辛存林，楊國林，趙志鵬，孫現(xiàn)輝，馬維云，李鴻儒

（西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

黃土崩塌災(zāi)害是黃土高原較常見的地質(zhì)災(zāi)害，包括黃土崩塌和潛在黃土崩塌兩類。黃土崩塌就是已經(jīng)發(fā)生了崩塌的地質(zhì)災(zāi)害；潛在黃土崩塌就是還未發(fā)生崩塌，但存在巨大隱患的地質(zhì)災(zāi)害，其危險(xiǎn)性更大。雖然黃土崩塌的規(guī)模較小，但其發(fā)生的頻率很高，分布極為廣泛，每年都造成人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失。天水市北山為黃土梁峁溝壑地貌，其基本地貌形態(tài)主要為河谷、階地和黃土丘陵［1］。由于人類工程活動(dòng)密集、頻繁，黃土崩塌嚴(yán)重，阻礙了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，且對人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

1 黃土崩塌災(zāi)害概況

通過野外調(diào)查，天水市北山有黃土崩塌災(zāi)害共計(jì)59處（表1），其中黃土崩塌36處，潛在黃土崩塌23處（表2）。黃土崩塌主要分布在金李村、蘆家灣、張家溝、靈山寺一帶，其中金李村穆家灣西南溝中的黃土崩塌規(guī)模最大，長約38m，寬約13m，坡高43m，坡度70°～88°，體積1.06×104m3，壓埋范圍約40m；2010年9月在張家溝口發(fā)生的黃土崩塌，長52m，寬5m，坡高26m，體積約6.80×103m3，坡度75°～90°，壓埋房屋1間。

潛在黃土崩塌主要分布在雅崖溝、杜家溝、玉泉觀一帶（表2），其坡高10～57m，坡度10°～78°，崩塌寬度1～13m；由于潛在黃土崩塌形成的黃土崖上下，通常有居民住宅，據(jù)目前統(tǒng)計(jì)可知，共涉及居民1 755人，財(cái)產(chǎn)2 644萬元。

表1 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表2 潛在黃土崩塌特征統(tǒng)計(jì)

2 黃土崩塌災(zāi)害的特征

天水北山黃土崩塌多發(fā)生于第四系中，以馬蘭黃土為主，陡崖、懸崖下方呈帶狀分布大片崩積層和階地掩埋的崩積層就是佐證。其中潛在黃土崩塌主要分布在人類居住區(qū)周圍，對周圍居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。

天水北山黃土崩塌以傾倒式為主，受風(fēng)化影響，危險(xiǎn)巖土體表部構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂縫較發(fā)育，大大降低了巖土體的整體性，加劇了巖體的變形破壞，在巖土體后緣形成新的卸荷裂隙，隨著變形時(shí)間增長，張裂隙逐漸向深部擴(kuò)展，從而形成整個(gè)裂隙面的貫通。因此，山體崩塌具備了傾倒、開裂以致崩塌的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件［2］。

天水北山黃土崩塌以中、小型為主。由圖1可知，黃土崩塌的坡高集中在15～40m，占總數(shù)的86.1%；潛在黃土崩塌的坡高集中在10～38m，占總數(shù)的82.6%。由圖2可知，黃土崩塌的坡度在58°～90°，占總數(shù)的97.2%；潛在黃土崩塌的坡度在48°～90°，占總數(shù)的86.9%。

圖1 黃土崩塌災(zāi)害高度統(tǒng)計(jì)圖

圖2 黃土崩塌災(zāi)害坡度統(tǒng)計(jì)圖

3 黃土崩塌的成因

崩塌的形成必須具備兩個(gè)基本條件：一是必須具有物質(zhì)基礎(chǔ)，二是具有高陡斜坡的地形條件。天水北山為黃土高原地區(qū)，境內(nèi)溝壑縱橫，坡陡谷深，黃土厚度大，力學(xué)強(qiáng)度低，具有崩塌的物質(zhì)基礎(chǔ)，又有發(fā)生崩塌的有利地形條件，因而黃土崩塌十分發(fā)育。

3.1 黃土的物理力學(xué)性質(zhì)

黃土的強(qiáng)度與物質(zhì)成分相關(guān)，天水北山的黃土顆粒較粗，以粉砂為主，而黏粒含量低，在土力學(xué)分類中屬于黏土質(zhì)壤土?；疚锢硖匦越橛谏芭c黏土之間，與砂比較，黃土具有塑性，與黏土比較，黃土具有較高的滲透率。由于黏粒含量有限，顆粒之間的黏結(jié)力比較弱，因此力學(xué)特性屬于中等。天水市北山上部的馬蘭黃土，顆粒粗，孔隙大，結(jié)構(gòu)疏松，容重與塑性指數(shù)比較低，具有強(qiáng)濕陷性，內(nèi)聚力值為0.27kg／cm2，而且垂直節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)度低。下部的離石黃土，雖經(jīng)長期上覆壓力作用下，結(jié)構(gòu)密實(shí)，孔隙比顯著降低，容重增加，次生碳酸鈣膠結(jié)普遍，強(qiáng)度增大，內(nèi)聚力值達(dá)到0.61～0.76kg／cm2。然而微隙裂縫、構(gòu)造節(jié)理也很發(fā)育，尤其是順坡向的卸荷節(jié)理十分發(fā)育，成為形成崩塌的有利條件。

3.2 黃土崩塌的地形條件

天水市北山黃土厚度大，自穩(wěn)性與直立性好，又處于干旱—半干旱地區(qū)，年降雨量大多在500mm左右，而蒸發(fā)量高達(dá)1 200～1 800mm，氣候干燥，黃土含水量較低。環(huán)剪實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，黃土含量在5%～7%時(shí)，內(nèi)摩擦角最大，當(dāng)黃土含水量低時(shí)，礦物顆粒周圍的水膜很薄，水的吸附力很強(qiáng)，可以達(dá)到幾百到上萬個(gè)大氣壓，在土體骨架中，起到強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的作用。因此，在各階地周圍、黃土塬邊、河流溝谷的兩岸、深切峽谷，均可形成高達(dá)數(shù)十米到百余米的高陡斜坡，為黃土崩塌提供了有利的地形條件。

3.3 黃土崩塌的促發(fā)因素

崩塌的產(chǎn)生僅靠自身重力和地形條件，發(fā)生的數(shù)量很少，而且規(guī)模也很小，一般也不會(huì)形成災(zāi)害。造成規(guī)模大、數(shù)量多、災(zāi)害嚴(yán)重的崩塌都有其促發(fā)因素，根據(jù)實(shí)地考察，天水市北山黃土崩塌的促發(fā)因素有：

（1）降水促發(fā)的黃土崩塌。野外觀察和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果都得出，水對黃土的強(qiáng)度有極大的影響，原始狀態(tài)的含水量較小，在土體骨架中起著強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的作用，當(dāng)有水分補(bǔ)充時(shí)，導(dǎo)致顆粒間聯(lián)系力減弱，以致散化，土顆粒接觸點(diǎn)起膠結(jié)作用的結(jié)晶鹽，在吸附大量水分后溶解分離，使其聯(lián)結(jié)作用喪失，破壞了土體的原始結(jié)構(gòu)，而且在二粒相對位移時(shí)起到潤滑作用。天水北山地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)干旱氣候，年降雨量為400～700mm，降雨量集中在6—9月，占全年降雨量60%～80%，這種降雨的集中性造成大量雨水滲入黃土體中的孔隙、節(jié)理、裂縫中，形成孔隙水壓力，軟化斜坡土體，降低土體強(qiáng)度，同時(shí)導(dǎo)致坡體自重增加，增大崩塌力。因此在黃土地區(qū)，每年雨季都發(fā)生大量的黃土崩塌，具有顯著的時(shí)間性［3］。

（2）滯水、泉水的濕潤。天水北山黃土被覆于古地形之上，上部馬蘭黃土由于顆粒粗、孔隙大、結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，降雨和地表水易于滲入黃土層底部，其下伏巖層新近系泥巖，具有不透水性，即在黃土層底部與下伏巖層之間，形成滯水層、潛水層，有些地方還有泉水出露，這些地下水長期對黃土的濕潤與浸泡，使其抗剪強(qiáng)度降低。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)黏土含水量達(dá)到35%時(shí)，抗剪強(qiáng)度降低60%以上。尤其在天水北山南北向的各條溝谷底部，這些滯水、潛水以滲水或泉水出露，使上部黃土發(fā)生滑塌（圖3），天水北山溝谷中的黃土崩塌占北山黃土崩塌災(zāi)害總數(shù)的61%，這些黃土滑塌雖然規(guī)模不大，但由下向上不斷進(jìn)行滑塌，一直可以滑塌到山頂，破壞農(nóng)民修建的梯田，還威脅村莊的安全，同時(shí)也為泥石流提供了豐富的來源。

圖3 天水市北山溝谷中黃土崩塌示意圖

（3）地震促發(fā)的黃土崩塌。地震從震源出發(fā)的彈性震動(dòng)，向周圍介質(zhì)傳遞時(shí)在斜坡內(nèi)產(chǎn)生慣性力，使斜坡產(chǎn)生破壞而發(fā)生崩塌，地震作用力及其破壞程度隨斜坡高度增大會(huì)增大，因而高陡斜坡更易遭到破壞，促發(fā)大量的崩塌。尤其黃土結(jié)構(gòu)疏松，易吸收地震能量，可使高陡斜坡發(fā)生大量崩塌［4－5］。

根據(jù)馮學(xué)才［6］研究，黃土地區(qū)一般4級以上的淺源地震即可促發(fā)黃土崩塌。6級以上地震距震中40～60km，7級以上地震距震中250km，8級以上地震距震中400km，即可促發(fā)黃土崩塌。天水市處于我國著名的南北地震帶與近東西向秦嶺北麓地震帶的交匯部位，地震頻繁且強(qiáng)度大，自公元366—1936年，已發(fā)生4.5～5級地震5次，6級地震3次，尤其734年3月23日的7級地震和1654年7月21日的8級地震，促發(fā)了大量滑坡和崩塌，2008年5月12日汶川8級地震，天水震感強(qiáng)烈，民房受損嚴(yán)重，黃土斜坡變形普遍。

（4）人類活動(dòng)因素。主要包括坡腳開挖、坡頂載荷、灌溉及村莊所在山坡地的不適當(dāng)修筑梯田活動(dòng)。由于大規(guī)模的劈山修路，開挖坡腳，形成了大量的切坡，進(jìn)而加劇了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生；人口的增長及山頂村莊的修建，增加了坡頂載荷和坡體自身重力，增大了滑坡崩塌災(zāi)害發(fā)生的可能性；山坡梯田的修筑改變了坡體的天然狀態(tài)，減緩了大氣降水的地表徑流，促進(jìn)了降水的入滲，加上農(nóng)田灌溉，使黃土斜坡的含水量增加，提高了黃土潛水水位，影響滑坡體和不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性，增大了滑坡崩塌災(zāi)害的危險(xiǎn)性［7］，對溝谷突發(fā)泥石流地質(zhì)災(zāi)害也有較大影響［8］。另外，近年來國家持續(xù)實(shí)施的退耕還林還草和封山育林政策及天水市實(shí)施的南北兩山綠化工程，使黃土丘陵區(qū)生態(tài)環(huán)境有了較大改觀，植被恢復(fù)速度快，覆蓋率逐年增長，這在一定程度上抑制了黃土崩塌的發(fā)生。

農(nóng)村居民建筑一般缺少統(tǒng)一規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)意識，更缺少地質(zhì)災(zāi)害防治知識，不適當(dāng)?shù)叵髌氯⊥粒徰陆ǚ?，鄰溝建房，溝槽堆填，沒有統(tǒng)一完善的排水系統(tǒng)、邊坡加固、泥石流防治等基礎(chǔ)設(shè)施，加重了地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性［9］。較為嚴(yán)重的是城鎮(zhèn)摩擦區(qū)及城鄉(xiāng)結(jié)合部，這些地方不適當(dāng)削坡及開挖坡腳，非法建房情況嚴(yán)重，往往將緩坡或陡坡削成直壁，然后靠壁建房，或在排洪溝溝道乃至溝底建房堵塞河道，有的甚至在陡壁的邊緣建房，這些不僅嚴(yán)重破壞了地質(zhì)環(huán)境，而且將自身處于危險(xiǎn)的境地。

4 黃土崩塌的防治建議

（1）避免在高10m以上，坡度70°～90°的黃土崖上、下修建居民住宅，今后崖上修建居民住宅，應(yīng)遠(yuǎn)離崖邊10m以上，崖下建房應(yīng)考慮坡高因素，坡高越高距崖下越遠(yuǎn)，一般應(yīng)距坡高的1／2距離。

（2）現(xiàn)已建黃土崖上邊且已開裂的房屋，應(yīng)立即進(jìn)行搬遷。處于黃土崩塌危險(xiǎn)點(diǎn)的居民，應(yīng)逐步進(jìn)行搬遷。

（3）對處于黃土危險(xiǎn)點(diǎn)的居民但無法搬遷的，應(yīng)對黃土崖上部（坡高上部1／3處）進(jìn)行削坡，使上部坡度降為60°以下。

致謝：本文得到了甘肅省科學(xué)院地質(zhì)自然災(zāi)害防治研究所馮學(xué)才老師的悉心指導(dǎo)，謹(jǐn)在此表示衷心的感謝！

［1］葉浩，裴麗欣，劉長禮，等.甘肅省天水市羅玉溝泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2008，19（4）：13－17.

［2］曠鎮(zhèn)國.重慶市中區(qū)危巖崩塌特征、形成機(jī)制及防治研究［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1995，6（3）：51－56.

［3］王亞軍，王亞民，朱宏斌.河北省平山縣大柳樹村崩塌地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計(jì)［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2009，20（4）：8－12.

［4］黃潤秋，李為樂.“5·12”汶川大地震觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（12）：2585－2592.

［5］南金生，劉松玉，謝瑞征.南京地區(qū)滑坡與崩塌特征分析及地震可能引起的崩塌危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測［J］.地震學(xué)刊，1998（2）：52－56.

［6］馮學(xué)才.永登5.8級地震的震害與環(huán)境工程地質(zhì)［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，1996，8（2）：60－63.

［7］馮學(xué)才，陳瑾，白曉華，等.天水市居民繁居區(qū)活動(dòng)滑坡特征及防災(zāi)減災(zāi)對策［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，1992，4（3）：60－68.

［8］程尊蘭，崔鵬，李泳，等.滑坡、泥石流堰塞湖災(zāi)害主要的成災(zāi)特點(diǎn)與減災(zāi)對策［J］.山地學(xué)報(bào)，2008，26（6）：733－738.

［9］王德耀，杜忠潮，張滿社.陜西省涇陽南塬崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害及成因分析［J］.水土保持通報(bào)，2004，24（4）：34－37.