黄土滑坡是我国黄土地区发育的一种斜(边)坡表生地质灾害,它以其多发性、危害性而严重制约着区域经济的发展。近年来,有关科研单位加强了对黄土滑坡的研究,相应的研究成果也大量问世。本文就目前国内对黄土滑坡的类型和滑坡形成机理、滑带土及防治措施等方面的研究现状做一介绍。
1 黄土滑坡的类型划分
黄土滑坡类型划分直观地反映了黄土滑坡的基本特征。要想深刻地认识黄土滑坡的共性和特性,就须进行分类研究。目前国内的分类研究可概括为如表1所示的内容。
表1中不同学者从不同的目的出发,按滑坡体的赋存条件、成因、厚度、破坏机理、运动特征等进行的不同类型的划分,基本可满足当前黄土滑坡研究的需要。
2 滑坡的形成机理
滑坡机理揭示了滑坡从孕育、发展直至死亡的全过程,认识滑坡机理是开展滑坡灾害预测预报和进行防治的基础。开展滑坡机理研究在揭示滑坡运动过程的同时,对滑坡的稳定性评价、滑坡预报、滑速、滑距、滑坡防治等也有重要的意义。尽管滑坡的形成很复杂,至今还不能很完善地对其作出解释,但目前所取得的研究成果还是很喜人并值得肯定的。
在国外,太沙基(Terzaghi,1950)[3]是从土力学方面研究滑坡机理的开拓者,他主要从滑带土孔隙水压力的变化来揭示滑坡机理,同时也注意到了地质条件的控制作用。之后,赫佛利(Haefeli, 1965)、摩根斯顿(Mogenstern, 1971)、伏斯列夫(Hvorslev,1951)等定量地研究了孔隙水压对土体强度的影响;斯开普敦(Skempton,1966)[4]关于黏性土的残余强度理论和捷尔—斯捷潘尼扬(Ter-Sterpanian,1975)[5]关于土体蠕变过程的研究把滑坡机理的研究进一步推向深入。在国内,许多工程地质学家、土力学家以及滑坡防治专家对滑坡形成的条件和作用因素、滑坡的受力状态、滑带土的强度变化规律、滑坡的破坏模式及发育阶段等问题进行了多方面的探索和研究,如:徐邦栋等以滑动带成因和形态为主结合滑动特征,阐述了我国铁路建设中常见的沿已有软弱构造带(面)滑动的滑坡、因下伏软岩挤出形成的错落性滑坡、沿新生弧形面滑动的滑坡、胀缩土滑坡、黄土崩塌性滑坡等的发生机理和变化过程;晏同珍[6]根据滑坡发生的初始条件、原因及滑动方式,概括了滑坡形成的8种机理,即流变倾覆、应力释放平移、震动崩落及震动液化平推、潜蚀陷落、地层悬浮—下陷、高位能飞越、孔隙水压浮动、切蚀—加载等;卢肇钧从应力状态和应力路径、应变、孔隙水压力、加荷速率受力时间、土体不均匀性和不等向性等方面阐述了土体的破坏机理;张倬元、王兰生等从坡体的地质结构和受力过程出发提出了5种滑坡破坏模式;胡广韬提出滑坡滑动的“临床弹性冲动效应”机理;徐峻岭提出滑坡滑动的“闸门效应”王兰生提出“平卧支撑拱”的作用机制;王思敬、王效宁提出“结构释能”机理;刘光代提出“牵引推动式”机制;高根树[7]提出了两类大型(“斜坡牵引失稳产生次生高能滑体与先失稳滑体发生碰撞,经过能量传递调整获得高速”和“滑体下覆岩土体内形成低摩擦次生滑动面使滑体的高速滑动维持较长一段时间”)高速滑坡滑动机理;廖小平、徐峻龄、郑静提出了“冲击碰撞作用机理和连续可变的块体运动理论”;王家鼎[8]研究了强震作用下低角度黄土斜坡滑移的复合机理、地震诱发高速黄土滑坡的机理、饱和黄土蠕动液化机理、灌溉诱发高速黄土滑坡的运动机理;唐静等提出了后部土(岩)体的楔劈作用以及弹射冲击波作用是突发性高速滑坡形成及发展的重要机理。
虽然有众多的学者在从事滑坡机理研究,但由于多种原因,目前国内对滑坡机理全面、系统的研究还不够完善。同时,针对特定地区、特定滑坡进行的机理研究成果,很难在另一地区、另一滑坡上应用,即使是类似滑坡其应用也很困难。
3 关于滑带土
滑坡与其他斜坡变形最主要的区别之一就是它有一个或多个相对明确的滑动面(带),滑动体沿该面(带)运动。滑坡的发生与否常常取决于滑动面(带)土体的应力状态和强度的变化,从某种意义上讲,滑坡的形成机理就是滑带土的变形破坏机理。国外对滑带土研究较早的是伏斯列夫(Hvorslev,1960),他对黏土进行剪切试验时,除了观测到不均匀变形外,还发现与主剪切面斜交的破裂面;今井秀喜等(1963)研究裂缝产生机理时,用黏土模型作剪切实验,把先出现的羽状裂缝称为雁行排列的张裂缝,把羽状裂缝强烈切割的部分称为破碎带;斯开普敦(Skepton,1966)等对滑带(面)厚约20 cm的剪切区进行微观构造研究,也观察到一些间断排成阶梯形倾斜破裂面与主剪切面斜交(交角10°~30°),指出其显示脆性破坏,并称其为里德尔(reidel)剪断,该剪断形成于滑动之前;恰连科(Tchalemk,1970)[9]用高岭石做剪切试验,认为大多数土和岩石的剪切破坏形式与里德尔结果相似;福本正安指出,当剪应力达到破坏强度的53%~78%时,即会产生蠕变破坏。
国内,铁道部科学研究院西北研究所[1]于20世纪70年代,结合铁路沿线滑坡较系统地介绍了滑带土的强度特征、影响因素和试验方法;曲焰在武都滑坡滑带特征及滑面强度研究中,认为滑带应包括滑面、滑面上下剪裂面和其间受滑动挤压影响的滑带土三方面内容,他在滑动面上下1 m厚的范围内观察到各类形态的破裂面,并指出羽状破裂面的形态大小与土的力学性质有关;李明华经对黏土滑坡滑动面形成机理进行模型实验研究,提出了破坏带的发展模式图及裂缝初显阶段、破坏带的形成稳定发展阶段、破坏带的加速发展阶段、连续滑动面的形成阶段等4个阶段,并指出破坏带的发展过程对滑坡的整个发育产生重要的影响;王恭先指出“滑坡滑带土的抗剪强度参数是滑坡稳定性定量评价和抗滑工程设计时计算滑坡推力所必须的重要参数”,有些情况下内摩擦角值虽仅相差1°~2°,但推力就可能成倍增加,同时还讨论了不同部位滑带土在不同滑动阶段的变化(表2);吴其伟等对黄河中上游地区红色泥岩(半成岩性质)研究认为,该岩石由钙盐和钠盐为主要介质,风干状态下硬度2°~3°,但其耐水性差,遇水盐类被溶解,不到2 h即全部崩裂;徐邦栋、王恭先在讨论黄土崩塌性滑坡时指出,以粉土为主、遭浸湿的黄土滑带土,含水量少时内摩擦角可达15°~20°,一旦饱水则降至5°左右,具有强度骤然降低的特性;甘肃省国土整治农业区划研究所在“甘肃省中部灌区黄土台(塬)滑坡与土地塌陷成因及综合治理研究”中,将台塬黄土滑坡滑动带分为泥岩—黄土滑动带、泥岩次生滑动带、黄土滑动带3类。
多年来,尽管不少学者对滑带的作用、滑带的变形和性状、岩性特征、滑带组成等进行了一定的研究,但到目前为止,系统的滑带研究、滑带的形成机理、滑带的微观特征等方面的研究还不够深入。笔者认为,要想从根本上认识滑坡灾害,就须对滑坡的重要组成部分———滑动带,进行从表象特征、物质组成和成分变化、天然状态及滑动状态的物理力学性质、变形因素及过程、微观结构构造等方面进行深入的研究,以探索其形成机理和变形机理,最终达到准确认识、有效防治的目的。
4 关于滑坡防治措施
国外开展滑坡防治措施研究的很多,如: Q·Zaruba &V·Mencl[10]介绍了欧洲百余个滑坡的防治实例,R·L·Schuster& R·J·Krized[11]针对美国20多年滑坡研究和实践编写了《滑坡分析与防治》一书,Nakamura Yoshimitsu(1992)等[12]讨论了土工支挡物的应用,Nakamura Hiroyuki(1987)等[13]研究了剧烈滑动中桩工程的使用,申润植[14]系统介绍了日本滑坡防治工程的分类体系、单项工程和工程组合的注意事项及施工顺序等。这些研究虽多是针对岩石滑坡的,但许多措施也适合于黄土滑坡,防治中可以借鉴。
在我国,20世纪50~60年代,由于对滑坡产生的条件、作用因素、发生和运动机理以及滑坡的危害缺乏足够的认识,故治理基本上属被动治理———“发生滑坡,想法治理”,常采用地表排水、清方减重、填土反压、建抗滑挡墙等。实践证明,采用这些措施仅能使滑坡处于暂时稳定状态,难以达到从根本上整治,如1981年宝成线水害,造成已治理的20处滑坡复活,复活率达30%。70年代以来,各类系统地研究滑坡类型、分布、产生条件、作用因素及其发生和运动机理的成果相继问世,但在治理上,人们仍重视支挡构筑物的作用,强调以支挡为主,偏向于用支挡构筑物特别是抗滑桩来解决问题,而忽视滑坡的形成条件、发生原因、破坏机理及几何边界条件。实践证明,不切合实际的支挡工程并不能根治滑坡,如意大利Basilicata地区的Craco滑坡破坏桩、墙等[15]。20世纪80年代以来,地质专家和工程技术人员对滑坡治理的思路逐步向综合防治方面发展,采用支挡结合排水治理滑坡,效果显著。同时,出现了一种突破性观点———“预治理”,即在工程施工中先加固再开挖或边加固边开挖,实践证明这种方法既实用又经济。
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[13] Nakamura Hiroyuki,Tsuchima Satoshi·Analysis Of Piles Works As-suming Slide Movement[J]·Jour·Of Japan Landslide Society,1987,24(2):17-23·
[14]申润植·滑坡整治理论和工程实践[M]·李妥德等译·北京:中国铁道出版社,1996·
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