辛存林，杨国林，赵志鹏，孙现辉，马维云，李鸿儒

（西北师范大学 地 理与环境科学学院，甘肃 兰 州 7 30070）

0 引言

天水市北山位于天水市城区以北的黄土梁上，包括秦州区玉泉镇与中梁乡的部分村庄地域。地理坐标：东经 105°38'～105°43'，北纬 34°34'～ 34°36'。北山地貌基本形态主要为河谷、阶地和黄土丘陵。大的河谷为耤河，是渭河的支流，河流走向近东西向，水流方向自西向东。次一级沟谷多为“U”型，沟谷走向基本与黄土后壁走向及耤河河谷走向垂直，切割较深，多在10～40m，研究区范围南侧，灵山寺西侧、玉泉观东侧，共有8条大的“U”型沟谷发育。南接天水市区，东为泰山路，北与罗峪沟相望，西连中梁山，交通条件便利。

天水市属典型的山间河谷盆地型城市，受特殊地形地貌、岩土性质等的控制和影响，地质环境较差，滑坡、泥石流等地质灾害发育且活动频繁，是天水市主要的地质灾害问题，严重威胁着人民生命财产的安全并制约着城市的发展。历史上造成了严重的经济损失和人员伤亡，随着城市规模的扩大，地质灾害和环境工程地质问题将更加突出［1］。因此，通过对研究区地质灾害的形成机制的分析和探讨，可为进一步治理该区的各类地质灾害提供理论指导，同时对预测研究区未来地质灾害发生、发展具有积极的指导作用和实际意义。

1 地质灾害概况

通过野外调查和对已有成果资料的综合研究分析，北山发育的地质灾害主要有滑坡、崩塌、不稳定斜坡、黄土湿陷、泥石流沟等五种类型。

根据调查统计，北山共发育滑坡90处，崩塌共计36处，不稳定斜坡23处，泥石流易发区9处，地面塌陷6处（表1）。由此可见，北山地质灾害以斜坡变形为主，即为滑坡、崩塌及不稳定斜坡为主，其次为黄土湿陷及泥石流沟灾害（图1）。

表1 地质灾害调查统计表Table 1 The investigation of geological hazard table

2 地质灾害类型及特征

2.1 滑坡

根据野外调查，北山滑坡发育有90处，其中大型滑坡1处、中型滑坡29处，小型滑坡60处，坡度多集中在20°～40°（图2）。中型滑坡中后期发生的次生滑坡较多，其规模均为小型。天水市北山滑坡主要分布在北山的阳坡，形成了数条滑坡群沟，说明该地区在地质历史时期滑坡现象非常严重。天水市北山滑坡分布广，密度高，规模较大，活动性较差。按物质组成分类，北山滑坡可分为2类：一类为新近系泥岩滑坡。另一类为粘性土类滑坡，滑坡体主要由青灰色粉质粘土组成。天水市北山的滑坡主要发育于黄土和新近系泥岩中，主要为黄土滑坡和黄土—泥岩滑坡。黄土滑坡的主要特点是滑坡形态较为完整，以圈椅状地貌特征为主，有明显的后壁，黄土覆盖于泥岩之上，多沿泥岩顶面顺层滑动。因多次滑动而在滑坡体上形成多级台阶；黄土—泥岩滑坡的主要特征是滑动时泥岩和黄土一起滑动，滑动面多为泥岩中的软弱面，多成群出现。滑坡形态完整，后缘较陡，平面形态为“圈椅状”，两侧多双沟同源，舌部泥岩与黄土混杂堆积难辨层次。

图1 地质灾害平面分布图Fig.1 The distribution of geological disasters plane

图2 滑坡地形坡度的统计曲线图Fig.2 The statistical curves of land slide slope and the terrain

2.2 崩塌和不稳定斜坡

图3 崩塌、不稳定斜坡的地形高度统计曲线图Fig.3 The statistical T curves of height collapse unstable slopes and the terrain

根据野外调查，北山崩塌发育有36处，其中中型崩塌16处，小型崩塌20处；不稳定斜坡23处。崩塌不稳定斜坡的高度多集中在10～40m（图3）。主要分布在人类居住区周围，对周围居民的生命财产安全造成威胁。北山的崩塌和不稳定斜坡主要属黄土型，主要位于滑坡或阶地前缘以及人类居住区。人类在黄土陡崖下挖窑、切坡建房，人为造成崖体的不稳定，若陡崖体崩塌易造成较大的损失。

2.3 泥石流沟

根据野外调查，北山泥石流沟发育有9处（表2），按物质组成属于泥流沟，按流域形态属于山坡型，按流体性质属于稀性，按水动力条件属于暴雨型。比较典型的N8泥石流沟，又名张家沟。平面形态呈“条带”状。沟流域面积0.38km2，沟道长1.3km，沟道比降19.8％，固体松散物质约10×104m3/km2。沟中大部分开垦为耕地或经济林，沟口狭窄，而且沟口被民房阻塞，沟口处有排洪渠，出沟后排泄至城市地下管网（图4）。泥石流沟沟谷深切，坡度较陡，主沟两侧支沟不发育，但具有双沟同源，有较好的汇水条件，沟谷以“V”型为主，主沟纵坡降比大于100‰。

表2 泥石流沟主要特征统计表Table 2 The main characteristics of debris flow gully table

图4 N8泥石流沟平面图Fig.4 The plan of N4 debris flow gully

2.4 黄土湿陷

黄土湿陷是北山较发育的地质灾害类型，黄土湿陷的破坏方式主要为陷穴、陷坑、落水洞等。在北山其发育规模一般都比较小，共发育有6处（表3）。黄土湿陷形成的陷穴或落水洞主要分布在滑坡体上，影响范围较小。

表3 黄土湿陷灾害主要特征统计表Table 3 The main characteristics of loess soil disaster statistics

根据现场调查和勘察资料，湿陷性黄土覆盖于天水北山上更新统的马兰黄土中，其厚度一般10～15m，北山黄土自重湿陷系数0.012～0.17，属Ⅱ～Ⅲ（中等—严重）自重湿陷黄土，湿陷系数 0.026～0.132。北山黄土湿陷多由落水洞引起的，平面上为串珠状，剖面形态呈漏斗状，塌陷的土体为黄土，底部为新近系泥岩，厚度大于3m，面积均较小。

3 灾害形成机制分析

北山地处黄土丘陵地带，因人为因素或自然因素导致部分地区地形的坡度角较大，一般在60°以上，坡体较陡、且临空面较大，为地质灾害的发生提供了空间条件。北山地表风化强烈，黄土垂直节理和卸荷节理发育，由两种节理构成的结构面把土体分割成大小不规则的块体，使得土体之间的结合力降低，土体失稳形成不稳定坡体。危岩带自然坡度在60°～80°，岩体临空卸荷，应力释放，而后斜坡体内岩层应力重新调整，在岩体后缘形成新的卸荷裂隙，随着变形时间增长，张裂隙逐渐向深部扩展。随着风化、侵蚀等地质作用的进一步加剧，应力加剧调整积累，拉张裂隙进一步扩张，并逐步向深部发展，从而形成整个裂隙面的贯通。后期经冲沟流水的不断冲刷，人为的在底部开挖及顶部的加载，危岩体在降雨和地震的作用下又再度复活，成为新的不稳定斜坡。因此，山体崩塌具备了倾倒、开裂以致崩塌的地质结构条件［2］。由此可见，独特的坡体结构是地质灾害形成和演化的重要内因，而冲沟的切割，降雨和地震则是斜坡变形破坏诱发的外因。因坡体向临空面卸荷回弹，同时受降雨、风化、溶蚀等外营力作用，使平行于陡崖的构造裂隙开始张开，并逐渐向深部扩展，形成裂缝，裂缝外侧产生向坡外方向的轻微蠕动。随后受连续大雨联合作用，后缘裂缝加宽加深，最终诱发滑坡、崩塌等灾害的发生，而滑坡、崩塌的发生又为泥石流的发生提供了物源条件（图4），从而形成了恶性循环（图5）。

图5 地质灾害的形成机制Fig.5 The formation mechanism of geological disasters

4 地质灾害成因分析

4.1 地层岩性

地层岩性是地质灾害发育的物质基础，不同岩土组成的斜坡具有不同的稳定性和滑坡类型［3］。因此，地层岩性的空间分布对地质灾害的空间分布具有控制作用。区内出露的地层从老到新主要有：前寒武系牛头河群（An∈）、新生界新近系（N）和第四系（Q）。区内滑坡多发生在黄土层内，与滑坡关系密切的岩土层主要有马兰黄土、离石黄土、新近系泥岩。马兰黄土和离石黄土广泛出露于地表，表层马兰黄土结构较为疏松，垂直节理发育，透水性较好，具有强湿陷性，物理力学性质差；下部离石黄土结构相对较紧密，物理力学性质较好。坡体面流沿黄土垂直裂隙渗入坡体，局部形成软弱面，为滑坡变形破坏和产生提供了有利条件。另外，离石黄土和透水性差的新近系泥岩接触面也成为滑动面。风化强烈的新近系泥岩由于裂隙节理发育，岩体松软，也往往成为滑坡的载体（表4）。

表4 部分岩土体物理力学性质指标Table 4 Part of the physical and mechanical indexes of geotechnical engineering

天水市北山以马兰黄土为主，垂直节理发育，黄土本身具有弱—中等湿陷性，遇水易崩解，形成落水洞和裂缝等，有利于雨水的渗入使得土体强度降低和结构的破坏，促使土体失稳。上覆土体的结构控制着黄土湿陷的大小范围，也为裂隙的产生和发展提供了物质基础。

4.2 地质构造

根据北山的地层分布与构造反映，显示出研究区地质构造新近纪为山间盆地或断块拗陷，第四纪为断块隆起。新近系地层主要表现为缓倾褶皱构造，走向北西—南东。新近系地层层理出露不清晰，产状近水平。北山地处祁吕贺兰山字型构造体系前弧西翼与秦岭纬向构造体系的复合部位，同时收到陇西旋卷构造体系和西秦岭北东向构造带的影响，使得该区构造非常复杂，褶皱十分发育。天水至其南西方向的西和、礼县，大面积沉积了新近系地层，构成了天水—西礼盆地。盆地四周基岩及基底层的主要构造线又可分为北西西向和近东西向两种，研究区的构造线为沿耤河、渭河流域的走向北西构造线。

4.3 地形地貌

天水市北山地处陇西黄土高原与西秦岭山地过渡带，也是黄河流域及长江流域的分水岭地区，地势相对较高［4-5］。北山地处黄土丘陵地带，地形起伏较大，是滑坡发育的根本条件［6］。因人为因素或自然因素导致部分地区地形的坡度角较大，一般在60°以上，而地形坡度直接影响到滑坡发生的可能性的大小［7］。这样就为不稳定斜坡的形成提供了条件，坡体较陡、且临空面较大，为崩塌提供了空间条件。天水北山地表风化强烈，节理裂隙发育。黄土垂直节理和卸荷节理发育，两种节理构成的结构面把土体分割成大小不规则的块体，使得土体之间的结合力降低，土体失稳形成不稳定坡体。特别是当结构面的倾向和坡向一致或接近的情况下，且倾角小于坡脚时更容易发生崩塌。

天水市北山地形起伏较大，沟谷深切，坡度较陡，主沟两侧支沟不发育，但具有双沟同源，有较好的汇水条件，沟谷以“V”型为主，主沟纵坡降比大于100‰，较利于松散物质的搬运，为泥石流的发生提供了地形条件。

4.4 降雨条件

造成滑坡的原因除了与当地地质构造有关外，主要还是与降雨入渗有关［8］，增加了土体重量，降低了软弱结构面的抗剪强度，而黄土层中的垂直节理有利于降雨入渗，从而增加坡体的自重降低抗滑力，当沟谷切穿黄土层形成临空面时，黄土坡体易发生滑坡［9］。降雨的作用主要表现在：一是增加边坡的自重并使滑带土软化，起到润滑剂的作用，使得土体发生滑动。二是降水的强度控制着滑坡的变形和复活。天水市秦州区最大年降水量900mm以上，年降水量532.9mm，降水量年际变化较大，年降水量最大772.2mm（1976年），最小为316.6mm（1939年）。市内降水强度4～6mm/d，夏季平均6mm，春秋季为3～5mm，冬季约1mm，一日最大降水量60～90mm，1h最大降水量30～50mm，10min最大降水量15～20mm。天水市降水主要集中在7～9月，同时也是滑坡发生的高峰期。雨季大量的降水沿节理裂隙渗入土体，这样不仅使得土体的容量增大，同时浸润了下部的软弱结构面，降低土体的强度而使土体失稳，形成不稳定体，甚至能冲刷土体而产生崩塌。同时，降水是黄土湿陷、泥石流形成的触发因素，而暴雨则是泥石流形成的主导动力，降水在地面汇集沿黄土的节理裂隙渗入土体，增加土体的容量；水进一步对土体浸润使得软弱面的强度降低，促进土体滑动。水对土体的侵蚀和潜蚀作用，使其几何形态和结构发生变化。

4.5 水文地质条件

地表水入渗和地下水位上升，造成沟谷地表侵蚀严重，使边坡稳定性减弱［10］。区内地下水依据其埋藏条件和赋存特征，可分为两类，即第四系松散岩类孔隙水和新近系碎屑岩类孔隙裂隙水。

4.5.1 第四系松散岩类孔隙水

（1）黄土潜水：主要接受大气降水补给，径流途径较短，沿第三系泥岩隔水层层面以泉的形式排泄，常常在含水层及下伏泥岩接触面附近形成软弱带，易诱发滑坡、崩塌。该类地下水在滑坡区的赋存主要与滑坡基底和滑坡体地层结构有关，局部具有鸡窝状上层滞水的特点，含水层主要为经滑动扰动的灰绿色泥岩地层，地下水埋深在滑坡后缘较浅，在3～8m，滑坡前缘则大于20m，滑坡体中粉质粘土透水性极差，一般不含水。该类水单泉流量小于0.001L/s，但水质较好，矿化度小于1g/L。

（2）河谷潜水：赋存于南沟河河谷区，主要含水层为圆砾层，上部粉质粘土为弱含水层。建筑场地含水层厚度在0.3～2.2m，水位埋深5.0～6.0m，向西含水层逐渐变厚，埋深变浅。该类水透水性一般，在富水地段，单井一般500～1000m3/d，水质较好，水化学类型属HCO3--Ca2+-Mg2+型，矿化度 0 .5～1g/L。其补给源主要为大气降水、沟谷潜流、地下径流，地下水自南向北径流，排泄途径主要是人工开采、地下径流和地表泉水。

4.5.2 新近系碎屑岩类孔隙裂隙水

该类地下水分为潜水和承压水，顶部风化层潜水常与河谷潜水构成统一含水层，水质较好，但水量小，单井涌水量多小于15m3/d，而深部承压水不仅水量微弱，而且水质也极差，矿化度大于2.5g/L。

4.6 人类经济工程活动

人类活动是触发滑坡的一个重要因素。人类的工程活动如不合理的切削坡脚、陡坡耕植、植被破坏、建筑加载、废弃物的不合理堆填、灌溉设施的渗漏等都能导致滑坡、崩塌、泥石流发生并影响其发展。主要表现在：一是滥伐滥樵，二是陡坡耕种，三是修路建房乱起乱堆。植被的破坏为泥石流提供了大量的物质来源，同时人类活动加速了泥石流的发展。人类的工程活动如陡坡耕植、废弃物的无序堆放等破坏了黄土坡地固有的径流条件，导致黄土湿陷的发生和发展。

4.7 松软岩土体分布广泛

松软的黄土，发育的滑坡、崩塌等重力的堆积物都是泥石流的主要物质来源，泥石流固体物质的来源是黄土、新近系泥岩、泥岩风化堆积体及人类经济工程活动等松散物质。黄土和新近系泥岩形成大量的滑坡、崩塌等暴雨堆积物，受暴雨形成的坡面流和洪水的冲刷，源源不断为泥石流提供固体物质。

5 结论

天水市北山突发性地质灾害的类型主要有滑坡、崩塌、不稳定斜坡、地面塌陷和泥石流沟等五种类型。

（1）天水市北山的滑坡在物质组成上以黄土滑坡为主，在力学性质上以混合式为主，牵引式滑坡次之，在滑面埋深上以中层滑坡为主，在滑体规模上以小型为主。天水市崩塌按物质组成分以黄土崩塌为主，按动力成因以人为崩塌为主，按运动形式以倾倒式崩塌为主。区内滑坡、崩塌呈带（片）状分布，不稳定斜坡集中分布于人为活动强烈的地段，人类的工程活动如不合理的切削坡脚、陡坡耕植、建筑加载等都能导致滑坡、崩塌及泥石流的发生并影响其发展。

（2）天水市北山泥石流沟按物质组成以泥流为主，按流域形态分以沟谷型为主，按规模以小型为主。泥石流的形成和分布明显受地质、地貌、暴雨、洪水等条件影响，山地强烈抬升、地势陡变，为泥石流提供了地形地貌条件。而大量破碎、结构松散的碎屑岩石为其储备了丰富的物质来源。

（3）造成地质灾害发生的主要原因仍以自然因素为主，特别是突发性的地质灾害绝大部分与大气降雨有着十分密切的关系，但同时需要指出的是人类工程活动的影响也是导致本区地质灾害发生的重要原因。

（4）泉水的出露分布较广，对滑坡、黄土湿陷及泥石流的长期侵蚀，是地质灾害发生的一个重要原因。

致谢工作过程中得到甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所冯学才老师的悉心指导，在此表示衷心地感谢!

［1］吴玮江.天水市滑坡泥石流灾害［J］.水文地质工程地质，2003，30（5）：75-78.WU Weijiang.Landslide and debris flow hazards in City of Tianshui［J］.Hydrogeology and Engineering Geology，2003，30（5）：75-78.

［2］王亚军，王亚民，朱宏斌.河北省平山县大柳树村崩塌地质灾害治理设计［J］.中国地质灾害与防治学报，2009，20（4）：8-12.WANG Yajun，WANG Yamin，ZHU Hongbin.The designing about geological disaster of rock fall treatment work in Daliushu Village of Pingshan County，Hebei Province［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2009，20（4）：8-12.

［3］成与祥.天水地区地质环境质量系统评价及可持续发展对策研究［D］.陕西西安：长安大学，2003.CHENG Yuxiang.The geological environment quality evaluation system and sustainable development countermeasure research in Tianshui area［D］.Shaanxi Xi'an：Changan University，2003.

［4］李智毅.中国地质灾害的成生和活动特点［J］.地质灾害与防治，1990，1（4）：22-28.LIZhiyi.The formation and activity features of geological hazard in China［J］.Journal of Geological Hazard and Control，1990，1（4）：22-28.

［5］叶浩，裴丽欣，刘长礼，等.甘肃省天水市罗玉沟泥石流灾害风险评价［J］.中国地质灾害与防治学报2008，19（4）：13-17.YE Hao，PEI Lixin，LIU Changli，et al.Risk assessmention on debris flow in the Luoyugou drainage basin in Tianshui City，Gansu Province［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2008，19（4）：13-17.

［6］吴玮江.国道G316线天水市稍子坡滑坡群成因分析［J］.中国地质灾害与防治报，2003，14（2）：19-23.WU Weijiang.Genetic mechanical analysis for the landslide group in Shaozipo section along the national highway G316［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2003，14（2）：19-23.

［7］卞伟强.天水市山体滑坡发生条件初步分析［J］.甘肃科技，2009，25（13）：43-47.BIAN Weiqiang.The condition of landslide occurrence preliminary analysis in Tianshui［J］.Gansu Science and Technology，2009，25（13）：43-47.

［8］钟永辉.论我国地质灾害的现状及主要类型［J］.科技资讯，2009，2：233.ZHONG Yonghui.On the current and the main type situation of geological disasters in China［J］.Science and Technology Information，2009，2：233.

［9］谭超，刘建，刘惠军，等.兰成渝长输管道秦巴山区地质灾害防治研究［J］.山西建筑，2009，35（4）：152-153.TAN Chao，LIU Jian，LIU Huijun，et al.Prevention and research of geological disaster of Lanzhou-Chengdu-Chongqing oil pipeline in Qinba mountains［J］.Shanxi Architecture，2009，35（4）：152-153.

［10］周欣华，党进谦，李立青，等.黄土边坡及其稳定分析图简介［J］.西北农业大学学报，1999，27（2）：101-104.ZHOU Xinhua，DANG Jinqian，LI Liqing，et al.Loess landslide slope and Introduction of stability figure［J］.Acta Univ Agric Boreali-occidentalis，1999，27（2）：101-104.