甘肃灵台县南店子滑坡活动特征及成因分析

唐家凯，吴玮江，刘 韬，宿 星，万朝东，张国信，安亚鹏，李祖刚

（1.甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所，甘肃 兰州 730000；2.甘肃煤田地质局一四六队，甘肃 平凉 744000；3.甘肃省农业大学水利水电学院，甘肃 兰州 730030）

0 引言

2021年10 月3 日22 时，甘肃省灵台县城达溪河右岸的中台镇南店子村因暴雨引发大型推移式黄土—泥岩接触面滑坡灾害，体积约3.65×106m3（图1）。滑坡破坏房屋443 间、G244 国道等道路450 m 和10 千伏输电线路500 m，农田73.9×104m2，直接经济损失7 970 万元。由于预警及时，未造成人员伤亡，被评为2021年度全国地质灾害成功避险十大典型案例。

图1 南店子滑坡全景Fig.1 Panoramic view of the Nandianzi landslide

西北黄土高原是我国滑坡灾害最为发育的地区之一[1-2]，黄土滑坡分布广泛，危害严重[3-4]。长期以来，许多学者和部门开展了黄土高原滑坡的研究：彭建兵等[5-6]对黄土高原滑坡的空间发育分布、抗滑因素等进行了全面系统的研究；吴玮江等[7-10]对甘肃东部滑坡发育分布、黄土滑坡类型与活动特征进行了深入研究；李同录等[11]对黄土滑坡类型、降水入渗引发滑坡开展了研究；张国信[12]对灵台地质灾害分布及发育特点进行了研究、孙秀娟等[13]通过对簸箕湾滑坡的研究提出了对灵台地质灾害防治的建议；杨秀元等[14]对灵台西塘湾滑坡根据勘查结果进行了深入的研究，对此次研究具有较好借鉴作用。南店子滑坡与以上滑坡发生有很多不同之处，是我们此次研究的重点，对黄土区域类似情况有很好的警示和指导意义。

灵台县中台镇南店子滑坡具有规模大、影响因素和成因复杂、滑体稳定性差、造成的经济损失和潜在威胁严重等特点，非常具有代表性。在现场调查、勘探、无人机测量的基础上，对南店子滑坡形成的地质环境、滑坡分级分块与滑移特征、影响因素与成因、滑坡稳定性与危害进行了系统研究，取得了一些重要成果，供类似滑坡灾害的科学防治和研究参考。

1 地质环境条件概况

1.1 气象水文

灵台县多年平均降水量654.4 mm，最大降水量812.2 mm（1975年），降水多集中于7—9 月。近年来极端性降水事件频发，如2010年7 月22—25 日，灵台县城降雨达189.4 mm，7 月23 日一天降水156.1 mm，朝那一带达到降水314 mm，创有气象记录以来的极值。2013年7 月21 日16 时至22 日6 时，全县10 个乡镇降水超过100 mm，中台等3 乡镇超过200 mm，其中，中台镇东王沟村达到287.8 mm，1 h 最大降水82.3 mm，为历史极值。

1.2 地形地貌

灵台县地处陇东黄土高原东南部,主要为黄土残塬、黄土梁状丘陵构成的典型黄土高原地貌景观，并受达溪河、黑河等河谷及沟谷切割[15-17]。中台镇南店子滑坡位于达溪河南岸黄土斜坡的中下部，斜坡近东西向延伸，地势南高北低，高差150 m，上陡下缓，平均坡度15°。滑坡区自然地形较为完整，为台阶状梯田，植被较茂密，两侧冲沟发育。前部达溪河Ⅰ、Ⅱ阶地宽度600～1 000 m，为县城新开发建设区。

1.3 地层岩性

滑坡区出露地层由老到新主要有：

（1）下白垩统泾川组（K1j）：棕褐-棕红色泥质砂岩和砂质泥岩，薄-中厚层状构造，层理发育，产状近水平。遇水易软化，属产状软弱岩组。

1.4 水文地质

灵台县地下水主要有第四系松散岩类孔隙水、新生界碎屑岩类孔隙裂隙水两大类型。其中第四系松散岩类孔隙水包括河（沟）谷区砂砾卵石孔隙潜水；黄土残塬区、丘陵区黄土孔隙裂隙潜水，在黄土残塬区较为丰富[18]。

1.5 人类工程活动

南店子村地处灵台县城区，随着近年来县城规模的迅速扩大，人类工程活动强烈，达溪河南北两岸开挖坡脚、扩大建设用地的现象较为普遍，对斜坡稳定性产生不利影响。

2 滑坡与分级分块特征

2.1 滑坡总体特征

南店子滑坡发育在达溪河南岸黄土斜坡的中下部，滑坡平面形态牡丹花状（图2），长约342 m，后缘宽约365 m，前缘宽约530 m，中部最宽处约635 m，滑坡面积15.9×104m2，据钻探资料滑体平均厚度约23 m，体积约3.65×106m3，滑体主要有原马兰黄土、离石黄土组成，下部带动了少量白垩系强风化泥岩，为大型中层推移式黄土—泥岩接触面滑坡，主滑向5°（图3）。滑坡后缘高程1 018 m，前缘高程935 m，高差83 m，平均坡度13°，滑坡体由3～4 级平台构成，并在后部滑体与滑壁之间形成深3～5 m、长100 m 的滑坡洼地，中部形成反坡地形和错台；滑体表面各种滑坡裂缝发育。

图2 南店子滑坡分级分块与地物位移矢量图Fig.2 Classification and zoning of the Nandianzi landslide and vector map of terrain displacement

图3 南店子滑坡A-A’剖面图Fig.3 A-A’profile of Nandianzi landslide

根据钻探资料，南店子滑坡的主滑面发育于含水率高、抗剪强度低的强风化白垩系泥岩顶部，其形状主要受黄土与泥岩接触面控制，总体较为平缓，平均倾角6°，后部主滑段10°，中前部抗滑段倾角3°，前缘部分呈反翘状，倾角-2°，前部滑面平均倾角只有1°。剪出口位于G244 公路南侧一带，受推挤影响形成鼓胀隆起，羽状裂缝发育，破坏坡脚道路，房屋开裂、倾斜、倒塌（图4）。滑坡后部滑动面为发育于黄土层中的陡直拉裂面。

图4 滑坡前缘破坏情况Fig.4 Damage situation at the front edge of the landslide

南店子滑坡整体滑动后，后部拉裂面形成高陡的滑坡壁，由马兰黄土和离石黄土组成，高差20～35 m，坡度约65°，近东西向延伸，滑壁较为平直，其上条带状擦痕清晰（图5）。滑坡壁后部20～35 m 范围有2～3 条平行后壁的牵引性拉张裂缝，长度50～100 m，宽20～50 cm，下错30～100 cm，为本次滑坡大规模滑动时牵引滑坡壁后部土体变形的结果。其东侧部分宽100 m 的范围于10 月10 日失稳滑动，体积约2.0×104m3。

图5 滑坡后壁擦痕与次级滑坡Fig.5 Scratches on the back wall of the landslide and secondary landslides

图7 1#、2#滑块之间裂缝及地面拱起Fig.7 Cracks and ground arch between sliders 1# and 2#

图8 1#、2#滑块部位平台反翘Fig.8 Reverse warping of the platform at the locations of sliders 1# and 2#

图9 2#滑块前部拱起及破坏楼房Fig.9 Upward arching and damaged buildings at the front of slide 2#

2.2 滑坡分级分块特征

南店子滑坡的分级分块特征明显，利用滑坡前后影像资料对比，根据滑坡裂缝发育分布、滑壁形态、滑坡体地物位移等特征和差异，将该滑坡体分为5 个滑块（图2）。主要特征及相互关系见表1。

表1 各滑体特征及相互关系Table 1 Characteristics and interrelationships of sliding body

2.3 滑坡滑移特征

据现场目击者介绍南店子滑坡滑动时间约30 min，滑动速度较为缓慢。利用南店子滑坡发生前2021年6 月和发生后2021年10 月4 日的两期无人机正射影像资料，根据滑坡区建筑物、道路、电杆、铁塔、独立树木等30 多处明显标志物滑动前后的位置，确定本次滑坡的水平滑动距离和方向（图2），分析不同滑坡部位的具体滑动情况，并为滑坡分级分块的客观合理性和滑坡机理分析进一步提供证据。

南店子滑坡1#滑块的水平滑距中后部为16～27 m，东部滑距大于西部，最大垂直滑距也就是后壁高度20～36 m，虽然后部的水平滑距较小，但是垂直滑距最大的区域，因此，总滑距较大，是滑动最为剧烈的部位之一，总体滑动方向5°；西侧滑舌区水平滑距5～19 m，其后部滑距也大于前部，滑动方向317°。东侧滑舌水平滑距9.5～23 m，其后部滑距大于前部，滑动方向32°。说明东西两个滑舌区滑动时滑块内部处于挤压状态，为典型的推移式滑动。2#滑块的水平滑距为19～29 m，也是东部滑距大于西部，后部滑距大于前部，滑动方向总体向北。从地物相对位置判断，2#滑块的地面总体垂直拱起，一般1～5 m。在1#滑块的推力作用下失去稳定，该滑块阻滑作用明显，前部道路、楼房部分拱起1～3 m。3#滑块的水平滑距为9～17 m，也是后部滑距大于前部，因此，在滑块中前部发育放射状裂缝带，滑动方向总体向北西310°。4#滑块为东侧滑距相对最小的侧向牵引部分，中部水平滑距约10 m，前部8～9 m，滑距也是后部大于前部，滑动方向总体向北东32°，滑块中前部发育数条规模较大的垂直滑动方向的拉张裂缝。5#滑块为东侧滑距相对最大的滑移部分，中部一处输电线路铁塔水平滑距约39 m，是本次滑坡滑动最远的块体，滑动方向约30°。受其影响，相邻的2#滑块西侧的滑距也较大。南店子滑坡的滑距约30 m，平均滑速1 m/min，总体滑距较短、滑速较低。为滑坡区居民及时转移、安全避险提供了时间。

3 滑坡影响因素与成因分析

3.1 滑坡影响因素

南店子滑坡发育发生原因是斜坡中下部和坡脚抗滑段不合理的大规模挖坡取土等人为活动使斜坡变陡、抗滑力减小，并地面留有洼坑，导致排水不畅，长期大量入渗软化，人为降低了斜坡的稳定性，再由暴雨直接引发，并造成重大灾害损失。

（1）斜坡中下部和坡脚大规模挖坡取土：据多期卫星影像资料（图10），自然状态下南店子村南侧为平均坡度约13°的黄土缓坡，冲沟不甚发育，坡面完整，其上为农田及少量植被，形状较为规则，前缘阶地区有少量居民院落和道路，人类活动对斜坡的影响轻微。自2010年以来，在斜坡中前部长期进行了大规模的挖坡取土，挖土范围东西长近400 m、南北宽50～180 m，挖土面积约4.4×104m2，特别是在东部的挖土规模最大，参照挖土现场残留地形估算，平均开挖深度7 m，估算挖方量约30 m3。同时，前缘中部坡脚处楼房建设也对坡脚进行开挖，挖方体积约1.2×104m3。2017年以来，位于斜坡东部前缘的天泰嘉苑住宅东部坡脚又进行了开挖，估算挖方量约9×104m3（图11）。

图10 滑坡区中下部、坡脚开挖取土历史影像Fig.10 Historical image of soil excavation in the middle and lower part of landslide area and at the foot of slope

图11 滑坡前地表积水洼地Fig.11 Surface water depression before landslide

以上总计开挖土体积达40×104m3左右，约占本次滑坡方量的11%，沿斜坡中下部及坡脚平均每延米宽度的开挖量达800 m3/m，使斜坡变陡、抗滑段抗滑能力大幅减小。因此，挖方取土对斜坡稳定性产生严重不利影响。本次滑坡的滑移特征也与挖方情况密切相关，挖方规模越大的部位，滑移越强烈。如5#滑块前缘开挖成为30 多米高的陡坡，临空条件最好，是本次滑坡的最大滑移部位，水平滑距达39 m。前部滑动面的反翘也可能与开挖较深的取土坑有关。

（2）斜坡中部积水下渗软化土体：斜坡中下部开挖取土后地面留有洼坑，且未进行平整，导致地表排水不畅，形成多处积水洼地，汇集斜坡上部和周围大面积的地表径流。据影像资料，积水面积约1 000 m2（图12）。洼地积水长期大量渗入、软化斜坡深部土体，降低土体抗剪强度和斜坡稳定性。

图12 灵台县2021年4—11 月降水量分布图Fig.12 Precipitation distribution map of Lingtai County from April to November 2021

（3）连阴雨及暴雨引发：2021年9 月以来陇东地区阴雨连绵，降水量高于同期平均值，9—10 月的降水量达400 mm 以上，占全年降水量的一半左右（图12）（2021年4 月开始观测），大量降水入渗地下软化土体，据调查，2021年9 月灵台县平均累计降雨296.6 mm，其中15～28 日除21 日无降雨外，其余12 d 均有降水，该段时间累计降雨258.8 mm[19]。10 月3 日陇东南地区出现罕有的大面积暴雨，灵台县平均降雨量为116 mm，其中灵台县城降水量97.5 mm，坡体中部洼地区大量积水并下渗（图13），部分地段发育落水洞，更使大量水体渗入斜坡深部，土体强度和斜坡稳定性降低。最终引发斜坡整体大规模失稳滑动，发生严重的滑坡灾害。

图13 滑坡期间地表积水洼地Fig.13 Surface water depression during landslide

由上可见，在斜坡中下部及前缘不合理的大规模挖坡、挖方区地面洼坑导致地表排水不畅，多处洼地长期积水下渗降低了斜坡稳定性，埋下了重大隐患和苦果，是本次滑坡灾害发生的重要原因。

3.2 滑坡成因分析

（1）定性分析

根据南店子滑坡发育的斜坡地质结构、滑坡结构、分级分块特征和滑移矢量分析，该滑坡为推移式黄土—泥岩接触面滑坡，其成因具有特殊性和特点。斜坡中下部的大规模挖坡使上部斜坡坡度和临空面增大，形成主动下滑段，并减小了中部斜坡的抗滑力。其前部挖方区为多处洼地积水下渗区，长期入渗软化深部岩土界面处，由于下部泥岩的隔水作用，地下水在此富集，黄土和泥岩顶部强风化层软化后，抗剪强度大幅降低，使斜坡的稳定性大大降低。2021年9 月以来的连阴雨和10月3 日的暴雨引发上部1#滑块首先沿坡度10°抗剪强度低的白垩系顶部强风化层向北发生滑动，是本次滑坡的主动推滑体，产生巨大的推滑作用。2#滑块是被动推滑体，西侧3#滑块的形成相对更为特殊，因其西侧沟道切割，临空条件好，1#后部主滑块对其产生北西向的侧向推挤作用，使3#滑块向西侧沟道方向滑动。东侧4#滑块地势较高，相对独立，受1#主滑块的后部推挤和侧向牵引作用，产生滑动，其滑距较小。5#滑块滑距达39m，其形成也有特殊原因。一是近年来前缘开挖强烈，临空条件最好；二是5#滑块后部是洼地长期积水最严重地区，土体含水率高，钻探时钻孔严重缩径，深部土体软化，抗剪强度低，因此5#滑块稳定性差，后部又受1#主滑块的推挤作用，滑动较远，滑体填满了前部取土洼坑。

（2）定量分析

对滑坡稳定性进行定量分析，本次计算以A-A’剖面作为计算模型。

根据现场勘查取样试验和相关资料，综合考虑滑体的组成和特征，滑坡在天然状态下为基本稳定状态，稳定系数取1.10，天然容重为19.0 kN/m3，饱和容重取20.0 kN/m3。黏聚力的取值范围为10～13 kPa，内摩擦角的取值范围为14°～17°。经过对恢复原始地形的A-A’剖面反演分析后，选取黏聚力11 kPa，内摩擦角15.5°作为天然状态抗剪强度的反演值。

南店子滑坡为中层土质滑坡，潜在滑动面按折线考虑。滑坡稳定性定量计算采用折线型滑动面计算公式进行计算（图14）。其计算模型如下：

图14 传递系数法（折线型滑面）计算模型Fig.14 Calculation model using the transfer coefficient method (piecewise sliding surface)

计算公式

式中：ψj——第i块段的剩余下滑力传递至第i+1 块段时的传递系数（j=i），ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

Wi—第i条块的重量/（kN·m-1）；

ci—第i条块黏聚力/kPa；

φi—第i条块内摩擦角/（°）；

Li——第i条块滑带长度/m；

αi——第i条块滑带倾角/（°）；

βi——第i条块地下水线与滑带的夹角/（°）；

A——地震加速度（重力加速度g）；

Kf——稳定系数。

本次滑坡稳定性计算工具采用理正岩土计算6.0软件Excel 手工计算相结合，在各工况条件下的计算结果见表2。

表2 A-A′滑坡稳定性计算结果Table 2 Calculation results of landslide stability

计算结果表明，滑坡在自重工况下计算的稳定系数为1.02，处于欠稳定状态；在自重+持续强降雨情况下，稳定系数为0.89，处于不稳定状态。

（3）数值分析方法

采用有限差分法软件FLAC3D 进行滑坡发生后的斜坡数值分析，斜坡稳定性系数计算采用强度折减法。

结果显示，不同工况下，水平方向最大位移均集中在滑体上（图15），垂直方向位移最大值以及总位移最大值均集中在滑体顶部（图16、图17）。自重+持续强降雨工况下，由于土体饱和度增加，坡体位移量增加，但主要集中在滑体上，从坡体顶部向坡脚处延伸。

图15 不同工况下斜坡水平位移云图Fig.15 Horizontal displacement contour map of slopes under different working conditions

图16 不同工况下斜坡垂直位移云图Fig.16 Vertical displacement contour maps of slopes under different operating conditions

图17 不同工况下斜坡总位移云图Fig.17 Total displacement contour map of slopes under different operating conditions

4 滑坡现状稳定性与危险性

南店子滑坡经过本次大规模滑动，目前滑体整体较为稳定，但前缘东侧天泰嘉苑住宅小区段、滑坡后壁等部位的稳定性差，裂缝发育，降水易入渗软化土体，局部再次失稳复活滑动的可能性大，危害严重。

滑坡前缘东侧天泰嘉苑住宅小区段主要包括4#滑块至5#滑块及之间的滑坡前缘，其中4#滑块为本次滑坡推挤牵引部分，重心位置高，滑距短，能量释放不彻底，地表拉张裂缝发育，稳定性差，严重威胁前缘紧临住宅楼的安全。5#滑块尽管本次滑动较为剧烈，但前部地形高陡，临空条件好，滑体结构破碎，稳定性也差；4#滑块至5#滑块之间为1#滑块东侧滑舌，地势低洼，易汇集地表水，滑体含水率高，稳定性差。均对前部天泰嘉苑住宅小区的建设和运营造成严重威胁。

西侧3#滑块前缘位于冲沟沟底，直接受洪水冲刷，可能再次失稳滑动，并转化为泥石流，形成链式灾害，威胁沟口县城安全。

另外，南店子滑坡后壁高陡，后部拉张裂缝发育且规模大，上部坡面径流很易沿其渗入，稳定性差，局部已发生小规模失稳滑动，还可能再次发生小规模失稳滑动。

南店子滑坡发生后，对滑坡进行了后壁削坡、滑坡体上部减载，并对西侧前缘回填反压，使滑坡险情得到很大缓解，并形成了三级宽平台，有利于今后开发利用（图18）。滑坡东侧天泰嘉苑一带将采取以抗滑桩为主的永久性支挡工程进行综合治理。

图18 应急治理后的滑坡状况Fig.18 Landslide condition after emergency treatment

5 结论与建议

灵台县城南店子滑坡位于达溪河南岸，滑坡长342 m、宽365～650 m、面积15.9×104m2，平均厚度约23 m，体积约3.65×106m3。主滑向5°，滑动面受土岩界面控制，为大型中层推移式黄土—泥岩接触面滑坡。通过对滑坡活动特征和成因分析，主要得出以下结论：

（1）南店子滑坡是一个典型的黄土-基岩接触面滑坡，整个滑坡滑动时间约30 min，总体滑速较为缓慢，分析认为由于坡脚开挖作用导致边坡稳定性降低，强降雨直接诱发滑坡产生，该滑坡的产生和发育机理受到降雨和开挖作用的共同影响。

（2）南店子滑坡发育于黄土斜坡中下部平均坡度13°的缓坡区，坡体主要有马兰黄土和离石黄土组成，基底为近水平状白垩系泥岩和砂岩，在降雨、地震和人类工程活动等条件诱发下可能发生崩塌或者滑坡，斜坡变形破坏过程表现为开挖卸荷—蠕滑—拉裂、降雨入渗—蠕滑—拉裂和地下水补给—蠕变—液化破坏三种模式相互影响、相互作用的结果。

（3）灵台县南店子滑坡由于预警及时，未造成人员伤亡，是地质灾害群测群防的成功事例，值得庆幸。但不合理的大规模挖坡活动在该滑坡的形成中扮有重要角色，造成了严重的经济损失，也又一次为今后山区城镇建设、乡村振兴等工程建设活动的更加科学规范提供了典型案例和警示，应深刻汲取惨重的经验教训。

（4）针对同类型黄土滑坡研究，通过定性定量、参数反演等方式探明南店子滑坡的主要致灾因子是降雨和前期的坡脚挖土，这一结论可以应用到黄土滑坡风险评价中，为黄土地区滑坡灾害监测预警、风险评价及工程治理提供一定科学参考。