姚 冈，师彩燕，左晓峰

（1.陕西地矿区研院有限公司，陕西 咸阳 712000；2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710000；3.中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

崩塌作为黄土地区主要地质灾害，近年来随着降雨、人类工程活动的影响，黄土崩塌灾害频发，对人民生命财产造成巨大危害。众多学者围绕黄土崩塌灾害展开了研究：王念秦等［1]通过离散元数值模拟软件探索了黄土崩塌的运动机理，获取崩塌不同演化阶段相关动量关系。付东林等［2]对陇东宁县黄土崩塌统计研究发现黄土崩塌发生均与降雨有关，刘向御［3]总结大量黄土崩塌灾害的工程地质条件，发现岩土体结构组合对黄土崩塌影响较大，并以此对崩塌灾害划分为4 个危险性等级。辛存林等［4]采用野外调查与室内试验分析总结了黄土崩塌灾害的成因、力学性质等。雷祥义等［5]对陕北黄土崩塌的成因以及时空分布类型进行分析，认为黄土斜坡上不当的人类工程活动对崩塌灾害影响最大，应科学管理以此避免崩塌灾害。

本文以紫凤头崩塌为例，分析黄土崩塌的变形破坏特征，从定性与定量两方面分析了该崩塌稳定性，并提出应急处置措施。

1 地质环境条件

紫凤头崩塌位于武功县西北部的武功镇八一村，距离武功县城15 km，S104 省道、X227 县道均从附近通过，村道、乡道纵横，工程地质平面图见图1。

图1 崩塌工程地质平面图

1.1 地形地貌

本项目区位于黄土台塬边斜坡地带，区内整体地形北高南低，最高点位于项目区北侧坡顶上部，高程452.19 m，最低点位于南侧坡脚院落，高程434.28 m，最大高差约17.91 m。崩塌体为切坡挖窑形成的高陡边坡，呈南北走向，西侧为黄土台塬，东侧河流高阶地，东高西低，平均高度约14 m。

1.2 地层岩性

根据岩土体的时代成因、岩性特征，将项目区主要地层由新到老划分为以下4 层：耕土，杂色，松散，主要分布在崩塌顶部，均匀性差，含大量植物根系，厚度约0.6 m～0.8 m；黄土，褐黄色、淡黄色黄土，结构疏松，大孔隙发育，具湿陷性，有碳酸盐呈白色斑点及菌丝状分布，该组厚度约2 m～5 m；古土壤（Q3eol），棕红色，团粒结核，结构较致密，硬塑，底部结核富集，该组厚度1 m～2 m。黄土，黄褐色，土质较均匀，结构密实坚硬，分布在边坡中底部。

1.3 人类工程活动

崩塌体下部人口密集，人类生产活动强烈，对地质环境的破坏活动较大，人类工程活动主要为切坡挖窑、建房、灌溉。挖窑建房在坡体上形成高10 m～15 m 直立陡坡，大面积灌溉破坏了黄土结构，修建窑洞改变了坡体及坡脚的应力状态，破坏了坡体的结构和应力平衡。

2 崩塌发育特征及成因分析

2.1 发育特征

崩塌体宽约590 m，高10 m～15 m，厚12 m～20 m，体积约9.8×104m3，为一中型倾倒式黄土崩塌。根据崩塌走向、高差等特征，现将该崩塌分为北段、中段、南段三段（图1）。崩塌北段宽约100 m，坡顶开阔，部分耕地为水浇地，分布1 处大型落水洞及3 处小型落水洞，直径0.2 m～3 m 不等。该段坡顶线曲折，植被茂盛，植被覆盖率达95%以上。坡体高度与中段、南段相比较低，平均高度12 m，土体风化严重，柱状节理裂隙发育，危土体林立（图2），坡体距村民院落较近，属威胁范围之内，4 户崩塌体下窑洞仍在使用，其它均已废弃，坡脚高程由北向南逐渐降低。

图2 黄土节理

图3 小型落水洞

崩塌中段宽约310 m，坡顶同为开阔塬面地势西高东低，汇水东流，在坡顶形成5 处小型落水洞（图3），坡面线参差不齐，坡顶南北两端高差较小，植被茂盛，覆盖率达90%以上，根劈作用强烈。该段坡体平均高度最高，约15 m，坡面直立，危土体摇摇欲坠，受坡顶大面积灌溉影响，土体含水量较高，坍塌现象最为严重，坡脚土体呈扇形堆积，大量水土流失形成3 处较大“U”型冲沟地貌，宽均约20 m 左右。坡脚南、北高，中间低，4户房屋紧邻坡体，其余距坡体均大于10 m。

崩塌南段宽约180 m，坡面线较为齐整，北高南低，南边土路处为崩塌区坡顶高程最低处，坡顶灌溉规模较小。该段北边坡顶分布3 棵百年古树，为稀有珍贵植物。坡体由南向北逐渐增高，平均高度约13 m，坡面较北、中段最陡，局部近乎直立，危土体问题同样突出（图4），时有掉块现象发生，该段窑洞均已废弃，北边已有2 孔窑洞完全坍塌（图5）。坡脚地形较为平缓，整体南高北低，高差约1.5 m。

图4 危土体

图5 窑洞坍塌

2.2 成因分析

该崩塌体为居民切坡挖窑建房形成高陡人工边坡，垂直裂隙发育，坡度较陡，大部分地段坡度近直立，主要受风化构造裂隙和重力拉张裂隙控制，坡体汇水沿裂缝进入土体后，加剧了裂隙发展，降低了土体力学强度，从而使土体逐渐破坏，居民在坡脚切坡挖窑，降低坡体整体向，改变坡体原有应力状态，产生崩塌，属倾倒式崩塌。发生崩塌的影响因素主要包括地形地貌、地层岩性、人类工程活动。

2.2.1 地形地貌

崩塌位于黄土台塬边与河流阶地上部交界地带，西侧为黄土台塬，东侧为河流高阶地，西高东低，人为造成的坡体陡立，平均高差约14 m，前缘临空，为崩塌的发生提供了空间条件。

2.2.2 岩性条件

坡体主要岩性为第四系中上更新统黄土。黄土岩性为粉质粘土，大孔隙发育，土质疏松，上部具一定湿陷性，工程性质差，自然坡体较稳定，当受到降水浸润、侵蚀作用和人类工程活动影响时，土体抗剪强度急剧减弱，易引起坡体失稳，形成崩塌。

2.2.3 降雨

边坡土质疏松、强度低、透水性好，水的下渗浸泡冲刷使土体强度大大降低，软化了节理、裂隙结构面强度，并在坡体上形成落水洞、冲沟等破坏坡体完整性，从而降低崩塌体稳定性。

2.2.4 人类工程活动

人类工程活动为该崩塌形成的主要原因，居民在此切坡形成高陡人工边坡，为崩塌的形成提供了地形及空间条件；在坡脚挖窑破坏了坡体应力平衡，降低了坡体稳定性；在坡顶大面积灌溉，水的下渗浸泡冲刷使土体强度大大降低，软化了节理、裂隙结构面强度，并在坡体上形成落水洞、冲沟等破坏坡体完整性，从而降低坡体稳定性，促进了外部激发因素。

3 崩塌体稳定性分析

3.1 定性分析

根据现场调查结果分析，居民切坡建房挖窑形成近直立的高陡临空面，为崩塌的形成提供了充足的动力基础和崩落空间。整个坡体主体构成为黄土，在自然条件下，黄土体强度较高，直立性较好，垂直节理难以形成贯通性结构面，土体处于基本稳定状态；在长期降雨、灌溉等条件下，土体处于饱和状态，土体强度显著降低，垂直节理迅速扩展形成贯通结构面，高陡边坡在重力作用下向临空方向倒塌，形成崩塌失稳。坡体下部窑洞部分处于变形发展阶段，一旦窑洞坍塌，将造成坡体大面积崩滑。

经综合分析，该崩塌在自然条件下处于基本稳定或欠稳定状态，坡体可能发生局部崩滑；在降雨或地震条件下处于欠稳定状态，坡体可能再次出现大规模崩滑。

3.2 理论计算

根据崩塌体发育特征，通过对崩塌体北、中、南各选取1 条具有代表性剖面Ⅰ-Ⅰ'、Ⅱ-Ⅱ'、Ⅲ-Ⅲ'（图6～图8）在三种工况下进行稳定性计算，依据《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T 32864-2016）滑坡稳定状态划分表，对该崩塌体进行稳定性评价，岩土体物理力学参数见表1，稳定性计算见表2。

本次计算假定破裂面为圆弧形，则稳定性系数Ks有：

式中：Ks为边坡稳定性系数；Ci为第i计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值，kPa；φi为第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值，（°）；li为第i计算条块滑动面长度，m；θi、ai为第i条计算条块地面倾角和地下水位面倾角，（°）；Qi为第i条计算条块单位宽度岩土体自重，kN/m；Qbi为第i条计算条块地标建筑物（外加荷载）的单位宽度自重，kN/m；Pwi为第i条计算条块单位宽度的总渗透力，kN/m；Ni为第i条计算条块在滑动面法线上的反力，kN/m；Ni'为地震力垂直于第i条计算条块滑体在滑动面法线上的分力，kN/m；Ti为第i条计算条块在滑动面切线上的反力，kN/m；Ti' 为地震力平行于第i条计算条块滑体在滑动面法线上的分力，kN/m。

图6 Ⅰ-Ⅰ' 剖面图

图7 Ⅱ-Ⅱ' 剖面图

图8 Ⅲ-Ⅲ' 剖面图

表1 岩土体物理力学参数

表2 原始坡形不同工况下边坡稳定性系数

综上，该崩塌在自然条件下处于基本稳定或欠稳定状态，坡体可能发生局部崩滑；在降雨或地震条件下处于欠稳定状态，坡体可能再次出现大规模崩滑，与定性分析结果一致。

4 处置措施

根据崩塌发育特征，结合威胁对象等因素，建议对坡体进行分级削坡，对坡体下方窑洞进行封堵填埋，增加坡体整体性；在坡脚布设挡墙，对削方坡采用矩形格构护坡处理坡面，格构内种草护坡，在坡顶、平台内部、坡脚布设截排水沟，接入居民区现有排水系统。

5 结论

通过对紫凤头崩塌工程地质条件、变形特征进行详细阐述，对其形成原因分析基础上讨论该崩塌稳定性，得出以下结论：

（1）黄土崩塌的变形特征为高陡临空面，降雨形成的落水洞，黄土垂直节理发育为贯通结构面。

（2）居民切坡建房挖窑洞形成直立临空面是造成该崩塌的主要因素，黄土结构疏松、裂隙发育，在降雨诱导下形成崩塌。

（3）针对崩塌体稳定性及破坏特征，提出对黄土崩塌边坡体削坡、排水相结合的治理措施。