) 成都610059)

摘要2015年4月29日早上7點(diǎn)55分，甘肅省永靖縣鹽鍋峽鎮(zhèn)黨川村發(fā)生了小規(guī)模黃土滑坡，約5×104m3失穩(wěn)的黃土從黃河Ⅳ級臺塬黑方臺沖向黃河Ⅱ級臺塬?；潞髢H3h，再次產(chǎn)生較大規(guī)模的黃土滑坡，約35×104m3黃土泥流沖向下游，形成長約780m，寬100m的堆積體，最大的堆積厚度17m，在黨川段是少有的災(zāi)難性的滑坡。本文在滑前位移監(jiān)測和裂縫分布變形研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查、低空攝影測量、現(xiàn)場工程地質(zhì)測繪、含水率實(shí)驗(yàn)等手段，對黨川2#滑坡的基本特征進(jìn)行了分析，并形成滑坡發(fā)生及成災(zāi)原因初步認(rèn)識。結(jié)果表明：(1)從時間上來看，黨川2#滑坡共發(fā)生2次滑動，根據(jù)滑動模式和堆積特征上分析，第Ⅰ次相對獨(dú)立，第Ⅱ次分為3輪滑動，共4輪滑動； (2)第Ⅰ次滑動區(qū)域面積8396m2，變形區(qū)域僅在臺塬邊較小范圍內(nèi)，滑前長期蠕動變形是第Ⅰ次滑動發(fā)生誘發(fā)因素； (3)第Ⅱ次滑動區(qū)域面積為27422m2，地表裂縫較少，滑前裂縫無明顯位移變形，底部黃土的液化對臺塬黃土滑坡的運(yùn)動起了非常重要的作用，該次滑動滑距長、破壞強(qiáng)，具有突發(fā)性； (4)黨川段開始發(fā)生大規(guī)模靜態(tài)液化型黃土滑坡，并以落水洞形成滑坡邊界，這對其他區(qū)段早期識別和監(jiān)測預(yù)警研究具有重要意義。

關(guān)鍵詞黨川2#滑坡靜態(tài)液化遠(yuǎn)程泥流二次滑坡成因機(jī)理

0引言

黃土覆蓋著約10%的地球陸地表面，主要集中在北半球的溫帶和沙漠前緣的半干旱地帶(劉東生， 1985; Derbyshire et al.，1988)，其中中國、美國、俄羅斯(前蘇聯(lián))和歐洲較為典型(Derbyshire et al.，1988; Sun， 1988; Rogers et al.，1994)。中國黃土覆蓋面積約6.31×104km2，其中黃土高原面積為3.17×104km2，主要分布于陜西省、寧夏回族自治區(qū)、甘肅省和山西省等省份，在這些地區(qū)黃土厚度從50～200m，整個黃土高原最大厚度位于靖遠(yuǎn)縣，約為500m(劉東生， 1985)，在這些地方，每年發(fā)生大量的黃土滑坡(黃潤秋， 2007; 藺曉燕等， 2013; 石菊松等， 2013; 楊璠等， 2014)，其中地處甘肅省永靖縣的黑方臺就是黃土高原的滑坡地質(zhì)災(zāi)害的縮影(Meng et al.，1998; Xu et al.，2014)。黑方臺面積約11.5km2，沖溝中發(fā)育最長的虎狼溝，其將黑方臺分為兩塊，西邊的面積較小為方臺，約1.5km2，東邊的面積較大為黑臺，約9km2，東西長約7.7km，南北最寬約2.5km，最窄約0.6km。從1968年以來，發(fā)生了100多次滑坡，平均每年3～5次，如2015年1月29日焦家4#發(fā)生體積約0.6×104m3的滑坡，造成電路中斷，灌溉水渠改線， 2015年2月4日陳家3#滑坡發(fā)生約0.3×104m3的滑坡，直接威脅蘭新高鐵的運(yùn)行安全， 2015年3月28日上午11點(diǎn)陳家8#滑坡發(fā)生0.5×104m3的滑坡，導(dǎo)致中國移動通信光纜中斷。黨川段最近于2014年11月發(fā)生的黨川7#崩滑型黃土滑坡，體積約0.4×104m3，造成坡下的引水灌溉渠淤積。而在2015年4月29日早上7時55分左右，黨川村后方的黑臺突然發(fā)生小型崩滑型黃土滑坡，約5×104m3滑坡體沿臺塬臨空面溝道沖到臺塬下方空地上，沖毀了坡腳的引水渠道，并堆積到坡下的碳化硅廠背后； 3個多小時后， 10點(diǎn)47分，黨川2#滑坡再次產(chǎn)生大規(guī)模的滑動，約35×104m3黃土產(chǎn)生遠(yuǎn)程滑動，最大滑距782m(滑坡后壁到前緣的距離，圖15)，摧毀掩埋了黨川村群眾房屋14戶、附近工廠3家、耕地80余畝、水渠1km以及部分自來水通村管道，造成鹽鍋峽至黨川、黃茨的鹽集路中斷，水渠和電網(wǎng)線路受損，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5650萬元。由于預(yù)警及時，人員撤離迅速，滑坡未造成人員傷亡。

對于單體滑坡，多數(shù)學(xué)者針對巖質(zhì)單體滑坡的變形特征及其變形機(jī)理，做了大量的研究工作(廖秋林等， 2005; 許強(qiáng)等， 2009; Xu et al.，2012)，但對黃土單體滑坡多集中在滑坡機(jī)理方面，但對滑坡的滑動過程、堆積過程和滑坡體積沒有詳細(xì)研究(Zhang et al.，2009; Zhuang et al.，2014; Peng et al.，2015)。2015年上半年黑方臺發(fā)生的4次滑坡有一個共同的特點(diǎn)，飽和黃土在上覆黃土自重作用下，向前緣臨空向產(chǎn)生塑性流動，由此而形成靜態(tài)液化型黃土滑坡。關(guān)于此類滑坡國內(nèi)外學(xué)者對其的滑坡機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，黑方臺黃土滑坡不僅具有緩慢拉裂的特點(diǎn)，同時還表現(xiàn)出突發(fā)性和速度高等特點(diǎn)(王家鼎等， 2001; 王志榮等， 2004; 武彩霞等， 2011)，眾多學(xué)者對滑坡的形成機(jī)理與啟動原因有著不同的解釋。一些學(xué)者提出了黃土滑坡的蠕動液化機(jī)理(王家鼎， 1992)，一些學(xué)者認(rèn)為灌溉引起地下水位變動是滑坡發(fā)生的主要因素(董英等， 2013)； 多數(shù)學(xué)者從靜態(tài)液化的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為黃土剪縮孔隙水來不及排除，產(chǎn)生超孔隙水壓力，進(jìn)而導(dǎo)致土體液化破壞(Wang et al.，2007; 金艷麗等， 2007， 2008; 武彩霞等， 2011; Zhang et al.，2013)。關(guān)于黃土滑坡靜態(tài)液化，引起液化發(fā)生的荷載類型有靜荷載和臨時荷載之分(Yamamuro et al.，1998)，臨時荷載包括一般由地震引起的循環(huán)荷載、動荷載等。靜態(tài)液化是由單調(diào)加載或在靜荷載作用下引起的液化，所稱之靜態(tài)是為了區(qū)分引起液化的荷載類型不同(Poulos et al.，1985; Kramer et al.，1988)。盡管不少學(xué)者從不同角度對黑方臺黃土滑坡的形成機(jī)理進(jìn)行了大量研究，并取得了眾多成果，但對其滑動機(jī)理持有不同的觀點(diǎn)。結(jié)合黑方臺的地下水位監(jiān)測和此類滑坡的位移變化情況，筆者認(rèn)為黑方臺的黨川2#黃土滑坡存在靜態(tài)液化現(xiàn)象。

黨川2#單體滑坡前后兩次滑動在成因機(jī)理、運(yùn)動堆積特征以及成災(zāi)模式等方面存在較大差別，對此滑坡的研究具有重要的科學(xué)價值。從黃土滑坡的空間分布來看，以前黨川滑坡段主要是以崩塌型滑坡類型為主，自2012年7月黨川3#發(fā)生靜態(tài)液化型以來，到今年(2015年)的黨川2#大型靜態(tài)液化型黃土滑坡發(fā)生，黨川段的滑坡類型正悄悄的發(fā)生變化，這對黃土滑坡的早期識別和災(zāi)害預(yù)警研究具有重要的意義。

1黨川滑坡的基本環(huán)境

1.1黑方臺滑坡歷史概況

圖1　黑方臺滑坡的空間分布及黨川2#的位置Fig. 1　The distribution of landslides in Heifangtai and the location of Dangchuan 2# landslide

黑方臺位于甘肅省永靖縣黃河北岸，鹽鍋峽水庫下游5km，六盤峽水庫庫區(qū)內(nèi)，距蘭州市45km，距永靖縣城20km。黑方臺面積約11.5km2，沖溝中發(fā)育最長的虎狼溝，其將黑方臺分為兩塊，西邊的面積較小為方臺，約1.5km2，東邊的面積較大為黑臺，約9km2，黑方臺東西長約7.7km，南北最寬約2.5km，最窄約0.6km。黑方臺黃土滑坡在空間上具有以下特點(diǎn)：(1)黑臺共發(fā)育滑坡67處(圖1)，以野狐溝和陳家廟為分界線劃分為A和B兩個區(qū)域，A區(qū)主要分布體積相對較大的基巖滑坡，一般體積為(1～10)×104m3，最大達(dá)600多萬立方米； B區(qū)則以黃土層內(nèi)部滑坡為主，體積相對較小，一般數(shù)千立方米到數(shù)萬立方米。具體地又可將滑坡細(xì)分為6個段，即新塬段(①段)、 黨川段(②段)、黃茨段(③段)、焦家崖段(④段)、焦家(⑤段)和磨石溝段(⑥段)6個區(qū)段(圖3)，其中①段和③段以黃土基巖型為主、②段以淺層崩塌型為主、④段以黃土泥流型為主、⑤段和⑥段以靜態(tài)液化型為主； (2)結(jié)合臺塬地質(zhì)結(jié)構(gòu)、黃土底部基巖產(chǎn)狀分布以及臺塬邊出水點(diǎn)位置，揭示了黃土滑坡分區(qū)分段出露的原因和特點(diǎn)：A區(qū)的新塬段(產(chǎn)狀190°∠11°)和黃茨段(產(chǎn)狀160°∠10°)黃土底部基巖順層發(fā)育，地下水出水點(diǎn)也主要在基巖內(nèi)分布，因此此段主要產(chǎn)生規(guī)模相對較大的基巖滑坡。其中黨川段基巖傾向與坡面傾向近于直交，很難發(fā)生基巖滑坡。因黃土層內(nèi)地下水飽水厚度為東厚西薄，所以黨川段以前滑坡較少，但隨著近年來黃土內(nèi)地下水位不斷上升，也開始發(fā)生黃土內(nèi)滑坡。B區(qū)隨近年來黃土內(nèi)地下水位不斷上升，開始不斷產(chǎn)生因底部飽水導(dǎo)致的“軟弱基座型”黃土內(nèi)滑坡。尤以焦家和陳家段最為發(fā)育和典型，這兩段近年來不斷有滑坡發(fā)生。其中焦家崖段為通過人工放臺階削方措施使該段黃土厚度變薄，目前主要以黃土塑性流動變形為主。

1.2黨川2#滑坡的基本情況

黨川滑坡在黑方臺滑坡群中處于黨川段(②段)，這段主要是以黃土淺表層崩滑為主，但在2012年7月黨川3#發(fā)生小型靜態(tài)液化型滑坡，隨后的3年中，還是以崩滑型滑坡為主，直到2015年4月29日早上7點(diǎn)黨川2#中型靜態(tài)液化型滑坡的發(fā)生。黨川2#滑坡長217m，寬176m，滑坡平均厚度約20m(滑源區(qū))，滑距782m，后緣到前緣的落差122m。通過Trimbel Terramodel 軟件計算滑源區(qū)前后體積變化為31.72×104m3，由于滑源區(qū)有一部分堆積體，根據(jù)剖面1-1，計算 (圖18)，平均厚度4m，滑源區(qū)面積2.74×104m2，據(jù)此推測，滑坡體積大約44.40×104m3。通過Trimbel Terramodel 軟件計算堆積區(qū)前后體積變化為49.96×104m3，再加上滑源區(qū)堆積的12.69×104m3，滑坡后總的堆積體積約為62.65×104m3，滑體體積膨脹系數(shù)約為0.411?；碌募舫隹谠诜圪|(zhì)黏土內(nèi)，位于卵石層上方1m多的位置。

圖2　黨川2#滑坡發(fā)生前地形地貌(a)和黨川2#滑坡后地形地貌圖(b)Fig. 2　Pre-sliding photo taken on January 19， 2015(a); Post-sliding photo taken on July 29， 2015(b)

圖3　黨川2#滑坡滑前裂縫發(fā)育Fig. 3　The crach distribution in Dangchuan 2# landslide(before the landslide)

1.2.1地形地貌

黑方臺地貌單元屬于黃河Ⅳ級階地，臺塬下方的黨川村屬于黃河的Ⅱ階地，黑臺地勢總體由西北向東南傾斜，相對高差約 30m，在1968年移民后，對黑臺進(jìn)行平整，使得整個臺塬上地勢總體較平坦。臨近塬邊的邊坡較陡，坡度范圍變化較大，高度相差將近115m。在黨川2#滑坡前，由于降雨作用和灌溉作用，形成侵蝕型沖溝； 在灌溉和農(nóng)民耕作習(xí)慣的影響下，在臺塬邊緣形成一些塌陷土坑，這些土坑面積大小和深度差別較大 (圖2a 和圖4)。黨川2#在本次滑坡之前曾發(fā)生過崩塌型滑坡，同時，該滑坡的黃河上游方向?yàn)辄h川1#滑坡，黨川1#滑坡發(fā)生于2004年5月，形成黃土基巖型滑坡地貌特征； 該滑坡黃河下游方向?yàn)辄h川3#滑坡，在地下水的作用下，形成潛蝕型地貌； 黨川7#是在重力作用下，形成崩滑型地貌。在整個黨川段小范圍內(nèi)，形成齊全的黃土地貌類型，在整個黃土地區(qū)還是很少見的。

筆者于2015年1月份對整個黑方臺進(jìn)行低空攝影測量(無人機(jī)飛行高度500m)，其中黨川2#如圖2a，滑坡發(fā)生后，于2015年5月15日再次對該滑坡進(jìn)行拍攝如圖2b，圖2 和圖3 的攝影傾角均為45°，可以非常清晰地看出滑坡影響范圍、滑坡的形態(tài)特征和滑坡前后的地貌變化。

1.2.2地層巖性

2滑源區(qū)變形歷史及失穩(wěn)前兆

黨川2#滑坡靠近臺塬邊的裂縫非常發(fā)育，已經(jīng)形成明顯的錯臺，同時在黃土和粉質(zhì)黏土層的分界處，出現(xiàn)滲水現(xiàn)象 (圖3)。筆者于2014年7月和2015年5月用攝影測量和RTK測得了黨川2#裂縫、落水洞分布圖 (圖5)和滑坡滑動前后影像圖 (圖4)?；虑包h川2#坡體前緣有大量的裂縫發(fā)育，而后緣存在大量的黃土落水洞，深度不一，最深的落水洞超過3m，落水洞的分布有一定的規(guī)律，大體上呈串珠狀連成線，黨川2#第Ⅰ次滑坡的后緣位于裂縫發(fā)育處后緣，第Ⅱ次滑坡的后緣也正好位于串珠狀落水洞處，同時第Ⅱ次的中間前兩輪基本是沿著落水洞和串珠裂縫發(fā)育。裂縫和落水洞的發(fā)育與滑坡邊界在空間具有一定的相關(guān)性。

黨川2#滑坡自2014年8月開始進(jìn)行了持續(xù)的裂縫位移監(jiān)測，通過在滑坡體上布設(shè)的3條裂縫監(jiān)測剖面 (圖5)，獲取了裂縫位移變形特征。已布設(shè)了大量的監(jiān)測樁進(jìn)行定期的裂縫監(jiān)測，平均每隔7d進(jìn)行一次讀數(shù)。根據(jù)前期裂縫位移監(jiān)測曲線可見 (圖6)，從2014年12月開始，黨川2#滑坡前緣滑體持續(xù)蠕動變形，至臨滑前3天，位移變形速率仍然大體上勻速變化，未表現(xiàn)出典型的加速現(xiàn)象，而滑體中部的裂縫無明顯變形。第Ⅰ次滑坡發(fā)生后半小時，筆者組織人員冒險對后方未掉落的監(jiān)測樁進(jìn)行補(bǔ)測，發(fā)現(xiàn)前緣滑坡發(fā)生后，中部的裂縫仍然沒有明顯的變形，說明該滑坡第Ⅱ次具有突發(fā)性。第Ⅱ次滑坡在第Ⅱ-1次滑坡之后約3h才發(fā)生，不僅規(guī)模大大增強(qiáng)，而且呈多輪連續(xù)滑坡，并以泥流為主，可見黃土底部的飽水軟化帶的液化效應(yīng)非常強(qiáng)，屬于典型的靜態(tài)液化型黃土滑坡。

3黨川2#滑坡過程與變形特征

3.1黨川2#滑坡過程

通過調(diào)查工程地質(zhì)調(diào)查，黨川2#滑坡總共發(fā)生了兩次滑動。其中第Ⅰ次滑坡規(guī)模較小，為黃土崩滑型滑坡； 第Ⅱ次滑動可分為三輪連續(xù)滑動，分別為Ⅱ-1、Ⅱ-2和Ⅱ-3，總規(guī)模遠(yuǎn)大于第Ⅰ次，滑坡體含水率也明顯增大，具有液化流動特性，其滑動次數(shù)和分布(圖7)。

3.1.1第Ⅰ次滑動

由于坡體長期的蠕動，黨川2#滑坡后緣產(chǎn)生大量的張裂縫 (圖5)，第Ⅰ次滑坡滑源區(qū)主要以前期已有明顯變形的后緣裂縫為邊界，滑坡長度約20m，平均寬度115m，滑動方向190°，滑坡后使臺塬形成半圓形凹槽，面積約8396m2，水平滑動距離437m，滑坡后可見后緣黃土底部含水率明顯較高且有滲水現(xiàn)象。滑坡后大量黃土解體松散堆積在臺塬下方并順著臺塬邊的溝道沖向臺塬下方，形成扇形堆積體，淤埋了臺塬下方耕地，并沖至碳化硅廠房背后 (圖8)，堆積體組成物質(zhì)主要為黃土，顏色較淺，含水率較小，體積約8×104m3(圖7)。

圖5　黨川2#滑坡前后裂縫落水洞的分布Fig. 5　Distribution map of crachs and sinkholes of pre-sliding(a); Distribution map of crachs and sinkholes of post-sliding(b)

圖6　黨川2#滑坡前變形特征Fig. 6　The deformation characteristics of before landslide

圖7　黨川2#滑坡滑動次數(shù)分布圖(a)和滑坡前后高程變化量(b)Fig. 7　Distribution map of sliding times(a) and the variation of elevation from pre-sliding to post-sliding(b)

圖8　黨川2#滑坡第Ⅰ次滑動后邊界和堆積范圍Fig. 8　The boundary of landslide and deposit area after first time in the Dangchuan 2# landslide

3.1.2第Ⅱ次滑動

第Ⅰ次滑坡后約3h，早上10點(diǎn)47分，位于滑源區(qū)的巨厚黃土突然啟動并再次順著溝道沖向臺塬下方，摧毀14間房屋和3家工廠并淤埋了滑坡下游的耕地。此次滑動使原滑坡后壁向臺塬內(nèi)退了130m，滑動區(qū)域面積為2.7422×104m2，滑坡體體積約32.4×104m3，水平滑動距離782m，所幸由于當(dāng)?shù)卮迕裉崆俺冯x，未造成人員傷亡。

圖9　第Ⅱ-1輪滑動后被推動的混凝土柱Fig. 9　The damaged factories fater the Ⅱ-1 time slide

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，第Ⅱ次滑坡可分為三輪連續(xù)滑動，其中，第Ⅱ-1輪滑動規(guī)模較大，沿著原來地貌沖溝的落水洞和臺塬公路內(nèi)側(cè)的落水洞發(fā)育 (圖4，圖5)，水平滑動距離618m，解體后迅速沿著流通區(qū)溝道沖向臺塬底部，部分黃土在流通區(qū)翻過山頭拋灑到山頭一側(cè)，大部分堆積體沖至臺塬底部，將原堆積體向四周擠壓，在臺塬下方形成了巨大的扇形堆積區(qū)，使得堆積區(qū)周圍的建筑物和耕地形成擠壓破壞。圖9 為擠壓破壞的工廠混凝土柱，圖10 為鏟卷的耕地和破壞的電力設(shè)施。

圖10　第Ⅱ-1輪滑動后被破壞的耕地和電力設(shè)施Fig. 10　The damaged cultivated land fater theⅡ-1 time slide

第Ⅱ-2輪滑動基本沿著落水洞為邊界發(fā)育 (圖4，圖5)，高含水率的黃土泥流呈流塑狀快速滑動。第Ⅱ-2滑動在Ⅱ-1輪的基礎(chǔ)上，向前運(yùn)動遇到的阻力變小，沿著中間的滑槽繼續(xù)向前滑動，從而使得第Ⅱ-2次相對于第Ⅱ-1繼續(xù)向前運(yùn)動了104m， Ⅱ-2水平滑動距離772m，首先在剪出口將底部粉質(zhì)黏土鏟刮向滑坡右側(cè) (圖11)，隨后順著溝道沖向臺塬下方，在原堆積扇中直接沖刷出一條寬數(shù)十米的通道，并將黃土向兩側(cè)積壓，將地表耕植土推擠至滑坡堆積體前緣四周 (圖12)，直到?jīng)_過鹽蘭公路 (圖13)，由于房屋的阻擋而停下 (圖14)，形成長條形堆積區(qū) (圖7)。

圖11　右側(cè)鏟起堆積的粉質(zhì)黏土和滑坡左前方擠壓堆積體Fig. 11　The shovel deposit of silty clay on the right side of landlides

圖12　右側(cè)鏟起堆積的粉質(zhì)黏土和滑坡左前方擠壓堆積體Fig. 12　The extrusion deposit on the left front of landslide

圖13　堆積體堵塞道路Fig. 13　The congestion road by the deposit

圖14　滑坡體前方的房屋Fig. 14　The house in the front of landslide body

第Ⅱ-3輪規(guī)模較小，緊接著前兩輪發(fā)生，疊加在了第Ⅱ-2次滑坡堆積體上，沿著第Ⅱ-2輪形成的沖槽中流動，水平滑動距離474m，在已有的堆積體上繼續(xù)堆高3m，形成層疊的黃土堆積體 (圖15)?；磪^(qū)在底部泥流滑動后，被上部干黃土體覆蓋，泥流在通道兩側(cè)形成了明顯的擦痕滑。

3.2黨川2#滑坡分區(qū)

黨川2#滑坡滑坡體后緣位于黑臺臺塬上，海拔1718m，根據(jù)黨川2#滑坡滑后的形態(tài)可分為滑源區(qū)(A區(qū))和堆積區(qū)(B區(qū))兩部分 (圖16)。其工程地質(zhì)平面圖見圖17，其主剖面1-1′見圖18，其余的3條橫斷面分別如圖19、圖21 和圖22 所示。

圖16　黨川2#滑坡分區(qū)圖及運(yùn)動路徑Fig. 16　The movement route of Dangchuan 2# landslide by orthogonal projection intage(1)Ⅰ. 第一次滑動； Ⅱ -1. 第二次滑動的第一輪滑動， Ⅱ -2. 第二次滑動的第二輪滑動， Ⅱ -3. 第二次滑動的第三輪滑動； (2)A. 滑源區(qū)： A1. 崩滑滑源區(qū)， A2. 主滑源區(qū)， A3. 滑塌滑源區(qū)； B. 堆積區(qū)： B1. 流通堆積區(qū)， B2. 鏟卷堆積區(qū)區(qū)， B3. 擠壓堆積區(qū)， B4. 二次堆積區(qū)，　　　　　　　B5. 粉末堆積區(qū)

圖17　黨川2#滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig. 17　Engineering geological map of Dangchuan 2# landslide1.示滑坡分區(qū)； 2.滑坡分區(qū)中的子分區(qū)； 3.剖面圖和斷面圖位置；4.滑坡分區(qū)的代碼； 5.探孔的位置； 6.被毀壞的房屋和工廠； 7.居民點(diǎn)

圖18　黨川2#滑坡主滑縱剖面1-1′(見圖17)Fig. 18　Longitudinal geological profile 1-1′ after slide

3.2.1滑源區(qū)(A)基本特征

滑源區(qū)位于黃河Ⅳ階地的臺塬上，長217m，寬176m，面積為2.7422×104m2，主滑方向?yàn)镾190°W，滑坡后形成了高 21m、坡度 80°的黃土滑坡后壁 (圖20)?；磪^(qū)的斷面圖如圖19 和圖21 所示，第Ⅰ次以崩滑滑源區(qū)為主，第Ⅱ次的Ⅱ-1和Ⅱ-2輪以主滑源區(qū)為主，第Ⅱ-3輪以滑塌滑源區(qū)為主。其剪出口位于卵石層上部1m的位置，如圖18 和圖21 所示。

圖19　黨川2#滑坡滑源區(qū)橫斷面圖(剖面2-2′)Fig. 19　Cross-section of the top area along profile 2-2′ in Fig. 17

圖20　滑源區(qū)的特征Fig. 20　Characteristics of the top area

3.2.1.1崩滑滑源區(qū)(A1)

黨川2#第Ⅰ次滑坡滑源區(qū)主要以前期已有明顯變形的后緣裂縫為邊界 (圖5 和圖17)，崩滑滑源區(qū)前緣和后緣的高程分別為1663m和1712m，底部滑面沿粉質(zhì)黏土層頂部滑動，滑向190°，長約49m，平均寬度115m，滑坡后使臺塬形成半圓形凹槽凹進(jìn)臺塬內(nèi)，面積約為8396m2，體積約為8×104m3。崩滑滑源區(qū)發(fā)生前，前緣出現(xiàn)0.5～1m的錯臺 (圖4)，自2014年8月監(jiān)測以來，前緣裂縫寬度呈持續(xù)變化到加速的過程 (圖6)。同時，從2014年12月開始起前緣底部高程約1685～1688m(粉質(zhì)黏土與黃土分界的位置)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，由于滑坡前是一個老滑坡留下的沖溝，臨空條件較好。

3.2.1.2主滑源區(qū)(A2)

主滑源區(qū)主要是第Ⅱ滑動的Ⅱ-1和Ⅱ-2的滑源區(qū)，面積為1.36×104m2，體積約為31×104m3。滑坡發(fā)生前，由于農(nóng)業(yè)灌溉，灌溉水沿黃土下滲，并形成優(yōu)勢通道，其地表特征表現(xiàn)出大量落水洞和農(nóng)戶為防止水下滲填筑的田埂。在長期灌溉下，滑坡側(cè)壁形成一定的軟弱面。主滑源區(qū)基本是沿落水洞和串珠縫發(fā)育，在第Ⅰ次發(fā)生后，形成一定臨空面，地下水水位更高，隨之產(chǎn)生的超孔隙水壓在短時間內(nèi)無法及時消散。有了第Ⅰ次的滑體做滑面，運(yùn)動距離更遠(yuǎn)。

3.2.1.3滑塌滑源區(qū)(A3)

滑塌滑源區(qū)主要是Ⅱ-3的滑源，面積為0.54×104m2，體積約為5.4×104m3，由于第Ⅱ-1和第Ⅱ-2的滑動，下部的流塑態(tài)黃土流走，上部干黃土失去下部支撐，在重力的作用下發(fā)生傾倒破壞，出現(xiàn)圖17 和圖11 的情形，干黃土連同地表農(nóng)作物和果樹撲倒在滑源區(qū)內(nèi)。同時，黃土在滑塌的過程中，連同主滑源區(qū)流塑態(tài)的黃土一起滑動，因而出現(xiàn)圖4 中的流通區(qū)堆積現(xiàn)象。

3.2.2堆積區(qū)(B)基本特征

堆積區(qū)主要位于黃河的Ⅱ級階地上，如圖16 和圖18。從滑坡前地貌 (圖3)可以看出，在流通區(qū)的右下邊有一個山頭，高出地面約20m； 左邊有一個山脊，在山脊的腳下有一個高出地面約8m的山包。在上述地貌因子的控制作用下，決定了堆積區(qū)的范圍和形態(tài)，也為黃土的長距離堆積創(chuàng)造條件。堆積區(qū)面積為7.78×104m2。在第Ⅰ次和第Ⅱ-1滑坡后，堆積體呈扇狀堆積，在堆積過程中，對滑體產(chǎn)生鏟卷效應(yīng) (圖11)，對周圍建筑物 (圖14)和耕地產(chǎn)生擠壓破壞 (圖10)。根據(jù)堆積區(qū)的堆積體特點(diǎn)將堆積區(qū)分為流通堆積區(qū)(B1)、鏟卷流通區(qū)(B2)、擠壓堆積區(qū)(B3)、二次堆積區(qū)(B4)和粉塵堆積區(qū)(B5)，如圖16 所示。

3.2.2.1流通堆積區(qū)(B1)

根據(jù)流通堆積區(qū)的堆積過程將其分為上下兩部分，分別為B1-1和B1-2。上部流通堆積區(qū)(B1-1)位于臺塬滑坡前緣溝道內(nèi)，由于地形因素，使黃土滑坡解體后，順著溝道沖向下游。B1-1區(qū)的面積為0.855×104m2，長度256m，特別是整個滑動過程中，大多數(shù)滑體從這個區(qū)域流過，在Ⅱ-3滑動中，基本都是堆積在這個區(qū)域 (圖16)。流通區(qū)的表面特征表現(xiàn)為一個明顯的滑槽 (圖15)，在Ⅱ-3次滑動后，B1-1區(qū)共抬高了約10m，堆積體積約為8.55×104m3。上部流通堆積區(qū)(B1-2)主要是Ⅱ-2和Ⅱ-3的流通通道，在泥流推涌過程中，滑體表面呈波浪形，其面積為2.09×104m2，長度約308m，平均寬度約67m，平均厚度約5m，堆積體積約為10.45×104m3。

3.2.2.2鏟卷堆積區(qū)(B2)

鏟卷堆積區(qū)(B2)位于上部流通堆積區(qū)(B1-1)的兩側(cè)，B1-1區(qū)右邊是B2-1區(qū)，左邊是B2-2區(qū) (圖16)，在滑坡發(fā)生過程中，對兩側(cè)的地貌有鏟卷過程 (圖3)。在滑坡前，B2-2區(qū)有一個煙囪，滑坡后，煙囪被鏟走，同時滑動過程中，對溝道的兩側(cè)進(jìn)行鏟卷。B1-1區(qū)的面積為0.84×104m2，堆積厚度最深17.2m，平均堆積厚度將近12m，堆積體積約為10.13×104m3； 左邊鏟卷區(qū)面積為0.38×104m2，堆積厚度最深12.5m，平均堆積厚度將近8m(圖7)，堆積體積約為3.05×104m3。

3.2.2.3擠壓堆積區(qū)(B3)

擠壓堆積區(qū)(B3)主要為Ⅱ-1和Ⅱ-2滑動后堆積的結(jié)果，根據(jù)形成過程和空間位置，將B3分為B3-1區(qū)、B3-2區(qū)和B3-3區(qū)。堆積區(qū)整體呈扇形分布，B3-1區(qū)位于B2-2區(qū)右邊，是第Ⅱ-1次擠壓堆積的結(jié)果，沿B2-2區(qū)右邊小溝堆積 (圖3，圖17)，破壞房屋1間，面積0.28×104m2，長度127m，堆積平均厚度約6m，堆積體積約為1.70×104m3； B3-2區(qū)位于B1-2區(qū)左邊，面積約1.42×104m2，長約311m，平均厚度約為5m(圖22)，堆積體積約為7.09×104m3，主要是第Ⅱ-1次含水率較高的滑體，有一部分是將第Ⅰ次堆積體的擠壓移動80多m后堆積的結(jié)果 (圖9)； B3-3區(qū)位于B1-2區(qū)右邊，面積約為0.81×104m2，長約353m，在滑坡邊緣上有少量的粉末堆積，主要是第Ⅱ-1次含水率較高的堆積體，有一部分是將第Ⅰ次堆積體的擠壓移動30多m后堆積的結(jié)果，平均厚度約為6m(圖22)，堆積體積約為4.87×104m3。擠壓堆積區(qū)在堆積過程的，對周圍的建筑物破壞程度最大，毀壞房屋11戶農(nóng)家， 3家工廠，破壞了鹽集公路邊的電網(wǎng)和通信設(shè)備 (圖17)。

3.2.2.4二次堆積區(qū)(B4)

二次堆積區(qū)(B4)主要是第Ⅱ-1次滑動過程將第Ⅰ次滑動堆積體擠壓移動后，重新堆積的區(qū)域。結(jié)合滑前和滑后的影像分析 (圖2)，工廠水泥柱在滑動過程中被推移了40多米； 圖9 中卡車變形和水泥柱傾倒方向和滑動前后位置的變化，以及堆積體的顏色和探孔含水率情況，說明第Ⅱ-1次滑動對Ⅰ次滑動的堆積體有一個二次堆積的過程。根據(jù)B4區(qū)的空間位置，分為B4-1區(qū)和B4-2區(qū)。B4-1區(qū)位于B2-2區(qū)的左邊，面積0.30×104m2，平均堆積厚度7m，堆積體積為2.09×104m3； B4-2區(qū)位于B2-2區(qū)的右邊，面積0.22×104m2，平均堆積厚度7m，堆積體積為1.56×104m3。

圖21　黨川2#滑坡堆積區(qū)橫斷面圖(剖面3-3′)Fig. 21　Cross-section of the deposit area along profile 3-3′ in Fig. 17

圖22　黨川2#滑坡第Ⅱ次后堆積區(qū)橫斷面圖Fig. 22　Cross-section of the deposit area along profile 4-4′ after Ⅱ time slide in Fig. 17

3.2.2.5粉塵堆積區(qū)(B5)

粉塵堆積區(qū)(B5)是滑坡過程中沖擊下游的山體，激起的黃土粉塵，上部主要的滑坡過程中 (圖23)。B5位于B2-1區(qū)的左邊，其面積大小為0.58×104m2，粉塵的平均堆積厚度0.8m，堆積體積為0.46×104m3。

圖23　第二次滑動后激起粉末Fig. 23　Stirring powder after Ⅱ time

4黨川2#滑坡滑動成因與機(jī)理分析

通過以上對滑坡的地質(zhì)環(huán)境、變形特征、滑坡過程和滑坡分區(qū)進(jìn)行分析，現(xiàn)將黨川2#滑坡的成因機(jī)理歸納如下。

4.1獨(dú)特的地形地貌特征

黨川2#相對于黨川段其他滑坡、焦家崖段、焦家和磨石溝段黃土滑坡來說，從地形地貌上有以下特點(diǎn)：(1)臨空條件好。1)落差，黨川2#所處段臺塬邊到下面黨川村莊落差有120m，而焦家段落差為100m左右，焦家崖段下面為黃河，磨石溝段小支溝落差僅為70m，磨石溝主溝最大只有120m； 2)前緣開闊，黨川段和焦家段類似，臨空面下部開闊，而磨石溝段都在溝谷段，運(yùn)動距離有限。(2)地形優(yōu)勢。黨川2#滑坡相對于黨川段其他滑坡，其流通區(qū)右側(cè)是山包，左側(cè)是山脊，有利于泥流流動過程中能量積累。(3)危害性大。其他段滑坡坡腳沒有密集的居民點(diǎn)，但黨川滑坡下方都是村莊，這也是此次滑坡造成較大危害的重要原因。

圖24　黑方臺2014年灌溉量Fig. 24　The irrigation amount in Heifangtai in 2014

4.2滑坡滑動機(jī)理

自20世紀(jì)60年代以來，黑方臺臺塬長期采用漫灌方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，每年3月至11月，大量黃河水通過泵站抽至臺塬上灌溉 (圖24)，年平均灌溉量近600×104m3(張茂省， 2013)，灌溉水是地下水補(bǔ)給的最重要來源。由于粉質(zhì)黏土的滲水性差，地下水在黃土底部富集并沿臺塬邊滲出，長期灌溉使地下水平均升幅達(dá)0.27m·a-1(董英等， 2013)。由于臺塬邊黃土的阻擋作用，地下水只能沿優(yōu)勢通道向外滲出，當(dāng)?shù)叵滤臐B出誘發(fā)局部黃土滑塌后，新的臨空面對滑坡后壁產(chǎn)生了卸荷影響，使后方黃土產(chǎn)生了蠕動，導(dǎo)致底部飽水黃土形成超孔隙水壓力，土體繼續(xù)蠕動使孔隙水壓力逐漸增大，最終使底部黃土液化引起整體滑動。

4.3液化運(yùn)動機(jī)制

滑坡第Ⅰ次滑動后，形成新的臨空面，黃土土體產(chǎn)生卸荷變形，使底部飽水黃土層液化區(qū)擴(kuò)大，最終導(dǎo)致完全液化進(jìn)而繼續(xù)產(chǎn)生滑坡。后續(xù)兩輪滑坡的含水率有較大差別，通過在滑坡區(qū)域內(nèi)取樣，測得了黨川2#滑坡不同區(qū)域內(nèi)土樣的干密度及含水率值。

從表1可以看出，中部主要滑坡堆積體的含水率明顯比兩側(cè)堆積體高，對應(yīng)了黃土泥流的高含水率特性，這與調(diào)查訪問鄉(xiāng)民以及獲得第二次滑坡時的視頻影像結(jié)論一致。由于高速黃土泥流的強(qiáng)烈沖擊將中間的堆積體擠向兩側(cè)，使堆積體兩側(cè)的密度明顯大于中間。而中間呈液化狀態(tài)的飽水黃土泥流干密度僅1.04g·cm-3，飽水容重可達(dá)1.65g·cm-3。根據(jù)西北地區(qū)泥石流計算公式計算，黃土泥流速度得到黃土解體形成泥流沖向臺塬底部后的最初運(yùn)動速度可達(dá)27.56m·s-1，為高速泥流，這與滑坡現(xiàn)場攝錄的影像大致吻合。

表1　不同區(qū)域的土樣的干密度、含水率和飽和度

5結(jié)論與認(rèn)識

(1)從滑坡發(fā)生的時間上來看，黨川2#滑坡由兩次滑動組成，分別發(fā)生在4月29日的7點(diǎn)和10點(diǎn)； 根據(jù)滑動模式和堆積特征分析，第Ⅰ次相對獨(dú)立，第Ⅱ次分為3輪滑動，共4輪滑動。

(2)第Ⅰ次滑動區(qū)域面積較小，變形區(qū)域僅在臺塬邊較小范圍內(nèi)，滑前長期蠕動變形是第Ⅰ次滑動發(fā)生誘發(fā)因素； 第Ⅱ次滑動區(qū)域面積較大，滑坡變形區(qū)域僅在臺塬邊較小范圍內(nèi)，地表裂縫較少，滑前且無明顯位移變形，底部液化的黃土對臺塬黃土滑坡的運(yùn)動起了非常重要的作用，該次滑動滑距長、破壞強(qiáng)，具有突發(fā)性。

(3)以前此類滑坡主要發(fā)生在臺面高程低和黃土厚的焦家段和磨石溝段，隨著地下水的逐漸抬升開始影響臺塬高程較高和黃土厚度較小的地方。黨川段開始發(fā)生大規(guī)模靜態(tài)液化型黃土滑坡，并以落水洞形成滑坡邊界，這對其他區(qū)段早期識別和監(jiān)測預(yù)警研究具有重要意義。

(4)灌溉對黑臺邊坡穩(wěn)定的影響非常大，由于灌溉導(dǎo)致的地下水富集使臺塬黃土滑坡具有典型的突發(fā)性，僅通過地表位移監(jiān)測難以提前預(yù)警。而今后黑臺臺塬長期的灌溉使地下水還將在黃土底部不斷富集，由于底部黃土軟化和液化導(dǎo)致的這類黃土滑坡形成機(jī)制仍將持續(xù)存在，這類滑坡的治理也將是今后的重要思考方向。

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DANGCHUAN 2#LANDSLIDE OF APRIL 29, 2015 IN HEIFANGTAI AREA OF GANSU PROVINCE： CHARACTERISTICES AND FAILURE MECHANISM

XU QiangPENG DaleiQI XingDONG XiujunLI HuajinJU Yuanzhen

(State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059)

AbstractA small scale of loess landslide occurred at Heifangtai in Dangchuan village of Yongjing county. Its occurrence is at 7：50 of April 29, 2015. The site is at the edge of the loess plateau. The instability of loess has a volume of 5×104m3. It runs from the forth terrace to the second terrace of the Yellow river. After 3 hours later, however, a large scale of mudstone occurred at this place. Its volume is of 3.5×105m3. The mudstone deposit is 780meters long, 100meters wide and the largest thickness of deposit is 17meters. The landslide is one of the few catastrophic landslides. This paper examines the sliding displacement monitoring and the crack distribution. Such examinations are combined with site geological investigation, low-altitude photogrammetry, site engineering geological survey and site moisture content test. This paper analyses the basic characteristics of the landslide and the formation and reasons of landslide by preliminary understanding. The results show that： (1)There are two sliding cases at Dangchuan 2# landslide from the time. There is only one sliding case time in first time sliding and three sliding cases in second times landslide from sliding mode and deposit characteristic. Dangchuan 2# landslide has four times sliding cases in all. (2)The area of the first sliding is 8396m2. Deformation distribution area is only at the edge of plateau and is smaller compared with the sliding area. The long-term creep deformation at the bottom of loess is the inducing factors of the first time landslide. (3)The area of the second sliding is 27422m2. There is rarely any crack at this part and the crack has no obvious deformation before the second times sliding. The liquefaction of the loess at the bottom of landslide plays a very important role in the second times sliding. The landslide has the characteristics such as sudden occurrence, movement long distance and destructive stronger. (4)The Dangchuan section begins to start mass type static liquefaction loess landslide and the boundary of landslide is the sinkholes, which is of great significance that is the research about other section of early recognition of loess landslide and monitoring and early warning of loess landslide．

Key wordsDangchuan 2# Landslide, Static liquefaction, Long rang mudstone, Secondary slide, Failure mechanism

DOI:10.13544/j.cnki.jeg.2016.02.001

* 收稿日期：2015-07-26; 收到修改稿日期： 2015-10-20.

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計劃(973計劃)項(xiàng)目(No：2014CB744703)， 國家杰出青年科學(xué)基金(41225011)資助.

第一作者簡介：許強(qiáng)(1968-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害評價預(yù)測與防治處理研究. Email: xq@cdut.edu.cn

中圖分類號：P642.22

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A