黄土滑坡的基本类型与活动特征_吴玮江

第13卷　第2期2002年6月中国地质灾害与防治学报

The Chinese Journal of Geological Hazard and Control Vol .13　No .2Jun .2002

黄土滑坡的基本类型与活动特征

吴玮江1

,王念秦

2

(1.甘肃省科学院　地质自然灾害防治研究所,甘肃兰州　730000;2.成都理工大学　环境与土木工程学院,四川成都　610059)

摘要:按滑体岩土组成和滑面发育位置,黄土地区的滑坡可划分为黄土层内滑坡、黄土接触面滑坡、黄土-泥岩顺层滑坡、黄土-泥岩切层滑坡4种基本类型。黄土接触面滑坡、黄土-泥岩顺层滑坡的滑速低、滑距短,滑体具有稳定性差、复活性强的特点。黄土层内滑坡、黄土-泥岩切层滑坡的滑速高、滑距长,滑体稳定性高。但后壁不稳定,易再次滑动。这些基本规律对黄土滑坡研究和防治、滑坡灾害预测有一定指导意义和实用价值。关键词:黄土滑坡;类型;滑速;滑距;复活性;稳定性文章编号:1003-8035(2002)02-0036-05

中图分类号:P642.2

文献标识码:A

收稿日期:2002-01-17;修回日期:2002-01-26

作者简介:吴玮江(1963—),男,高级工程师,长期从事

滑坡、泥石流等地质灾害研究与防治工作.

1　引言

按照滑体的主要物质组成分类是目前最常采用的滑坡基本分类方法之一

[1]

。广泛分布于黄土高原

地区的黄土滑坡是一类主要的特殊土质滑坡类型。而黄土滑坡中的一些大型滑坡并非全由黄土组成,除有不同时期的黄土外,还有大量的第三系、白垩系等软弱岩层

[2][3]

。但因发生在黄土地区,一些学

者也将其笼统称为黄土滑坡。可见,狭义概念上的黄土滑坡类型与实际情况有所出入,从而影响着黄土地区滑坡的研究与学术交流。

滑坡险情应急处理时,最为棘手的问题之一是滑动距离、危害范围的预测。如对滑坡类型、活动特征认识不足,滑坡危害范围预测划定过大或过小,都难以最大限度地减轻滑坡灾害损失。一般认为,黄土滑坡具有崩塌性,多属高速或高速远程滑坡。实际上,不同类型的黄土滑坡的滑动和复活特征差异很大。因此,建立广义黄土滑坡概念,深入研究黄土滑坡类型及滑动、复活特征,有助于滑坡变形破坏方式、活动状态、危害范围的正确认识和预测,以及防治对策和措施的正确选择,具有非常重要的理论意义和实用价值。

2　黄土滑坡的基本类型

地层岩性是滑坡发育的物质基础,也是滑坡研究和防治中需首先查清的问题。因此,按物质组成分类是最能反映滑坡基本特征的分类方法。受区域

地层岩性条件组合的控制,我国西北黄土高原地区,

除不同时期的黄土属易滑地层,发育纯黄土滑坡外,广泛分布的第三系、白垩系及侏罗系等中、新生界

泥岩地层,因胶结程度差,为半成岩状,力学强度低,也属易滑地层。所以该地区的许多滑坡,特别是一些大型滑坡的滑体常是由黄土和下伏泥岩岩组共同组成,属混合型滑坡,已超出狭义的由纯黄土组成的黄土滑坡概念。根据黄土高原地区滑坡的岩土类型,现提出以下广义黄土滑坡概念和分类方案:广义黄土滑坡系指发生在黄土地区的主要由黄土或黄土和下伏中、新生界泥岩岩组组成的滑坡。根据滑坡体物质组成及滑面的发育位置,将其进一步划分为黄土层内滑坡、黄土接触面滑坡、黄土-泥岩顺层滑坡和黄土-泥岩滑坡4种基本类型,其各种类型黄土滑坡的基本特征综合于表1。

与原来黄土滑坡概念相比,上述广义滑坡分类中的纯黄土滑坡类型为原狭义黄土滑坡,这种新的黄土滑坡分类更加符合黄土地区滑坡发育的实际,也使黄土滑坡的概念更加清楚,内涵更加丰富,同时该滑坡分类考虑了滑动面的发育位置及与岩层的相互关系,有利于黄土地区滑坡规律认识和灾害防治。

3　各类黄土滑坡的滑动特征

表1　黄土滑坡基本类型表

Tab .1　The basic types of loess landslides

滑坡类型滑动面位置基本特征

示意剖面图

纯黄土滑坡

黄土层内滑坡主滑面发育在相对均匀的黄土层内。

滑体基本全由不同时代黄土及黄土状土组成。滑动面近似圆弧型,光滑,后部受垂直节理控制,较陡直。

黄土接触面滑坡主滑面位于含

水量高或饱水的黄土、泥岩接触面处。

滑体主要由马兰黄土组成,常带动少量泥岩顶部强风化层。滑动面较为平直,倾角多在10～20°。混合型黄土滑坡

黄土-泥岩顺层滑坡

主滑面沿倾向坡外的岩层中软弱层面及夹层发育,上部黄土中滑面为拉裂

面。

滑体主要由黄土和中、新生界岩层组成。主滑面平直,受岩层产状控制,倾角一般为10～20°。黄土-泥岩切层滑坡主滑面斜切岩层,在斜坡自重作用下沿节理、裂隙等结构面发育

。

滑体主要由黄土和中、新生界岩层组成。主滑面后部较陡,规模多在100万m 3以上。

黄土滑坡的滑动速度、滑动距离等特征是滑坡运动学研究的主要内容,在滑坡灾害预测、防治中有非常重要的意义。目前常用的滑坡滑动距离、危害范围预测方法主要有奥地利学者沙依德格尔(A .

E .Scheideger )的架空坡理论[4]

、日本学者森胁·宽的计算公式

[5]

,我国的潘家铮院士、王思敬院士、

方玉树等学者也提出了相应的滑速滑距计算公式和方法[6][7][8]

。其中的数理统计模型基本都是将不同类型滑坡的滑距与滑体体积或坡体高度的对应关系一同统计而得出的,难以准确预测各类黄土滑坡的滑速、滑距,甚至有的预测结果与实际情况相反。例如,甘肃省黑方台高差为120m ,台缘区近年发生的黄茨滑坡、加油站滑坡、泵站滑坡的体积均在500×104

m 3

以上,滑距仅为50m 左右,而焦家崖头滑坡、碳化硅厂等滑坡体积一般仅为10×104

～30×104m 3

,其滑距却达300～400m 。用沙氏理论或森胁·宽公式都不能解释和预测此类现象。滑坡的运动特征除取决于滑体的滑动势能外,还与能量释放形式和释放条件有关。根据黄土地区大量滑坡调查资料统计发现,黄土滑坡的滑动速度、滑动距离与滑坡类型有很大的关系。

3.

1

　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60°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

图1　甘肃黑方台碳化硅厂黄土层内滑坡剖面图Fig .1　Longitw dinal section of loess in -bed landslide in the carboneous -silicon Factory in Heifangtai ,Gansu Province

1-滑体;2-马兰黄土;3-离石黄土;4-粉质粘土;

5-卵石层;6-泥岩;7-砂岩

　

远。上述焦家崖头滑坡、碳化硅厂滑坡均为此类(图1)。其它如天水锻压机床厂滑坡,坡高为80m ,滑距近200m ,滑速在10m s 左右。国道312线潘集寨滑坡前后缘高差为90m ,部分滑体从南岸快速越过渭河到达北岸,滑距达300m 。近年发生的甘肃东乡县大坊滑坡、陕西三原县将刘滑坡、西安新型墙体材料厂滑坡也属高速远程滑坡。

3.2　黄土接触面滑坡一般发育在黄土丘陵区坡度为10～20°的黄土斜坡上,天水、铜川地区较为发育。马兰黄土以披覆的形式堆积于高低起伏的古地形上,基底地层主要为中、新生界泥质岩类,上部黄土的渗透性较好,而下部泥岩、砂质泥岩的渗透性很差,为不透水岩层,从而构成双层异质斜坡结构,其接触面的低洼部位易汇集地下水,使黄土底部接触面

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　第2期吴玮江,等:黄土滑坡的基本类型与活动特征

一带长期处于过湿软塑状态,成为滑坡发育的软弱结构面。因此,在降水较为丰富的天水、铜川、蓝田等地的黄土斜坡上部的黄土极易沿该软弱面滑动,形成黄土接触面滑坡(图2),常发生在雨季

。

图2　陕西蓝田任家湾黄土接触面滑坡剖面图Fig .2　The section of Renjiawan loess interface landslide

in Lantian County ,Shanxi

1-滑体;2-马兰黄土;3-离石黄土;4-泥岩;5-砂岩

　

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m 至数10m 。如天水一带的椒树湾滑坡、张家半山滑坡、柏树滑坡,铜川地区的川口滑坡、铝厂滑坡、焦坪公路收费站滑坡。收费站滑坡为修公路时大规模切坡引起,主滑面倾角不到5°。1993年以来每到雨季则发生缓慢滑动,大量滑体堵埋公路,严重引影响了交通运输。胡广韬教授对该类滑坡进行过专

门研究,称其为低速缓动滑坡[9]

。

3.3　黄土-泥岩顺层滑坡发生在下伏岩层顺坡外倾的斜坡地段,岩层倾角一般为10～20°,该类滑坡的主滑面沿下伏岩层中相对软弱的层面或夹层发育,在自重作用下,坡体沿该面缓慢剪切滑移。由于下部滑体的滑移,上部黄土层形成贯通性的拉张裂缝。虽然这类滑坡具有较大的滑动势能,但坡体结构、主滑面的形状和性质决定了其滑速较低,滑距较近。首先,主滑面的倾角较缓,而长度相对较大,滑动土体主要集中在该段,不利于滑动。其次是主滑面上的岩石强度本身较低,在长期的剪切变形中整个主滑面的内聚力已基本释放,滑体在以主滑面的摩擦力为主的抗滑力作用下维持着平衡。因此,滑体失稳时,滑面上无锁固段岩土体突然破坏而引起的内聚力大幅降低,即不可能产生巨大的推滑力使滑体高速远程滑动。一般在地下水的大范围软化等作用下,使主滑面的抗滑摩擦力逐渐降低而发生缓慢滑动。

甘肃黑方台地区的黄茨滑坡、加油站滑坡、泵

站滑坡,兰州达家台文昌阁滑坡、青白石滑坡,武山丁家门滑坡均为此类滑坡,都有滑速低、滑距小的特点。例如,黄茨滑坡的主滑过程达90min ,虽

然前部地形平坦开阔,但前缘最大滑距仅为30～60m (图3)。

图3　甘肃黑方台黄茨黄土-泥岩顺层滑坡剖面图Fig .3　The section of Huangci loess -mudstone layer

landslide at heifangtai ,Gansu

1-滑体;2-马兰黄土;3-离石黄土;4-粉质粘土;

5-卵石层;6-泥岩;7-砂岩

　

3.4　黄土-泥岩切层滑坡发生在下伏岩层向坡内倾或近水平状的斜坡地带,此类斜坡通常较为高陡,有很大的滑动势能。黄土-泥岩切层滑坡一般是在自重、地下水等的长期作用下,累进性变形、破坏发展而来。首先在这过程中,坡脚一带由于卸荷回弹裂隙相对发育、地下水作用相对活跃、坡体应力相对集中等原因,坡脚处的剪切蠕变程度也相对强烈,形成剪切蠕滑段。它的发展结果引起了中上部黄土斜坡段应力和变形状态的变化,导致在坡顶附近形成拉张应力区,并出现后缘拉张裂缝,形成坡顶拉裂段。剪切蠕滑段和拉裂段两破坏区的不断发展,应力不断集中在斜坡中部的泥岩上,这部分泥岩起到锁固作用而使斜坡整体保持暂时稳定。随着时间的推移,斜坡上下两破坏区段的规模及破坏速度不断加大加快,锁固段泥岩上应力则不断集中、长度不断变短,当达到临界长度后瞬时破坏,整个斜坡完全失稳滑动。

据试验资料,锁固段泥岩有较高的内聚力,其峰残强度效应较大且呈脆性破坏。因此,锁固段破坏时滑体失去了很大的抗滑力。同时也相应获得了很大的推滑力,使滑体处于力的极不平衡状态,急剧起程滑动。一般此类滑坡的后部滑面较陡,有利于形成高速滑动。加上高速滑动时的汽化、气垫等特殊效应,当前部地形开阔时,多形成高速、远程

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中国地质灾害与防治学报

ZHONGGUO DIZHIZAIH AI YU FANGZHI XUEBAO

2002年　

滑坡。

龙羊峡库区的查纳滑坡、甘肃洒勒山滑坡均为此类滑坡。查纳滑坡部分滑体越过黄河直达对岸,

滑距达2000m ,经验算滑速达41m s [10]

。洒勒山滑坡前后缘高差为321m (图4),在不到1min 的时间内最大滑动距离为1050m ,平均滑速为20m s ,最大达32m s 。这类滑坡一般可造成严重的经济损失和人员伤亡

。

图4　甘肃洒勒山黄土-泥岩切层滑坡剖面图Fig .4　The section of Saleshan loess -mudstone cutting

layer landslide ,Gansu Povince

1-滑体;2-马兰黄土;3-离石黄土;4-卵石层;5-砂质泥岩;6-原地面线;7-钻孔及孔口高程

　

4　各类滑坡的复活特征

不同类型的黄土滑坡滑动之后,在滑坡区家园重建、工程建设中,其滑体及滑坡后壁的稳定性问题必须考虑和重视。调查发现,不同类型黄土滑坡滑动后滑体、后壁的稳定性各不相同,再次滑动或复活的特点也不相同。4.1　黄土层内滑坡经过高速远程滑动后,滑体的滑动势能已基本释放,稳定性较高,一般不会有大的整体复活,有时前缘有小的局部滑塌。例如,天水锻压机床厂滑坡体的稳定系数为2.3,厂区重建时将滑体前部清除了60m ,滑体还处于稳定状态。但由于滑体大位移滑动后,形成的高陡后壁的稳定性较差,常发生再次滑动。锻压机床厂滑坡后壁高50m ,坡度45°,残留后缘30m 范围内拉张裂缝、落水洞发育,大滑动的当年11月又发生一定规模的滑动。国道310线天水潘集寨滑坡因高速滑动的滑体基本脱离滑床。自1985年以来高陡的黄土后壁残留部位已发生8次滑动,而且规模越来越大。目前,残留后壁还不稳定,给310国道交通带来很大危害。甘肃黑方台台缘焦家段此类滑坡发生频繁,相互叠

置,形成一滑坡密集带。

4.2　黄土接触面滑坡由于滑速低、滑距短,滑动势能释放不彻底。当遇到连阴雨、大雨或前部被水流

冲刷侵蚀、人为开挖时,滑体常会再次复活滑动。甚至有些滑坡处于常年缓慢蠕滑之中,只是在雨季或大雨期间蠕滑速度有所加快。例如铜川铝厂滑坡、川口滑坡,天水南河川上山公路滑坡等。天水张家半山滑坡50a 来较大规模的滑动有3次。1984年8月大暴雨期间,天水、礼县、西和等地发生的大量滑坡中,多数为这类滑坡的整体或局部复活。1990年秋天水椒树湾老滑坡大面积复活,给城市带来很大威胁,投巨资治理

[11]

。陕西蓝田地区复活滑动的

滑坡也多属此类。4.3　黄土-泥岩顺层滑坡由于滑动距离短,大部分滑体还停留在主滑面上,滑动势能没有彻底释放。由于降雨、灌溉水的大量渗入,或滑体前缘人工挖

方,滑体可能再次整体或局部复活滑动。1989年3月发生在甘肃黑方台的加油站黄土-泥岩滑坡滑距仅为35～45m ,滑速也较低,滑体的稳定性较差,时隔5a 后于1994年8月再次发生大规模局部复活滑坡,破坏了公路。武山丁家门滑坡、兰州大水沟滑坡等也都发生了复活滑动。兰州达家台文昌阁滑坡、青白石滑坡滑体的稳定性也很低。

4.4　黄土-泥岩切层滑坡经高速远程滑动后,滑体大面积散开堆积在前部平坦的河谷区,其滑动势能已基本完全释放,因此滑体有很高的稳定性,即使前缘滑体遭受一定水流侵蚀冲刷、人工开挖,滑体

仍处于稳定状态,胡广韬教授称其为超稳性[9]

。洒勒山滑坡、查纳滑坡、臣龙寺滑坡的滑体均有超稳性。利用毕晓普法计算,1983年发生的洒勒山滑坡滑体的稳定系数达5.5。可见,此类滑坡滑体的稳定性很高。但黄土-泥岩切层滑坡剧滑后多又形成高陡的后壁,并受强烈滑动的影响,后部还发育有近于平行的拉张裂缝,所以此类滑坡的后壁稳定性差,有再次滑动的可能。如卧龙寺滑坡后壁于1970年再

次大规模滑动[12]

。洒勒山滑坡后壁常发生小规模滑塌,并于1986年3月再次大规模滑动,体积达300×104

m 3

。

5　结论

综合上述分析讨论,可得出以下结论和认识:5.1　按照黄土地区滑坡的岩土组成及滑动面的发育

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　第2期吴玮江,等:黄土滑坡的基本类型与活动特征

位置,黄土滑坡可进一步划分为:黄土层内滑坡、黄土接触面滑坡、黄土-泥岩顺层滑坡和黄土-泥岩切层滑坡4种主要类型。5.2　黄土层内滑坡一般有滑速快、滑距远的特点,滑动后滑体多处于稳定状态。但滑坡残留后壁稳定性差,有再次发生滑动的特点。5.3　黄土接触面滑坡一般有滑速低、滑距短的特点,滑体多处于不稳定状态。在外动力因素的作用下,可多次复活滑动。

5.4　黄土-泥岩顺层滑坡一般也有滑速低、滑距短的特点,滑体的滑动势能未完全释放。在外动力因素的作用下,可再次复活滑动。

5.5　黄土-泥岩切层滑坡多具高速远程滑动的特点,滑动势能基本释放后,滑体的稳定性一般很高。但高陡的滑坡残留后壁不稳定,有再次大规模滑动的特点。

上述对黄土滑坡类型与滑动、复活特征的探讨,在黄土地区滑坡的研究及防治中有一定指导作用。特别是滑坡险情应急处理时,在滑坡基本发育条件调查的基础上,运用以上规律,对科学合理、及时预测灾害范围、活动状态,最大限度减轻滑坡灾害损失,有较高的实用价值。

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Basic types and active features of loess landslide

WU Wei -jiang 1

,WANG Nian -qin

2

(1.Geological Hazard Research Institute ,Gansu Academy of Sciences ,Lanzhou 730000,China ;

2.Chengdu University of Technology ,Chengdu 610059,China )

A bstract :On the basis of how the sliding body is composed of and where sliding plane exists ,landslides in loess area can be divided into four basic types .They are homogeneous loess landslide ,loess interface landslide ,loess -mudstone layer

plane landslide and loess -mudstone cutting layer landslide .The characteristics of loess inter face landslide and loess -mud -stone la yer plane landslide are low sliding velocity ,short sliding distance and low stability after sliding .And the character -istics of homogeneous loess landslide and loess -mudstone cutting layer landslide are high sliding velocity ,long sliding dis -tance and high stability after sliding except its scarp .Basic la ws mentioned above have some guiding significance and practi -cal value .

Key words :loess landslide ;type ;sliding velocity ;sliding distance ;stability

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