馬鵬輝，彭建兵

（1.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安7 10054；2.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西西安 710054；3.陜西省黃河科學(xué)研究院，陜西西安 710054）

引言

水在地質(zhì)體內(nèi)的運(yùn)移和空間分布決定著災(zāi)害鏈的孕育、發(fā)生及鏈生發(fā)展過(guò)程，是誘發(fā)災(zāi)害鏈最常見(jiàn)的動(dòng)力源。同時(shí)黃土中富含節(jié)理裂隙等界面，這些界面是地表徑流下滲坡體的優(yōu)勢(shì)面，是災(zāi)害孕育的控制面，是黃土災(zāi)害啟動(dòng)的分割面，控制著災(zāi)害鏈的鏈生演化過(guò)程［1］。所以在黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，水和界面都發(fā)揮著重要的作用。對(duì)于水源型黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈，水動(dòng)力主要是降雨和灌溉，降雨和灌溉有著共同的致災(zāi)效應(yīng)以及災(zāi)害發(fā)展過(guò)程［2］，在滲流強(qiáng)度一樣的情況下，地表水勢(shì)H和界面深度L共同影響著地表水的運(yùn)移，因此我們?cè)诜治鰹?zāi)害鏈過(guò)程中以地表水勢(shì)H和界面深度來(lái)概化分析。由于黃土坡體的堆積特點(diǎn)，連續(xù)地層中存在古土壤，紅黏土、基巖等滯水層，這些滯水層與黃土之間存在滲透差，導(dǎo)致坡體局部積水，進(jìn)而促進(jìn)災(zāi)害鏈的演化。在論黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈（一）中描述了水源型黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈（下文都簡(jiǎn)稱為“災(zāi)害鏈”）演化過(guò)程中，土體狀態(tài)可以歸納為連續(xù)固體、變形體、破裂體、散體及流體5種狀態(tài)，其整個(gè)演化過(guò)程實(shí)質(zhì)是土體狀態(tài)從連續(xù)固體到流體的轉(zhuǎn)化過(guò)程［3］（圖1）?？梢愿呕韵聨讉€(gè)過(guò)程：在連續(xù)固體向變形體過(guò)程中主要有黃土濕陷、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)應(yīng)O A段；在變形體→破裂體過(guò)程中主要有地裂縫、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)應(yīng)AB C段；在破裂體→散體過(guò)程中主要有崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)應(yīng)C D段（圖2）；而在散體→流體過(guò)程中，主要災(zāi)害是黃土泥流，此時(shí)界面和地表水勢(shì)已經(jīng)不再發(fā)揮作用（圖2）。下文就這4個(gè)過(guò)程的演變特性展開(kāi)論述（圖1）。

圖1 土體狀態(tài)和相應(yīng)災(zāi)害關(guān)系（修改于朱興華等［3］）Fig.1 The relationship between soil state and corresponding disasters（revised from Zhu et al［3］）

圖2 災(zāi)害鏈鏈生過(guò)程簡(jiǎn)圖Fig.2 Simplified diagram of disaster chain of the evolution process

1 連續(xù)固體→變形體演變特性

連續(xù)固體向變形體的轉(zhuǎn)化過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：在水作用下黃土界面松動(dòng)而引起坡體濕陷沉降的過(guò)程，外在災(zāi)種主要表現(xiàn)為黃土濕陷沉降。災(zāi)害鏈中的濕陷沉降主要是遇水后黃土在自重作用下所發(fā)生的自重濕陷。水動(dòng)力主要是降雨與灌溉，所以連續(xù)固體向變形體轉(zhuǎn)化過(guò)程首要解決的問(wèn)題就是降雨與灌溉下黃土的入滲規(guī)律以及黃土界面在水流入滲中所起到的作用。其次，水進(jìn)入黃土后，水-土互饋?zhàn)饔萌绾螌?dǎo)致黃土松動(dòng)變形進(jìn)而發(fā)展為變形體是這過(guò)程的關(guān)鍵。所以連續(xù)固體向變形體轉(zhuǎn)化的過(guò)程有：（1）水（降雨與灌溉）在黃土坡體中如何運(yùn)移？（2）水進(jìn)入黃土中，水與界面如何發(fā)展進(jìn)而引起濕陷沉降的過(guò)程。

大量的試驗(yàn)結(jié)果及野外監(jiān)測(cè)顯示：在無(wú)徑流壓力的滲流下，黃土地表入滲深度有限，不會(huì)超過(guò)4 m［4－5］，地表水主要通過(guò)黃土界面補(bǔ)給地下水。相比降雨，灌溉更多時(shí)候是壓力流，更能加速濕潤(rùn)峰下移速度而潛蝕黃土界面，從而引起后續(xù)的土體破壞。通常在滲流強(qiáng)度相同的情況下，當(dāng)黃土界面屬于淺表裂縫時(shí)，當(dāng)雨水補(bǔ)給率超過(guò)了土體的滲透率，界面裂縫底部易集水，土體處于近飽和狀態(tài)。同時(shí)水流潛蝕裂縫側(cè)壁并在運(yùn)移過(guò)程中攜帶細(xì)顆粒物質(zhì)，此狀態(tài)下容易引起淺表裂縫附近局部土體濕陷沉降（圖3中OA），但對(duì)整個(gè)坡體的穩(wěn)定性影響很小。隨著水作用的時(shí)間加長(zhǎng)，界面不斷下擴(kuò)延伸到滯水層時(shí)，水會(huì)通過(guò)黃土界面迅速入滲并在滯水層上大量滯水，進(jìn)而可能發(fā)生軟化、液化等，影響整個(gè)坡體的穩(wěn)定性（圖3）。

連續(xù)固體向變形體轉(zhuǎn)化是災(zāi)害鏈的首個(gè)鏈生過(guò)程，黃土界面以橫向松動(dòng)擴(kuò)張為主，多在黃土界面周圍地表形成濕陷沉降（圖3中藍(lán)色框）。在這一階段黃土界面縱向擴(kuò)張甚小，所以對(duì)整個(gè)邊坡的穩(wěn)定性影響非常小，所以在災(zāi)害鏈整個(gè)鏈生演化過(guò)程中，濕陷沉降屬于水-黃土界面互饋?zhàn)饔迷缙诘漠a(chǎn)物，主要可以分為以下4個(gè)階段（圖4）。

圖4 連續(xù)固體向變形體演化過(guò)程Fig.4 Evolution of continuous soil to deformed soil

（1）水沿黃土界面入滲階段。均質(zhì)黃土滲透深度有限，地表水流主要通過(guò)黃土界面下滲。在降雨或灌溉下，水流會(huì)迅速流入黃土界面，黃土界面在灌溉和降雨入滲過(guò)程中都扮演著優(yōu)勢(shì)通道的角色，只是相比降雨，灌溉量會(huì)大而且集中，更多會(huì)引起地表徑流壓力，從而加速后續(xù)的土體破壞過(guò)程。

（2）水-黃土界面作用階段。從微觀上講，黃土的孔隙形態(tài)可分為架空孔隙、皎潔結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)［6－7］。當(dāng)大量水流流入黃土界面中，界面中土體與水會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的物理化學(xué)作用，主要表現(xiàn)為架空孔隙被填充發(fā)生體縮，鑲嵌孔隙連通性減弱［6－8］。在土體的微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的同時(shí)，宏觀上的互饋?zhàn)饔皿w現(xiàn)在：對(duì)于有填充物的黃土界面，水流會(huì)先潛蝕填充物，而對(duì)于無(wú)充填物的界面，水流則直接潛蝕界面兩側(cè)，細(xì)顆粒被不斷沖蝕搬運(yùn)，土體孔隙快速增大。

（3）黃土界面松動(dòng)階段。隨著界面周圍不斷被水流沖蝕，土體不斷崩解并局部連通。隨著水作用持續(xù)加強(qiáng)，補(bǔ)給量大于土體的滲透率時(shí)，界面底部會(huì)短暫聚水，再加上水流的不斷潛蝕和顆粒不斷被攜帶，導(dǎo)致黃土界面底部也開(kāi)始局部掏陷。

（4）濕陷沉降階段。在經(jīng)歷了以上3個(gè)階段后，水作用下黃土界面周圍及底部土體孔隙增大，抗剪強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)破壞，松動(dòng)界面附近表層土體發(fā)生濕陷沉降。在界面?zhèn)缺?，由于水流的沖刷，土體相對(duì)疏松，形成疏松區(qū)。在疏松區(qū)，某些大孔隙之間也會(huì)聯(lián)通，形成濕陷型新界面。而界面周圍表層土體在發(fā)生濕陷后，土體孔隙比減小，形成壓實(shí)區(qū)。在坡體臨空面附近，由于濕陷沉降和卸荷作用的影響，會(huì)形成卸荷型新界面（圖4）。

2 變形體→破裂體演變特性

隨著水流持續(xù)作用和界面的不斷擴(kuò)張，黃土地裂縫、洞穴等地質(zhì)災(zāi)害會(huì)形成，變形體開(kāi)始向破裂體轉(zhuǎn)化。此過(guò)程中，隨著作用加強(qiáng)，水-土作用會(huì)逐漸加強(qiáng)，黃土界面開(kāi)始縱向擴(kuò)張，逐漸從淺表裂隙向深部裂縫發(fā)育，形成長(zhǎng)大黃土地裂縫，同時(shí)隨著地裂縫的形成，入滲量也不斷增大，最終影響坡體的應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)，影響坡體的整體穩(wěn)定性。所以這一轉(zhuǎn)化過(guò)程可以概括為：入滲→水土互饋?zhàn)饔谩S土界面橫縱兩向擴(kuò)張→入滲加強(qiáng)→水→土作用加強(qiáng)→影響坡體滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)→坡體整體變形→破裂體。所以變形體向破裂體的轉(zhuǎn)化過(guò)程主要涉及到2個(gè)過(guò)程：（1）水-黃土界面作用下形成黃土地裂縫、洞穴等災(zāi)害過(guò)程；（2）坡體整體變形過(guò)程。

2.1 水-黃土界面作用下形成黃土地裂縫、洞穴等災(zāi)害過(guò)程

經(jīng)過(guò)連續(xù)固體向變形體轉(zhuǎn)化這一過(guò)程，坡面由于濕陷沉降而形成負(fù)地形，這為地表匯水提供了有利條件。這一過(guò)程也會(huì)在變形體向破裂體的轉(zhuǎn)化過(guò)程中持續(xù)進(jìn)行。水-黃土界面作用下形成黃土地裂縫、洞穴等災(zāi)害過(guò)程可以表達(dá)為以下3個(gè)階段（圖5）。

圖5 變形體向破裂體發(fā)展簡(jiǎn)圖Fig.5 The development of deformed body to broken soil

（1）填充物沖刷階段。由于負(fù)地形的存在，水流不斷滲入黃土界面中，潛蝕黃土界面，細(xì)顆粒被不斷搬運(yùn)的同時(shí)，粗顆粒也開(kāi)始被沖蝕搬運(yùn)。由于界面中滲流自由空間已擴(kuò)張很大，具有一定的跌水高度，水流作用開(kāi)始加強(qiáng)，界面也開(kāi)始全面貫通。此時(shí)，水土作用方式由以溶濾潛蝕為主轉(zhuǎn)為以沖蝕作用為主（圖6）。

（2）黃土地裂縫形成階段。隨著水流作用的持續(xù)，沖刷侵蝕結(jié)構(gòu)面的同時(shí)，土體中的可溶物質(zhì)也被水溶解，土體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，側(cè)壁黃土迅速崩解［9］。同時(shí)，水流向下深切黃土界面，崩解的土體被流水挾帶。最終，黃土界面逐漸縱橫兩向擴(kuò)張形成黃土地裂縫（圖6）。

圖6 水-界面作用下邊坡形成黃土地裂縫、洞穴等災(zāi)害過(guò)程Fig.6 The formation process of loess cracks and caves induced by the interaction between water and interface

（3）黃土洞穴形成階段。隨著水流作用的持續(xù)進(jìn)行，地裂縫不斷擴(kuò)徑且深切，黃土洞穴也開(kāi)始形成，此過(guò)程大致可分為2個(gè)階段：1）垂直擴(kuò)徑階段。隨著通道的物質(zhì)被水流不斷沖蝕搬運(yùn)，側(cè)壁土體不斷被掏蝕孔隙度增大，局部土體強(qiáng)度降低，在重力作用下發(fā)生塌陷破壞，局部形成小塊坍塌。這些塌塊土體會(huì)引起通道阻塞，從而加速水流上浸而加重通道兩側(cè)土體塌落，導(dǎo)致通道擴(kuò)模。其次水流會(huì)對(duì)洞穴底部進(jìn)行側(cè)蝕和深切，使得壁側(cè)以及底部不斷掉塊［10］。2）水平擴(kuò)徑階段。在水流對(duì)黃土界面深切的過(guò)程中，如果遇到滲透性較差和抗沖性較強(qiáng)的地層（紅黏土、古土壤、基巖等）時(shí)，水流會(huì)沿著層面進(jìn)行橫向沖蝕，其結(jié)果使得洞穴底部發(fā)生塌落。同時(shí)，水流流過(guò)洞穴時(shí)，殘留土塊會(huì)被水流迅速搬運(yùn)攜帶出洞外，導(dǎo)致洞穴擴(kuò)徑。另外，如果其他位置如果也有黃土洞穴發(fā)育，這些洞穴會(huì)在水流長(zhǎng)期作用下形成串珠狀洞穴（圖6）。

2.2 坡體整體變形過(guò)程

在變形體向破裂體轉(zhuǎn)化過(guò)程中，水流對(duì)黃土界面進(jìn)行了深部的沖蝕和掏空，形成了黃土洞穴這種大尺度界面，這些界面會(huì)導(dǎo)致坡體的動(dòng)態(tài)空間徹底重新劃分，滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)重新分布，最終引起坡體的整體變形?；邳S土洞穴的形成過(guò)程，結(jié)合黃土本身特性，可以將此階段的坡體變形情況分為3個(gè)區(qū)：濕陷拉裂區(qū)、壓裂區(qū)、剪切破壞區(qū)（圖7）。

圖7 坡體變形特征Fig.7 Deformation characteristics of the slope

濕陷拉裂區(qū)：上文已經(jīng)交代了地表發(fā)生濕陷沉降的過(guò)程，這里不再交代?？傮w而言，由于地表持續(xù)濕陷沉降以及坡體臨空卸荷此區(qū)域土體結(jié)構(gòu)松弛，導(dǎo)致大量黃土界面形成。這一區(qū)域主要由濕陷和卸荷作用引起，可以稱為濕陷拉裂區(qū)。

剪切破壞區(qū)和壓裂區(qū)：黃土洞穴在不斷擴(kuò)張的過(guò)程中，靠近其通道的一側(cè)以剪切破壞為主，可稱為剪切破壞區(qū)。應(yīng)力狀態(tài)滿足摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則τ′=c′+σ′tanφ′。另外在濕陷拉裂區(qū)下方，隨著深度增加，土體自重應(yīng)力增加，此區(qū)域以壓應(yīng)力為主，所以土體主要以壓裂破壞為主，可稱為壓裂區(qū)。

2.3 災(zāi)種轉(zhuǎn)化形式

在連續(xù)固體向變形體這一轉(zhuǎn)化過(guò)程中，水流主要是潛蝕黃土界面填充物，掏蝕界面?zhèn)缺?，引起界面?zhèn)缺谕馏w松動(dòng)，界面主要表現(xiàn)為橫向松動(dòng)擴(kuò)張，引起界面周圍地表濕陷沉降。濕陷沉降引起界面周圍小區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致新的小規(guī)模濕陷型界面出現(xiàn)。而在坡體邊緣，由于高度臨空以及界面擴(kuò)張，會(huì)引起新的小規(guī)模卸荷型界面形成。但是這一階段水-界面的作用方式主要是橫向潛蝕，縱向切割較小，所以界面基本還屬于淺表裂隙，其距離古土壤、紅黏土、基巖等地層還很遠(yuǎn)，所以其對(duì)坡體的穩(wěn)定性影響很?。▓D8）。

圖8 災(zāi)種轉(zhuǎn)化形式Fig.8 Disaster transformation form

然而在變形體向破裂體轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，坡體發(fā)生整體變形，嚴(yán)重影響了坡體的穩(wěn)定性。主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）水流下滲仍然在改變著土體結(jié)構(gòu)以及各種力學(xué)參數(shù)，松動(dòng)和擴(kuò)展著黃土界面，濕陷沉降現(xiàn)象還在持續(xù)發(fā)生，地表負(fù)地形凸顯。（2）隨著水動(dòng)力作用增強(qiáng)，變形體狀態(tài)下形成的小規(guī)模卸荷型界面和濕陷型界面會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)，在水流的縱橫兩向侵蝕作用下持續(xù)擴(kuò)張，形成卸荷型黃土地裂縫和濕陷型黃土地裂縫。卸荷型地裂縫由于臨近坡體邊緣，拉張嚴(yán)重，將來(lái)會(huì)引起一些小崩塌發(fā)生。（3）在黃土洞穴形成過(guò)程中，底部和通道側(cè)壁會(huì)有一系列的坍塌發(fā)生。當(dāng)形成了貫通通道的時(shí)候，會(huì)影響坡體整體的變形，在靠近坡體的洞穴壁將會(huì)發(fā)展為滑坡的潛在滑動(dòng)面（圖8）。

3 破裂體→散體演變特性

散體的外在災(zāi)種主要為黃土崩塌、滑坡，破裂體向散體這一轉(zhuǎn)化過(guò)程可以分2個(gè)過(guò)程：黃土崩滑啟動(dòng)脫離邊坡母體的過(guò)程、土體脫離斜坡母體后形成散體過(guò)程及散體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

3.1 黃土崩滑啟動(dòng)脫離邊坡母體過(guò)程

隨著地表徑流的持續(xù)進(jìn)行，水沿著黃土界面入滲到坡體深部會(huì)遇到滲透性較差的紅黏土、古土壤、第三系泥巖等，黃土底部會(huì)有大量積水，導(dǎo)致土體含水量增加、抗剪強(qiáng)度急降而形成軟化帶。隨著水不停的沖刷界面、界面開(kāi)始擴(kuò)張松動(dòng)，界面這又會(huì)加劇水的入滲量，界面與水一直互饋?zhàn)饔?，最終形成滲流貫通區(qū)，直到界面與軟化帶連通。另外在界面擴(kuò)張的同時(shí)，整個(gè)坡體也處于變形狀態(tài)，在拉、壓、剪復(fù)雜應(yīng)力的組合下，坡體中形成了濕陷拉裂區(qū)、剪切破壞區(qū)、壓裂區(qū)［11－12］。同時(shí)由于軟化帶內(nèi)存有大量的水，水在致密的空間內(nèi)來(lái)不及排出，會(huì)迅速產(chǎn)生超高孔壓，黃土發(fā)生液化，形成局部液化區(qū)。隨著局部液化區(qū)不斷擴(kuò)散，最終形成液化帶。而后坡體變形速率嚴(yán)重，直到滲流貫通區(qū)、軟化區(qū)、液化區(qū)、鎖固段連通而啟動(dòng)滑坡（圖9）。

圖9 破裂體轉(zhuǎn)化散體第一階段演化過(guò)程Fig.9 The evolution process of the first stage of broken soil transforming into loose soil

3.2 土體脫離斜坡母體后形成散體過(guò)程及散體運(yùn)動(dòng)過(guò)程

在崩滑體脫離斜坡母體時(shí)，結(jié)構(gòu)性還是保持著相對(duì)完整。隨著崩滑體徹底脫離斜坡母體時(shí)，崩滑體會(huì)逐漸解體。結(jié)構(gòu)體中的弱膠結(jié)區(qū)是潛在界面發(fā)生區(qū)，原先存在的隱形界面開(kāi)始顯形，原先存在的顯形界面開(kāi)始擴(kuò)展，導(dǎo)致土體表面界面雜亂無(wú)章密集成帶（圖10（a））。從抗剪強(qiáng)度上來(lái)看，此時(shí)形成的界面為弱膠結(jié)剛性界面，力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)性都極差。隨著崩滑體鋪撒地面，其與地面會(huì)發(fā)生碰撞，崩塌體內(nèi)部也會(huì)發(fā)生碰撞，此時(shí)崩滑體會(huì)沿著界面進(jìn)一步解體。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果是遇到起伏地形，崩滑體解體嚴(yán)重，釋放大量的應(yīng)變能，轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，導(dǎo)致土體高速向前運(yùn)動(dòng)。從抗剪強(qiáng)度上來(lái)看，這個(gè)過(guò)程中的界面為無(wú)膠結(jié)剛性界面（圖10（b）），隨著崩滑體的動(dòng)能耗盡，滑體運(yùn)動(dòng)停止，結(jié)構(gòu)體解體也隨之停止，形成最終的散體形態(tài)（圖10（c））。

圖10 崩滑體潰散過(guò)程Fig.10 The collapse process of a landslide

崩滑體形成散體后，堆積體及界面分布特征與基地性質(zhì)、地貌地形等眾多因素有關(guān)?？傮w而言，在坡腳附近，崩滑體會(huì)向上反轉(zhuǎn)形成滑坡洼地，同時(shí)由于拉張作用，形成張裂隙帶，其方向與滑向近乎垂直。由于崩滑體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中推擠作用，前緣常會(huì)出現(xiàn)放射狀裂縫，其方向與滑向近乎平行。由于受到地面原始地層的約束，在舌部會(huì)形成鼓脹裂縫，其方向大致垂直于滑動(dòng)方向（圖11）。同樣，由于原始地層的約束，在滑坡體的兩側(cè)也會(huì)形成許多羽狀剪裂隙［13］（圖11）。

圖11 散體平面堆積特征Fig.11 The accumulation characteristics of loose soil

4 散體→流體的演變特性

散體轉(zhuǎn)化流體是災(zāi)害鏈鏈生演化的最后一環(huán)，主要表現(xiàn)為黃土滑坡轉(zhuǎn)化泥流。黃土滑坡和泥流是黃土地區(qū)最頻發(fā)、影響最大的2種災(zāi)害。從物理狀態(tài)來(lái)看，災(zāi)體發(fā)生了固態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)化。關(guān)于這一過(guò)程，學(xué)者們達(dá)到的共識(shí)就是黃土液化是黃土滑坡轉(zhuǎn)化黃土泥流的根本原因。但是黃土液化受到土體結(jié)構(gòu)、力學(xué)行為、、顆粒級(jí)配、含水量等多種因素的影響，目前尚無(wú)統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn)。所以，所以黃土滑坡轉(zhuǎn)化黃土泥流的臨界條件判定仍然是現(xiàn)在的科學(xué)難題。但是，就黃土滑坡轉(zhuǎn)化泥流這一過(guò)程而言，其中的主導(dǎo)因素就是水，在特定的地形地貌條件下，災(zāi)體發(fā)生散體向流體轉(zhuǎn)化。

4.1 鏈生模式

散體轉(zhuǎn)化流體的實(shí)質(zhì)是不穩(wěn)定黃土邊坡或松散堆物在水作用下，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而引發(fā)土體破壞，進(jìn)而形成泥流的過(guò)程。首先，由于黃土泥流有著獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)特征，黃土在液化后不一定會(huì)立即轉(zhuǎn)化成為泥流，而未發(fā)生液化的黃土也有可能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形成泥流。所以在這一轉(zhuǎn)化過(guò)程中很多時(shí)候黃土滑坡和泥流是并行存在的，一部分堆積體轉(zhuǎn)化為泥流，另一部分堆積體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，遇到特有的地貌地形或降雨發(fā)生液化轉(zhuǎn)為泥流，例如：2016年3月8日發(fā)生于涇陽(yáng)南塬蔣劉村附近的滑坡-泥流災(zāi)害鏈，堆積體整體呈流動(dòng)狀態(tài)，但但是含水量有明顯的差異，呈現(xiàn)著明顯的固、液分段性。其次，水文、地形地貌、物源等眾多條件共同影響著這一轉(zhuǎn)化過(guò)程，這就會(huì)影響災(zāi)害鏈鏈生演化的連續(xù)性。在某些特定的條件下，災(zāi)害鏈會(huì)發(fā)展到黃土泥流。也有可能在某些特定的條件下，演化過(guò)程會(huì)發(fā)展到黃土滑坡，一段時(shí)間后堆積體又在特定的條件下發(fā)展為黃土泥流。基于以上分析，可以將散體向流體轉(zhuǎn)化過(guò)程的宏觀鏈生模式分為2種：直接轉(zhuǎn)化型、間接轉(zhuǎn)化型。

直接轉(zhuǎn)化型：在水動(dòng)力作用下，坡體失穩(wěn)后立即轉(zhuǎn)化為黃土泥流（圖12中曲線O A B），黃土滑坡與黃土泥流并行發(fā)生，二者之間沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)化過(guò)程臨界點(diǎn)，期間基本沒(méi)有時(shí)間間隔。例如：2015年4月29日上午，甘肅黑方臺(tái)黨川村附近爆發(fā)黃土滑坡-泥流，長(zhǎng)期灌溉導(dǎo)致滑塬區(qū)地下水位抬升，坡體坍塌迅速轉(zhuǎn)化為泥流，高速流動(dòng)，最大運(yùn)動(dòng)距離達(dá)780 m［14］。

圖12 散體轉(zhuǎn)化流體的2種鏈生模式Fig.12 The two modes from loose soil to fluid soil

間斷性轉(zhuǎn)化型：在水動(dòng)力作用下，坡體失穩(wěn)，形成黃土滑坡，而未進(jìn)一步形成黃土泥流，災(zāi)害鏈到此暫時(shí)結(jié)束，處于了穩(wěn)定狀態(tài)（圖12中曲線OAC）。一段時(shí)間后，在降雨等水動(dòng)力作用下下，堆積體含水量增加，直到達(dá)到黃土泥流的啟動(dòng)條件，黃土泥流發(fā)生（圖12中狀態(tài)點(diǎn)D）。

結(jié)合野外大量的調(diào)查結(jié)果來(lái)看，直接轉(zhuǎn)化型往往發(fā)生在黃土臺(tái)塬區(qū)，如陜西涇陽(yáng)南塬和甘肅黑方臺(tái)，并且灌溉是主要的水動(dòng)力。間接轉(zhuǎn)化型往往存在山區(qū)溝谷中，溝兩側(cè)坡體崩滑積累有大量堆積物，遭遇強(qiáng)暴雨情況下極易誘發(fā)泥流，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于堆積物不斷席卷進(jìn)來(lái)，物源逐漸增加，流動(dòng)速度和規(guī)模也有逐漸增加趨勢(shì)，這種模式的災(zāi)害鏈帶來(lái)的危害性和影響更大。

4.2 控制因素

梁、塬、峁以及溝谷是黃土高原的主要地形地貌，所以黃土泥流主要發(fā)生在溝谷中或者塬上。黃土泥流可以分為溝谷型黃土泥流和坡面型黃土泥流。散體向流體轉(zhuǎn)化的機(jī)制就是黃土泥流的啟動(dòng)機(jī)制。黃土泥流是泥石流的一種，根據(jù)泥石流的形成條件，結(jié)合黃土的自身特性，可以這一轉(zhuǎn)化過(guò)程的控制因素總結(jié)成四個(gè)方面：地質(zhì)條件、物源條件、水力條件以及土體條件。

地質(zhì)條件：對(duì)于溝谷型黃土泥流，一般情況下，溝道上游地形險(xiǎn)峻，溝道三面環(huán)山，溝坡上黃土界面發(fā)育，處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，溝道上游有多條支溝，有寬闊的匯水面積。溝道中游的地形多為陡深狹窄的峽谷，地形起伏大，溝床坡降比大，利于迅速匯集物源和泥流流動(dòng)。下游地形多為平坦開(kāi)闊的河谷階地或山前平原，天水大溝黃土滑坡-泥流就是這種特點(diǎn)。對(duì)于坡面型黃土泥流，一般發(fā)生在黃土塬邊，坡體陡峭，高差大，具有良好的臨空條件，塬邊一般黃土界面發(fā)育，有利于水流的入滲，塬下地勢(shì)相對(duì)平坦，適合黃土泥流高速運(yùn)動(dòng)。甘肅黑方臺(tái)和陜西涇陽(yáng)南塬就是這種典型的地形地貌。

物源條件：對(duì)于溝谷型黃土泥流，一般情況下，溝道上游坡體地層結(jié)構(gòu)上要有滯水層，地表黃土界面發(fā)育，利于水流入滲。溝道兩側(cè)小型崩滑發(fā)育，在降雨條件下易受破壞。溝道內(nèi)松散堆積物豐富，在降雨條件下易被攜帶。對(duì)于坡面型黃土泥流，物源幾乎全部來(lái)自坡體土體，一般情況下滑坡的滑動(dòng)面比較深，才能為轉(zhuǎn)化成泥流提供豐富的物源。例如涇陽(yáng)南塬的黃土泥流滑動(dòng)面一般位于5～9層黃土底部［13］。

水力條件：對(duì)于溝谷型黃土泥流，水力條件主要是降雨。在大量的前期降雨入滲積累下和高強(qiáng)度的當(dāng)日降雨的沖蝕下，上游陡峭坡體失穩(wěn)破壞，為黃土泥流提供了豐富的原始物源。另外，在雨水沖刷下，溝道兩側(cè)不穩(wěn)定坡體發(fā)生坍塌成為黃土泥流的物源，擴(kuò)大黃土泥流的規(guī)模。對(duì)于坡面型黃土泥流，水力條件主要是灌溉，灌溉導(dǎo)致坡體地下水位不斷抬升，當(dāng)下滲水遇到古土壤、紅黏土、基巖等滯水層時(shí)，黃土底部會(huì)長(zhǎng)期的積水軟化，發(fā)生液化，進(jìn)而破壞流動(dòng)。

土體條件：黃土泥流的物源主要來(lái)自溝谷上游或者塬邊的不穩(wěn)定坡體。土體通常具有以下特征：（1）土體結(jié)構(gòu)。在黃土地層分布中，存在古土壤、紅黏土、基巖等透水性較差的地層，由于歷史沉積環(huán)境的差異，造成了黃土與這些地層的排列方式、土體結(jié)構(gòu)、顆粒粒徑等特性有很大差異，導(dǎo)致黃土的滲透性和儲(chǔ)水能力明顯高，當(dāng)補(bǔ)給率遠(yuǎn)大于滯水層的滲透率時(shí)，滯水層就會(huì)充當(dāng)“相對(duì)隔水層”的作用，形成一個(gè)相對(duì)不排水邊界，形成局部飽水帶，進(jìn)而引發(fā)土體液化流動(dòng)。（2）黃土顆粒分布。黃土主要來(lái)源于大氣粉塵降落，黃土多以粉質(zhì)黏土居多。而粉粒含量對(duì)土體液化行為有很大的影響，粉粒含量越高越易液化，也就越易發(fā)生散體向流體的轉(zhuǎn)化。（3）土體界面發(fā)育。黃土界面是黃土的主要入滲方式，地表徑流能不斷補(bǔ)給坡體的前提是土體中界面要異常發(fā)育。隨著水流持續(xù)入滲，土體不斷被沖刷導(dǎo)致界面擴(kuò)張松動(dòng)，這又會(huì)加劇水的入滲，水和黃土界面相互作用，增加坡體水流入滲量，最終降低坡體穩(wěn)定性。（4）滯水層深度。黃土泥流具有高速遠(yuǎn)程、影響范圍大的特點(diǎn)。所以失穩(wěn)坡體的勢(shì)能要足夠大，能才提供足夠的動(dòng)能，從物質(zhì)上講就是需要大量的啟動(dòng)物源。滯水層深度決定了滑動(dòng)面的位置，決定了啟動(dòng)物源的規(guī)模。

在散體轉(zhuǎn)化流體過(guò)程中，物源條件、土體條件、地質(zhì)條件、水力條件是重要的控制因素。其中，水力條件是黃土泥流啟動(dòng)的主控條件，土體條件是黃土泥流啟動(dòng)的關(guān)鍵條件，其在本質(zhì)上影響著坡體對(duì)水的吸收和儲(chǔ)存能力，以及土體是否能液化流動(dòng)。而地質(zhì)條件、物源條件、則是通過(guò)改變坡體的穩(wěn)定性及地面匯流，改變散體轉(zhuǎn)化流體的程度。這四大因素共同耦合影響著散體向流體這一轉(zhuǎn)化過(guò)程（圖13）。

圖13 散體轉(zhuǎn)化流體的主控因素Fig.13 The main control factors from loose soil to fluid soil

4.3 運(yùn)動(dòng)特征

黃土滑坡轉(zhuǎn)化泥流形成的災(zāi)害與黃土滑坡極不相同，其運(yùn)動(dòng)特征主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）流動(dòng)距離遠(yuǎn)。Peng等［15］對(duì)甘肅黑方臺(tái)的黃土滑坡視摩擦角進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，一般黃土滑坡的平均視摩擦角為0.53，但是黃土滑坡一旦轉(zhuǎn)化泥流，其平均視摩擦角在0.3左右。Ma等［13］對(duì)涇陽(yáng)南塬黃土滑坡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)一旦黃土滑坡轉(zhuǎn)化泥流，其平均視摩擦角值為0.185，約為10.5°，接近黃土液化的臨界視摩擦角10°，可以看出黃土泥流運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)超黃土滑坡；（2）流動(dòng)速度大。Peng等［16］通過(guò)對(duì)大量天水地區(qū)的滑坡-泥流統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，一旦黃土滑坡發(fā)生液化轉(zhuǎn)化泥流，其滑動(dòng)速度會(huì)急劇增加，最大流動(dòng)速度在8 m/s左右。另外，灑勒山爆發(fā)大型滑坡轉(zhuǎn)化成泥流后，最大峰值速度達(dá)到約15 m/s，流速非常高，遠(yuǎn)超一般的黃土滑坡滑動(dòng)速度［17］；（3）鏟刮效應(yīng)和加積效應(yīng)。溝谷地形凹凸不平，黃土泥流后在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)溝道的演化有巨大影響。主要體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)裹挾溝中松散堆積物，在地勢(shì)高的地方鏟刮刷深泥流溝道，在溝谷中地勢(shì)的地方進(jìn)行填充，抬高地勢(shì)，綜合通過(guò)鏟刮效應(yīng)和加積效應(yīng)來(lái)改造溝道地形；（4）放大效應(yīng)。黃土滑坡液化轉(zhuǎn)化泥流，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從滑動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變后，其堆積范圍、破壞特征也會(huì)較滑坡放大，都具有明顯的放大效應(yīng)［1，16］。

5 結(jié)論

水源型黃土地質(zhì)災(zāi)害鏈的鏈生演化過(guò)程實(shí)質(zhì)是連續(xù)固體、變形體、破裂體、散體、流體五種宏觀土體狀態(tài)的變化過(guò)程。結(jié)合每種土體狀態(tài)與其對(duì)應(yīng)災(zāi)種的關(guān)系，可以得出以下認(rèn)識(shí)：

（1）連續(xù)固體向變形體轉(zhuǎn)化可以概述為4個(gè)過(guò)程：1）水沿界面入滲階段；2）水-界面作用階段；3）界面松動(dòng)階段；4）濕陷沉降階段；變形體向破裂體轉(zhuǎn)化可以概括為2個(gè)過(guò)程：1）水-界面作用下形成黃土地裂縫、黃土洞穴等災(zāi)害過(guò)程；2）坡體整體變形過(guò)程。破裂體向散體轉(zhuǎn)化可以概括分為2個(gè)過(guò)程：1）黃土崩滑啟動(dòng)脫離邊坡母體的過(guò)程；2）土體脫離斜坡母體后形成散體過(guò)程及散體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。散體向流體轉(zhuǎn)化可以分為2種模式：直接轉(zhuǎn)化型、間接轉(zhuǎn)化型。

（2）在連續(xù)固體向變形體這一轉(zhuǎn)化過(guò)程中，黃土界面主要表現(xiàn)為橫向松動(dòng)擴(kuò)張，引起周圍地表濕陷沉降，濕陷沉降周圍會(huì)有濕陷型界面出現(xiàn)。而在坡體邊緣，由于高度臨空以及界面擴(kuò)張，會(huì)引起新的小規(guī)模卸荷型界面形成。這一階段水與界面的作用方式主要是橫向潛蝕，對(duì)坡體的穩(wěn)定性影響很小。

（3）在變形體向破裂體轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，隨著水動(dòng)力作用增強(qiáng)，變形體狀態(tài)下形成的小規(guī)模卸荷型界面和濕陷型界面會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)，形成卸荷型黃土地裂縫和濕陷型黃土地裂縫。卸荷型地裂縫由于臨近坡體邊緣，拉張嚴(yán)重，將來(lái)會(huì)引起一些小崩塌發(fā)生。當(dāng)黃土洞穴形成后，隨著坍塌持續(xù)，當(dāng)形成了貫通通道的時(shí)候，會(huì)影響坡體整體的變形，在靠近坡體的洞穴壁將會(huì)發(fā)展為滑坡的潛在滑動(dòng)面。

（4）黃土泥流是一種特殊的泥石流，基于泥石流的形成條件，結(jié)合黃土的自身特性，提出物源條件、水力條件、土體條件四大因素共同控制著散體向流體轉(zhuǎn)化，并且在在轉(zhuǎn)化過(guò)程中表現(xiàn)了4大特點(diǎn)：1）流動(dòng)距離遠(yuǎn)；2）流動(dòng)速度大；3）鏟刮效應(yīng)和加積效應(yīng)；4）放大效應(yīng)。