2 崩塌分类方法研究

2013-05-24 16:14

浙江科技学院学报 2013年3期

2 崩塌分类方法研究

2.1 铁道部分类方法

1959年，铁道部宝成线总结资料按崩塌发生的原因把崩塌划分为：断层崩塌、节理裂隙崩塌、风化碎石崩塌和硬软岩层接触带崩塌。1975年铁道部第一设计院主编的《铁路工程手册》，把崩塌分为：崩塌、坠石、剥落。20世纪80年代以后，胡厚田等人收集了宝成、宝天、成昆、贵昆等铁路沿线主要崩塌工点的资料，对宝成铁路的崩塌工点进行了较详细的调查研究，对崩塌的分类及稳定性计算进行了研究，1985年发表了学术论文《崩塌分类的初步探讨》，1989年出版了专著《崩塌与落石》。

崩塌的突然产生是岩体长期蠕变和不稳定因素不断积累的结果。崩塌体的大小、物质组成、结构构造、活动方式、运动途径、堆积情况、破坏能力等虽然千差万别，但是崩塌现象的产生都有一个孕育和发展的过程，它们的发展都遵循一定的模式。按照崩塌的发展模式也就是按崩塌的形成机理，胡厚田在《崩塌与落石》一书中，按崩塌的形成机理，将崩塌划分为5类（见表2-1）：倾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓胀式崩塌、拉裂式崩塌和错断式崩塌。并指出可能存在的一些过渡类型，如鼓胀-滑移式崩塌、鼓胀-倾倒式崩塌。这个崩塌分类方法在铁道部得到了推广和应用，原因是这个分类方法反映了崩塌形成发展的几个途径。

2.1.1 倾倒崩塌

在河流峡谷区、冲沟地段或岩溶区等地貌单元的陡坡上，经常见有巨大而直立的岩体以垂直节理或裂隙与稳定的母岩分开。这种母岩在断面图上呈长柱形，横向稳定性差。如果坡脚遭受不断的冲刷掏蚀，在重力作用下或有较大水平力作用时，岩体因重心外移倾倒产生突然崩塌。这种崩塌的特点是崩塌体失稳时，会以坡脚的某一点为支点发生转动性倾倒。

2.1.2 滑移崩塌

临近斜坡的岩体内存在软弱面时，若其倾向与坡向相同，则软弱结构面上覆的不稳定岩体在重力作用下具有向临空面滑移的趋势。一旦不稳定岩体的重心滑出陡坡，就会产生突然的崩塌。除重力作用外，降水渗入岩体裂缝中产生的静、动水压力以及地下水对软弱面的湿润作用都是岩体发生滑移崩塌的主要诱因。在某些条件下，地震也可以引起滑移崩塌。

2.1.3 鼓胀崩塌

若陡坡上不稳定的岩体之下存在较厚的软弱岩层或不稳定的岩体本身就是松软岩层，深大的垂直节理把不稳定的岩体和稳定岩体分开，当连续降雨或地下水使下部软弱的岩层软化时，上部岩体产生的压应力超过软岩天然状态的抗压强度后软岩即被挤出，发生向外鼓胀。随着鼓胀的不断发展，不稳定的岩体不断下沉和外移，同时发生倾斜，一旦重心移出坡外即产生崩塌。

2.1.4 拉裂崩塌

当陡坡有软硬相间的岩层组成时，由于风化作用或河流的冲刷掏蚀作用，上部坚硬的岩层在断面上常常突悬出来。在突出的岩体上，通常发育有构造节理和风化节理。在长期重力作用下，节理逐渐扩展。一旦拉应力超过连接处岩体的抗拉强度，拉张裂缝就会迅速向下发展，最终导致突出的岩体突然崩落。除了重力作用，一些震动和风化也会促进拉裂崩塌的发生。

2.1.5 错断崩塌

陡坡上长柱状或板状的不稳定岩体，当无倾向坡外的不连续面和较厚的软弱岩层时，一般不会发生滑移崩塌和鼓胀崩塌。但是，当有强烈震动或较大的水平力作用时，可能发生如前所述的倾倒崩塌。此外，在某些因素作用下，可能使长柱状或板状不稳定岩体的下部被剪断，从而发生错断崩塌。另一种错断崩塌的发生机制是：锥状或柱状岩体多面临空，后缘分离，仅靠下伏软基支撑。当软基的抗剪强度小于危岩体自重产生的剪应力或软基中存在的顺坡外倾裂隙与坡面贯通时，发生错断—滑移—崩塌。

各类崩塌在岩性、结构面特征、地貌、崩塌体形状、岩体受力状态、起始运动形式和主要失稳因素等方面都有不同特点。表2-1中列举了各类崩塌7个方面的特征，其中岩体受力状态和起始运动形式是分类的主要依据，因为受力状态和起始运动形式决定了崩塌发展模式，同时受力状态和起始运动形式也是其他特征共同形成的必然结果。用崩塌发展模式进行分类反映了崩塌发生发展的规律。铁道部这个分类把千变万化的崩塌按其发展模式划分为5个基本类型，并且对每类都建立了一个基本的稳定性计算公式来进行稳定性检算。

1996年林宗元主编的《岩土工程勘察手册》、2000年刘传正主编的《地质灾害勘查指南》等书中都采用了胡厚田提出的崩塌分类和各类崩塌稳定性检算方法研究成果。在2001年出版的《铁道工程勘察规范》中也采用了这种按崩塌形成机理的分类。

表2-1 铁道部崩塌分类方法（胡厚田，略修改）

2.2 岩质崩塌地质力学分类方法

从力学观点来看，边坡岩体保持稳定要符合两个条件：块体所受合力矩为零及块体所受合力为零。如果所受合力矩不为零，岩体将发生转动；如所受合力不为零时，岩体将发生变形与破坏。岩体破坏方式有两种，一种是剪切破坏，另一种是拉张破坏。

因此，从受力机制角度按形成原因可将崩塌划分为3个大类和6个亚类（表2-2）。第1个大类是因合力矩不为零而导致的倾倒式崩塌；第2个大类是因受力不平衡导致的拉裂式崩塌，又可以分为4个亚类，分别是卸荷-拉裂式崩塌、塑流-拉裂式崩塌、滑移-压致拉裂式崩塌和悬臂-拉裂式崩塌；第3个大类是因受力不平衡导致的剪切-滑移式崩塌。不同类型的崩塌，其受力机制各不相同。

2.2.1 倾倒式崩塌（Ⅰ）

板状、柱状直立边坡岩体在静水压力、重力、地震力等作用下沿底部发生转动导致危岩体失稳的现象（见图2-1）。在形成力学机制上为倾覆力矩大于抗倾覆力矩引起岩石块体转动。差异风化可为引起高陡直立岩体倾倒的重要原因。当危岩体下伏为软弱岩层时，底部软弱岩体不断风化剥落，形成岩腔，使危岩体支撑面积减小，导致危岩体重心不断外移，稳定性不断降低，后侧裂隙不断扩大。当底部支撑面不足以支撑危岩体，或其后侧裂隙充水产生较大静水压力以及水平地震力作用时，就会发生倾倒。

图2-1 倾倒型崩塌示意图

2.2.2 拉裂式崩塌（Ⅱ）

根据危岩体拉裂破坏形成机制，拉裂式崩塌又可分为4个亚类：卸荷-拉裂式崩塌、塑流-拉裂式崩塌、滑移-压致拉裂式崩塌和悬臂-拉裂式崩塌。

1）卸荷-拉裂式崩塌（Ⅱ1）

高切坡开挖后，因卸荷在坡肩产生拉张裂缝，和岩体中原生的结构面共同构成边坡岩体切割面；随着边坡不断向临空面变形发展，被新旧结构面切割的岩体位移不断增大，最终导致崩塌发生（见图2-2）。

图2-2 高切坡卸荷-拉裂型崩塌示意图

2）塑流-拉裂式崩塌（Ⅱ2）

高切坡较厚软弱岩层在上部岩体压力作用、遇水软化、长期风化剥落等因素作用下不断压缩和向临空方向塑性流动，导致上覆较坚硬岩层拉裂，岩体不断下沉和向外移动，拉张原有节理面或在坡内岩体形成新的裂隙，形成危岩体。当因为风化、开挖等原因使得危岩体失去支撑面时，崩塌将发生（见图2-3）。

图2-3 塑流-拉裂型崩塌高切坡素描

3）滑移-压致拉裂式崩塌（Ⅱ3）

高切坡坡体沿平缓结构面向临空方向产生缓慢的蠕变性滑移，一般结构面较薄，其上下岩层有锁固点。在锁固点附近，因拉应力高度集中而生成与滑移面近于垂直的拉张裂隙，形成危岩体。危岩体可以掉落、滑落等方式脱离母岩形成崩塌（见图2-4）。

图2-4 滑移-压致拉裂型危岩体示意图

4）悬臂-拉裂式崩塌（Ⅱ4）

高切坡因差异风化等原因形成岩腔，风化较慢的坚硬岩层在坡面上以悬臂梁形式凸出。在长期重力作用和下伏岩层不断风化剥落的情况下，重力力矩的影响越来越大。当倾覆（重力）力矩大于岩层抗倾覆力矩（岩体抗拉、抗剪力矩）时，凸出岩体将突然翻转失稳。崩塌体后缘拉裂面一般是岩体内部原有结构面，或者是岩体因拉应力集中，沿着岩体内部某损伤面拉裂，而完整岩体只有相当大的倾覆力矩才能使完整岩体被拉断。悬臂-拉裂式崩塌现象在软硬岩层相间产出的高切坡中非常普遍（见图2-5）。

图2-5 悬臂-拉裂型崩塌

2.2.3 剪切-滑移式崩塌（Ⅲ）

剪切滑移式崩塌可有以下几种形式（见图2-6）：下伏岩体在上部岩体巨大自重作用下，沿着边坡中软弱结构面剪裂；岩层比较软弱，破碎的开挖边坡在重力作用下发生剪切滑落；危岩体沿着结构面发生剪切滑动，导致崩塌。

图2-6 剪切-滑移式崩塌类型

各类崩塌在岩性、结构面特征、地貌、危岩体形状、受力状态、起始运动形式和主要失稳因素等方面都有不同特点，详见表2-2。

表2-2 崩塌分类说明表

（续表）

2.3 其他分类方法

前苏联尼·米·罗依尼什维里按组成崩塌的岩体或土体把铁路沿线的山坡崩塌划分为以下类型：岩体或石块崩塌、土体崩塌和混合性崩塌。日本的山田刚二等（1980）按地质情况，主要是按崩塌的组成物质把山崩划分为：崩积土的崩塌、表层土崩塌、沉积土崩塌和基岩的崩塌。Hoek等（1977）把斜坡破坏分为：平面破坏、楔形破坏、弧形破坏和倾倒破坏，其中又把倾倒破坏详细的分为弯曲倾倒破坏、块状倾倒破坏和块状弯曲倾倒破坏。

曾廉在其编著的《崩塌与防治》一书中，按崩塌发生的地点，将崩塌分为两类：山崩、岸崩。按崩塌的物理特征将崩塌分为：岩层崩塌、土体崩塌、混合体崩塌、雪崩。按软弱面的特性、形状和崩塌发生的原因将崩塌分为6类：顺断层或风化夹层的崩塌、沿完整节理面（层理面、片理面）的崩塌、X节理切割的V字型崩塌、多组节理崩塌、风化层或覆盖层沿较完整基岩面的崩塌、沿垂直节理产生的崩塌。旷镇国（1995）研究重庆市渝中区危岩崩塌时，对崩塌的破坏作了全面的归纳，按崩塌最终破坏时受力状态和破坏机制分为：拉断-坠落、剪切-坠落、压碎-崩落和倾倒-崩塌。陈明东（1999）根据受力模式将崩塌破坏模式分为板梁旋滑移和悬臂压杆破坏两类。陈洪凯等在《重庆市（三峡库区）滑坡、塌岸、危岩防治工程设计规范》中将危岩分为坠落式危岩、滑塌式危岩和倾倒式危岩3类。

2.3.1 崩塌按运动方式分类

崩塌按照失稳的运动方式可分为：坠落型崩塌、滑落型崩塌、滚落型崩塌、倾倒型崩塌（见图2-7）。

（1）坠落型崩塌。

通常发育在直立或近直立的陡壁上，凸出的岩体与母岩通过胶结的结构面或没有完全贯通的结构面连接在一起，这部分岩体由于风化侵蚀作用而产生下部悬空，在重力、降雨、风化等因素作用下发生崩塌，崩塌体直接坠落坡脚。

（2）滑落型崩塌。

通常发育在中等坡度的斜坡上，崩塌体沿着滑动面滑落产生破坏。

（3）滚落型崩塌。

通常发生在陡坡段，崩塌体失稳沿着坡面翻滚跳跃，停止于坡脚。

（4）倾倒型崩塌。

通常发生在直立或近直立的陡壁上，岩体受陡倾结构面的切割，且下部有支点时，危岩体沿着支点转动失稳，起初破坏形式为倾倒，其后可能是上述的其他几种运动方式。

图2-7 按运动方式的崩塌分类

2.3.2 崩塌按岩体结构和状态特征分类

崩塌按照发生前岩体结构和状态特征可以分为：悬挂式崩塌、贴面式崩塌、倾倒式崩塌、楔块式崩塌、软弱基座式崩塌、砌块式崩塌、孤立式崩塌。

（1）悬挂式崩塌。

指下部因差异风化形成凹腔，造成底面临空，上部与后部母岩尚未完全脱离，悬挂于坡面上的岩体在渐进风化与自重的作用下，后缘结构面逐渐扩展，拉应力进一步集中在岩桥部位，一旦拉应力大于岩桥的抗拉强度时，拉裂缝就会迅速向下发展，岩桥被剪断，岩体与母岩分离而整体突然向下崩落或坠落。

（2）贴面式崩塌。

指后缘存在与边坡倾斜方向一致的贯通或断续贯通的中陡倾角结构面，岩体贴于坡面上。倾坡外岩层在边坡强烈卸荷过程中，沿层面被拉开，产生拉张裂缝，后期在重力、渐进风化和地表水渗入裂隙作用下，不稳定岩体沿层面发生剪切滑移，直至最后失稳，完全脱离母岩，造成贴面式崩塌。

（3）倾倒式崩塌。

指后缘存在陡倾或反倾结构面的板状岩体，陡倾或反倾结构面有一定的张开，形成不稳定或欠稳定岩体。伴随强烈卸荷作用，后缘陡倾结构面张开，在自重、水压力和地震等作用下，岩体向临空方向发生强烈的倾倒变形，直至失稳，完全脱离，造成倾倒式崩塌。

（4）楔块式崩塌。

指由两组或多组结构面切割岩体与坡面组合形成的尖端向下的楔形不稳定或欠稳定块体。在重力、渐进性风化和地表水渗入作用下促使裂缝进一步扩张，岩石强度降低，两斜交结构面或者倾坡外且倾角小于坡度的结构面与一组侧向切割面贯通形成滑面，危岩体沿两组结构面交线向临空面发生剪切滑移破坏。

（5）软弱基座式崩塌。

：指底部存在物理力学性质较低的软弱层，在重力等作用下软弱层受到挤压，岩体后部产生拉裂并与母岩分离，形成不稳定岩体。岩体被顺坡向陡倾结构面切割，在重力、水压力和地震作用下，陡倾结构面不断张开，危岩体与母岩逐渐分离，沿顺坡裂隙滑移下错，挤压下部软弱基座，导致上部岩体在不均匀压缩基座上向临空方向倾斜，进而以倾倒或滑移的形式发生软弱基座式崩塌。

（6）砌块式崩塌。

指碎裂或镶嵌结构岩体，由于临空条件好，在重力和风化营力等因素长期作用下，卸荷松弛，后缘陡倾结构面逐渐贯通，岩块间发生错动、旋转，裂隙张开，岩体松动。在自重应力作用下，岩块突然崩落，危岩体失稳破坏。

（7）孤立式崩塌。

指整体已经与母岩分离，停留在坡面或嵌入覆盖层一定深度，靠与坡面摩擦力、嵌合力或植被的拦挡保持现状的危岩体。当基座软化或溶蚀，拦挡的植被折断，在自身渐进性风化等作用下，其与坡面摩擦力、嵌合力降低，重心逐渐偏移失去支撑而失稳。失稳形式通常为滚落或滑落。

2.3.3 崩塌按发生顺序分类

崩塌按照发生的顺序可分为：散块式崩塌、递进式崩塌、连锁式崩塌（见图2-8）。

（1）散块式崩塌。

边坡上的危岩体呈个体碎块状存在，崩塌的发生以个体块石坠落或滚落为主，规模一般较小。

（2）递进式崩塌。

边坡上危岩体在稳定性方面，上部岩体对下部岩体有一定的依赖性，但不完全依赖下部岩体支撑；一旦下部岩体塌落，其上部岩体崩塌将渐次发生。下部岩体稳定时，上部岩体一般不会先行失稳。

（3）连锁式崩塌。

存在结构面切割的高切坡体，上部岩体在卸荷、静水压力等因素作用下已经和边坡分开，或结构面的粘结力不足以支撑自身的稳定；而下部岩体与边坡之间可能仍然未完全张裂或为其他岩体支撑（如软岩层尚未风化剥落）。上部岩体的稳定性完全依赖于下部岩体的稳定，一旦下部岩体塌落或下部泥岩风化剥落发展到一定程度，整个边坡上的崩塌体将像多米诺骨牌一样全部崩塌。

图2-8 按崩塌发生顺序的崩塌分类

2.3.4 崩塌按体积和危害等级分类

按照崩塌体体积划分为：特大型、大型、中型和小型（见表2-3）；按照危害等级划分为一级、二级和三级（见表2-4）。

表2-3 崩塌规模等级划分

表2-4 崩塌危害对象等级划分

铁道部的分类方法主要是根据崩塌发生的现象，部分结合力学机理进行的分类，其优点是比较直观，便于理解。如鼓胀式崩塌、错断式崩塌，就仅仅是从现象对崩塌的一种分类，不包含地质力学的观点。地质力学分类方法继承了中国科学院地质与地球物理研究所老一辈科学家谷德振、孙广忠等人提出的岩体地质力学基本观点，通过大量的野外实际调查提出的一种以地质力学为分类标准，以崩塌地质灾害为分析评价目标的新的分类方法。以崩塌失稳运动方式、崩塌体岩体结构和状态特征、崩塌发生顺序、崩塌规模及危害对象等为划分标准的分类方法也都各有其优点和缺点。本课题研究主要采用地质力学的分类方法。

2.4 黄土崩塌分类方法

黄土（Loess）是一种第四纪松散沉积物，在西北地区主要分布在陕西、甘肃、青海、宁夏等地，面积约44万平方千米。黄土在第四纪特殊的气候条件下形成，具有大孔隙、垂直节理发育、湿陷性等特殊性质，使得黄土高原地区崩塌灾害频繁发生。据雷祥义（1998）、张茂省等（2006，2007，2008）的两次现场调查和不完全统计，仅在1985～2010年间，在陕北黄土高原的神木、米脂、子洲、绥德、清涧、子长、安塞、志丹、吴堡、佳县等地就发生78起伤亡性黄土崩塌灾害事故，造成273人死亡。这种伤亡性的突发黄土崩塌地质灾害已引起了人们的高度重视。

黄土是一种特殊性土，因此黄土崩塌也具有一系列不同于岩质崩塌的特征。黄土崩塌的破坏模式不仅受控于陡立的地貌形态、黄土类型与特性和构造特征（垂直节理发育）等内在因素，并且受控于人类活动和自然营力等外在因素。如郭力宇等（2002）认为黄土崩塌的形成和发展受土质的结构构造、节理构造、古土壤层面构造、黄土断层构造及基岩界面的构造形态等影响，根据黄土崩塌的方式及土体集合形态特点，黄土崩塌可划分为单面崩塌和栅格崩塌。崔中兴等（1994）研究了黄土台塬的边缘地带和黄土丘陵的谷坡地带，认为切坡形成黄土陡崖，加之坡脚开挖窑洞，减少了坡脚的支撑力，降低了边坡的稳定性，从而导致切坡型黄土边坡崩塌的发生。何红前等（2005）对黄土高边坡变形破坏的基本形式及其机理进行了分析，总结出了坡脚凹进反坡型和黄土洞穴型两种黄土边坡崩塌破坏模式。雷祥义等（1998）按照土体受力状态和起始方式，将陕北黄土高原人为黄土崩塌分为张裂-滑移式黄土崩塌和坍窑两种类型。张茂省等（2006，2008）通过对延安市宝塔区黄土崩塌调查，按照变形模式将黄土崩塌分为倾倒式、鼓胀式、滑移式和错落式等四种类型。

2.4.1 黄土崩塌的形成条件

1）黄土地形地貌

地形地貌主要表现在黄土斜坡坡度上，黄土因具有垂直节理，一般易形成高陡边坡，而陡立地形是形成黄土崩塌的必要条件（见图2-9）。根据调查，黄土崩塌主要发生在45°以上的黄土斜坡。沟谷坡度一般较大，尤其是幼年期冲沟及切沟坡度多在50°～70°，更加有利于崩塌的形成。

2）黄土类型及结构

黄土类型是黄土崩塌灾害发育与否的物质基础。Q3黄土（马兰黄土）结构较疏松、均匀、多孔隙、含碳酸盐碎屑、柱状节理发育，具湿陷性，属易崩地层。Q2黄土（离石黄土）无层理，质地坚硬，后期垂直节理发育，普遍含钙质结核为特征，发生崩塌的概率低。另外，黄土+古土壤层（见图2-10）、黄土+卵砾石层、黄土+基岩的地层组合结构类型（见图2-11），因下部形成相对隔水层，所以易于产生黄土崩塌。

图2-9 黄土陡立地貌特征

图2-10 黄土+古土壤地层结构

图2-11 黄土+基岩地层结构

3）黄土垂直节理

黄土垂直节理或近直立节理是分割黄土的优势结构面，是侵蚀土壤、洞穴的优势面（卢全中，等，2006），是孕育崩塌地质灾害的控制和分离面，是地表水下渗、地下水运移的通道和赋水空间（见图2-12、图2-13）。黄土垂直节理在Q3黄土最为普遍，当其平行于黄土斜坡走向时，在降水与地表径流作用下，流水沿节理面渗流，冲蚀土体，使节理宽度增大变为裂隙，同时水流在一定黄土深度，下渗速度停滞，转移为对黄土溶蚀使其湿陷，产生软塌面，在拉张力作用下，土体最终崩塌。

黄土垂直节理的成因涉及淋滤作用、卸荷作用、构造应力等多个方面，但其力学性质以张性为主，有数毫米至数十厘米的宏观裂缝，也有小于1毫米的微观裂隙，发育深度和水平延伸长度从数毫米至数十米，节理面粗糙不平，一些垂直节理面具有近等间距特点。

图2-12 黄土垂直节理

图2-13 黄土近直立节理

4）坡脚侵蚀

因坡脚侵蚀引起的黄土崩塌根据侵蚀类型可以分为冻融侵蚀和盐类侵蚀，如图2-14所示。

（1）冻融侵蚀

黄土斜坡形成后暴露地表，剪应力在坡脚集中，同时坡脚形成较高的压应力集中。坡脚附近，由于其处于饱水带或潮湿带，在冬季冻结，春季消融，反复进行，导致坡脚表层黄土产生剥落，形成凹进的反坡。

（2）盐类侵蚀

黄土中富含碳酸盐类，在连接结构上属于盐类结晶连接，当遇水时可溶盐类发生溶解，土体结构破坏，强度降低。黄土斜坡坡脚盐类侵蚀的过程为：①在蒸发作用下，黄土中的可溶盐类随水分运动向坡脚迁移和富集；② 可溶盐类在坡脚黄土体中结晶，表层黄土因结晶作用产生体积增大，土体结构受到破坏并变得较为松散；③ 坡脚在盐类侵蚀作用下产生表层剥落破坏。

这两种类型的坡脚侵蚀作用，都造成黄土斜坡坡脚凹进形成反坡，失去对上部土体的支撑作用，最终产生黄土崩塌。

5）降雨

陕北延安地区的降雨量不高。根据1951～2005年资料，多年平均降雨量为562.1mm，但是降雨时间段较集中，且多以暴雨为主，集中在7～8月份，局部地区暴雨日降水量最大可达到150mm左右；9月份暴雨明显减少，但淋雨明显增多。集中降雨和淋雨是黄土崩塌主要诱发因素之一。雨水多沿裂缝灌入斜坡土体后，增大了土体负荷，软化了结构面，降低了土体的黏聚力，加大了下滑力；同时，久而久之，形成黄土潜蚀溶洞（黄土洞穴），遂使上覆土块失去支撑而产生崩塌。

6）人类工程活动

削坡建窑、开挖边坡等人类工程活动是黄土崩塌灾害的控制与影响因素中最活跃的因素。人们在崖壁直立的黄土体内挖掘而成的窑洞称为土窑。根据对延安宝塔区黄土崩塌灾害的调查发现，16个崩塌灾害点，有9处是与建窑削坡过陡有关（见图2-15），另外的7处与公路建设边坡处理不当有关。如2000年5月15日，发生于陕西省延川县城关杨家沟的黄土崩塌—塌窑，造成了5人死亡。

综上所述，根据对陕北黄土高原区的神木、米脂、子洲、绥德、清涧、子长、安塞、志丹、吴堡、佳县等地发生的黄土崩塌地质灾害的调查发现，垂直节理和坡脚侵蚀是黄土崩塌诱发的主要原因，另外降雨和人类工程活动对黄土崩塌的诱发也不可忽视。

图2-14 坡脚侵蚀

图2-15 黄土崩塌-塌窑

2.4.2 黄土崩塌的破坏模式

1）拉裂-坠落式崩塌

拉裂-坠落式崩塌（见图2-16）为黄土边坡坡面上的土体悬空，失去支撑而发生坍塌，类似坠落。通常是黄土斜坡的表层土体因风化作用而产生剥落，导致部分土体悬空，在重力、降雨等作用下，悬空的土体沿着黄土垂直节理发生拉裂张开，拉裂面向下延伸贯通后产生坠落。坠落的土体碰撞到地表后发生破裂而解体，堆积在坡脚形成黄土堆。

图2-16 拉裂-坠落式崩塌

2）拉裂-倾倒式崩塌

拉裂-倾倒式崩塌（见图2-17）为直立黄土边坡被垂直节理切割为板状、柱状土体，在静水压力、重力等作用下沿底部发生转动导致不稳定土体失稳的现象。在形成力学机制上为倾覆力矩大于抗倾覆力矩引起土体转动。坡脚土体因冻融和盐类侵蚀等风化作用剥落，形成空腔，使黄土块体支撑面积减小，导致块体重心不断外移，稳定性不断降低，后侧裂隙不断扩大。当底部支撑面不足以支撑块体，或其后侧裂隙充水强度降低时，就会发生倾倒。

图2-17 拉裂-倾倒式崩塌

3）拉裂-下挫式崩塌

拉裂-下挫式崩塌（见图2-18）为近直立或直立黄土边坡因坡脚开挖窑洞或风化侵蚀剥落，造成边坡前缘土体悬空，后缘垂直裂隙因卸荷作用或降雨渗入强度降低发生拉裂，并逐渐向下部扩展贯通，因不稳定土体重心靠后产生下挫塌落，撞击地表后碎裂散开，堆积在坡脚形成土堆。当坡脚开挖有窑洞时，下挫塌落的土体一般对窑洞入口部位造成破坏，而窑洞内部反而完好，这就是所谓的“塌窑不塌掌”。陕北延安宝塔区的黑龙沟不稳定斜坡就属于这一类型。

图2-18 拉裂-下挫式崩塌

4）拉裂-滑移式崩塌

拉裂-滑移式崩塌（见图2-19）为黄土斜坡的坡肩附近被垂直节理或裂缝切割，当被切割的土体下部有顺坡倾伏的古土壤层或古风化面，它起到了向坡下滑动的软弱光滑面的作用。除重力作用外，降雨沿裂缝进入土体后，一则产生静水压力和动水压力，二则软化起隔水层作用的古土壤层或接触风化面，从而使土体逐渐滑移，其重心一旦滑出陡坡，就会产生崩塌。

图2-19 拉裂-滑移式崩塌

2.4.3 黑龙沟黄土崩塌数值模拟

1）概述

黑龙沟黄土崩塌（潜在）位于延安市宝塔区东关黑龙沟东侧黄土斜坡上（见图2-20）。沟内居民居住集中，人口密度较大。坡向230°，坡度80°，高差30m，坡宽200m。

黄土斜坡主要由Q3和Q2黄土组成。Q3黄土厚1～2m，覆盖于Q2黄土之上。颜色灰黄色，结构疏松，可塑。Q2黄土厚度达几十米，未揭露至底层，黄褐色，坚硬致密，可见数层古土壤。

斜坡受雨水冲蚀严重，冲沟发育，形成冲蚀地貌。坡体黄土垂直节理发育，表层剥蚀严重，落水洞较发育。坡体上沿垂直节理发育的拉张裂缝使部分土体脱离原坡体，形成潜在黄土崩塌，直接威胁下部居民的生命财产安全。

图2-20 黑龙沟不稳定黄土斜坡

2）模型概化及参数的选取

离散单元法是美国Minnesota大学的Cundall教授于1971年提出来的，能够在模拟岩块之间接触面的滑移、分离与倾翻等大位移的同时，又能计算岩块内部的变形与应力分布。该方法模拟节理、裂隙发育的岩质边坡变形破坏较为适用，但在黄土崩塌模拟方面尚处于探索阶段。

根据现场调查和地质资料（王根龙，等，2011），建立几何模型，模型高为45.8m，宽56.7m，边坡坡角接近90°，左、右及底部边界为约束边界，考虑在自重作用下，按摩尔-库仑力学模型进行分析。数值模拟过程中，黄土需要考虑其变形量，故将其视为变形体。黄土边坡发育的结构面有三条垂直裂隙和一组倾向坡外的斜向节理以及坡脚因风化侵蚀作用产生的密集小裂隙。三条垂直黄土裂隙间距为2.5～7.5m，将边坡分割为三个不稳定块体。概化后的离散元模型如图2-21所示。土体和垂直裂隙、斜向裂隙、密集小裂隙等结构面的参数选取见表2-5。