大同市黄土崩塌(滑坡)地质灾害发育特征及防治措施

苏厅云

(山西省地质勘查局二一七地质队，大同 037008)

1 前言

大同市位于大同盆地的北部，属于黄土高原东北边缘。大规模的城镇建设和资源开发，大同市范围内崩塌、滑坡等地质灾害频发，这些黄土边坡崩塌(滑坡)灾害隐患具有点分散、规模和危害程度大小不一、诱发因素较多的特点，是全市地质灾害隐患防治工作的难点，这使得大同市成为晋北地区乃至山西地质灾害多发市之一，城市发展与转型已受到地质灾害的严重制约。

笔者通过对全市黄土边坡崩塌(滑坡)隐患点特征的系统梳理和归纳，针对黄土崩塌(滑坡)地质灾害的成因类型、诱发因子、稳定性等方面综合分析，提出具有较好指导意义的防治对策。

2 黄土分布及岩性特征

2.1 分布特征

大同市地处晋西北黄土高原东北部，地貌类型有山地、丘陵、盆地、平川，主要山脉有洪涛山、七峰山-雷公山、采梁山、云门山-大梁山、六棱山、恒山、太行山-维山等。黄土多沿各山脉的山麓及丘陵区呈带状展布。山麓区黄土分布宽度100～300 m，最大宽度可达500 m；厚度一般为5～15 m，最大厚度可达20 m。丘陵区黄土呈面状展布，厚度一般1～5 m，最大厚度可达10 m(见图1)。

图1 大同市黄土分布范围图

黄土多为顺坡覆盖在太古界片麻岩、寒武-奥陶系石灰岩、石炭-侏罗系泥岩及砂岩、新近系红黏土之上。堆积时代为第四系上更新世(Q3)。

2.2 岩性特征

大同地区黄土以风积为主，岩性主要为粉土、亚砂土，含少量砂砾及钙质结核，具有大孔隙和垂直节理发育的特点。本区黄土主要物理力学性质指标见表1。

孔隙比(e)一般为0.85～1.00，最大可达1.15；湿陷系数(δ)一般为0.04～0.05，最大可达0.07，湿陷性中等，自重湿陷等级轻微；密实度稍密-中密，含水率8.5%～9.6%，均位于地下水位之上。内聚力(c)15.0～25.0 kPa、摩擦角(φ)24.0°～26.0°。

自丘陵区向平原区过渡，其孔隙比、湿陷系数由大变小，密实度由稍密变为中密，含水量由小变大。

表1 黄土主要物理力学性质指标统计表

3 地形地貌及边坡形态

3.1 地形地貌特征

大同地区黄土地貌形态多以黄土梁、黄土冲沟、黄土斜坡出现。

黄土梁呈长条状，梁顶平缓开阔，宽度30～100 m，坡度5°～10°，在耕地或林地一带呈阶梯状。

黄土斜坡沿山前呈带状展布，斜坡长度20～50 m，坡高10～30 m，斜坡底部较缓，自然坡角40°～50°，斜坡顶部陡立，自然坡角60°～80°，其中发育有冲沟及陡壁。

黄土冲沟沟深5～10 m，宽10～50 m，沟壁近直立，自然坡角65°～80°，呈平行或树枝状展布。

3.2 边坡形态及规模

据对全市81个黄土边坡(崩塌)隐患点统计，多数边坡坡高小于10 m，最大为20 m；坡度70°～80°，最大85°；厚度小于5 m，最大15 m。

黄土边坡崩塌(隐患)全市各县(区)均有分布，规模主要为小型。其中小型规模74个，中型规模7个。其坡高、坡度、厚度及规模特征见表2。

3.3 边坡类型

(1) 按边坡形态可分为低缓边坡和高陡边坡。

表2 黄土崩塌(隐患)点特征统计表

①低缓边坡：坡高度小于10 m、坡度≤70°，坡面呈凸形，裂隙不发育。坡面完整，有利于降水排泄。

②高陡边坡：高度大于10 m、坡度>70°，坡面呈凹形。坡面发育垂直裂隙，坡顶发育横向卸荷裂隙。有利于降水入渗。

(2) 按边坡坡脚出露岩性，可分为岩基型和土基型边坡两种类型，见图2、3。

图2 岩基型黄土边坡

图3 土基型黄土边坡

①岩基边坡：边坡坡脚及下部为岩石出露，岩石与黄土接触带岩性为残坡积碎石、砂砾土。下部岩石部分坡面坡度较缓，一般为30°～45°。上部黄土部分边坡坡度较陡，出露厚度5～15 m，坡度一般为65°～80°。边坡呈凸型陡崖，由于岩石基底隔水性能较好，上部黄土在降雨入渗条件下易于饱和，黄土边坡稳定性较差，极易发生滑坡。

②土基边坡：边坡坡体为黄土，坡度较陡，坡度一般为65°～80°，最大达85°，出露厚度5～20 m，边坡呈凹型陡崖。由于黄土具有大孔隙的特征，在降雨入渗条件下土中孔隙水易于向下运移，不易达到饱和，黄土边坡稳定性较好，不易发生崩塌。

4 黄土崩塌灾害特征

据调查，大同市黄土崩塌(隐患)主要表现为凹型陡崖，坡顶有细小裂缝，坡体垂直节理及竖向裂缝较为发育，坡体顶部有少量土块崩落。威胁对象为村庄房屋财产与居民、道路通行车辆与行人的安全。近年来，全市共发生5起黄土崩塌、滑坡地质灾害，规模均为小型，无人员伤亡，造成经济损失约50万元。

(1) 阳高县堡子湾滑坡

2008年5月5日阳高县堡子湾村东北红土沟发生滑坡，滑坡体岩性为第四系上更新统(Q3)黄土，滑床岩性为第三系上新统(N2)黏土，滑体厚3～8 m，滑坡体约1.4×104m3，滑坡后缘错台高度1.5～2.0 m，属土质浅层小型滑坡。损坏村民院墙、街门。其成因为滑坡体顶部供水塔供水管道(延坡体埋设)渗漏使上部黄土饱和而引发(图4)。

图4 阳高县堡子湾滑坡

(2) 南郊区魏家沟崩塌

2012年2月21日凌晨，魏家沟村西北发生采空区地面塌陷，塌陷边部黄土陡崖发生崩塌，崩塌体为第四系上更新统(Q3)黄土，坡高15 m，崩塌体厚8 m，崩塌宽度5 m，崩塌体积约500 m3。致使3间房屋垮塌，2人受伤。其成因为下伏采空区冒落造成地面塌陷，引发村庄北侧黄土陡坡发生崩塌(图5)。

图5 南郊区魏家沟崩塌

(3) 广灵县罗疃煤矿边帮崩塌

2014年6月5日广灵县罗疃煤矿露天采场东边帮黄土边坡发生崩塌，露天采场东边帮黄土边坡高度25 m，崩塌宽度10～30 m、高度15 m、长度120 m，崩塌体积约1.2×104m3。其成因为边帮下伏下老采空区冒落引发上部边坡崩塌。崩塌体紧临马-走公路，致使公路路面出现裂缝，交通线路改道，无人员及财产损失。

(4) 灵丘县黑寺村崩塌

2015年5月28日灵丘县黑寺村一村民院落东侧黄土陡崖发生崩塌，崩塌体高度9.0 m、长度10.0 m、宽度2.0 m，崩塌体积约为200 m3，崩塌物滚落最大距离约13.0 m。

崩塌将陡崖下窑洞及财物损坏，无人员伤亡。 其成因为黄土陡崖顶部为小块菜地(面积约10 m×4 m)，崩塌发生前浇灌菜地，导致黄土饱和而发生崩塌(图6)。

图6 灵丘县黑寺村崩塌

(5) 阳高县义合村黄土崩塌

2015年7月28日阳高县义合村一村民房屋东北侧黄土陡崖发生崩塌，崩塌未造成人员伤亡。黄土陡崖高度10 m，坡度75°～85°，崩塌体积10 m3，崩塌造成村民一间房屋垮塌，造成直接经济损失约1万元。其成因为7月27日，义合村突降大雨，使黄土斜坡局部达到饱和状态，土体重度增加、强度降低，发生崩塌(图7)。

图7 阳高县义合村黄土崩塌

5 黄土边坡崩塌成因及稳定性

5.1 自然因素

造成大同地区黄土边坡崩塌、滑坡的自然因素主要是降雨入渗、地表水冲刷、降雪冻融、地震等。由于当地降雨主要集中在7～9月份，降雨入渗黄土中致使含水量增加引起湿陷，降低黄土强度，在黄土陡壁处宜引发小型崩塌。雨季受洪水冲刷也易造成黄土沟谷侵蚀侧沟壁的局部崩塌。当黄土斜坡坡脚受到洪水冲刷时也可能形成小型黄土浅层滑坡。

5.2 人类活动

造成当地黄土崩塌、滑坡的人类活动主要有丘陵山区修筑道路、村庄修建房屋、矿山建设切坡等。

在黄土丘陵山区修筑公路、修建房屋、矿山建设中，由于路基和场地基础的开挖增大了黄土边坡坡角、减小了坡脚压力，致使边坡稳定性降低。当边坡坡面及排水不畅或下伏存在隔水层时极易造成崩塌或滑坡。这是造成边坡崩塌、滑坡的主要因素。另外，矿山(地下、露天)开采、道路通行的大型载重车辆震动也是造成边坡崩塌的因素之一。

从本区近年来发生黄土崩塌地质灾害看，引发崩塌灾害的主要因素为人工切坡、采矿活动、降雨、灌溉等人类工程活动所致。

5.3 稳定性分析

大同地区气候干燥，多年(1980～2015年)平均降雨量370.84 mm，年最大降雨量554.1 mm(1995年)，年最小降雨量171.3 mm(1988年)，降水多集中在7、8、9三个月。多年平均蒸发量1 896.06 mm，为降水量的4～5倍。地表水不发育，地形有利于降雨排泄，黄土边坡植被稀少，水土流失严重，自然边坡相对稳定。

按极限平衡理论边坡极限安全高度经验公式，计算不同边坡角安全高度如表3。

式中,H为安全高度(m)；c为土的黏聚力(kN/m)；β为坡角(°);φ为内摩擦角(°)；γ为天然密度(kg/m3)。

表3 边坡角极限安全高度计算表

黄土边坡稳定性主要受地形、降雨、人类工程活动影响。在自然状态下，黄土边坡受当地气候影响，各类黄土边坡基本处于稳定状态。当有人工切坡、地表水(排水不畅)的影响下，黄土边坡易于失稳。由于大同地区降水量偏少，黄土边坡崩塌、滑坡规模较小。

6 黄土崩塌(滑坡)灾害的防治

针对本区黄土崩塌、滑坡灾害发生的主导因素是人类工程活动，诱发因素为地表水入渗，其防治措施主要为3类：一是尽量减少对黄土边坡的切坡，二是要消除或减轻地表水(地下水)的诱发影响，三是采取必要的工程治理。应因地制宜，综合治理，力求根治。

(1) 减少工程切坡：尽量减少对黄土边坡的工程切坡，如确需切坡时，应由专业部门对所切边坡勘查评价，并制订相应的防治措施。

(2) 截排地表水、排导地下水：崩塌、滑坡的发生和发展，与地表水的作用有密切关系。在隐患处设置排水系统截排地表水，对治理各类崩塌、滑坡都是适用的，对治理某些浅层滑坡，效果尤其显著。为了防止地表水的下渗，在边坡体上也应充分利用自然沟谷，布置排水系统，使水流得以汇集旁引。

地下水通常是诱发崩塌、滑坡的主要因素，排除有害的地下水，是治理崩塌、滑坡的有效措施。地下排水系统包括截水盲沟或盲洞、渗水砂井相结合的工程设施。

(3) 支挡工程：由于坡脚失去支撑而引起的崩塌、滑坡，可采用修筑支档工程，调节边坡的重力平衡条件，使坡体恢复稳定。对危害程度较大的边坡采取相应的支档工程。

(4) 加强监测：重点对人工切坡形成的崩塌、滑坡隐患点进行定期巡查，特别是雨季期间应增加监测频率，发现异常及时采取应急措施。

7 结语

大同市黄土边坡崩塌(隐患)多为坡高≤10 m、坡度70°～80°、崩塌厚高≤5 m，崩塌规模以小型为主。主要表现为坡顶有细小裂缝，坡体顶部有少量土块崩落。威胁对象为村庄房屋财产与居民生命、道路通行车辆与行人安全。

在自然状态下，各类黄土边坡基本处于稳定状态。引发黄土边坡崩塌、滑坡的主要因素为人工切坡、地下采矿活动，诱发因素为降雨、地表水入渗。崩塌、滑坡规模较小。防治措施主要为减少切坡、消除或减轻地表水入渗、采取必要的工程措施。对人工切坡形成的崩塌、滑坡隐患点加强监测。