劉揚(yáng)揚(yáng)，魏學(xué)利，陳寶成，姜鴻輝，羅文功

（1.新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆伊犁區(qū)域包含8縣2市，其中2市即首府伊寧市、直轄奎屯市；8縣分別為伊寧縣、尼勒克縣、新源縣、霍城縣、昭蘇縣、特克斯縣、察布查爾縣、鞏留縣，總面積約為57344km2[1]。

伊犁地區(qū)是本國(guó)向西面經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易、文化等打開(kāi)的門戶，起到列國(guó)大通道的重要作用。這些年來(lái)，隨著公路建設(shè)投入不斷加大，伊犁境內(nèi)國(guó)道218線，省道316線，省道315線，國(guó)道219線等重要道路相繼開(kāi)建，然而在進(jìn)行工程施工的過(guò)程中，遇到許多地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，一些施工地段出現(xiàn)了滑坡，在暴雨、地震之后失穩(wěn)，再加上人類活動(dòng)進(jìn)而加速了邊坡失穩(wěn)，既危及本地牧區(qū)草場(chǎng)與牧戶的人身安全，又深重阻撓著本地產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)背景

伊犁地域出露的地層包含新生界、元古界、中生界、古生界這四個(gè)不同時(shí)代的地層，其中新生界第四系更新世黃土在伊犁地域中、低山區(qū)的普遍遍布，為誘發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害的形成締造了最為原生態(tài)的物質(zhì)前提。伊犁區(qū)域的黃土不僅為風(fēng)成淤積物，在風(fēng)成淤積物聚集前就已經(jīng)過(guò)充分的殽雜、搬運(yùn)和篩選，同時(shí)近源與遠(yuǎn)源淤積物質(zhì)的充分疊加，驅(qū)動(dòng)黃土的結(jié)構(gòu)特性和物質(zhì)構(gòu)成十分復(fù)雜[2]。伊犁地域黃土在空間上，豎直方向散布范疇上限制林帶，高程2000m～2200m，下限與溝谷平原相連接，高程600m～700m；在水平地區(qū)上，伊犁地域的黃土同樣具有遍布規(guī)律：①頂風(fēng)坡相對(duì)于逆風(fēng)坡較為多；②自西向東黃土的堆積厚度呈由薄到厚、再由厚變薄趨勢(shì)，新源縣為黃土最厚地區(qū)，同時(shí)黃土顆粒呈逐漸變細(xì)趨勢(shì)。

伊犁地域黃土有兩種較為發(fā)育，其中一種為沉積年月較早的且物理力學(xué)性質(zhì)較好的第四系中更新統(tǒng)（Q2）離石黃土；另一種為風(fēng)成堆積的第四系晚更新統(tǒng)（Q3eol）馬蘭黃土，疏松、多孔、且垂直節(jié)理較發(fā)育，濕陷性較強(qiáng)，冰雪融水滲流潛蝕和降雨侵蝕的耦合作用改變了黃土水動(dòng)力條件和物理力學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致力學(xué)性質(zhì)較差，因此，由于離石黃土和馬蘭黃土的力學(xué)性質(zhì)差異，馬蘭黃土地層成為了誘發(fā)滑坡的基本物質(zhì)條件。

1.2 地形地貌條件

伊犁地域處于中國(guó)新疆天山山脈西部，地形地貌形狀較混雜，大體呈現(xiàn)出“三山夾兩谷第一盆地”的格局，三山即哈爾克塔烏山、科古琴山、特明山脈，兩谷地一盆地即鞏乃斯—伊犁谷地、喀什河谷地與昭蘇—特克斯盆地。山區(qū)面積占全區(qū)面積70%以上[1]。

黃土遍及遍布是融雪誘發(fā)型黃土滑坡形成的最基本前提。黃土主要遍布在2200m林帶以下中、低山區(qū)，主要為第四系和全新世早期黃土和晚更新統(tǒng)馬蘭黃土，是典型風(fēng)力沉積物，局部存在水流沖刷堆積的次生黃土，具有明顯層理，滑坡地帶多分布在中、低山區(qū)，尤以海拔在1100m～2000m的中山帶最為發(fā)育，山體和林帶不僅可以使挾帶黃土粉塵的氣流形成渦旋，而且還起到擋風(fēng)作用，使得黃土沉積在林帶以下。黃土在地域散布上自西向東，先由薄變厚，再由厚變薄的遍布特征，驅(qū)動(dòng)黃土滑坡發(fā)生的地區(qū)遍布也呈現(xiàn)出其特征。

因此，伊犁區(qū)域西面山區(qū)黃土最薄且滑坡規(guī)模小，接近中東部山區(qū)的鞏留、尼勒克縣黃土較厚，而新源縣的黃土遍布達(dá)到最厚，成為該地區(qū)黃土滑坡地質(zhì)災(zāi)患最為發(fā)育的地域。

1.3 力學(xué)條件

黃土滑坡的形成，與其本身的力學(xué)特性和外在的力學(xué)要素密不可分，伊犁地域的黃土在天然狀況下強(qiáng)度較好。然而黃土是水敏感性地質(zhì)體，在水的軟化下容易發(fā)生黃土濕陷，其物理、水理性質(zhì)改變和力學(xué)強(qiáng)度大降落是導(dǎo)致滑坡發(fā)生的重要要素[3]。

在融雪或降雨前提下，黃土的力學(xué)性質(zhì)會(huì)急劇下滑，同時(shí)抗剪強(qiáng)度急劇下降，為滑坡的形成締造了力學(xué)條件。黃土濕陷性強(qiáng)烈，由天然狀態(tài)過(guò)渡到飽和狀態(tài)，使內(nèi)聚力殘余值、殘余內(nèi)摩擦角均有不同程度的降低。特別是當(dāng)較大裂隙傾斜角與地形坡向一致且裂隙傾角小于斜坡坡腳時(shí)，且浸水潤(rùn)滑后可形成滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

另外，多山區(qū)的地勢(shì)條件為黃土滑坡的形成提供了力學(xué)前提，坡陡山高，山坡、谷地、盆地的黃土在自身重力及外界要素的誘發(fā)下，形成張裂—蠕變—滑移的破壞模式，進(jìn)而誘發(fā)了融雪誘發(fā)型黃土滑坡。黃土滑坡以30°～50°的陡坡產(chǎn)生滑坡的幾率最高，占到滑坡總額的5成以上[4]。黃土抗剪強(qiáng)度遇積雪融水明顯下滑的特征，以及伊犁山區(qū)坡陡山高的影響，是伊犁地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的重要因之一素。

2 滑坡類型及破壞模式

伊犁地域黃土滑坡遍布廣，滑坡后緣呈扶手椅狀，具有垂范的滑坡特性。黃土滑坡以大中小三種形式存在，其中前兩種形式的滑坡占主要地位，多以淺層滑坡為主，由于滑坡的滑動(dòng)面大都發(fā)生在黃土內(nèi)部，多屬于黃土內(nèi)滑坡，甚至是下伏基巖與馬蘭黃土接觸面，大都發(fā)生在坡陡山高處；第三種形式的滑坡占次要地位，多以深層滑坡的形式為主，深層大型滑坡具有大、深、少的特點(diǎn)，多發(fā)育于前緣臨空的深切溝谷地段，滑面多位于黃土層內(nèi)部，其常常淤堵河道而誘發(fā)滑坡泥石流災(zāi)害鏈，如2002年發(fā)生在加朗普特大型融雪誘發(fā)型黃土滑坡，形成堰塞湖，在土與水的耦合作用機(jī)制下進(jìn)一步演變成泥石流，影響S316公路至少6000m左右。

淺層黃土滑坡的坡面是在大氣降雨、冰雪融水、自身重力及外界因素綜合作用機(jī)制下而發(fā)生。深層黃土滑坡的發(fā)育特性顯著，大概能包含所有滑坡因素，與此同時(shí)滑坡的前緣常常伴隨著泉水出沒(méi)。將黃土滑坡變形破壞過(guò)程概況總結(jié)出地質(zhì)—力學(xué)模式：后緣張裂—整體蠕動(dòng)—整體滑移的破壞模式。

伊犁地域淺層中小型黃土滑坡多屬于推移式滑坡，深層大型黃土滑坡多屬于牽引式滑坡。淺層滑坡基本上是在降水或融雪時(shí)，致使黃土的自身重力增加導(dǎo)致下滑力的增大，發(fā)生推移式淺層滑坡；深層滑坡是在前緣臨空面在水流、人為或其他外界的潛蝕作用下，前緣受力失穩(wěn)導(dǎo)致前緣滑動(dòng)，進(jìn)而使整體滑坡體發(fā)生蠕動(dòng)，直接致使后緣產(chǎn)生裂縫，隨著前緣的不斷滑動(dòng)，后緣裂縫逐漸增大，導(dǎo)致整個(gè)坡體發(fā)生整體滑移，滑坡規(guī)模大、范圍廣。

新疆加朗普特滑坡為一典型推移式滑坡，據(jù)加朗普特滑坡滑帶土剪切試驗(yàn)可知，滑帶土由天然狀態(tài)過(guò)渡到飽和狀態(tài)，峰值內(nèi)聚力由26.1kPa降低至24.15kPa，峰值內(nèi)摩擦角由26.25°減少到22.63°，內(nèi)聚力殘余值降低34%，殘余內(nèi)摩擦角降低13%，由此可見(jiàn)，融雪和降水沿垂直節(jié)理入滲，滑帶土逐漸增濕軟化，促使其抗剪強(qiáng)度大幅度降低，隨著節(jié)理裂縫擴(kuò)展貫通，在坡腳出現(xiàn)線狀泉水滲出點(diǎn)，冬季發(fā)生凍結(jié)時(shí)將阻礙地下水排泄，改變坡體內(nèi)水動(dòng)力條件[5]，造成坡體內(nèi)飽和水區(qū)和土體軟化范圍進(jìn)一步增大，致使在含水量差異較大層面易形成滑坡軟弱滑動(dòng)面。

圖1 加朗普特滑坡縱斷面結(jié)構(gòu)圖

3 影響因素

伊犁地域的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不僅有其內(nèi)在原因如大范圍厚層黃土，還有特殊的氣候條件、地震以及人類工程活動(dòng)等外界要素，是發(fā)生滑坡災(zāi)害的影響因素。

3.1 大范圍厚層黃土

大范圍的厚層黃土是伊犁地區(qū)黃土滑坡形成的最基本前提。黃土主要散布在2200m林帶以下中低山區(qū)，主要為第四系全新世早期黃土和更新統(tǒng)馬蘭黃土，是典型風(fēng)力沉積物，局部存在水流沖刷堆積的次生黃土，具有明顯垂直層理黃土與卵礫層互層結(jié)構(gòu)，這可能與晚全新世以來(lái)經(jīng)歷了多次氣候干濕波動(dòng)，在小冰期時(shí)以降水增加和徑流增大有關(guān)[6]。黃土是水敏感性地質(zhì)體，在水的軟化下容易發(fā)生黃土濕陷，其物理、水理性質(zhì)改變和力學(xué)強(qiáng)度大降落是導(dǎo)致黃土滑坡發(fā)生的重要要素[3]。

滑坡的形成機(jī)理實(shí)質(zhì)就是滑帶土的變形破壞過(guò)程，滑坡的發(fā)生取決于滑動(dòng)面土體的變形破壞過(guò)程[5]。在増濕過(guò)程中，黃土強(qiáng)度和變形特征將發(fā)生顯著變化[7]，在融水和降水入滲下，滑坡滑動(dòng)面的干燥黃土隨含水量增加，其物理形態(tài)將由脆性向塑性轉(zhuǎn)變，進(jìn)而抗剪強(qiáng)度大幅度降低，導(dǎo)致滑坡發(fā)生。

3.2 特殊的氣候條件

伊犁地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在4月～5月份，這可能與3月～5月份春季融雪有關(guān)，積雪融水易沿黃土坡體薄弱部位發(fā)生滲流浸潤(rùn)，這種滲流浸潤(rùn)作用在陰坡常常持續(xù)2個(gè)月～3個(gè)月，且過(guò)程較為緩慢，故融水的長(zhǎng)期水流浸潤(rùn)易在陰坡潛蝕黃土形成落水洞或地裂縫；另外伊犁地區(qū)冬季溫度可降低至零下20℃，凍土厚度約為1.2m～3.7m，故凍融作用不僅存在于地表，也可影響到斜坡深處，又加上日溫差較大，白天積雪融水進(jìn)入裂縫后在夜晚發(fā)生凍結(jié)，每年凍結(jié)時(shí)間約為20天～30天，每年凍融交替循環(huán)作用將在黃土裂縫內(nèi)產(chǎn)生凍脹和噼裂作用[8]，加速伊犁地區(qū)地質(zhì)滑坡裂縫擴(kuò)展和貫通，這與實(shí)地發(fā)現(xiàn)78%黃土滑坡發(fā)生在陰坡相符，張鴻義等[4]和尹光華[9]也發(fā)現(xiàn)在凹坡上、半陰坡、溝谷陰坡出現(xiàn)滑坡較多。而每年4月～6月份恰逢雨季高發(fā)期，強(qiáng)降雨進(jìn)入地裂縫可對(duì)黃土產(chǎn)生滲透侵蝕作用，進(jìn)而誘發(fā)黃土邊坡發(fā)生蠕動(dòng)變形和滑動(dòng)破壞。

由此可知，冰雪融水和降雨的耦合作用構(gòu)成黃土滑坡的優(yōu)越條件，極大加劇滑坡發(fā)生的概率。因此，黃土斜坡土體在長(zhǎng)期冰雪融水浸潤(rùn)作用下，已接近臨界破壞狀態(tài)，在雨季暴雨激發(fā)下，極易發(fā)生滑坡災(zāi)害。

3.3 地震

地震因素和其他強(qiáng)烈振動(dòng)對(duì)滑坡的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一方面，地殼振動(dòng)產(chǎn)生的能量將加速滑坡體由重力勢(shì)能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，剎時(shí)可導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度大大降低和坡體受力的失去平衡，致使斜坡穩(wěn)定性忽然遭到破壞，從而加快或誘發(fā)滑坡的產(chǎn)生；第二方面，強(qiáng)烈的振動(dòng)將振松巖土體結(jié)構(gòu)，加劇地表由裂隙向裂縫的轉(zhuǎn)變過(guò)程，便于積雪融水的入滲，使巖土體抗剪強(qiáng)度急劇減小，最終激發(fā)斜坡失穩(wěn)，形成融雪誘發(fā)型黃土滑坡。

伊犁區(qū)域地震基本烈度為7°～8°，地震動(dòng)峰值加速度為0.15～0.20。一般認(rèn)為由地震引發(fā)滑坡事件多發(fā)生在5級(jí)以上震區(qū)，且隨著震級(jí)增高則滑坡數(shù)目呈增大趨勢(shì)[10]。伊犁地區(qū)中小地震暴發(fā)比較頻繁，據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)1970年至2015年間地震記錄，在距則克臺(tái)河200km范疇內(nèi)共發(fā)生M≥3.0級(jí)及以上地震470次，其中≥6.0級(jí)以上地震僅為3次，震中距則克臺(tái)河距離變化于71km～117km之間，震級(jí)為6.0＞M≥5.0的地震共產(chǎn)生16次，則克臺(tái)河距震中距離為41km～142km，附近頻仍的地震動(dòng)反復(fù)作用多次后將引起了巖土體的累積變形，從而發(fā)生累進(jìn)變形效應(yīng)[11]，主要表現(xiàn)為地震作用對(duì)斜坡巖土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)，促使新裂縫形成或原有裂縫擴(kuò)展，從而為水流滲透侵蝕提供優(yōu)勢(shì)滲透通道。

3.4 人類工程活動(dòng)

人類活動(dòng)在滑坡形成和發(fā)展過(guò)程中也具有重要作用，加速黃土坡體地裂縫和落水洞的形成與擴(kuò)展，包括牧民放牧、修路切坡和礦山開(kāi)采等，其中，牧民放牧和采藥挖掘的影響最大。在春、秋季節(jié)，每年約有2000多人在則克臺(tái)河挖掘甘草和黨參等草藥[12]，破壞地表草被根系和黃土結(jié)構(gòu)，在山坡形成多處散點(diǎn)分布的薄弱區(qū)，在降雨、融水作用下發(fā)生滲透潛蝕形成落水洞；在冬季，植被枯萎且大部分被積雪覆蓋，大量牲畜需要沿山坡尋找裸露草場(chǎng)，故沿斜坡地形較緩處踩踏多條小徑，形成集中匯流聚集帶，又加上根系短淺的牧草對(duì)斜坡固結(jié)作用較差，致使植被保水、固土作用減弱，致使踩踏小徑成為融水入滲潛蝕的薄弱部位，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)沿小徑形成多處串珠狀落水洞和由落水洞擴(kuò)展、貫通而形成的地裂縫。

另外，隨著溫度的升高，當(dāng)?shù)亓芽p內(nèi)或附近積雪融化后，大量融水沿地裂縫發(fā)生潛蝕和凍脹作用，促進(jìn)地裂縫的擴(kuò)展、加深和貫通，促使坡體軟弱結(jié)構(gòu)形成和蠕動(dòng)變形，這一現(xiàn)象在西北黃土滑坡區(qū)普遍存在[3]。

圖2 地裂縫的形成過(guò)程

4 結(jié)論

原生地質(zhì)條件及外部多種要素耦合作用導(dǎo)致伊犁地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。廣泛分布的厚層、疏松、多孔、風(fēng)成堆積的馬蘭黃土是構(gòu)成滑坡發(fā)生物質(zhì)基礎(chǔ)，高陡的山區(qū)地形為滑坡滑動(dòng)創(chuàng)造了動(dòng)力條件，頻繁的地震和人類的活動(dòng)，促進(jìn)地裂縫形成和擴(kuò)展，冰雪融水滲流潛蝕和降雨滲透侵蝕的耦合作用加劇滑坡蠕動(dòng)變形和滑動(dòng)破壞，導(dǎo)致伊犁地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害廣為發(fā)育。