黄土地区地质灾害链研究初探

黄土由于湿陷性、大孔隙、水敏性等特点,导致黄土地区的地质灾害广布,并且各灾种之间表现出明显的链生效应,使得黄土地区地质灾害的成因机理及防治研究愈发复杂。本文通过分析整理黄土地区典型灾害及灾害链事件,归纳了黄土地区灾害的发育现状,详细描述了两条典型的黄土地质灾害链式结构,并以天水大沟滑坡-泥石流灾害为例,阐述了黄土灾害链链生过程中的放大效应。根据黄土灾害研究现状,凝练了黄土灾害链研究中的3个关键问题,针对性地提出各自的研究思路,并指出今后需更加注重黄土灾害链的风险评价及断链措施方面的研究。本文针对黄土地区灾害链研究中若干问题的初步思考,旨在为后续的灾害链研究提供科学建议。

论黄土地质灾害链(一)

近年来,“西部大开发”、“一带一路”等国家战略在黄土高原陆续实施,这些新型人类营力与水和黄土相互作用,导致黄土灾害链生效应明显,形成了复杂的黄土地质灾害链。作为当前黄土地质灾害领域研究的热点新命题,黄土地质灾害链带来的灾害效应具有隐蔽性更深、影响范围更广、破坏性更强的特点。本文综合考量黄土地质灾害链本身的属性,查清了灾害链的基本类型。根据各个灾种之间演化关系,总结了灾害链的启动模式与演化模式。在此基础上分析了黄土界面与黄土地质灾害链的互馈过程,探讨了灾害链中土体状态变化过程,进一步阐明灾害链的链生演化过程。研究成果有助于加深认识黄土地质灾害链转化模式与演化规律。

论黄土地质灾害链(二)

黄土地质灾害链是黄土灾害领域研究的热点新命题,水源型黄土地质灾害链在黄土高原地区最为普遍。从土体状态的变化角度出发,其演化过程可以概括为连续固体、变形体、破裂体、散体、流体5种宏观土体状态的变化过程。连续固体向变形体转化涉及到的灾种主要是黄土湿陷、地面沉降,经历水沿界面入渗、水-界面作用、界面松动、湿陷沉降4个过程。变形体向破裂体转化中涉及到的灾种主要是黄土地裂缝、塌陷,最终影响坡体整体变形。破裂体向散体转化中涉及到的灾种主要是黄土崩塌、滑坡,经历黄土崩滑启动脱离边坡母体的过程、土体脱离斜坡母体后形成散体过程及散体的运动2个过程。散体向流体转化中涉及到的灾种主要是黄土泥流,分别从链生模式、控制因素及转化特征等方面分析了这一转化过程。望以上认识能为黄土地质灾害链的系统性研究提供一定的理论支撑和科学参考。

不同降雨条件下黄土高原浅层滑坡危险性预测评价

黄土地区浅层滑坡发育非常广泛,由于其具有分布规律性差、前期变形迹象小、分布范围大、面小点多等特征,目前还无法进行有效预测,因此给黄土地区工程安全带来严重威胁。根据无限边坡模型,结合降雨入渗-土体强度衰减规律和GIS(地理信息系统)技术,构建了不同降雨条件下黄土地区浅层滑坡发育危险性评价模型,并将该评价模型应用到延河一级支流幸福川流域,预测在有效降雨量30、50、100、200mm条件下,该流域浅层滑坡发育程度,并与当前较为流行的SINMAP模型(地形稳定性模型)进行对比。结果表明:①不稳定和潜在不稳定浅层滑坡主要分布在末级河流的两侧和源头,稳定和较稳定区域主要分布在一级河流河道两侧和塬面上;通过对比分析,SINMAP模型计算的结果与本文建立的模型在降雨强度30mm时的计算结果较为一致。②在本文建立的模型评价结果中,随着有效降雨量的增加,Fs(稳定性系数)<1.00的不稳定区域所占比例逐渐增加,从30mm的1.12%到200mm的4.79%;相反,稳定区域则出现逐渐减少的趋势。③根据已发生灾害点的分布,随着有效降雨量的增加,研究区域已发生的灾害点分布在Fs<1.25的比例明显增加,从30mm的62%到200mm的88%,在SINMAP评价模型中,研究区域已发生的灾害点的64%分布在不稳定和潜在不稳定区域内,说明本文所建立的评价模型具有一定的精度。通过与SINMAP评价模型对比,本文建立的模型主要采用基于降雨入渗规律,而SINMAP评价模型主要基于降雨汇流过程,因此在利用过程中应根据区域特征选择利用。

陕西泾阳“3·8”蒋刘黄土滑坡成因及运动特征分析

2016年3月8日上午泾阳南塬蒋刘村附近发生一起黄土滑坡-泥流。调查发现:滑坡区地下水位已经到达了坡脚,多处出现冒水点,地表垂直溶蚀裂缝发育,同时后缘深部多处可见贯通的裂隙,为水流入渗提供了优势通道。测试了滑源区土体体积含水量,发现滑坡区古土壤的隔水效应很强,导致古土壤层形成滞水层,黄土层开始积水,形成高含水量带,从而形成易滑层,导致"3·8"蒋刘黄土滑坡失稳。利用LS_RAPID软件对滑坡的运动过程进行了分析,结果显示:整体运动过程分为4个阶段:0~4.0 s为滑坡的启动阶段,坡体迅速坍塌,最大速度达到了10.3 m·s^(-1);4.0~4.9 s为坡体与地面的接触碰撞阶段,滑体开始减速,在4.9 s的时候减到了7.3 m·s^(-1);4.9~6.7 s为二次加速阶段,滑坡体在平坦的阶地上形成了泥流,加速前行,最大速度达到了18.4 m·s^(-1);6.7~29.5 s为减速停止阶段,滑坡动能逐渐散尽,运动停止。滑坡最终滑动距离达到275 m,滑动时间29.5 s,滑动距离与堆积范围和野外调查基本一致。

泾阳南塬典型黄土滑坡成因、堆积及运动特征分析

持续的引水灌溉导致陕西泾阳南塬黄土滑坡频繁发生,2015年5月26日庙店村附近发生一起黄土滑坡,冲毁农田数亩。本文以"5·26"滑坡作为典型的案例,通过详细的野外调查、测量、勘探等工作,分析了其诱发因素、运动过程、堆积特征。结果表明:(1)滑坡滑动距离278 m,后壁宽222 m,滑后后壁高差40 m,主滑方向45°;(2)滑坡呈现滑动多级次特点,前后滑动4次,滑体堆积面积约为6.2×10~4m^2,堆积体总体积约50×10~4m^3,堆积体平均堆积厚度约10 m;(3)滑坡的主要激发因子为持续灌溉,但是地表显式裂缝和土体深部裂隙在地表径流优势入渗中发挥了重要作用,导致地下水位持续抬升。而且滑坡区的节理控制了滑坡的后壁宽度和滑动方向。最后基于泾阳南塬滑坡发生的频率和降雨有着一定关联性,探讨了降雨对本次滑坡事件的影响和滑坡再次发生的可能性。

黄土浅层降雨入渗规律研究

[目的]探讨黄土浅层降雨入渗规律,为研究降雨黄土滑坡机理提供理论参考。[方法]以陕西省延安市大路沟滑坡为例,在不同深度裂缝处与非裂缝处布置监测仪器,结合数值模拟手段分析入渗规律。[结果](1)研究区浅层地表通过降雨入渗补给,蒸发排泄。降雨对土体含水量的影响主要体现在土体含水量对降雨的响应时间和响应程度上,存在一定的滞后性,并且随着深度的增加滞后性越明显,蒸发排泄对土体含水量的影响表现在土体的深度和受光面积上,土体的深度越大,土体体积含水量受到蒸发作用影响越小。(2)黄土浅层土体含水量对降雨十分敏感,当降雨量<3mm/d时,黄土浅层地表土体含水量基本不受降雨的影响,当3mm/d<降雨量<40mm/d时,土体含水量随雨水的入渗而变化,并且含水量的变化与降雨量大小成正相关。[结论]由模拟不同工况下雨水入渗过程显示,在雨水入渗过程中,浅层裂缝对降雨入渗深度影响很小,并且研究区黄土入渗深度有限。

西安市户县教场沟泥石流发育特征及危险性分析

我国山区泥石流灾害频发,其中秦巴山区就是我国泥石流灾害的多发区之一。前后两次对秦岭北麓户县涝峪镇教场沟进行了详细的野外考察。在考察过程中,对沟道内泥石流物源的总储量及空间分布,沟道的横、纵断面参数进行了详细的调查和测量;在此数据基础上,以小流域降雨-径流计算模型对不同降雨条件下,泥石流峰值流量及单次泥石流过程总量进行了计算分析。计算结果表明,该流域在遭遇50 a及以上年数一遇的强降雨时,将形成规模可观的泥石流灾害;结合沟口的实际地形资料,通过经验模型对不同降雨条件下的泥石流堆积范围进行了分析及预测,旨在为秦巴山区泥石流防灾减灾工作提供科学参考。

陕西蓝田铜鹅沟泥石流发育特征及危险性分析

陕西秦岭山区构造活动强烈,地形险要,泥石流灾害频繁发生,2015年8月3日出现了强降雨,在西安市蓝田县铜鹅沟爆发了极为严重的泥石流。本文通过对铜鹅沟进行了详细的野外调查,获取了研究区泥石流沟的基础数据资料,分析了西安市蓝田县铜鹅沟泥石流基本特性,得知8·3泥石流属于西北秦岭山区典型多因共激水石流,并计算了4个有代表性的断面流速,分别为5.96 m/s、5.77 m/s、5.15 m/s、4.84 m/s;同时以小流域降雨—径流计算模型计算了10%、5%、2%、1%、0.5%频率下铜鹅沟泥石流峰值流量和单次泥石流过程总量,发现流域遭遇20年一遇的降雨时即可形成可观的泥石流灾害;结合野外资料采用多因子评价公式对铜鹅沟沟道进行了危险性评估,得出该流域属于泥石流灾害中度危险区。鉴于研究区构造活动强烈,沟内居住人群100多人,应做好监测预警工作的同时尽快搬迁。

矿渣型泥石流源区土体的入渗特性

[目的]分析矿渣型泥石流源区不同类型土体的入渗特性及差异,为矿渣型泥石流源区的流域水文过程分析提供可靠的基础数据。[方法]以小秦岭金矿区大西岔泥石流沟为研究流域,通过野外双环原位试验,分别测定大西岔沟源区的新矿渣,堆积1a的矿渣,堆积4a的矿渣,耕地和草地这5种不同类型土体的入渗特性,并以霍顿模型对试验数据进行了拟合率定。[结果]通过试验数据分析发现,新矿渣的初始入渗率最大,而堆积4a的矿渣入渗率最小;稳定入渗率方面,耕地的稳定入渗率最大,达到了0.062mm/s。[结论]土体的初始入渗速率由土体密实度决定;而土体的稳定入渗率则由土体的级配特性所决定。

黄土细观界面及其灾害效应研究初探

黄土是第四纪以来形成的具有多孔隙弱胶结的特殊沉积物,受自然环境及人类工程活动影响,黄土体内分布大量不连续面,统称为黄土界面。黄土界面是黄土灾变的本底控制因素。依据界面灾害效应,黄土界面划分为巨观、宏观、细观和微观界面。黄土细观界面是指分割黄土块体的不连续面。本文通过野外调查,归纳出细观界面具有圆形状、对钩状、尖灭状及V形状的几何形态特征,组合特征表现为发散型的爪状、阶梯状、羽列状以及闭合型网格状。按成因分类为物理力学成因、生物活动成因、水土耦合成因、风化成因以及异相成因。黄土细观界面的发育演化是一个动态循环再生过程,具有时空特性、辐射特性,对土体具有分离、松动和软化渗透的灾变效应。本文针对黄土细观界面的初步探讨,旨在完善黄土界面灾变理论体系的科学基础,以期为黄土灾变机理研究提供科学参考依据。

基于CT的黄土孔隙尺度优先流特性

电子计算机断层扫描(computed tomagraphy, CT)技术正被广泛应用于岩土多孔介质中孔隙的定量化表征,然而以往关于黄土孔隙定量化的相关研究存在CT扫描的分辨率不足问题,无法精准识别出黄土中的全部大孔隙。基于高精度的微米CT,以陕西延安Q黄土为例,在提取的黄土中真实孔隙结构的基础上,借助概化的孔隙网络模型研究了黄土的孔隙、孔喉和孔喉配位数分布特征,发现三者均呈对数正态分布;通过简化的Navier-Stokes方程及孔隙网络模型定量化地研究了在给定边界压差下管状通道、裂隙形成的优势通道中压力及流速的分布,与不含优势通道的代表性体积单元进行对比,发现裂隙对整体渗流特性的影响为均匀促进型,而管状通道为渗流集中型;在求得渗透系数后与原状黄土及重塑黄土的室内渗透实验结果进行对比验证了计算模型的可靠性。