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泾阳南塬典型滑坡的基本特征及成灾模式

2021-03-24钟鑫

科学与生活 2021年29期
关键词:基本特征

摘要:陕西省泾阳县泾河南岸是典型的黄土台塬,发育了大量滑坡、崩塌等灾害,给地方民众的生产生活、生命财产安全造成了重大影响。本论文选取了研究区具有代表性的蒋刘4#滑坡,通过对该滑坡不同期次发生的滑坡开展研究,将泾阳南塬黄土滑坡划分为三个阶段。研究表明:第一阶段黄土滑坡具有剪出口较低、滑速高、滑距远、影响范围大、突发性强、危害性大等特点,前缘受推挤多呈波浪状地形,为该区初次滑坡的主要类型;第二阶段黄土滑坡具有剪出口较高、规模小、滑距短、破坏性相对较小的特点;第三阶段黄土滑坡具有剪出口较高、规模小、滑距远、堆积体底部呈流塑状等特点,为近年来蒋刘一带滑坡发育的主要类型。其中,第二、第三阶段黄土滑坡可随着地质条件的改变而交替出现。

关键词:黄土滑坡;滑坡类型;基本特征;成灾模式

0 引言

陕西省泾阳县泾河南岸是典型的黄土台塬,从一九七六年提水灌溉开始,由于当地地下水位的持续增加,造成了大量滑坡、崩塌等水文灾害,导致台塬面积进一步减少,地下水土流失更加严重,给地方民众的生产生活、生命财产安全造成了重大影响。本文研究区为泾河下游南岸黄土塬区,因为近年塬顶大面积的灌溉以及塬底大面积工程开挖等因素的影响,该区塬边先后发生了78起黄土滑坡,总计有31人死亡,造成了极为严重的后果,同时也造成了无法估量的经济财产损失和土地资源损失[1]。

首先开始对泾阳南塬滑坡现象进行深入研究的雷祥义教授[2],他首先提出了由于不合理的引水灌溉使地下水文条件受到了改变,以及由此引起的地下水位上升,提高了土壤含水率,从而减小出抗剪切强度,使得该区域产生了较大规模的湿陷性黄土滑坡现象;对泾阳南塬上黄土滑坡、崩塌的主要种类、影响因素和发育规律进行定性分析和讨论的是王德耀和范立民[3][4],他们同时也注意到了该地区滑坡多期次和蠕滑的发育特征;黄玉华[5]将塬边斜坡进行了稳定性区划,他是在野外调差的基础上,应用了模糊信息优化处理的方法;金艳丽[6]以饱和黄土在孔隙水压力上升时的力学特性和破坏过程为基础,深入探讨了泾阳南塬灌溉型黄土滑坡的触发机理;段钊[7]按诱发因素及运动特征将南塬滑坡划分为灌溉流滑型黄土滑坡、灌溉滑动型黄土滑坡、侵蚀滑动型黄土滑坡、侵蚀滑塌型黄土滑坡及开挖垮塌型黄土崩塌5个类型。许领对泾阳南塬滑坡类型、成因机制和发育特征等问题进行了系统研究[8-12]。

1 研究区概况

1.1 地理位置

研究区位于泾河下游南岸,最西边为礼泉县北屯镇崖底高村,最东边是泾阳县蒋刘乡大堡子村,沿线塬面全长大约有30.5km。区内地势较为平坦,交通十分便利,多条重要干线直通塬区,从西安市中心到研究区大约只需要40分钟。

1.2 环境地质概况

研究区内的地形地貌主要是泾河河谷阶地和黄土台塬,西、北部为基岩山区[1]。黄土塬面地势平坦,地形起伏小,地势特征为西北高、东南低。其中西段塬面向北倾斜,东段塬面向南反倾,西段塬面由于局部地形差异,在各种各样的因素作用下冲沟发育,演化成残垣地貌,泾阳太平镇陈员村附近可以见到其天然的地貌转变[1]。由于受到断裂构造以及不均匀隆起的影响,高陡斜坡在泾河南岸形成,有大约30~90m的塬面高差,走向与泾河平行[13]。

研究区地层出露条件较好,在塬区河段主要出露第四系地层,从新到老分别为:全新统冲积沙砾石层、残坡积层及滑坡堆积层(Q4)、晚更新统马兰黄土(Q3)、中更新统离石黄土及洪、冲积沙砾石层(Q2)、早更新统晚期離石黄土(Q12)。此外在西北部基岩山区还出露有二叠系(P)石英砂岩及云母页岩、奥陶系(O)、寒武系(C)石灰岩。其中,构成渭北台塬的主要地层为第四系中、晚更新统风积黄土(Q2+3eol),而中更新统早期洪、冲积砂砾石层(Q21al+pl)埋深较大,约40~70m,仅在西段侧蚀较为严重的河段出露[15][16]。

泾阳南源以种植农作物和经济作物为主,台塬位于渭河引水灌溉区,台塬顶部建有多条灌溉水渠。台塬地下水主要靠降雨和农田灌溉补给。灌溉方式采用漫灌,年均蒸发量为年均降水量的2.5倍[1],造成地下水位不断抬升,因此在南源斜坡稳定性较差地段时常发生滑坡。研究区农业灌溉分春灌、夏灌和冬灌,由于近年引水渠年久失修,漏失量巨大,许多引水渠已废弃,因此灌溉是近年来滑坡灾害频发的主要原因。

2 泾阳南塬典型滑坡成灾模式

通过对蒋刘4#滑坡的野外调查,了解了典型滑坡的基本特征并分析了其成因,通过对其不同期次成灾模式的分析,可以归纳得知,泾阳南塬地区一共存在三种类型的黄土滑坡,分别是低位推挤式黄土滑坡、高位崩滑式黄土滑坡以及高位流出式黄土滑坡。

2.1第一阶段低位推挤式黄土滑坡

蒋刘4#滑坡第一期次滑坡属于低位推挤式黄土滑坡,具有剪出口较低、滑速高、滑距远、影响范围大、突发性强、危害性大等特点,前缘受推挤出现地层反翘现象,堆积体多呈波浪状地形,其成灾模式可概括如下:①斜坡后缘有灌溉引水渠,常有灌溉水通过,且落水洞和黄土垂直节理发育,受灌溉、降雨影响,大量灌溉水和雨水下渗,后缘裂缝初步形成。②区内地层中的古土壤比黄土更密实,透水性较差,相邻两层古土壤形成相对不透水层,灌溉水通过土洞或土体下渗,导致地下水位抬升,黄土饱水,形成黄土相对饱水层,增大两饱水层间黄土的静水压力,黄土强度降低,致使斜坡稳定性下降,软弱基座初步形成。同时,后缘裂缝因灌溉水和降雨的下渗继续扩展。③地下水位进一步抬升,坡脚黄土受相邻隔水层的水长期软化,强度显著降低,在上覆黄土的重力作用下,软基向临空面发生蠕动,上覆黄土在灌溉作用下自重增大,产生严重变形,裂缝贯通,滑动面形成。④上覆大规模黄土沿滑动面发生滑动,挤压滑床附近的饱水黄土层,加之坡脚为泾河一级阶地的砂砾石层,因此受挤压的土体产生很高的孔隙水压力,滑体充分液化,滑动速度加快,滑动距离加长,形成典型的高速远程滑坡。

2.2第二阶段高位崩滑式黄土滑坡

蒋刘4#滑坡第二期次滑坡属于高位崩滑式黄土滑坡,具有剪出口较高、规模小、滑距短、破坏性相对较小的特点,受灌溉、降雨影响较小,多形成小型崩塌、滑坡。其成灾模式可概括如下:①自然斜坡坡度较陡,为上覆黄土提供了较好的临空面。斜坡后缘黄土垂直节理发育,受农业灌溉影响,黄土原生结构遭到破坏,在后缘产生裂缝。②坡体向临空方向发生变形。大气降水和灌溉水沿裂缝和落水洞下渗至黄土体内,增大土体自重。裂缝在黄土内不断扩展延伸,在受水的影响下,裂缝扩展速度加快,形成潜在滑动面。③裂缝不断发展延伸,最终贯通,形成滑动面。④黄土沿滑动面发生剪切破坏,坡体失稳滑坡形成。因剪出口较高,滑体在重力作用下发生滑动,运动过程中,滑体挤压滑床,滑坡后壁及侧壁较光滑,划痕清晰可见,滑坡体堆积在低位推挤式黄土滑坡的后缘凹陷或平台。

2.3第三阶段高位流出式黄土滑坡

蒋刘4#滑坡第三期次滑坡属于高位流出式黄土滑坡,具有剪出口较高、规模小、滑距远、堆积体底部呈流塑状等特点,其成灾模式可概括如下:①自然斜坡坡度较陡,为上覆黄土提供了较好的临空面。斜坡后缘黄土垂直节理发育,受农业灌溉、降雨影响,黄土原生结构遭到破坏,在后缘产生裂缝。②坡体向临空方向发生变形。大面积灌溉以及引水渠漏失严重造成大量水体下渗,S5古土壤层形成的相对不透水底板为上层滞水聚集创造了条件,坡脚长期滞水泥化作用形成淤泥,使得斜坡稳定性降低。裂缝在黄土内不断扩展延伸,在受水的影响下,裂缝扩展速度加快,形成潜在滑动面。③裂缝不断发展延伸,最终贯通,形成滑动面。④黄土沿滑动面发生剪切破坏,坡体失稳滑坡形成。因剪出口较高,滑体在重力作用下发生滑动,因高位崩滑式滑坡已经将低位推挤式滑坡的后缘凹陷或平台填满,形成了上凸地形,且原堆积体经过多年的固结后,堆积体强度得到一定程度提高,加之坡脚因农业耕作形成了多级陡坎地貌,滑体落地后砸在地面上迅速解体转化为碎屑流呈流塑状做远程运动。

3 结论

(1)蒋刘4#滑坡一共发生5期滑坡,通过对蒋刘4#滑坡不同期次成灾模式的对比分析,最终归纳出泾阳南塬典型的三种类型滑坡:低位推挤式滑坡、高位崩滑式滑坡、高位流出式滑坡。

(2)低位推挤式滑坡大多是初次发生的滑坡,该斜坡未滑动时后缘落水洞、垂直节理发育,由于灌溉水、降雨下渗,后缘裂缝形成并扩展,同时使地下水位上升,黄土饱水,形成黄土相对饱水层,增大两饱水层间黄土的静水压力,黄土强度降低,致使斜坡稳定性下降,软弱基座形成并向临空面蠕动,最终裂缝贯通,形成滑动面,大规模黄土沿滑动面发生滑动。该类滑坡具有剪出口较低、滑速高、滑距远、影响范围大、突发性强、危害性大等特点,前缘受推挤出现地层反翘,堆积体多呈波浪状地形。

(3)高位崩滑式滑坡大多是再次发生的滑坡之一,因地质条件的改变,会与高位流出式滑坡交替出現。该斜坡未发生滑动时,具有良好的临空面,后缘垂直节理发育,受灌溉及人类工程活动影响,土体自重增加,裂缝形成并扩展,在自重作用下最终裂缝贯通形成滑动面,坡体沿滑动面发生剪切破坏,坡体失稳,滑坡形成。该类滑坡具有剪出口较高、规模小、滑距短、破坏性相对较小的特点,多形成小型的崩塌与滑坡,堆积在低位推挤式滑坡的后缘凹陷、平台处。

(4)高位流出式滑坡大多是再次发生的滑坡之一,因地质条件的改变,会与高位崩滑式滑坡交替出现。该斜坡未滑动时,斜坡坡度陡,临空面良好,后缘垂直节理发育,因大面积灌溉以及引水渠漏失严重造成大量水体下渗,S5古土壤层形成的相对不透水底板为上层滞水聚集创造了条件,坡脚长期滞水泥化作用形成淤泥,使得斜坡稳定性降低,裂缝形成并扩展,最终形成滑动面,滑体沿滑动面发生剪切破坏,坡体失稳,滑坡体摔在原堆积体上滑出,滑坡形成。具有剪出口较高、规模小、滑距远、堆积体底部呈流塑状等特点,为近年来蒋刘一带滑坡发育的主要类型。

参 考 文 献

[1]段钊,黄土滑坡触发机理研究——以泾河下游南岸黄土塬区滑坡为例[D].西安:长安大学博士学位论文,2013.

[2]雷祥义.陕西泾阳南塬黄土滑坡灾害与引水灌溉的关系[J].工程地质学报.1995(1): 56-64.

[3]王德耀,杜忠潮,张满社.陕西省泾阳南塬崩塌、滑坡地质灾害及成因分析[J].水土保持通报. 2004(4): 34-37.

[4]范立民,岳明,冉广庆.泾河南岸崩岸型滑坡的发育规律[J].中国煤田地质. 2004(5): 37-39.

[5]黄玉华,雷祥义.模糊信息优化处理方法在陕西泾阳南塬塬边斜坡稳定性区划中的应用[J]. 灾害学. 2005(4): 47-50.

[6]金艳丽,戴福初.灌溉诱发黄土滑坡机理研究[J]. 岩土工程学报. 2007(10): 1493-1499.

[7]段钊.泾河两岸滑坡的时空分布规律及历史演化研究[D].西安:长安大学,2010.

[8]许领,李宏杰,吴多贤.黄土台缘滑坡地表水入渗问题分析[J]. 中国地质灾害与防治学报. 2008(2): 32-35.

[9]许领,戴福初.泾阳南塬黄土滑坡特征参数统计分析[J].水文地质工程地质. 2008(5): 28-32.

[10]许领,戴福初,邝国麟,等.黄土滑坡典型工程地质问题分析[J].岩土工程学报. 2009(2): 287-293.

[11]许领,戴福初,邝国麟等.台缘裂缝发育特征、成因机制及其对黄土滑坡的意义[J].地质论评. 2009(1): 85-90.

[12]许领,戴福初,闵弘,等.泾阳南塬黄土滑坡类型与发育特征[J].地球科学(中国地质大学学报). 2010(1): 155-160.

[13]段钊,径河两岸滑坡的时空分布规律及历史演化研究一以长武至径阳段为例[D].西安:长安大学硕士学位论文,2010.

[14]郭晨,许强,魏勇,等. 陕西泾阳南塬多序次黄土滑坡演化特征及成灾模式[J]. 地质科技情报,2019.

[15]泾阳县县志编纂委员会.泾阳县志[M].西安:陕西人民出版社,2001.

[16]谭 坦,丁月月,陆敏玲,关安钦,泾阳南塬黄土滑坡分布规律解析[J].Research 研究探讨,2015.

作者简介:

钟鑫(1995),男,汉族,广东深圳。硕士研究生,地质灾害评价与防治,深圳市地质环境研究院有限公司

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