新疆伊犁典型特大型黄土滑坡群成因机制及变形特征

王晓明，买振军

(兰州煤矿设计研究院， 甘肃 兰州 730000)



新疆伊犁典型特大型黄土滑坡群成因机制及变形特征

王晓明，买振军

(兰州煤矿设计研究院， 甘肃 兰州 730000)

新疆伊犁黄土的成因、分布特征及物理力学性质与黄土高原的黄土有很大不同，该地区的黄土滑坡也有一定的特殊性。以省道S316线则克台沟某特大型黄土滑坡群为研究对象，结合地质勘察和土样试验结果，对该滑坡群的成因机制及变形特征进行了分析。结果表明：伊犁地区则克台沟黄土揭露埋深达到62 m，并具备发生大规模深层滑坡的地质条件。伊犁地区黄土0.005 m～0.05 mm粒组含量普遍达到60%以上，相比黄土高原的黄土要高，具有一定的静态液化势，对雨水入渗作用敏感。滑坡区山体植被破坏严重，4月—6月份的融雪和降雨集中入渗是导致该地区黄土滑坡的主要原因。该滑坡成群出现，滑动面上陡下缓，伴随蠕动和滑动液化，属于特大型深层黄土滑坡群。对于伊犁地区的黄土滑坡，预测预报、恢复植被及截排水措施尤为重要。

伊犁地区；黄土滑坡群；粒度组成；变形特征；防治措施

黄土是第四纪以来形成的多孔隙、弱胶结的区域性特殊沉积物，广泛分布在我国的西北、华北与东北地区，尤其集中分布在被称为中央黄土高原的河南、山西、陕西、甘肃、宁夏以及青海等省区，面积约占国土总面积的6.6%。黄土地区的地质环境普遍脆弱，沟壑纵横、地形破碎、气候干燥且降雨集中、水土流失严重，广泛发育着崩塌、滑坡、泥流及地裂缝等灾害，是我国地质灾害最为发育的地区之一。其中，黄土滑坡的分布最广、发生频率最高、危害最大[1-2]。针对黄土滑坡的诱发因素、成因机制、变形特征和黄土的微观结构及物理力学性质等方面的特征，工程界进行了大量的研究工作[3-7]。

新疆部分地区也分布着大面积的黄土，但在成因、地貌及物理力学性质等方面与黄土高原的黄土显著不同。叶玮等[8-9]通过对比新疆不同地区的地形和黄土分布位置及物质组成，指出受不同大气环流、局部环流和地形的作用，不同地区的黄土具有不同粉尘来源。伊犁地区的黄土粒度分析结果表明，黄土的细粉砂和黏粒含量显著高于黄土高原的典型沉积黄土和新疆其它地区的黄土[10]。王涛等[11]指出新疆黄土从物源和后期成土环境方面均与黄土高原黄土存在较大差异，并以伊犁尼勒克地区为例对其磁学特征进行了研究。岳健等[12]指出新疆的黄土地貌有不同于我国黄土高原地区的一些特点，总结了其遥感判读依据。郭江涛[13]对新疆伊犁不同含水率和压实密度下的黄土进行直接抗剪强度试验，物理力学试验结果均表明其具有一定独特性。

新疆伊犁地区广泛分布着崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害，其中黄土滑坡及其泥石流次生灾害是该地区最为普遍和典型的灾害类型。在工程建设过程中，也遇到了大量黄土路基及边坡方面的工程问题。石照青等[14]对新疆黄土的湿陷性进行了总结，提出了关于公路路基、边坡勘察及设计的建议。在伊犁地区的新源县、巩留县、尼勒克县，黄土边坡滑坡问题尤为突出。张鸿义等[15]根据新源地区黄土滑坡的形成条件及灾变特征，提出了针对性的防治措施和建议。安海堂等[16]指出新疆伊犁地区是我国西北黄土滑坡广泛分布的地区之一，分析了降水与融雪、地震、植被、人类工程活动等因素对该地区黄土滑坡的影响。上述研究在一定程度上说明了伊犁黄土的特殊性，但多为定性分析，缺乏量化依据。同时，相比我国中东部黄土地质灾害及工程问题的研究范围和深度，对新疆黄土相关方面的研究还相对较少，特别是对于伊犁大厚度黄土地层的滑坡灾害。

本文首先论述了新疆伊犁地区的工程地质概况和黄土分布特征，并通过室内实验分析了其特殊性状的内在原由。在此基础上，以新疆省道S316线新源县境内则克台沟K14+000东侧的加朗普特黄土滑坡群为对象，通过工程地质勘察和一系列的土样实验数据，基于滑坡区域的工程和水文地质条件，分析了其成因机制、变形特征及稳定性现状，并提出一些针对性的防灾减灾建议。

1　伊犁地质概况与黄土分布

1.1伊犁地质概况

伊犁地区即伊犁哈萨克自治州，包括8县1市，面积约5.73万km2，位于新疆西部，属于天山褶皱带内的中、新生带山间凹陷，为新疆的主要强震活动区。地形总体呈“三山夹两谷地一盆地”的格局，东窄西宽、东高西低，类似向西开敞的喇叭形。区内出露的地层包括元古界长城系特克斯群、长城系—青白口系和蓟县系—青白口系；古生界奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二盈系；中生界三盈系、侏罗系及新生界第三系、第四系。其中，黄土主要分布在中低山区和低山丘陵区。受水汽来源和地形的影响，区内降水丰沛，东部山区最大年降水量在800 mm以上，具有湿润大陆性中温带气候的特征。地表水系主要有伊犁河及三大支流，包括特克斯河、巩乃斯河和喀什河。

1.2伊犁黄土

新疆黄土主要分布于伊犁河谷、博乐、塔城盆地、天山北坡精河南至木垒以西、昆仑山北坡叶城南至民丰安迪尔河以西。伊犁地区是典型的西风型气候区，在地形和气候条件下，堆积形成了广泛分布的风成黄土。区内黄土范围北起北天山南麓的低山丘陵，南及那拉提、喀尔克他乌山山麓，西至国境，东到巩乃斯谷地，主要分布在山前丘凌、高阶地上。黄土厚度一般小于20 m，随下伏地形的起伏而变化。迎风坡的黄土比背风坡或风口地带发育，黄土颗粒从西往东逐渐变细。

在则克台沟S316线附近采集浅层典型晚第四纪黄土试样进行室内颗粒分析试验，并与黄土高原典型的马兰黄土进行比较，结果如表1所示。伊犁黄土的粒度组成以粉砂为主，粒度组成具有较高的均一性，多属粉质重亚黏土。对比伊犁黄土与黄土高原黄土可以发现，伊犁黄土0.05 mm～0.005 mm粒组含量明显普遍高于中国东部的马兰黄土和天山北麓的黄土，与已有文献[10]的分析结果一致，>0.05 mm的粒组含量则明显偏低。

表1　伊犁地区黄土与黄土高原黄土的粒度组成

根据黄土液化可能性的判别标准和经验：(1) 小于0.005 mm 的黏粒含量小于20%；(2) 塑性指数小于或等于13[7,17-19]。由表1可知，饱和或高饱和度状态的伊犁黄土具有一定的静态液化势。该地区黄土湿陷性较强，浸水后容易软化崩解，抗剪强度急剧下降，在暴雨或微震的触发下，容易形成斜坡地质灾害。

2　加朗普特滑坡群

2.1滑坡群概况

新疆S316线K14+000附近东侧的加朗普特黄土滑坡群和泥石流次生灾害位于伊犁新源县境内阿吾拉勒山的则克台沟，滑坡体宽约500 m，长800 m～900 m，面积0.98 km2，滑体方量约2275.5万m3，如图1所示。根据《滑坡防治工程勘查规范》[20](DZ/T0218-2006)规定的滑坡规模级别划分标准，属于特大型滑坡。滑坡体在则克台沟中堆积成坝，形成堰塞湖，部分滑体在暴雨、洪流的携带作用下形成长约5 km的泥石流。

图1加朗普特滑坡群

2.2工程地质条件

2.2.1地形地貌

则克台沟发源于阿吾拉勒山分水岭南侧，加朗普特滑坡发育于则克台沟东侧。滑坡发育地段为浅切割的缓顶中山地形，海拔高度在1 300 m～1 800 m，切割深度300 m～500 m。滑坡区域地貌形态和地形变化较大，山坡陡峻，谷坡坡度在25°～40°。

2.2.2地层岩性

滑坡区域出露地层主要为古生界泥盆系和二叠系的泥岩、火山碎屑岩、凝灰岩、砂岩等，黄土不整合覆盖在岩层之上。黄土多呈淡黄或浅淡黄色，疏松多孔，大孔隙构造和垂直节理较发育，力学性质较差，为斜坡灾害提供了主要的物质来源。

2.2.3地质构造

阿吾拉勒山断褶带由一系列呈东西向展布的背斜、向斜和与之平行的压性、压扭性断裂组成。滑坡区域南部发育的断裂除东西向延伸的压扭性断裂外，还有一组NWW—SEE向延伸的断裂，由两条近于平行的断层组成，北面1条近直立，北盘下降，南盘上升。南面一条倾向NNE，倾角60°～70°，北盘下降，南盘上升。两条断层向NWW和SEE各延伸15 km～20 km之后交汇于一起。

2.2.4气象与水文地质条件

滑坡区域位于伊犁—巩乃斯谷地的东端，受谷地北、东、南三面环山向西开口地形的影响，潮湿气流可以从伊犁谷地西口长驱直入地进入本区，并受三面环山的阻挡，形成丰沛的降水。滑坡所处区域是伊犁降水最丰富的区域之一，如图2所示，全年降雨量的70%以上集中在3月—9月。

图22001年—2006年新源县气象要素图

滑坡区内地下水主要为第四系松散孔隙水，分布于黄土层，由大气降水补给，沿黄土的大孔隙和垂直节理由高处向低处径流，下部为基岩裂隙水。勘探表明，在两类地下水之间即黄土层下部存在一层较致密的粘性土层，起着相对隔水作用，地下水在二者接触面处以下降泉形式排泄。

3　滑坡成因分析

3.1黄土物理力学性质

滑坡区域山体上升和侵蚀作用强烈，沟谷切割深，山高坡陡的地貌条件为黄土滑坡提供了有利的力学条件。风成黄土的垂直节理发育，降雨天气下地表积水沿垂直节理向深处渗透，并逐渐形成软弱结构面。当深处黄土含水率大于液限时，会在上覆土层重力作用下逐渐蠕动液化。持续暴雨条件下液化范围和程度会急剧恶化，导致大规模深层滑坡发生。黄土滑坡后壁陡直，也与垂直节理发育有关。

滑坡后壁勘探孔揭露第四系厚度为79.5 m，其中上部黄土厚度达到62 m。这说明以往关于伊犁地区黄土厚度普遍低于20 m的认识是片面的，伊犁地区黄土具备发生大规模深层滑坡的物质基础和地质条件。加朗普特滑坡群是发育在黄土地层内的深层滑坡，滑坡体厚度普遍大于30 m，滑床为第四系中更新统离石黄土层，实验室定名为粉质黏土。表2为滑坡区不同深度钻孔试样的部分物理力学参数试验结果，由表2可以看出，随着取样深度的增加，孔隙比逐渐减小，干密度逐渐增加，抗剪强度逐渐增大，符合土体沉积固结的一般规律。尤其是上部风成黄土滑移层的渗透性质与下部粉质黏土层有较大差异，对滑坡发育与形成有着重要影响。上部风成黄土良好的渗透性和下部粉质黏土的阻水作用，使泉水多沿两个时代黄土接触面出露，并使接触面附近一定厚度的黄土处于饱和状态。

表2　滑体与下部离石黄土层物理力学性质

3.2人为因素

则克台沟加朗普特滑坡区草种优良，水源充足，牧业活动频繁。阿吾拉勒山中草药丰富，每年有数千人在则克台沟开挖药材。过度放牧和开挖中草药使植被破坏严重，导致融雪和降雨容易强烈入渗，对边坡的稳定性产生较大影响。

伊犁钢铁厂位于则克台镇，滑坡发生前为钢厂运输矿渣、焦炭等材料的车辆主要途经S316线。每天车流量巨大，且超载现象严重，车辆从滑坡中前部通过时的行车荷载对滑坡体产生微震作用，也影响着饱和黄土的液化程度和边坡的稳定性。

3.3融雪

伊犁地区9月—10月份开始降雪，一直延续到翌年4月份，山区最大积雪深度大于1 m。每年3月—5月积雪融水沿山坡、黄土裂缝、植被根系向下入渗，浸润作用持续到积雪完全融化，时间约2～3个月。而该阶段黄土坡面的植被仍处于休眠期，蒸腾作用较弱。长期的浸润作用使得黄土湿陷、蠕变、拉张形成裂缝，有利于黄土滑坡的发生。融雪导致的大规模入渗是导致伊犁黄土滑坡的发生时期区别于我国中东部地区黄土滑坡的主要因素之一。

3.4强降雨

根据气象资料，该地区2001年—2006年间4月份的月平均降水量为77.2 mm。在2002年4月则克台沟降雨共计15次，一日最大降水量为35.6 mm，4月24日—30日连续7 d降雨，降水总量为81.1 mm，4月份总降水量160.9 mm，比历年同期高出108.4%。在4月—6月融雪季节和降水集中期的重叠加重了黄土滑坡灾害发生的可能性。根据附近牧民反映，滑坡发生前山体已出现多次明显的变形迹象，且均发生于暴雨期间或连绵阴雨之后，表明大气降雨的集中入渗是滑坡变形的主要因素之一。

2002年5月9日—11日为暴雨天气，5月10日发生了大规模滑坡。暴雨期间地表水集中入渗使大范围的黄土处于饱水或近饱水状态，对黄土起增重和软化效应。滑体在自重作用下首先向临空方向倾斜，后缘形成卸荷张拉裂隙，渗流范围进一步扩展。滑床黄土渗透系数远小于滑体，形成相对隔水层，滑体的孔隙水压力和结构面动水压力不断增大，使滑坡体稳定性逐渐达到临界状态，滑体蠕动使部分结构面黄土液化，逐渐在泉水渗出的地段形成剪切出口。当下滑力超过抗滑力时滑体位移由蠕变跃升为突变，加剧了滑动面黄土的液化，最终形成特大型深层黄土滑坡。滑坡发展过程可概况为：垂直节理→雨水入渗→张拉裂缝→蠕动→轻微液化→剪切变形→重度液化→深层滑坡。

4　变形特征及稳定性分析

4.1变形特征

黄土滑坡群主要由北滑坡、东滑坡、东南滑坡三个大型滑坡及其他小型溜滑交汇形成。东滑坡后壁高110 m，堆积体形成了4个台坎，如图3所示，北滑坡后壁高100 m，东南滑坡后壁高60 m。滑坡后壁受垂直节理控制而陡直、光滑，呈圈椅状，有利于初期滑动势能的快速释放。三个滑坡体前部交汇后继续滑动，滑动方向近285°。滑体长距离滑移后掩埋了S316线路基，最终堆积在河沟中，形成了长约500 m，宽300 m～400 m堰塞湖坝体。

图3东滑坡堆积体工程地质剖面图

由于滑体堆积至河沟演变成泥石流，加之后期水流切割侵蚀，目前厚度较薄，次生灾变的危险性较低。滑坡南北两侧发育有两条冲沟(图1)，最深处大于20 m，是滑坡地表水及地下水的主要排泄通道。北沟延伸至滑坡后缘，汇集了北滑坡与东滑坡以及部分东南滑坡后壁出露的泉水，水量较大。南沟主要汇集了部分东南滑坡泉水，水量稍小。

4.2稳定性现状

地表冲沟和地下水迁移通道的形成，大大降低了地表水和地下水物理软化和水力等作用对黄土体的不利影响。滑坡后残留的一些不稳定坡体，在重力作用下逐渐塌落，滑坡壁下方均可见大量崩积物。部分滑坡残留后壁及其后部发育着一些裂缝，目前仍有滑塌变形的可能。参照《岩土工程勘察规范》[21](GB50021-2001)中P209所附传递系数法的计算公式，对滑坡的稳定性进行计算。结果如表3所示，东滑坡和北滑坡处于基本稳定状态，东南滑坡在暴雨或地震等不利工况下有进一步滑塌的危险。经过滑坡和之后水流侵蚀等地质营力的作用，滑坡区山体目前已基本处于稳定状态。

滑坡发生后S316线被阻断2年多，后在堰塞湖边的滑体上开挖填筑了一条临时公路。2013年的现场调查发现，路堑边坡前部垂直，在雨水浸润、行车荷载的联合作用下，临空面时有掉块发生。路堑边坡潜在的滑塌变形已成为比较突出的交通安全隐患。调查期间7月15日—9月15日两个月的降雨较为集中，图4为该时间段内典型监测点的位移曲线，表明路堑边坡在降雨作用下极不稳定，处于蠕变阶段；东滑坡后缘未出现位移，相对稳定；东南滑坡后缘变形呈阶梯状不断上升，为位移积累过程。监测结果与现场调查和稳定性计算的预测趋势基本一致。

表3　滑坡体稳定性计算结果

图4滑坡位移监测曲线图

5　预测预警及防治措施

5.1预测预警

加朗普特滑坡残留山体距离道路较远，进行大规模治理的效益低，但对于S316线未来重建的潜在危害较大。则克台沟内紧邻道路两侧山体上也分布着一些潜在的大规模滑坡，对道路安全通行的威胁较大，因此均应坚持长期的监测。伊犁地区的滑坡多发期在4月—6月份，这段时期应加强对斜坡体的监测，包括裂缝发生及发展、局部坍塌及地声、地下水异常等与滑坡有关的异常现象。以此跟踪和分析潜在滑坡的活动状态、形成机理及其发展趋势，争取在滑坡发生前及时启动应急预案。

5.2防治措施

水土流失是斜坡崩滑流地质灾害的先导，因此限制畜牧范围，增加潜在滑坡区域的植被覆盖率，是预防滑坡灾害的基本措施。对于已有的裂缝，应进行回填，宽度较大者可采用水泥板封盖，防止雨水的渗入。滑坡治理中应优先考虑地表排水措施。

6　结　论

(1) 新疆黄土在地理分布上有一定的规律性，不同地区的黄土也具有一系列不同的物质成分和外部形态特征。伊犁黄土0.005 mm～0.05 mm粒组含量相比黄土高原的黄土普遍要高，对水分入渗作用敏感，具有一定的静态液化势，遇水容易软化崩解。则克台沟山高坡陡，钻孔揭露黄土深度已达62 m，具备发生深层大型滑坡的物质基础和地质条件。与其它地区黄土滑坡在雨季多发的特点不同，伊犁地区4月—6月份属于融雪和降雨的重叠季节，也是黄土滑坡的高发时期。

(2) 加朗普特滑坡属于特大型深层黄土滑坡群，滑动面上陡下缓，成群分布。变形过程可以归纳为：斜坡垂直节理→雨水入渗→张拉裂缝→蠕动→轻微液化→剪切变形→重度液化→滑坡。经过滑坡和之后各种地质营力的改造，目前滑坡区山体基本处于稳定状态。对于滑坡群残留体潜在的再次滑塌及伊犁地区其它潜在的黄土滑坡，应以预防为主，注重监测预警、植被恢复及截排水等工作。

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Sliding Mechanism and Deformation Characteristics of Typical Large Loess Landslides in Yili Xinjiang

WANG Xiaoming, MAI Zhenjun

(LauzhouDesignandResearchInstituteofCoalMine,Lanzhou,Gansu730000,China)

The loess in Yili Xinjiang are particular at its formation, distribution, physical and mechanical properties, which are quite different from loess in the Loess Plateau. The loess landslides in this area also have their particularity. This paper discussed the geological conditions and characteristics of loess in Yili and analyzed the influence of its special particle composition on loess traits. Combined with field geological survey and indoor tests, the sliding mechanism and deformation characteristics of a large loess landslides group at the Zeketai Ditch along the S316 line were analyzed. The results showed that: the exposed depth of loess at the Zeketai Ditch is at least 62 meters, having the geological conditions for large-scale deep landslide. The particle content is between 0.005 mm～0.05 mm of loess in Yili generally accounts for more than 60%, which is higher than that of the Loess Plateau. The loess is of high static liquefaction potential, and sensitive to the effect of rainfall infiltration. With mountain vegetation of landslide area damaged seriously, the loess landslides in Yili are mainly induced by the infiltration of snowmelt and rainfall from April to June. The landslides outbroke in crowds with the upper part of sliding surface steep and the lower part gentle, accompanied by creeping and sliding liquefaction. They were judged for the oversize deep loess landslides group. To the loess landslides in Yili area, forecast, vegetation restoration and intercepting drainage measures are particularly important.

Yili region; loess landslides group; particle-size distribution; deformation characteristics; precaution

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.04.038

2016-04-25

2016-05-21

王晓明(1987—)，男，河北邢台人，助理工程师，主要从事岩土工程勘察设计工作。 E-mail: 595078574@qq.com

TU431

A

1672—1144(2016)04—0195—06