延安市不穩定斜坡發育特征研究

祝俊華，陳志新，趙法鎖，祝艷波

(長安大學 地質工程與測繪學院，陜西 西安 710054)

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延安市不穩定斜坡發育特征研究

祝俊華，陳志新，趙法鎖，祝艷波

(長安大學 地質工程與測繪學院，陜西 西安 710054)

通過對延安市地質災害詳細調查及統計分析，總結出區內不穩定斜坡發育類型及特征為：結構類型包括黃土不穩定斜坡、基巖不穩定斜坡和黃土-基巖不穩定斜坡，其中以黃土不穩定斜坡為主；變形破壞模式主要分為滑移(蠕滑)-拉裂模式、滑移-壓致拉裂模式和彎曲-拉裂模式三類，其中以滑移(蠕滑)-拉裂模式最為普遍；斜坡發展失穩趨勢為滑坡和崩塌，其中受斜坡巖土體結構類型、結構面、坡度、坡高及坡型等多因素控制，區內不穩定斜坡發展失穩趨勢主要表現為崩塌。

延安市；不穩定斜坡；結構類型；發育特征；失穩趨勢

延安市地處黃土高原腹地，屬于黃土高原丘陵溝壑區，地形地貌條件復雜，脆弱的地質環境和近幾十年來頻繁的人類工程建設活動導致全市滑坡、崩塌等地質災害頻繁發生。不穩定斜坡是一種潛在的地質災害類型，其在現階段變形微小，變形跡象不明顯，但在不久的將來在降雨或人工干擾作用下可能產生變形破壞，從而發展為滑坡或崩塌災害，嚴重威脅著延安地區人民的生命和財產安全[1-3]。

對于不穩定斜坡國內外都做過很多的調查和研究工作，1991年Carlaton L.Ho等采用計算機技術建立了不穩定斜坡管理系統(USMS)，收集不穩定斜坡的發育特征及穩定性數據，并對其進行系統的管理[4]；2009年Scott L.Huang等人對美國華盛頓州、俄勒岡州、紐約州及猶他州等地的不穩定斜坡進行了調查和評價，并建立了較為完善的不穩定斜坡管理系統[5]；1991年喬建平從斜坡的表面變形跡象、斜坡本身內部及外部因素中提取出了12項定性定量判別指標，以此對不穩定斜坡的危險度進行判別[6]；馬建青等總結了青海省重大工程區潛在不穩定斜坡調查的總體工作方法和危險性評價技術要點[7]。

延安市作為黃土高原的重要組成部分率先開展了黃土高原區的地質災害調查[8]，目前，該市1:50 000地質災害詳細調查工作已經完成，積累了豐富的地質環境和地質災害資料成果，但以前的工作均以縣區為單位，資料分散，缺少不穩定斜坡發育及分布特征完整性和規律性，急需進行總結和歸納出延安市不穩定斜坡總體特征和分布規律，指導延安市地質災害防治和防災規劃，因此，開展該市不穩定斜坡發育類型及特征分析，同樣具有重要的理論意義和重要的應用價值。

1　結構類型及分布特征

根據調查結果統計分析，可以將延安市不穩定斜坡分為：黃土不穩定斜坡、基巖不穩定斜坡和黃土-基巖不穩定斜坡。據統計，延安市內不穩定斜坡共發育503處，其中黃土不穩定斜坡發育322處，占不穩定斜坡總數的64%；基巖不穩定斜坡發育167處，占總數的33.2%；黃土-基巖不穩定斜坡發育14處，占總數的2.8%[9]。各類型數量和所占總數的百分比如表1所示，延安市各縣區發育不穩定斜坡數量分布如表2所示。

表1　不穩定斜坡結構類型數量和百分比

表2　各縣區不穩定斜坡數量分布

1.1黃土不穩定斜坡

黃土不穩定斜坡是區內發育最為廣泛的不穩定斜坡結構類型，在各縣區均有發育，且在黃陵縣、寶塔區、子長縣、延長縣等地集中發育。坡體巖性主要由中-晚更新世黃土(Q2+3eol)組成，坡高數十米，破面植被稀疏或黃土裸露。該類型斜坡多發育在溝谷的上游地段，溝谷受河流侵蝕切割的程度較小，一般未切穿基巖或只有淺層基巖出露，斜坡坡腳黃土層繼續經受流水的側蝕切割作用。坡體中古土壤層較為發育，其對黃土不穩定斜坡的穩定性具有較大的影響，特別是順傾的古土壤層，常常成為黃土中的軟弱結構面。

1.2基巖不穩定斜坡

區內基巖不穩定斜坡整體巖土體組成物質主要為砂巖和泥巖。砂巖中順坡向節理面或風化、卸荷節理裂隙面發育，巖體受節理裂隙切割嚴重，較為破碎，整體性差。區內主要分布于延長和黃陵兩縣內河流及其較大一、二級支流下游，在其兩岸均有分布，受河流下蝕和側蝕作用，斜坡近乎直立，表面巖體破碎。由于區內地形條件限制，交通建設活動往往要大量地開挖斜坡坡腳，從而在公路或鐵路沿線形成大量的基巖邊坡，斜坡內形成大量的卸荷裂隙，又由于坡體表面砂巖和泥巖的差異性風化，從而形成基巖不穩定斜坡。

1.3黃土-基巖不穩定斜坡

黃土-基巖不穩定斜坡在區內發育較少，坡體上部主要由中、晚更新世黃土組成，下部為基巖，斜坡高度一般在數十米左右，有些達到上百米。其多發育在溝谷的中下游，河流切穿基巖的厚度較大。斜坡下部為陡立的基巖切面，上部為厚層黃土覆蓋，整體坡度較大。受基巖保護，坡腳一般不再受到流水側向侵蝕，自然滑坡或崩塌較少發生。

1.4分布特征

根據調查結果統計分析，區內不穩定斜坡結構類型的發育及分布與延安市地貌特征密切相關。延安地區地勢總體由西北向東南逐漸降低。黃土梁峁丘陵地貌類型在區內所占的面積最大，組合形態也最復雜，黃土梁峁和丘陵地貌占據了區內地貌的主導地位[10]。延安市內各個地貌單元上不穩定斜坡發育數量如表3所示。

表3　延安地區地貌類型與不穩定斜坡分區統計[10]

*注：表中地貌類型依次為：1—黃土覆蓋的中山；2—黃土塬地溝壑；3—黃土殘塬溝壑；4—黃土塬梁溝壑；5—黃土長梁狀丘陵溝壑；6—黃土梁峁狀丘陵溝壑；7—黃土峁梁狀丘陵溝壑；8—黃土緩梁寬谷狀丘陵；9—薄層黃土覆蓋的基巖峽谷丘陵；10—階地。

由此可以看出，區內不穩定斜坡主要發育在河流階地、黃土殘塬丘陵溝壑區，多形成黃土斜坡，且在這些地貌類型區域內，人類工程活動較為強烈，特別是道路修建使得不穩定斜坡大量發育。

2　變形破壞模式

據調查顯示，區內常見的不穩定斜坡變形破壞模式主要分為滑移(蠕滑)-拉裂模式、滑移-壓致拉裂模式和彎曲-拉裂模式三類[11]。

2.1滑移(蠕滑)-拉裂模式

該變形破壞模式是區內最為常見的類型，且主要發生在黃土不穩定斜坡和黃土—基巖不穩定斜坡內。圖1為典型的滑移-拉裂破壞模式的不穩定斜坡剖面。天然狀態下，斜坡處于基本平衡狀態，當應力變化最為敏感的坡腳受到破壞時，臨空條件發生變化，臨空面的增大使得剪切蠕滑現象在坡體內部產生，此時在斜坡后緣形成拉張裂隙[12]，破壞模式一般形成滑坡。溝谷內河流的侵蝕，人類削坡建窯、修建公路交通等工程活動對斜坡坡腳都會產生一定程度的破壞，從而引起滑移(蠕滑)-拉裂變形破壞，引發滑坡或崩塌。

圖1　吳起縣杏樹溝門不穩定斜坡剖面圖

2.2滑移-壓致拉裂模式

該變形破壞模式形成的不穩定斜坡在區內發育也較為廣泛。這種變形模式主要是由坡體內部的軟弱結構面控制的，其發展模式不同于前者，是由下往上發展的。出現的情形主要有以下幾個方面：在降雨條件下，雨水沿著形成的落水洞或寬大的裂縫滲入坡體內部，匯集在古土壤層或紅粘土層等相對隔水層，使得此處黃土的強度性質降低，在重力作用下坡體沿此層面產生緩慢的蠕動，并且在上部坡體中沿豎直節理形成拉裂縫，從而形成滑坡或崩塌(圖2)；庫岸黃土邊坡，坡腳受水庫的長期浸潤，斜坡土中含水量很高甚至處于飽和狀態，降低土的強度并且增大了坡體重度，形成滑移—壓致拉裂變形破壞模式，多產生黃土滑坡；由砂巖和泥巖組成的基巖斜坡，尤其是人工邊坡，在受開挖后，由于砂、泥巖的性質差異，形成差異性的卸荷回彈，沿著層理面產生變形并形成滑移面，一般形成基巖崩塌。

圖2　子長縣蛇家溝不穩定斜坡剖面圖

2.3彎曲-拉裂模式

區內彎曲-拉裂破壞模式的不穩定斜坡發育較少，一般集中在坡度大于60°的黃土不穩定斜坡和陡立的基巖不穩定斜坡內。

黃土內垂直節理發育，對于高陡的黃土斜坡，具有很好的臨空面條件，黃土的這一特性使得斜坡在風化或降雨作用下，土體中的垂直節理面逐漸加深擴大，局部土體沿著此面產生彎曲-拉裂變形，并逐漸與斜坡分離，當偏離的變形位移達到一定程度時，斜坡產生破壞從而形成傾倒式崩塌(圖3)。

圖3　吳起縣背臺不穩定斜坡剖面圖

區內基巖主要由三疊紀或侏羅紀砂巖和泥巖組成(圖4)，由于砂巖和泥巖強度差異，砂巖比泥巖具備更高的抗風化侵蝕能力，在自然條件下夾在砂巖之間的泥巖率先風化剝落，砂巖從而失去支撐，形成懸空狀態，此時砂巖受自身重力作用而產生彎曲-拉裂變形，從而形成巖質崩塌。

圖4　呼家灣不穩定斜坡剖面圖

3　發展失穩趨勢

不穩定斜坡只是判斷出斜坡此時處于不穩定狀態，并不能對每一個不穩定斜坡的變形破壞模式進行準確的判定。由于斜坡的變形和破壞受多因素控制，因此斜坡發生破壞與否及破壞模式的不確定性很高[13]。結合實際調查情況，區內不穩定斜坡的發展失穩趨勢一般有兩種：滑坡和崩塌。

據調查統計，斜坡原始坡度與區內滑坡和崩塌的形成具有很大的關聯性。延安市滑坡與崩塌原始坡度分布對比統計表如表4所示。

表4　滑坡與崩塌原始坡度分布對比統計

從表4中可以看出，60°以下是滑坡發育的優勢坡度，而80°以上是崩塌發育的優勢坡度，在60°～80°之間的斜坡上既有滑坡的發生，也有崩塌的發生。

據調查，延安市內不穩定斜坡坡度分布區間較大，在35°～90°之間均有分布，各坡度區間的詳細分布數量如表5所示。

表5　不穩定斜坡坡度分布統計

根據表4中滑坡、崩塌原始坡度數量分布和表5中不穩定斜坡在各坡度區間內的數量分布，可以對不穩定斜坡失穩趨勢做出初步預測：對于小于60°的不穩定斜坡失穩趨勢主要是滑坡；61°～70°的不穩定斜坡失穩趨勢以滑坡為主，崩塌數量較少；當不穩定斜坡坡度大于70°時，發展為滑坡的可能性很小，其失穩趨勢主要為崩塌。

根據以上所述，結合各不穩定斜坡的坡體巖土結構類型、坡高、坡型等因素進行綜合分析，得出：區內不穩定斜坡中有可能失穩發展為滑坡的數量為149處，占不穩定斜坡總數的29.6%；有可能失穩并發展為崩塌的數量為354處，占總數的70.4%(表6)。

表6　不穩定斜坡發展失穩趨勢統計

4　結論

綜合以上分析討論，可得出以下結論和認識：

(1)區內不穩定斜坡共發育503處，其中黃土不穩定斜坡發育322處，占不穩定斜坡總數的64%；基巖不穩定斜坡發育167處，占總數的33.2%；黃土-基巖不穩定斜坡發育14處，占總數的2.8%。受區內地貌類型影響，不穩定斜坡主要發育在河流階地、黃土殘塬丘陵溝壑區，多形成黃土不穩定斜坡。

(2)區內不穩定斜坡變形破壞模式表現為滑移(蠕滑)-拉裂、滑移-壓致拉裂和彎曲-拉裂3種，其中以滑移(蠕滑)-拉裂模式在區內分布最為廣泛。

(3)區內不穩定斜坡發展失穩的趨勢分為兩種：滑坡和崩塌。據分析，其中有可能失穩并發展為滑坡的不穩定斜坡數量為149處，占不穩定斜坡總數的29.6%；有可能失穩并發展為崩塌的數量為354處，占總數的70.4%。

上述對延安市不穩定斜坡結構類型、變形破壞模式及發展失穩趨勢的總結和探討，對延安市潛在地質災害的監測和預防提供一定的參考。

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ZHUJunhua,CHENZhixin,ZHAOFasuoandZHUYanbo

(College of Geology Engineering and Geomatics, Chang’an University, Xi’an 710054, China)

ThroughtheYan’angeologicaldisastersdetailedinvestigationandstatisticalanalysis，thedevelopmenttypesandfeaturesofunstableslopesinresearchareaweresummarizedasfollows:Loessunstableslope,rockunstableslopeandloess-rockunstableslopewereincludinginthestructuretypes,andtheloessunstableslopewasinthemajority.Thedeformationfailurepatternwasdividedintothreespeciesaslikeslip(creep)-crackingpattern,slip-compressioncrackingpatternandbending-crackingpattern,andslip(creep)-crackingpatternwasmostcommon.Theinstabilitytrendofunstableslopeswasdividedintolandslideandcollapse.Controllingbytherock-soilstructuretypes,structureplane,slopeangle,heightandshapeofunstableslopes,collapsewasthemajorinstabilitytrend.

Yan’ancity;unstableslope;structuretype;developmentfeature;instabilitytrend

2016-04-30

2016-06-01

國家自然科學基金(41502278)；中國博士后科學基金資助項目(2015M582588)；中央高校基本科研業務費資助項目(310826151054)

祝俊華(1990-)，男，江西余江人，博士研究生，主要從事地質工程及地質災害等方面的研究.

E-mail：675504299@qq.com

X43；P64；U65

A

1000-811X(2016)04-0061-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.011

祝俊華，陳志新，趙法鎖，等. 延安市不穩定斜坡發育特征研究[J]. 災害學，2016，31(4)：61-64,109. [ZHU Junhua，CHEN Zhixin，ZHAO Fasuo,et al. Study on the Development Features of Unstable Slopes in Yan’an [J]. Journal of Catastrophology，2016，31(4)：61-64,109. doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.011.]