融雪诱发型黄土滑坡活动特征与应急响应模式——以新疆伊犁则克台滑坡为例

魏学利，陈宝成，赵 龙，赵 楠，李 宾

(新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830006)

0 引言

2019年4月30日的22时49分59秒，在中国西北部新疆伊犁地区的新源县则克台河流域内发生一起黄土滑坡事件(N 43°34′04″, E 83°19′28.70″)。由于滑坡影响区无人居住，该滑坡没有造成人员伤亡，仅是山顶附近黄土体高位滑移剪出后，沿则克台沟高速远程输移至则克台河形成堰塞体，阻断则克台河长度200 m，并掩埋公路长度90 m，对下游则克台镇产生巨大威胁。在滑坡灾害发生后，当地政府立刻组织相关部门开展现场应急救援和抢险救灾行动，仅用2天时间就有序、高效的完成河道清淤疏通和公路恢复通行。

黄土是我国西北干旱、半干旱地区广泛分布的第四纪沉积物，黄土滑坡是黄土地貌演变过程中动力地质作用的产物，其形成与发展是个缓慢的渐进性变形破坏过程，受特殊地形、气候、岩性、地震和人类活动等因素制约[1-2]。该黄土滑坡发生在中国西北伊犁季冻区，冰冻期长达5个月(11月至翌年3月)，积雪覆盖最大厚度约为1.0 m，最大冻土深度约为90 cm，大量积雪融水入渗必对黄土坡体变形破坏产生重要影响。在世界中高纬度季冻区，融雪诱发型滑坡已成为常见的斜坡失稳现象[3]，在全球季冻区由于极端气候造成的冬季降雪深度增加和春季的快速消融事件增多，致使融雪诱发的土坡破坏频次呈逐渐增加趋势[4-7]。在冰冻区滑坡是与冬季暴雪、土体冻融循环和积雪融水入渗密切相关的[8-9]。大量融雪入渗土体增加滑动面孔隙水压力，降低土体剪切强度而诱发滑坡[3]。斜坡稳定性波动与土体体积含水量变化是同步的，土体体积含水量增加至最大值时正好发生在峰值融雪期，当融水入渗量停止后，土体体积含水量将逐渐降低，但当融水量持续不断增加，体积含水量骤增将造成斜坡稳定性陡降，斜坡破坏发生在最大融水入渗阶段[10]。因此，加强此类滑坡失稳机理的研究，被认为有助于确定斜坡变形关键时期，为季节性融雪地区黄土滑坡灾害早期预警、风险评估及减灾管理决策提供技术支撑具有重要意义。

本文目的是分析则克台黄土滑坡基本特征和变形历史，探讨控制滑坡变形破坏的驱动因素和破坏机理。基于现场调查和遥感影像查明滑坡基本特征、变形历史和破坏模式；利用滑坡变形历史与气象数据对比，探究滑坡变形破坏的驱动因素；开展黄土物理力学参数分析，揭示黄土滑坡的破坏机理。研究成果将对新疆季冻区交通建设具有重要指导意义，对世界寒冻区边坡破坏机制和风险评估具有重要启示。

1 研究区概况

则克台滑坡发生在新疆伊犁地区新源县境内的则克台沟内右侧阴坡，则克台沟是则克台河右侧小支沟，在则克台镇汇入巩乃斯河。则克台河位于伊犁谷地中部近东西向展布的阿吾拉勒山南坡，阿吾勒拉山位于新疆天山纬向构造带的西段，为伊犁盆地中单独的断块隆起构造单元，北以尼勒克深大断裂为界与博罗科努复背斜相接，南以那拉提深断裂为界与哈尔克山复背斜为邻，地质构造比较复杂。滑坡区域地质构造运动主要受控于阿吾拉勒断褶带控制(图1)，阿吾拉勒断褶带由一系列东西向展布的背斜和向斜及与之平行的压性、压扭性断裂所组成，新构造运动比较强烈，中小地震活动频繁，地震动峰值加速度0.20g，地震烈度处于Ⅷ度区。

则克台河流域面积为190 km2，河流总长度约26 km，河道比降介于100‰～150‰，年平均径流量约为21 830 m3。则克台河流域可划分为两大地貌单元，在960～2 400 m高程范围为中低山构造剥蚀地貌，地形起伏大，河谷多呈“V”型，切割深度300～600 m，山脊呈缓顶状，山坡陡峻，坡度多变化于25°～40°；地层岩性主要由花岗斑岩、闪长岩、砂砾岩及泥岩组成，表层覆盖不同厚度黄土层，一般介于5～30 m不等；高陡地形促使沟道两侧山坡发育大量黄土滑坡和潜在不稳定黄土斜坡。在850～960 m高程范围为山前冲积平原微丘地貌，地形起伏小，大部分为单一黄土堆积，最大厚度可达到约80 m。新疆伊犁谷地的大量黄土为西风搬运形成的典型风力沉积物[11]，局部还存在水流冲刷堆积的次生黄土，常见黄土与砂砾石土互层交替沉积。黄土主要分布在800～2 200 m山前阶地和低山丘陵地带，且随海拔增高黄土粒度变细，其中85%黄土中值粒径小于15 μm，矿物成分以角闪石、黑云母、帘石类和不透明矿物为主[12]。除表层(<20 cm)土体相对干燥，黄土含水率随着埋藏深度增加逐渐增大，一般介于20%～30%。黄土大部分为第四纪晚更新世马兰黄土，疏松多孔，结构杂乱，含砂砾多(约占10%～20%)，胶结差，在工程性质上表现为浅表层欠固结性、高渗透性和强湿陷性，在水流作用下易沿垂直节理发生渗透侵蚀和软化崩解，为黄土滑坡发生创造了优越物质条件。

中国西北地区整体属于干旱半干旱地区，但滑坡所处的伊犁地区则呈现多雨雪的湿润大陆性中温带气候，气候温暖湿润，一年中冬夏两季较长，春秋两季较短，构成中国西北部干旱区的“湿岛”。距该滑坡区仅15 km的新源县多年平均气温8.3 ℃左右，多年平均蒸发量1 467.67 mm，多年平均降水量480～600 mm，且多集中在4—10月份，其中4—6月份恰逢雨季高发期，占全年降水量的50%左右；冰冻期长达5个月(11月至翌年3月)，积雪覆盖最大厚度约为1.0 m，最大冻土深度约为90 cm。受地理和地形条件影响，降雨时空分布不均，且降雨雨型以长历时小雨+短历时强降雨为主，具有明显垂直分带性，平原区多年平均降水量为598.82 mm(H=928.2 m)，山区雪崩站降水量则达到807.3 mm(H=1 776 m)，年均降雨量随海拔增高按照25 mm/100 m速率递增。由此可知，大量积雪融水和强降雨进入地裂缝将激发黄土边坡发生滑动破坏。

则克台沟内以草被为主，零星分布少量野杏树林，人类活动以牧民放牧为主，频繁的人类活动集中在山坡上，促使原来稳定山坡和植被遭到严重踩踏破坏，导致雨雪水快速入渗而加剧滑坡灾害发生。

图1 则克台滑坡位置图Fig.1 The location of the Zeketai Landslide

2 研究方法

现场调查滑坡形成、运动和堆积特征，实地测量典型断面的尺寸和堆积厚度，并针对交通、国土和地方政府等部门调访，查清公路滑坡灾害的应急抢险过程。

2014年对所有烧损部位进行了更换和维修，但在后期的生产中烧损现象未得到改善，造成维修费用高。为了有效解决高温烟气烧损钢件的问题、保证锅炉的平稳运行，特进行此次改造。

基于不同时期遥感影像和实地调查数据分析滑坡变形历史。搜集2005年、2009年、2014年和2019年的google影像，详细统计分析滑坡区范围、源区范围、地表裂缝数量和长度的变化特征，分析滑坡在此期间的变形历史。

基于不同时期的气象数据分析滑坡激发过程。搜集2005年、2009年、2014年和2019年的2—5月气温和降水变化数据，重点分析了2018年11月至2019年4月份气温变化过程，与相应年份积雪覆盖和坡体地表裂缝变化进行对比，揭示控制坡体变形的关键控制要素；搜集2002年3月21日和2019年4月30日两次滑坡发生当月的气温和降水数据，分析滑坡形成过程中的水热条件变化，揭示滑坡形成过程和破坏机理。

基于室内试验分析滑带土物理力学参数特征，在源区滑动面分别取原状土样和扰动土样，在室内利用直剪仪测试原状黄土的峰值抗剪强度和残余抗剪强度变化，并测试其天然含水率、孔隙比、密度、液塑限等常规参数，利用扰动土样直剪试验测试不同含水率和不同垂直压力下土体强度变化(c、φ)，揭示黄土物理性状和强度变化的界限含水率。

3 则克台黄土滑坡形成运动特征

3.1 则克台黄土滑坡形成变形历史

据当地国土部门资料记载，该滑坡历史上曾发生2次大规模滑动破坏，2002年3月21日该滑坡第一次发生滑动破坏，2019年4月30日该滑坡再次复活滑动。通过不同时期google影像和现场调查(图2、图3、表1)发现，滑坡后缘地表裂缝多且非常明显；在2次滑坡发生期间，滑坡后缘地表裂缝数量和长度均出现了显著增加，滑源区范围和滑坡区总范围均不断扩大，反映了2次滑坡发生期间曾多次发生小规模滑动破坏。其中2005年滑坡后缘地表裂缝18条，裂缝总长度为2 106.27 m，源区面积为17 279.60 m2，滑坡区总面积为85 140 m2；2009年滑坡后缘地表裂缝增加1条，新增长度212.24 m，总长度为2 318.51 m，源区面积增加了3 954.63 m2，滑动区总范围增加了3 342 m2，说明2005—2009年间该滑坡体曾发生蠕动变形，且诱发了小规模滑动破坏；2014年滑坡后缘裂缝增加了4条，长度增加了321.57 m，源区面积增加了311.56 m2，滑动区范围增加了311 m2，说明此期间滑源区面积和滑坡总范围增加幅度较小，滑坡整体处于稳定状态，仅后壁局部出现滑塌现象；2019年4月31日滑坡发生后，滑坡后缘裂缝增加9条，且长度增加了865.02 m，滑源区和滑坡总范围出现显著增加，其中滑源区面积增大23 448.90 m2，与2014年前滑源区面积相比增加了110%，滑坡总范围增大46 669 m2，与2014年前滑坡总范围面积相比增加了53%，说明大规模的滑动破坏对后缘地表裂缝发展具有重要贡献。两次滑动破坏事件正值冬末春初气温回暖之际，积雪融水和强降雨渗流侵蚀可能对滑坡变形破坏具有重要影响。大规模滑动破坏增加的地表裂缝为大量融水提供了优势渗流通道，不断改变坡体水动力条件，促使坡体每年均发生不同程度继承性累积蠕动变形，坡体始终处于稳定-不稳定的状态之间转换，不时发生小规模滑动现象。

图2 则克台滑坡不同年份遥感影像图Fig.2 Remote sensing map of Zeketai Landslide in different years

图3 则克台滑坡不同年份裂缝及范围分布图Fig.3 The distribution of cracks and ranges in different years in Zeketai Landslide

3.2 则克台黄土滑坡的地形地貌特征

则克台滑坡最近于2019年4月31日发生复活启动破坏，滑坡区总面积为135 462 m2，滑源区面积为44 994.69 m2，滑坡纵断面BH段长度约为900 m，坡顶后缘最高点B高程为1 270 m，公路附近堆积区最低点H高程为990 m，相对高差达到280 m，滑源区AE段地表平均坡度介于17%～47%。滑坡堆积区EH段长度为500 m，表面坡度为6%～31%，整个运动过程表现为低角度、长距离、流态化运动特征。

根据滑坡地形地貌特征，整个则克台滑坡区可分为3个主要区域：滑源区(Ⅰ)、运动区(Ⅱ)和堆积区(Ⅲ)(图4～图6)。其中运动区又可分为中心流动区(Ⅱ-1)、侧向牵引区(Ⅱ-2)和侧向磨蚀区(Ⅱ-3)。由于人类放牧扰动和滑动块体卸载，在滑坡后缘边界附近坡体出现大量新鲜地表裂缝，具有再次发生滑动破坏的可能性极大，该区域被称为滑坡影响区(Ⅳ)。滑动区和滑坡影响区的详细描述如下。

滑源区(Ⅰ)：滑源区位于斜坡体最顶部附近，覆盖面积约为44 994.69 m2，沿着斜坡运动方向平均长度为300 m，横断面平均宽度为150 m；滑坡后缘呈圈椅状，后壁陡峭，后缘高程为 1 270 m，剪出口高程为 1 200 m，沿滑动方向(BD段)平均坡降为30%，最大坡降为69%。根据滑动前后现场地形对比，滑体平均厚度估计达到30 m，体积为5.04×105m3。

运动区(Ⅱ)：滑动区总长度约为400 m，运动路径由高度1 200 m下降到1 030 m。大量黄土体沿剪出口高位滑出后，携带巨大动能沿则克台沟程铲刮、裹挟和推移沟道内松散老滑坡堆积体。根据沿程地形特征和滑体动力作用，运动区可进一步划分为1个中心流动区(Ⅱ-1)，2个侧向牵引区(Ⅱ-2)和2个侧向磨蚀区(Ⅱ-3)(图4～图5)。中心流动区(Ⅱ-1)位于滑体运动过程的中间部位，由于受地形起伏和弯道影响，沿程堆积不均衡且厚度不一致，在EF段整体运动向南侧偏移。在整个运动路径中，由于地表坡度变化大，滑体对地表冲击也存在差异，其中DE段平均坡降为47%，最大坡降为91%，陡峭地形为滑坡提供强大动能，促使滑坡体直接爬升至对岸山坡，爬升高度达到30 m左右，而后转向正东方向沿原沟道滑动(EG段)，沟道坡降为31%～24%，由于能量大幅度降低，滑体沿程则发生局部停积。侧向牵引区(Ⅱ-2)共有2处，均位于DE段两侧，由于该段坡度陡峭(91%)滑坡在运动过程中铲刮裹挟沿程土体同时，对两侧坡体产生牵引扰动，致使两侧坡体同样发生浅层滑动破坏。(Ⅱ-3)侧向磨蚀区共有2处，位于EF区段内，由于沿程弯道超高的影响，滑坡在运动过程中发生明显偏转，滑动方向由滑源区NE45°转向运动堆积区的E90°，在沟道E和F处出现明显弯道超高磨蚀现象，磨蚀仅在坡体表面产生刮削，而不发生堆积(图7)。

堆积区(Ⅲ)：在本次滑动前，堆积区已经被2002年发生滑坡的堆积体所覆盖，2019年滑坡堆积体堆积在老堆积体表面。滑体运动至出山口后，由于坡度变缓，且受到对岸山体阻挡而发生减速停淤，致使掩埋对岸公路，堵塞则克台河形成堰塞湖。堆积体沿运动路径方向长度110 m，表面坡降为6%，顺则克台河方向淤积长度为198 m，堆积体平均厚度为8 m，估计堆积体体积约为1.742×105m3，这也说明大部分滑坡土体已沿程发生停积。

滑坡影响区(Ⅳ)：位于斜坡最顶部，与山顶的距离仅为50 m左右(AB段)，高程介于1 270～1 290 m，地表平均坡度为24%。现有地表裂缝32条，总长度达到3 505.10 m，在积雪融水和强降雨入渗作用下，再次发生滑动破坏的可能性极大。

图7 沟道E和F处出现明显弯道超高磨蚀现象Fig.7 The superhigh abrasion phenomenon of channel curve at point E and F

3.3 黄土滑坡的破坏模式

基于地质基础、滑床形态、变形破坏和运动堆积等特点，将该黄土滑坡变形破坏过程概况总结为张拉-蠕动-滑移的地质-力学模式，其破坏方式为后缘张拉与单一圆弧滑面滑动。针对黄土斜坡的整个变形破坏过程，提出一个驱动斜坡变形继承性发展和间断性复活启动的气象水力概念模型，该模型包括5个阶段过程(图8)。阶段1代表稳定降雪积累过程，积雪逐渐累积且几乎不发生融化现象，黄土坡体内地下水位处于最低水平；阶段2代表初期缓慢融雪过程，随着气温逐步升高，积雪开始小规模融化产流且缓慢入渗，在坡体表面一定深度内形成地裂缝雏形，控制滑动面的初始位置和发展轨迹；阶段3代表积雪快速消融过程，随着春季快速升温，大量积雪快速融化并沿已有地裂缝入渗土体，促使地下水位逐步抬升，且地裂缝逐渐贯通而形成优势滑动面，随着滑动面土体强度劣化，斜坡体发生蠕动变形，在坡体后缘形成地裂缝和陡坎；阶段4代表周期性积雪融水过程，随着年复一年这种积、融雪循环过程的不断重复，周期性积雪融水入渗将改变滑坡体内部水动力条件和土体物理力学性质，促使坡体在稳定和不稳定状态间连续转换，致使坡体蠕动变形具有间断性和继承性，在坡体表面形成多级地裂缝和台阶陡坎，在坡体内形成的多个优势滑动面流动，最终在坡脚汇聚以泉水形式排泄；阶段5代表强降雨激发破坏过程，前期周期性积雪融水入渗作用下，坡体已接近临界失稳状态，强降雨沿已有的多条裂缝快速入渗至统一优势滑面，促使滑面孔压陡升而驱动土体强度弱化和力学破坏，进而激发黄土坡体发生滑动破坏。

图8 则克台黄土滑坡破坏模式示意图Fig.8 Schematic diagram of failure mode of Zeketai loess landslide

4 则克台黄土滑坡的复活起动机制

4.1 人类放牧活动控制边坡初期地表裂缝形成

则克台河下游的则克台镇2017年统计总人口约为24 964人(其中农牧民10 638人)，人口密度为49.6人/km2，其中70%人口为少数民族，主要以放牧为生，2017年全县实现牲畜年末存栏88 665头(只)，主要为牛、羊、马等食草动物[13]。则克台河流域内以草被覆盖为主，零星分布少量野杏树林，是则克台河内是则克台镇重要放牧场所。

在春融季节，植被枯萎且大部分被积雪覆盖，大量牲畜需要沿山坡寻找裸露草场，沿斜坡地形缓坡处踩踏多条小径，大量牲畜的重复踩踏不仅加速积雪消融，还破坏地表草被根系和黄土结构，促使踩踏处黄土含水饱和而强度降低，进而发生泥化沉陷变形；踩踏小径则成为积雪融水产汇流的集中入渗带，融水渗流潜蚀促使局部黄土坡体形成串珠状落水洞；在长期缓慢融雪入渗作用下，落水洞不断向下延伸和横向扩展，最终形成诱发斜坡变形破坏的地裂缝，现场发现沿小径形成多处串珠状落水洞和地裂缝(图9)。由此可知，人类放牧活动是初期黄土坡体地表裂缝形成的关键因素，控制着地表裂缝的发育位置和发展轨迹，对黄土斜坡早期的蠕动变形具有重要影响。

图9 人为放牧活动诱发形成地表落水洞和地裂缝Fig.9 Water holes and cracks in the ground induced by grazing

4.2 融雪入渗极大降低土体抗剪强度

黄土是水敏感性地质体，在水的软化下发生黄土湿陷变形，其水理性质改变和力学强度将大幅度下降是诱发黄土滑坡的重要因素[14]。在不同的含水状态下，滑坡黄土黏聚力和内摩擦角呈现出不同的变化规律(图10)。低含水状态下马兰黄土黏聚力值最低，内摩擦角值最高；随含水率的增加黏聚力值增大，内摩擦角值逐渐减小；当含水率超过界限值时，黏聚力值逐渐减小，内摩擦角值缓慢增加。滑坡黄土的界限含水率Wlimit为(11±1.00)%，控制黄土抗剪强度和变形特征。当滑坡滑动面干燥黄土随含水量增加至界限含水率，其抗剪强度发生显著劣化降低，物理性态将由脆性向塑性转变，进而促使其应力-应变特性变化，抗剪强度大幅度降低。因此，滑带土遇水软化弱化程度，常与水体入渗前后滑带土含水率密切相关，含水量变化控制滑带土抗剪强度和变形特征。

图10 黄土力学强度的水敏感性特征Fig.10 Water sensitivity characteristics of loess mechanical strength

滑坡的形成机理就是滑带土的变形破坏过程，滑坡发生取决于滑动面土体的应力状态和强度变化[14]，在增湿过程中黄土强度和变形特征发生显著变化[15]。该滑坡滑带土天然含水率为21.45%，高于塑限(17.52%)而低于液限(26.65%)，天然状态处于可塑状态，滑带土由天然状态过渡到饱和状态，峰值内聚力由26.1 kPa降低至24.15 kPa，峰值内摩擦角由26.25°减少到22.63°，内聚力残余值降低34%(22.15～14.25 kPa)，残余内摩擦角降低13%(17.57°～15.23°)(表3)。黄土滑坡滑带土的物理力学性质决定斜坡的稳定状态，有些情况下内摩擦角值虽仅相差 1°～2°,但强度可能成倍降低[16-17]。由此可见，融水和降水沿地表裂缝入渗，滑带土逐渐增湿软化，其抗剪强度大幅度降低，随着裂缝扩展贯通和水流大量入渗，将改变坡体内水动力条件，造成坡体内饱水区和土体软化范围进一步扩大，致使在含水量差异较大层面易形成滑坡软弱滑动面。

表3 则克台滑坡黄土的物理力学性质Table 3 Loess physico-mechanical properties of Zeketai Landslide

4.3 周期性融雪入渗控制斜坡变形演化

基于黄土斜坡后缘裂缝发展发现，滑坡变形过程是一个重复破坏过程，可能为每年几厘米到每秒几厘米的速率发生变形，致使坡体在稳定和不稳定状态间连续转换，直至连续变形很多年后坡体达到临界状态而发生滑动破坏。2002—2019年间滑坡变形破坏过程与春季积雪面积、气温和降水等气象数据对比发现(图11)，斜坡蠕动变形与春季异常升温驱动的积雪快速消融具有非常清楚的联系。2002年融雪期2—4月份平均气温较高，达到6.67 ℃，且2月份的正积温达到3.2 ℃，气温异常升高促使2—3月份积雪消融了88.5%，大量积雪融水入渗必将加速土体饱和和地下水位升高，伴随着雨季到来，3—5月份降雨量达到250.5 mm，且3月份降雨量由48.2 mm突然增加至4月份的150.9 mm，而2001—2011年春季3—4月份和4月份多年降雨均值分别为149.28 mm和77.18 mm，这说明2002年4月份极端强降雨快速入渗斜坡而激发黄土滑坡。同样，2019年融雪期2—4月份平均气温也较高，达到6.30 ℃，虽2月份为负积温，仅为-3.2 ℃，但3和4月份快速升至8 ℃和14.1 ℃，促使3—4月份积雪融化率达到95.95%；虽然2019年3—4月份降水量仅为 141.9 mm，但4月份降水量高达87.3 mm，说明2019年前期缓慢积雪入渗已促使土体接近临界稳定状态，在4月份突然降雨激发作用下发生滑动破坏。2009年虽然4—5月份的降水量达到164 mm，但各月降水量较为均衡，4月份降雨量仅为67.2 mm，而且2—4月份平均气温也仅为5.63 ℃，2—3月份和3—4月份积雪融化率分别为48.55和46.88%；2014年虽3月份降水量由17.5 mm增加至4月份93.2 mm，但4—5月份降水量较低，仅为131.1 mm，而且2—4月份平均温度也较低，仅为3.63 ℃，积雪融雪速率慢且入渗稳定，2—3月份和3—4月份积雪融化率分别为41.24%和49.72%。由此发现，无论气温高低，只要积雪融化速率慢且稳定，即使4—5月份降雨量或4月降雨量较大，仍不能激发滑坡发生，仅是促使斜坡裂缝不断扩展延伸，并促使斜坡发生蠕动变形。前人研究也发现，在每一年内每天滑坡变形速度总体上是一致的，除了春季融雪期和极端降雨事件，此时滑坡运动速度大约是平时2倍多[18-19]。WILLIAM等[20]在对Slumgullion滑坡变形速度长期观测后发现，在冬春冷冻季速度最慢，其年平均速度为0.28 mm/h，在春季融雪季运动速度最快，其运动速度达到0.47 mm/h。因此，我们认为春季气温异常升高驱动的积雪快速消融入渗控制斜坡蠕动变形演化过程。

图11 滑坡裂缝变化与气象资料的比较分析图Fig.11 Comparison of landslide crack change with meteorological data

融雪期大量积雪融水入渗地表影响黄土斜坡水热力过程，对滑坡后缘裂缝发展、滑面贯通和坡体变形产生重要贡献。通过分析2019年4月30日滑坡发生前的气温变化数据发现，滑坡发生前气温变化过程划分为4个阶段(图12，表4)，其中2018年11月1日至12月4日为快速降温期，平均温度为2.1 ℃，由最高温度11.5 ℃降至-2.5 ℃，以积雪持续积累和土体冻融作用为主； 2018年12月5日至2019年2月28日为低温稳定期，平均温度为-6 ℃，最低气温为-17.5 ℃，以积雪快速积累和土体冻结作用为主；2019年3月1日至3月31日为快速升温期，平均温度为2.45 ℃，从最低低温-5.5 ℃上升至最高温12.5 ℃，以积雪快速消融和土体融冻作用为主；2019年4月1日至4月31日为高温稳定期，平均气温为15.8 ℃，最高温达到20.5 ℃，降雪持续融化直至消融完毕，土体完全解冻转化为非冻结土。由此可知，每年常季节性积、融过程常持续2—3个月，年际之间积雪消融过程也是一个间断重复过程，大量积雪消融入渗发生在以天数计算的较短时期内(3—4月)，而累积降雨入渗则发生在以月计算的较长时期内(5—10月)，年复一年的大量融水在短时间快速入渗土体，必将促进坡体发生继承性蠕动变形。NADIM等[21]指出融雪诱发型滑坡多发生在北半球的春季(4—6月份)，并伴随着次年11月—当年3月的冻融循环作用。ERIC等[22]曾研究指出每年累积融雪入渗量一般占据全年累积入渗量的约75%，每年累积积雪融水入渗量为0.581 m，而累积降雨入渗量仅为0.190 m，积雪融水的土体入渗量和入渗率均大于降雨作用，且常常发生在春季很短时期内，其是滑坡复活产生最重要的影响。因此，积雪消融具有周期性特征且是斜坡融水入渗的稳定贡献者，在年际和年内的周期性融雪入渗过程，致使坡体在稳定和不稳定状态间连续转换，直至与强降雨发生耦合而激发黄土坡体发生滑动破坏。

图12 2018年11月至2019年4月滑坡发生前的气温变化过程Fig.12 Process of temperature change between November 2018 and April 2019 before the landslide occurrence

表4 2018年11月至2019年4月份气温变化过程Table 4 Process of temperature change between November 2018 and April 2019 before the landslide occurrence

4.4 春季融水和暴雨的耦合是控制黄土滑坡发生的根本原因

两次滑坡灾害均可被认为是融雪入渗驱动斜坡变形破坏事件。每年的累积融雪入渗是黄土坡体水力变化和变形破坏的最重要驱动力。大部分研究指出在冰冻区滑坡发生是由融雪入渗造成的[23-25]。2002年3月21日滑坡发生当日并无降雨，前20天累计降水量仅为20 mm，且并不集中，其中最大降雨量发生在3月18日，仅为10.4 mm；2002年3月1日-21日期间平均最高温度为10.75 ℃，平均最低温度仅为-0.05 ℃，滑坡发生日最高气温为11.7 ℃，而最低气温为-0.3 ℃。2019年4月30日滑坡再次复活滑动当日降水量为16.2 mm，前29天并无降雨，2019年4月1日-30日期间平均最高温度为19.83 ℃，平均最低温度为8.47 ℃，滑坡发生日最高气温为21 ℃，而最低气温为8 ℃(图13)。由此可见，两次滑坡发生的当日降雨量和前期累计降雨量均较小，无法直接激发黄土滑坡发生，但对激发滑坡具有重要贡献作用[26-27]，而前期累积融雪入渗显然对驱动黄土滑坡产生了的重要作用。3—4月份积雪消融入渗速率与年降雨量无关，但对降雨入渗开始前土体含水状况产生重要影响，造成斜坡土体导水率接近于饱和值，加速和增加向着坡下的地下水流而抬高地下水位，该过程存在一个土体含水量延缓消散效应；伴随紧接着的4—5月份雨季到来，对已处于接近临界破坏状态坡体，即使降雨量较小，也可能对压力水头季节性增长产生放大效应，快速降低滑动面剪切力而诱发滑动破坏。HUGGEL[28]对欧洲阿尔卑斯山脉常年冻土区大量滑坡研究表明，气温和冰雪覆盖层厚度的变化导致高山斜坡失稳。1971年5月26日发生在Pra Bellon的滑坡[29]，发生在一个丰雪冬季和一个非常湿润的春季之后(3月14日至5月26日间降水达到265.5 mm)。1982年3月的Bracelonnette滑坡被认为是落在融化的积雪上的春季强降水所造成的[24]。因此，我们认为春季气温异常升高驱动的大量积雪快速消融入渗对斜坡变形发展具有最重要贡献，而与极端强降雨耦合则是滑坡发生根本原因。

图13 2002年和2019年两次滑坡事件前累积降雨和温度变化Fig.13 Cumulative rainfall and temperature anomalies of the two landslide events in 2002 and 2019 respectively

5 黄土滑坡的应急响应与处置对策

本次滑坡灾害应急处置过程仅花费2天时间，就迅速抢通并恢复了公路功能，且未造成人员伤亡。从本次滑坡灾害发生后成功灾害应急响应过程和灾害处置经验，总结提出一种针对公路地质灾害处置的应急响应模式，被称为以早期预警为基础的多部门联动的公路灾害应急响应系统(图14)。基于多部门联动的公路灾害应急响应系统是一种快捷的、有效的和适用性强的灾后应急管理系统，包括三大应急响应措施，(1)灾害发生后应急救援措施(2)多部门联动应急抢险措施(3)灾害应急处置管理措施。整个系统涉及交警、医疗、消防、交通、国土和地方政府等多个部门，各部门之间联动配合，同时开展灾害应急救援、抢险和处置工作。当灾害发生后，各部门的职责如下：①交警部门应迅速临时封闭道路，在灾害发生路段两端设置道路临时封闭警示牌，禁止人员、牲畜及车辆进入，确保安全；②医疗和消防部门应立即赶赴现场，开展人员救援和救治，最大限度降低人员伤亡和财产损失；③交通部门应及时疏通河道，降低堰塞湖水位避免溃决，并快速清理路面堆积物，尽快抢通恢复公路功能；④国土气象部门应开展灾害危险评估和风险研判，国土部门应加强滑坡变形监测，气象部门应加强滑坡触发气象指标观测，综合分析多源数据并预测其发展趋势；⑤地方政府组织当地牧民迅速撤离灾害点，并在醒目位置设立地质灾害警示牌，同时组织当期牧民开展群策群防教育，放牧过程中对发现小规模黄土落水洞和地裂缝等进行回填夯实处理，对变形较大的黄土滑坡应及时向当地政府报告。

6 结论

本文对最近发生在中国西北寒冻区的则克台黄土滑坡进行了初步调查。利用遥感影像和实地调查相结合分析滑坡变形历史。该滑坡历史上曾发生2次大规模滑动破坏，2002年3月21日该滑坡第一次发生滑动破坏，2019年4月30日该滑坡再次复活滑动。在2次滑坡发生期间，在坡体后缘山脊附近出现许多裂缝，且裂缝数量和长度每年均出现不同程度增加，源区范围和滑动区总面积也不断扩大，反映了期间曾发生多次小规模滑动破坏。这些裂缝构成了降水入渗的优势渗流通道，加速改变坡体变形的水动力条件，被认为是滑坡发生的前期重要诱发因素之一。这些坡体地表裂缝的形成和发展被发现是人类放牧踩踏和积雪消融入渗共同作用造成的。在研究区附近山体积雪融水入渗诱发地表出现大量地表裂缝，且激发大量黄土滑坡灾害。

基于遥感影像和实地调查分析则克台滑坡的地形地貌特征。该滑坡可分为三个主要区域(滑源区、运动区和堆积区)，整个运动过程表现为低角度、长距离、流态化运动特征。源区黄土和堆积体的体积分别为5.04×105m3和1.742×105m3，说明大量滑坡物质沿程发生停积。则克台黄土滑坡的形成与发展是个缓慢的渐进性变形破坏过程，是前期诱发因素和后期激发因素共同作用的结果。温度升高造成缓慢积雪消融缓慢入渗是滑坡变形演化的最重要驱动因素，春夏季融水和暴雨的耦合是控制黄土滑坡发生的根本原因。人类放牧活动控制初期地表裂缝的轨迹，陡峭的地形和合适坡向为黄土滑坡形成创造优越水热条件，融雪渗流潜蚀促使地裂缝的交叉贯通和扩展变形，特殊组构黄土是滑坡发生的内在物质基础，积雪融水渗流潜蚀和降雨渗透侵蚀的耦合改变了黄土水动力条件和物理力学性质，加剧黄土坡体蠕动变形，激发黄土斜坡发生滑动破坏。黄土滑坡变形破坏过程概况总结为：张拉—蠕动—滑移模式，破坏方式为后缘张拉与单一圆弧滑动。

地质灾害发生后应急抢险救援是一项复杂的系统工程，需要协调多个部门和整合多种资源。本次基于滑坡灾害发生后成功灾害应急响应过程和灾害处置经验，总结提出一种针对公路地质灾害处置的合理、高效、快捷的应急响应模式，不仅将极大降低灾害造成财产损失和人员伤亡，还将有助于加强交通部门应对突发地质灾害的应急响应和风险管理能力。

目前该滑坡后缘仍存在大量地表裂缝，且每年均发生不同程度蠕动变形，一旦大量积雪融水和强降雨入渗叠加耦合，则仍将发生大规模滑动破坏现象。伴随持续人为气候变化，越来越多的极端天气模式可能增加冰冻区地质灾害暴发的潜在风险，严重威胁区域公路等基础设施安全运营。当前关于寒冻地区积雪融水渗流侵蚀和季节性冻融作用对黄土滑坡变形过程和破坏机制的重要性认识不足，专门研究较少，本文仅是从实际工程中遇到问题做初步讨论，未来需要更多学者进行深入研究。