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黄土滑坡的宏观孕育机制图解

 gymrlwu78v8b0h 2020-04-25

黄土滑坡指的是在黄土覆盖区的斜坡体上存在的不稳定黄土结构体,在重力的作用下沿着滑动剪切面产生整体滑移的一种地质灾害。黄土本身的大孔隙、水敏性、力学性质差和节理裂隙发育等特点,使得黄土滑坡成为中国发生数量最多、带来破坏最严重、造成影响最恶劣的突发性地质灾害之一。它往往具有多发性、隐蔽性、灾难性和复杂性等特征。

▲ 黄土高原滑坡分区

滑坡群集分布表现出明显的区带性。黄土高原可分为8个滑坡高发区带,它们分别是临夏-陇西-天水群发带、海东-兰州-通渭群发带、靖远-西吉-静宁群发带、海原-固原-平凉群发带、陇东群发区、陕北群发区、吕梁群发区和汾渭盆地群发带

黄土滑坡的区域分布和集中发育主要与地质构造、地层岩性、地形地貌、边坡地质结构和水文地质条件等地质要素有关,同时还与降雨、地震和人类工程活动密切相关。地质环境是基础,构造动力是内在驱动力,降雨与人类活动是外在牵动力。

黄土滑坡群发正是由内外动力耦合协同作用的结果,本节(文)系统分析和揭示中国黄土高原滑坡区域分布和群集发育与区域地质构造、地貌结构、边坡地质结构、水文地质条件、地震活动和人类工程活动的内在联系,以破解黄土滑坡群发的孕育规律

区域地质构造控制黄土滑坡的分区群发

黄土高原自西而东由三个块体组成:西部为活动的甘青构造块体,中部为超稳定的鄂尔多斯块体,东南边缘带为活动的汾渭地堑构造带。

▲ 黄土高原构造地形地貌图

黄土高原上的甘青块体受水平压应力作用,做边右旋边隆起运动,上升速率最快,其周边形成F2 西秦岭北缘断裂带,F3 拉脊山断裂带,F4 祁连山断裂带,F5 海原断裂带,F6 六盘山断裂带,内部形成F10 甘青北西向挤压断裂带;鄂尔多斯地块整体稳定,整体边左旋边上升,上升速率次之,其周边产生F6 六盘山断裂带、F7 北山隆起带和F8 吕梁隆起带,汾渭地堑系为主要拉张沉降区,周围由F1 秦岭北缘断裂带和F2 太行隆起带控制,与鄂尔多斯地块做分离运动,其内部形成汾渭地堑拉张型断裂带

黄土高原滑坡区域上的分区和分带主要由区域地质构造控制,具体由西秦岭北缘断裂带、 六盘山构造带、甘青北西向构造带、鄂尔多斯台地隆起南带和汾渭盆地构造带五个构造带主导。 

▲ 西秦岭北缘断裂带天水刘家堡滑坡图

(a) 所示的断层带为西秦岭北缘断裂带影响区的小断层带,二者走向一致。断层带切穿上部泥岩和黄土,断裂活动使地表开裂,从而控制了2013 年12 月16 日天水刘家堡滑坡(b) 的发生

▲ 六盘山构造带控滑规律及泾河流域滑坡

(a) 为六盘山东缘构造带伴生的张性断裂带所发育的泾河、小路河、大路河、洪水河等河流,在挽近构造作用下向北岸侵蚀,触发大量沿河的黄土滑坡;(b) 为泾河北岸所触发的平凉市大路村滑坡群

▲ 秦安盆地边缘滑坡

(a) 秦安盆地数字高程图,F2 西秦岭北缘断裂带和F10 甘青北西向构造带控制着构造盆地的形成,并在该盆地边缘触发大量构造带控制的黄土滑坡;(b) 位于白驼河南岸的天水市林屲村滑坡就受该构造带控制

▲ 陕北滑坡分布及杨山输油站后滑坡

(a) 鄂尔多斯台地隆起南带所发育的河流在南北垂直运动差异状态下,处于向北掀斜状态,东西流向的河流及其支流普遍向北岸侧蚀,滑坡多分布于北岸;(b) 位于延河北岸的延安市杨山输油站滑坡由构造作用控制

▲ 渭河西段沿线常兴滑坡

眉县郭何村断裂(a) 为汾渭盆地构造带的西段,近WE 向展布,伴生大量的次级断层控制着塬边滑坡(b) 的群发

黄土地貌结构控制滑坡区带集中

黄土高原现有的地貌形态,是由内外动力联合作用的结果。三大板块的相互作用,控制了黄土高原构造作用、地震作用等内动力地质作用。地表过程动力则控制了黄土高原风化、剥蚀、搬运、沉积和固结作用,不断改造着黄土高原的地貌结构。正是由于来自地球内外源源不断的动力地质作用的支持,成就了当今黄土高原沟壑纵横、梁峁相间、大塬成片、滑坡遍布的黄土地貌景观。滑坡易发的四类斜坡分别是塬、梁、峁边侧斜坡,河流冲蚀的边侧斜坡,冲沟侵蚀的两侧斜坡和黄土丘陵陡坡。

▲ 黄土塬、梁、峁滑坡集中发育及地貌

▲ 塬、梁、峁边侧滑坡群图

▲ 河流冲蚀的边侧斜坡控滑特征

▲ 冲沟侵蚀的两侧斜坡控滑特征

▲ 黄土丘陵陡坡控滑特征

黄土边坡地质结构控制滑坡的原型和规模

调查发现,黄土边坡失稳滑移主要由边坡地质结构所控制,黄土中存在的多类结构面,其作为风化作用、侵蚀作用和渗透作用的通道,既是滑坡的分离边界,又是表水入渗通道,使边坡黄土体的完整性遭到破坏。地貌单元的不同,决定了边坡地质结构的差异。在内外动力地质作用下,黄土边坡内部形成断层、构造节理、卸荷裂隙等结构面,各种结构面在空间上的展布规模、范围,平行间距、交错程度和交角在与临空面的组合状态下,形成了原始的临滑结构。结构面在边坡地质结构中的有效组合形成结构体,它形成了滑体的原型,控制着滑坡的规模。

▲ 黄土控滑结构面组合原始结构体

黄土边坡水文地质结构控制滑坡的产出位置与模式

根据大量的野外钻探数据可以得出:在不同黄土地貌结构,地层中含自由水量及饱和度是不同的。400mm 等量降水线是一个较为明显的分界线,在雨线以北的黄土丘陵区和黄土梁峁区,地形支离破碎,降水量少,河川径流稀疏,边坡内部一般不含水或微弱含水;在雨线以南的黄土台塬区、黄土河谷区和河流冲积平原区,地形平整,区域径流丰富,表水入渗强烈,土层整体富水性强,坡体内部存在完整的水文地质结构。从南北黄土滑坡发育密度来看,南部地区每平方公里发生滑坡的数量几乎是雨线以北的2 倍,其原因是边坡水文地质结构对黄土滑坡的孕育和发生起着重要作用。

▲ 不同地貌区黄土水文地质结构模型

西峰董志塬区(a)、延安梁峁区(b)、黑方台和泾阳的台塬区(c,d) 的钻孔揭示出的当地的地层地质结构和水文地质结构。黄土台塬区,地下水位相对较高,通过地下径流在坡脚排泄;黄土梁峁区地下水位较低或无地下水;黄土丘陵区的地下水一般储存于黄土和泥岩接触面,黄土沟谷区一般有河流流经,地下水补给河流。常年灌溉,导致了黑方台和泾阳的地下水位上升,但其排泄途径并未发生变化

▲ 黄土地区表水入渗及途径

当降水或者灌溉水集中起来产生地表径流时,部分径流水会沿着断层、节理裂隙(Ⅲ)、虫孔(Ⅵ)、落水洞(Ⅱ)等宏观优势通道和黄土粒间孔隙(Ⅳ)、原生节理等微观优势通道以及非饱和入渗(Ⅴ) 等方式进入黄土体中,在斜坡的坡脚及压力小的地方(Ⅰ) 排出坡体

地震活动造成滑坡成片集中

新构造运动以来,黄土高原持续受到太平洋板块、欧亚板块和印度板块的挤压作用,迫使黄土高原隆起、掀斜和旋转,并伴随着地震和断层活动。黄土高原地震区,按区域地质构造可划分为两部分:第一部分为六盘山及以西海原地震区,包括甘肃天水、定西、兰州、西吉地区和宁夏的固原、海原等地区;第二部分为处于鄂尔多斯地块东南的汾渭地震区,包括渭河地堑和山西地堑系。自有记录以来,黄土高原发生7 级以上强震8 次和8 级以上大震4 次。强震和大震的发生,及其所引发的大规模黄土崩塌和滑坡等次生灾害无疑对黄土地区的居民带来了毁灭性的灾难。地震力对斜坡内产生附加应力,这种附加应力呈水平状指向斜坡外就加剧了滑坡发生,当斜坡黄土有水时作用更强烈。地震既可直接引发滑坡,更重要的是破坏了土体的地质结构,出现大量的节理、裂隙,为表水入渗提供了优势通道,为后期滑移提供了软弱结构面。地震诱发的黄土滑坡在黄土地区所带来的灾难性往往超过了地震本身,如何有效地预测和预报地震及其所引发的黄土滑坡至今仍是一项世界性难题。

▲ 黄土高原地震分布及诱发滑坡群发 

规模巨大、扎堆群发,滑坡地貌形态组合多样,高程低、坡度缓,后壁陡、高度低,地貌破碎、山梁单薄,串珠状堰塞湖星罗棋布,是黄土地震滑坡的普遍特征。

人类活动增大滑坡发育密度和加重灾难

中国实施西部大开发战略以来,尤其是近10 年,公路、铁路及生命管线等工程在黄土地区如藤蔓攀爬,工厂、企业及资源矿区在乌金高原开花结果。随着城镇化进程的不断加速,人们对改善人居环境的要求越来越迫切,大量人口涌入城市。使得城市发展在不减少耕地面积的情况下向周围山区要地、向深切冲沟要地、向城市地下深部要地。重点城市需要发展、交通要道亟待修建、能源资源急需开发、用水供应刻不容缓。而发展就必须对土地进行开挖、堆填、改造和灌溉,这给原本脆弱的黄土环境带来了进一步破坏。不合理的选址、工程施工和土地灌溉方式,很容易诱发黄土滑坡。据不完全统计,黄土地区发生的灾难性滑坡大多由人类活动所引发。

▲ 人类活动导致黄土滑坡群发

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