陇东地区黄土滑坡稳定性分析

张俊义，杨 强，杨秀元，王爱军，丁伟翠

(1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051;2.中国地质科学院 地质研究所，北京 100037)

滑坡是指斜坡上的岩土体受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下沿一定的软弱带(面)，整体或部分向下滑动的地质现象。黄土滑坡的滑坡体基本由黄土及黄土状土组成，分为黄土层内滑坡和黄土接触面滑坡两种类型。

陇东地区地处黄土高原腹地，分布有厚达百米的黄土，由于流水的长期侵蚀、切割，黄土高原被分割成了大小不等的塬、梁、峁和纵横深切的沟壑，相对高差150～250 m，是滑坡灾害高易发区［1］，主要地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流等，其中以黄土滑坡最为严重［1－4］。近年来，随着陇东地区公路、铁路等大型项目建设对地质环境改造的加剧，滑坡等地质灾害的发生概率大大增加，因此研究陇东地区黄土滑坡的稳定性，对于减轻滑坡损失和保障群众生命财产安全具有重要意义。

1 地质环境背景

陇东地区属高原大陆性季风气候区，年均气温7～9℃，年降水量500～800 mm，降雨多集中在7～9月份，且多连阴雨、暴雨。区内较大的河流有达溪河、黑河、蒲河、红河、汭河、马莲河、四郎河和葫芦河等，均属泾河水系，随地势自西北流向东南，降水是泾河河水补给的主要来源［5－6］。

陇东地区海拔800—2 200 m，地势总体上西北高、东南低，由西北向东南倾斜，地貌形态以黄土残塬、梁、峁为主，中低山次之，间河谷平原、小型盆地;地处阿拉善—华北板块的次级单元鄂尔多斯盆地的西南缘，地质构造简单，褶皱断裂构造不发育，局部有小的断层及褶曲;主要发育于中生代和新生代地层，包括三叠系、侏罗系、白垩系、新近系和第四系，除第四系的午城黄土、离石黄土和马兰黄土分布广泛外，其余时代地层多沿河谷零星分布;地震烈度小于7度，地震强度小于5级。

按赋存条件、含水介质及水力特征，地下水可分为第四系松散层孔隙水、裂隙孔洞潜水、中生界碎屑岩类孔隙裂隙潜水及裂隙承压水四大类，其中以第四系松散层孔隙水、裂隙孔洞潜水为主。地下水埋深一般为50～80 m，与黄土塬面的大小和沟谷的切割深度有关。地下水的补给源主要为大气降水［7］，其中潜水与地质灾害关系最为密切。

2 滑坡形态特征

(1)滑坡类型。坡面形态直接影响黄土滑坡体内应力状态和地下水分布，进而影响滑坡体的稳定性。区内黄土滑坡根据其主滑剖面几何形态可以划分为4种基本类型：凹型、直线型、阶梯型、凸型(图1)，其中：凹型滑坡一般为已经发生过较大变形的滑坡体;直线型滑坡存在潜在滑动风险;阶梯型滑坡一般为包含两个或两个以上次级滑动面，沿不同滑动面发生过多次变形;凸型滑坡存在潜在滑动风险。据对陇东地区1 575处黄土滑坡灾害点及隐患点的调查统计［8］：直线型滑坡占黄土滑坡总数的36%，凹型滑坡占33%，阶梯型滑坡占22%，凸型滑坡占9%。

图1 不同类型黄土滑坡剖面示意

(2)坡度。研究表明［8－10］，随着坡度的增大，滑坡体坡面附近应力卸荷带范围扩大，坡脚应力集中增加，因此发生滑坡的概率也相应提高。据统计［8］，在陇东地区，斜坡坡度20°～60°为黄土滑坡高易发范围，在降雨、地震等作用下易发生滑坡灾害;≤20°的基本不易发生滑坡灾害;＞60°的天然黄土斜坡数量较少，一般是由人类工程活动如切坡修路、建房等形成的，虽然危害大，但数量较少。

(3)坡高。坡体、坡脚及谷底的应力状态分布、坡体变形方式与坡高存在密切的关系。随着坡高的增加，坡体、坡脚和谷底的应力状态会发生显著变化，最终导致沟谷不同部位变形破坏方式的改变。据统计［8］：陇东地区黄土滑坡坡高一般在40～250 m，其中≤50 m的黄土滑坡占黄土滑坡总数的9%，50～100 m的占32%，100～150 m的占28%，150～200 m的占25%，＞200 m的占6%，说明坡高50～200 m的斜坡为黄土滑坡高发区，占黄土滑坡总数的85%。

(4)滑坡体厚度。滑坡体厚度与滑坡所处的地形地貌、地层岩性、滑坡滑落的高度以及滑坡规模有关，一般滑坡的坡高越大、规模越大，相应的滑坡体厚度就越厚。区内90%以上的黄土滑坡的滑坡体厚度为10～40 m，其中坡高≤80 m的滑坡体厚度约10 m、80～140 m的约20 m、140～200 m的约30 m、200～300 m的约40 m。

3 滑坡稳定性分析

3.1 计算方法和参数选取

黄土滑坡的稳定性与滑坡类型、坡高、滑坡体厚度以及滑坡所处位置的地形地貌、地层岩性、地形坡度等因素密切相关。由于黄土滑坡多发育在黄土梁峁丘陵地区，地层岩性为粉质黏土－黏土，地质环境背景相近，因此主要考虑黄土滑坡类型、地形坡度、滑坡高度及厚度等对滑坡稳定性的影响，其中：黄土滑坡类型分为直线型、凸型、凹型和阶梯型4种;坡度选择20°、30°、40°、50°、60°5 种;滑坡高度选择 40、100、180、250 m，滑坡体厚度选择 10、20、30、40 m。

黄土滑坡的滑动面一般为近圆弧形，根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T 0218—2006)要求，采用瑞典条分法计算黄土滑坡的稳定性系数。选取天然、饱水、地震、地震+饱水4种工况，计算参数取自土工试验的实测数值，见表1。

表1 各工况的计算参数

3.2 计算结果分析

根据表1提供的参数，计算不同滑坡类型、不同坡度、不同坡高、不同工况条件下黄土滑坡的稳定系数，结果见图2—6。

依据《滑坡防治工程勘查规范》判别滑坡的稳定性：稳定系数 ＜1的为不稳定，1～1.05的为欠稳定，1.05～1.15 的为基本稳定，≥1.15的为稳定。由图2知，坡度20°时，除在饱水+地震工况下坡高250 m的黄土滑坡处于不稳定状态外，其他坡高和工况下的各类黄土滑坡均处在稳定或基本稳定状态。由图3知，坡度30°时，坡高40 m的各类黄土滑坡在各个工况下都处于稳定状态;坡高100 m除在饱水+地震工况下处于欠稳定—基本稳定状态外，在其他工况下均处于稳定状态;坡高180 m在天然和地震工况下处于稳定状态，在其他工况下处于不稳定—欠稳定状态;坡高250 m仅在天然工况下处于稳定状态。由图4知，坡度40°时，坡高40 m的各类黄土滑坡在各个工况下都处于基本稳定—稳定状态;坡高100 m在饱水和饱水+地震工况下处于不稳定状态;坡高180 m仅在天然工况下处于稳定状态，其他工况下均处于不稳定状态;坡高250 m在各个工况下都处于不稳定状态。由图5知，坡度50°时，坡高40 m的直线型和阶梯型黄土滑坡在饱水+地震工况下处于不稳定状态、凹型和凸型黄土滑坡在饱水和饱水+地震工况下处于不稳定状态，其他处于稳定状态;坡高100 m的各类黄土滑坡除在天然工况下处于基本稳定—稳定状态外，其他均处于不稳定状态;坡高＞100 m的各类黄土滑坡在各个工况下都处于不稳定状态。坡度60°时，坡高40 m的直线型和阶梯型滑坡仅在天然与地震工况下处于稳定状态，凹型和凸型滑坡仅在天然工况下处于稳定状态，其余均处于不稳定状态;坡高100 m的直线型和阶梯型滑坡在天然工况下处于欠稳定状态，其余均处于不稳定状态;坡高＞100 m的各类黄土滑坡在各个工况下均处于不稳定状态。

从上述分析结果可以看出，在相同条件下直线型滑坡的稳定系数最高，其次是阶梯型滑坡，再次是凸型滑坡，凹型滑坡的稳定系数最低。同一种滑坡类型，对黄土滑坡稳定性影响最大的因素是坡度，随着坡度的增加，稳定系数均显著降低，相同坡高、相同工况下坡度从20°增加到60°，滑坡稳定系数降低约60%;其次是坡高，相同坡度下随着坡高的增加滑坡稳定性逐渐降低，相同坡度、相同工况下滑坡高度从40 m增加到250 m，滑坡稳定系数降低约40%;在相同坡高和坡度条件下，黄土滑坡在饱水工况下的稳定系数小于地震工况，说明降雨入渗是诱发滑坡的重要因素。

4 典型滑坡分析

4.1 滑坡基本情况

以平凉市崆峒区柳湖乡杜家沟村杜家沟滑坡、平凉市崆峒区花所乡塔山沟村塔山五社滑坡、灵台县中台镇城关村西陶湾滑坡和崇信县锦屏镇杜家塬村左营沟滑坡为例，对上述黄土滑坡稳定性变化规律进行验证。各黄土滑坡基本情况和剖面图见表 2、图 7。

表2 各黄土滑坡基本情况

图7 各黄土滑坡剖面

4.2 稳定性计算结果

杜家沟滑坡、塔山五社滑坡、西陶湾滑坡和左营沟滑坡在各工况下的稳定系数计算结果见表3。由表3知，在各个工况下，杜家沟滑坡稳定性状态与前述坡度30°、坡高100—150 m的凹型黄土滑坡计算模型的稳定性计算结果接近;塔山五社滑坡的稳定性状态与坡度30°、坡高100 m的直线型滑坡计算模型的稳定性计算结果接近;西陶湾滑坡的稳定性状态与坡度20°—30°、坡高40—100 m的阶梯型滑坡计算结果接近;左营沟滑坡稳定性状态与坡度30°、坡高100 m的凸型滑坡计算模型的计算结果接近。计算结果与滑坡基本情况相吻合，说明上述关于陇东地区黄土滑坡稳定性规律的研究结果较为可靠。

表3 各工况下各黄土滑坡稳定系数计算结果

5 结语

针对陇东地区的直线型、凸型、凹型和阶梯型黄土滑坡，选择具有代表性的坡度、坡高以及各坡高对应的滑坡体厚度，对各类黄土滑坡在不同坡度、不同坡高、不同工况下的稳定性进行了计算。由计算结果知：从影响因素看，对黄土滑坡稳定性影响最大的是坡度，其次是坡高;从工况条件看，饱水状态下黄土滑坡的稳定系数比地震情况下的稳定系数低，说明降雨入渗是诱发滑坡的主要因素;从滑坡类型看，直线型滑坡的稳定性相对较好，阶梯型滑坡和凸型滑坡次之，凹型滑坡稳定性最差。经过上述计算和分析，从总体上掌握了陇东地区不同类型黄土滑坡的稳定性特征和影响因素，为下一步研究各类黄土滑坡的治理措施打下了基础，也为地方政府和相关部门实施减灾防灾和建设规划提供了参考。

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