郑州西部山区“7·20”山洪地质灾害成因研究*

2022-08-02刘传正

工程地质学报 2022年3期

刘传正黄帅

(应急管理部国家自然灾害防治研究院，北京 100085，中国)

0 引言

河南郑州“7·20”特大暴雨灾害是一场因极端暴雨导致严重城市内涝、河流洪水、山洪滑坡等多灾并发，造成重大人员伤亡和财产损失的特别重大自然灾害(国务院灾害调查组， 2022)。为了深化认识，更好地为山洪地质灾害预防应对提供科学技术支撑，作者基于现场调查和资料分析，对郑州西部山区四市(荥阳、巩义、新密、登封)“7·20”山洪地质灾害的分布特征和形成原因进行了具体分析，为今后制定防灾减灾对策和编制更加具有针对性的行动指南提供科学依据。

气象分析认为，本次极端降雨的形成是由于河南一带受到低涡系统和西太平洋副热带高压和大陆高压的共同影响，加之南海台风“查帕卡”和西太平洋台风“烟花”的持续提供低空偏东水汽条件，以及太行山一带地形的抬升作用和南部地势西高东低的伏牛山前地区等地形降水效应显著，中小尺度对流云团反复发展并向郑州方向移动，形成了降水“迭加效应”或“列车效应”，导致此次“7·20”极端降雨事件降水过程具有持续时间长、累积雨量大、强降水范围广、强降水时段集中和极端性等特点(国务院灾害调查组， 2022)。

国际上，山洪灾害监测预防和应急响应取得了显著的科学技术进步和应用成效(Tetra Tech， 2015； Jonathan et al.， 2017)。我国山洪灾害防治方面起步较晚，但近10年来防灾减灾成效显著， 2011～2020 年因山洪灾害年平均死亡失踪356人，较2000～2010 年年均死亡1179人下降70%(张志彤， 2016；孙东亚等， 2022)。

极端降雨引发浅层滑坡的降雨阈值研究对于制定滑坡风险应急策略至关重要。Caine(1980)通过分析世界各地与滑坡和泥石流相关的73个降雨事件提出了降雨强度-持续时间(ID)阈值以来，众多研究者一直在探索降雨与滑坡之间的关系，对降雨事件-持续时间(ED)阈值的认识逐渐深化并应用于当地滑坡区域预警(Pradhan et al.， 2015； Vasu et al.， 2016； Piciullo et al.， 2017；孙萍等， 2019； Gariano et al.， 2020；刘传正等， 2020；卓万生， 2020)。总之，建立基于降雨量的山洪地质灾害预警响应判据在预防应对滑坡灾害中具有重要价值。

本文作者基于多次现场考察和参与国务院调查专家组的工作，初步总结了郑州“7·20”极端降雨引起的山洪地质灾害时空分布特点，分析了山洪地质灾害的形成因素及灾害链的链式作用特征，研究了王宗店村南头组滑坡顺层滑移的地质力学模式及其稳定性与力学参数的关系，初步提出了基于降雨量的山洪地质灾害预警响应判据，为郑州市西部山区预防应对山洪地质灾害提供决策支持。

1 区域地质环境

郑州市地处半干旱大陆性季风气候区，为中国南北干湿气候交替和西部山区与东部平原过渡地带，降雨时空分布不均，多年平均降雨量624mm，汛期降雨占70%左右。郑州市地跨黄河、淮河两大流域。淮河流域主要有贾鲁河、双洎河、颍河及其支流，流域控制面积5565km2，占全市总面积的74%。黄河流域主要有伊洛河、汜水河、枯河及其支流，流域控制面积1946km2，占全市总面积的26%。现今郑州城区的地表洪水和地下水通过贾鲁河排入淮河水系。

郑州西部山区四市(荥阳、巩义、新密、登封)面积4217km2，常住人口约307万，共66个镇， 1331个行政村和社区。山区四市地处伏牛山脉剥蚀山地和黄土丘陵向黄淮平原过渡的交接地带。西部、西南部中低山分别由嵩山、箕山组成，呈近东西向展布在西部中间地带和西南部边缘。嵩山地形标高500～1200m，相对高差30～600m，形成登封、新密与巩义、荥阳的自然分界，最高峰玉寨山海拔1512.4m。箕山地形标高500～800m，相对高差200～400m，构成郑州市西南部边界。构造剥蚀丘陵位于中低山前部，地形标高200～500m，相对高差100～200m。黄土丘陵位于区域西北部、中北部地区，沟壑纵横，地形标高200～300m，相对高差30～150m。倾斜(岗)平原位于区域东北部和东南部，地形标高100～150m，自西向东呈倾斜缓坡地势，自南向北呈岗状相间波状起伏(图1)。

图1 郑州山区四市地势与水系分布Fig. 1 Topography and drainage distribution in four cities in the mountains area of Zhengzhou City

郑州地形地貌受地层岩性控制明显，灰岩及砂岩分布区常形成圆山秃岭式的正地形，页岩、泥岩分布区多形成相对低洼的负地形。地形地貌起伏变化大，基岩地层较老，地质构造复杂，地震活动一般，属于地质灾害小规模易发多发的地质环境类型。历史数据显示，区域小型山洪地质灾害发育，降雨量大、降雨强度高和历时长等因素是引发山洪地质灾害的直接因素或激发条件。

2 山区四市“7·20”暴雨洪水特征

2.1 山区四市“7·20”暴雨特征

2021年7月19日20时至20日20时，新密市尖山雨量站观测到最大降雨量为549.6mm，荥阳市塔山雨量站观测到最大降雨量为529.6mm。20日08～14时(6h)平均降雨量120mm， 100mm以上覆盖面积2772km2， 150mm以上覆盖面积1204km2。山区四市平均降雨量 300mm以上覆盖面积3360km2， 400mm以上覆盖面积1097km2。

山区四市16处造成人员集中遇难的地点中，最大1h降雨量38～80mm，最大6h降雨量180～240mm。7月18日8时至22日8时王宗店村总降雨量764.5mm， 7月19日8时至21日8时降雨量641.5mm，均超过当地年均降雨量(608mm)。

2.2 山区四市“7·20”水文特征

受“7·20”极端强降雨快速产汇流影响，山区四市各山洪沟道及中小河流均发生了超过历史极值的洪水，主要河流、沟道均发生超百年一遇洪水。

“7·20”暴雨期间，新密市双洎河、平陌河、贾鲁河、溱水河等发生大洪水过程。荥阳市索河、汜河、贾峪河、枯河、须水河等中小河流均发生超警戒水位洪水， 13座中小型水库均超汛限水位，其中索河丁店水库水位上涨17.2,3m，超过历史最高水位4.26m。登封市书院河、少阳河、五渡河、石淙河、颍河等中小河流均发生大洪水过程， 46座中小型水库超汛限水位，颍河上游告成水文站观测记录达到历史最大值。巩义市汜水河、东泗河、西泗河、后寺河、坞罗河、天坡河、曹河等中小河流均发生大洪水， 15座中小型水库超汛限水位。汜水河20日1时至7时水位平均每小时上涨近1m，上游4条支流交汇洪峰叠加导致洪水短时间内猛涨，最高洪水位超河岸坡顶地面2m以上，米河镇两岸300～500m 范围内全部受淹。

3 山洪地质灾害的群发性

郑州市“7·20”暴雨造成重大人员伤亡和财产损失。灾害中遇难380人，其中山区四市因山洪地质灾害遇难251人，分布在44个乡镇140个行政村组(社区)，其中巩义市遇难84人，荥阳市遇难96人，新密市遇难58人，登封市遇难13人。暴雨成洪造成大范围河道冲刷、岸坡侵蚀坍塌，水利工程损毁、道路冲决破坏、桥梁损坏垮塌， 4万多间房屋损毁垮塌等。

3.1 遇难人员时空分布特点

郑州市因山洪地质灾害遇难的251人中，人员遇难时间、地点、地理环境、年龄和当时的活动状态呈现了一系列特点。总体上人员遇难地点分散，既具有孤立性或分散性，也具有空间群发性或集聚性，发生时间相对集中，原因多样，呈现分散灾害点、流域灾害链和区域灾害群共存特征(图2)。

图2 郑州市山区四市山洪地质灾害遇难人员分布Fig. 2 Distribution of the victims of the 7.20 mountain torrents and geological disasters in the mountainous area of Zhengzhou City

(1)除荥阳市崔庙镇王宗店村、崔庙村海沟寨遇难人员较为集中外，其余多为散点分布， 208人分布在138个行政村，遇难1～2人涉及125个行政村。

(2)3个行政村遇难10人以上，即王宗店村24人(王宗店组5人、南头组16人、华鼎石子场2人、与新密米市镇交界处1人)、崔庙村海沟寨19人(含海东组3人、旭恒包装材料公司16人)和巩义汜水镇汜水村(康泰制药厂等)10人。

(3)5个行政村(社区)遇难5～9人，即荥阳市高山镇许村6人、纸坊村5人，新密市西大街办事处下庄河社区6人，巩义市米河镇两河口村7人，登封市告成镇蒋庄村5人。

(4)8个行政村(社区)遇难3～4人，即荥阳市贾峪镇上湾村3人、老邢村4人，新密市城关镇东瓦店村3人、岳村镇中王庙村3人、米村镇温庄村4人，巩义市河洛镇沙鱼沟村4人、河洛镇石关村3人、站街镇北瑶湾村3人。

(5)遇难人员年龄60岁以上占35%， 40～60岁占39%， 20～39岁占16.4%， 20岁以下占9.6%。

(6)人员遇难地点主要分布在山地丘陵向平原的过渡地带，特别是嵩山东北麓巩义、荥阳和新密交界地区和嵩山东南麓新密境内。成灾地点空间分布具有分散性，但也有明显的集聚性或成群性，如巩义市北部、东北部，荥阳市南部和新密市的西南部。

(7)人员遇难时间高度集中，主要发生在“7·20”暴雨过程中的最强降雨时段，即7月20日13～15时，占遇难人数的90%以上。

(8)遇难人员活动状态方面，居住地、固定经营场所遇难占47.8%，户外生产或行路途中遇难占34.7%，转移救援过程或转移后返回遇难占17.5%。人员遇难地点总体上是分散性的，但多处于正常活动状态，成为极端暴雨下的“不正常”现象或失于自觉防范。

3.2 山洪地质灾害群发成因

郑州山区四市遇难的251人中，因山洪冲淹124人，构筑物倒塌33人，河流洪水淹沉32人，落水26人，滑坡、房倒、触电和雷击等36人。“7·20”短历时极端强降雨引发快速超常洪水是造成郑州山区四市(荥阳、巩义、新密、登封)大范围多处分散发生人员遇难的主要原因。

(1)中小河流河道或道路行洪冲淹。沟道平缓，河道过流断面严重不足，短历时极端强降雨引发快速超常洪水漫出河道、沟道，在道路上形成洪水激流，造成沿河低地民居和道路行驶的人员、车辆被冲淹，形成洪流灾难，造成人员溺亡。如荥阳市汜水镇汜水村、高山镇许村和纸坊村、贾峪镇上湾村和老邢村，巩义市米河镇、站街镇，新密市西大街办事处、城关镇、米村镇和岳村镇等。

(2)路基桥涵阻水溃决形成高位山洪冲击淹没。荥阳市崔庙镇王宗店村24人遇难主要起因于山洪冲淹、滑坡，加之跨河填筑路基、桥梁未留涵洞或预留涵洞小，容易被杂草树木堵塞，短时间大幅提升洪水淹没高度。

(3)公路路基壅水堰塞淹没。索河上游流经王宗店村下泄的水流量远远超过下游崔庙村的过流断面，加之马(寨)米(河)公路成为“路坝”、“桥坝”挡水阻水，积聚的洪水显著提高了局地区域的洪水位，快速淹没未及逃生或避险地点选择不合理的人员。

(4)房后边坡坍塌或山体滑坡损毁压埋房屋。暴雨渗流引发崔庙镇翟沟村后沟组房后黄土边坡滑坡，冲毁矮墙房屋后墙造成2人遇难(图3)。层状岩体开裂破碎，裂缝快速充水和渗流软化，产生顺层滑坡造成王宗店南头组3人遇难。

图3 荥阳崔庙镇翟沟村坡面坍塌损毁房屋后墙Fig. 3 Back wall of a house destroyed by a shallow landslide in Zhaigou Village， Cuimiao Town in Xingyang City

(5)坡顶泥流倾泻引发窑洞护墙倒塌压埋。切坡建房、黄土窑洞出口边坡土壁高陡，坡面洪流直接冲刷、山泥倾泻引发砌筑窑洞护墙倒塌，多处村民遇难(图4)。

图4 巩义河洛镇英峪村窑洞口护墙塌落泥流倾泻Fig. 4 Collapse of parapet wall of cave mouth and mud flow poured down in Yingyu Village， Heluo Town in Gongyi City

(6)房后坡面洪流泥流倾泻冲击。房后坡面洪流、山泥倾泻直接冲塌房屋、房顶冒险“排水”和清理淤泥摔落等造成伤亡(图5)。切坡建房使原来的坡面散流区变为汇流区，特别是原来微地貌为狭长负地形或小洼地地带，且直接靠近房顶的情形。

图5 巩义河洛镇沙鱼沟房后泥流倾泻冲淹Fig. 5 A house destroyed by a torrent of mud in Shayugou， Heluo Town in Gongyi City

(7)建筑物或构筑物破损倒塌。建筑物、构筑物破损严重，在强烈降雨汇流洪水冲击下倒塌，包括危房浸泡倒塌、房顶塌落等(图6)。

图6 巩义大峪沟镇官殿村泥石流击垮房顶Fig. 6 The mudslide broke a roof smashed by debris flow in Guandian Village， Dayugou Town in Gongyi City

(8)洪水涌入住房淹没溺亡。降雨产汇流使水位快速上涨形成洪水， 20min内淹没至门梁处，造成人员溺亡。

(9)洪水涌淹企业车间，爆炸引发房屋倒塌。登封市告成镇企业生产车间高温电解铝溶液因冲入的洪水爆炸，引发房屋倒塌，造成人员伤亡。

(10)基层干部群众防灾减灾知识不足、意识薄弱。基层干部群众防灾意识不强、知识不足、能力不够和灾害风险来源误判等也是不可忽略的因素。组织转移比较重视坡上的地质灾害防范，忽视了坡下沟边的山洪泛滥，对相关部门发出的“立即转移”预警没有及时正确响应。提前组织转移不够、未收到灾害预警信息、收到预警信息而未转移、转移避险通知指示不明确、转移途中遇险、转移后私自外出或返回和转移地点不当等情况多有发生。

4 王宗店—海沟寨山洪灾害链

4.1 崔庙镇王宗店—海沟寨灾害链

“7·20”特大暴雨引发的山洪地质灾害造成索河流域荥阳市崔庙镇王宗店村和崔庙村海沟寨两地发生人员集中遇难事件，成为典型的路堤阻水溃决-山洪冲淹-堰塞淹没-溃决灾害链。灾害链的初始环是崔庙镇王宗店村上游索河流域西沟邢门堂垴路堤阻水，溃决后高位洪水冲淹王宗店村，随后下泄至崔庙村海沟寨，因马米公路阻水堰塞造成淹没灾害，然后冲刷溃决。王宗店村南头组和崔庙村海沟寨旭恒包装材料公司(海沟寨纸箱厂)是集中遇难的两个地点。综合分析后认为，索河流域邢门堂垴阻水溃决-王宗店暴洪淹没-崔庙村海沟寨堰塞淹没山洪灾害链具有空间关联、时间接续、动力转换和灾情放大的链式作用特征。

4.2 王宗店村山洪地质灾害成因

王宗店山洪灾害是索河上游流域短历时极端强降雨引发的，多处跨沟路基、桥涵形成“阻水坝”，特别是西沟邢门堂垴路堤阻水溃决后高位洪水冲击居民住所，造成重大人员伤亡和财产损失。

4.2.1 地质环境

王宗店村位于荥阳市与新密市交界处，毗邻G234国道，距离下游的崔庙镇9.8km。地形地貌为侵蚀剥蚀山地，地形西南高东北低，地形相对高差120m左右。第四纪坡洪积物发育，沟谷中可见基岩出露。

索河流域王宗店村上游发育东、中、西3条支沟，长度分别为3.2km、3.6km、3.9km，汇水面积约22km2。西沟流域面积最大，两侧山坡地形高陡，降雨产汇流快速，加之右岸坡上采石场弃石参与，增大了山洪泥石流冲击的破坏力。3条支沟中23条横穿沟道的路基、桥涵中仅有两座设置过水涵洞，自然阻水严重。王宗店村委会建筑在主河道滩地上，使过水断面缩窄21%。

王宗店上游西沟相距1.3km的邢门组堂垴跨沟路桥与王宗店高差50m，是王宗店村短时抬高水位的关键堵水溃决地点。堂垴路“坝”溃决后冲击到下游王宗店抬高局地洪水位近2m，大大扩展了淹没范围和淹没高度，水位上涨迅速，显著加重了王宗店村的灾情。

4.2.2 降雨山洪情况

索河上游三沟汇流的洪水在小顶坡村由南向北沿冲沟直接冲击王宗店村委会及王宗店组、南头组、下下村组、东垴组和南坡组居民房屋。山洪冲刷造成地基破坏和房屋垮塌，山洪水位线最高处高于房屋地面约2m，最低处高于房屋地面约1.3m，行洪宽度最大达70m。南头组海拔266.17m， 7月20日当天洪水最大标高达到271.02m，高于村民平房房顶或楼房一层，南头组房屋全部被山洪冲毁。

“7·20”强降雨影响下，王宗店村的3座跨河桥梁涵洞因树木杂物和洪水携带的车辆等被完全堵死。7月20日13～15时的超强降雨时段，多座暂态“路坝”、“桥坝”接续漫顶溃决，尤其是西沟邢门组堂垴跨沟路基成“坝”溃决后，约10×104m3水急剧下泄，直接冲击王宗店村(图7)。西沟邢门堂垴跨沟路基堵水溃决后，山洪从左侧进入，首先冲淹南头组，奔涌直下穿越占据部分河漫滩的王宗店村委会(图8)。

图7 邢门堂垴跨沟路基溃决(残留部分为早已废弃拱桥)Fig. 7 Cross ditch subgrade burst in Xingmen Tangnao Community of Wangzongdian Village(The remnant is the abandoned arch bridge)

图8 王宗店村委会处于索河行洪道上Fig. 8 The building of Wangzongdian Village Committee located near the floodway of the Suohe River

根据王宗店村委简易水位站记录和调查走访群众， 7月20日，王宗店村委会断面洪水涨幅7.15m，最大涨速2.4m/15min(13： 15～13：30)，洪水约在13：30冲上G234公路路面，最高水位263.3m。图9、图10显示了索河流域西沟邢门堂垴、王宗店村南头组/王宗店组、崔庙村海东组(海沟寨)、崔庙纸箱厂、马米公路辘轳坡等典型地点的位置、高程等。西沟邢门堂垴路桥阻水，沟底高程283.5m，洪水位到桥面301.5m，在桥面上壅高到303.5m。路桥溃决后形成高位洪水冲击到王宗店村，沟底高程256.0m，洪水位壅高到村路地面高程256.6m，因路桥堵塞和上游溃决洪水壅高到263.3m，显著加剧了洪水灾难。

图9 索河上游王宗店—崔庙村海沟寨流域要素分布Fig. 9 Distribution map of basin elements of Wangzongdian Village-Haigouzhai Community of Cuimiao Village in the upper reach of Suohe River

图10 索河上游王宗店—崔庙村海沟寨流域壅水堰塞纵断面图Fig. 10 Longitudinal section of backwater and damming of Wangzongdian Village-Haigou Village Community of Cuimiao Village in the upper reach of Suohe River注：高程高值-山洪最高水位；中值-路面高程；低值-沟底高程。Note： upper value-the maximum water level of mountain flood; mid-value-road elevation; lower value-trench bottom elevation

4.2.3 王宗店灾害成因

坡面洪流携带的树枝、作物秸秆、车辆等堵塞桥涵，跨沟路堤、桥涵形成多级暂态性“路坝”或“桥坝”，接续阻水积累形成一系列小微型水库。“路坝”或“桥坝”漫顶冲刷，先堵后溃和多级堵溃形成堵溃“级联效应”，高位洪水能量积聚，骤然释放水势猛，强大摧毁力顺直顶冲下游王宗店村南头组和王宗店组。整个山洪暴发过程符合“坝顶未开设引冲槽，且坝顶为同一高程时，会发生全线漫顶冲蚀溃决”的判断(段文刚等， 2013)。村民填筑自然沟道建房，营造道路和活动场地、停车场等，尤其是王宗店村委会直接建在河道上，缩小了河道过水断面，多地已无沟道，山洪漫溢自然扩大了受灾范围和淹没高度。

图11 王宗店村以上流域平均面雨量与累积降雨量时间分布Fig. 11 Temporal distribution of mean hourly rainfall and accumulated rainfall in the basin above Wangzongdian Village

对比图9、图10和图11，基本认识是，当前期过程或日降雨量达到200mm，河道洪水尚未满槽溢流，如未来1h预报雨量超过40mm，或3h预报雨量超过100mm，必须立即向高处转移。实际上，王宗店村上游流域在7月20日8～11时曾出现3h降雨缓解期(小时雨量低于15mm)，是转移的最后时机。11～15时，小时雨强在35～70mm之间，跨沟路桥堵塞阻水，普遍出现村路、公路洪水漫流或山坡洪水激流，可以视为王宗店上游流域乃至整个郑州西部山地丘陵区分散成灾的必然条件。西沟堂垴路基壅水溃决，高位洪水迭加区域漫流洪水，是王宗店村在区域强烈降雨-汇流背景下集中成灾的主要原因。

4.3 崔庙村海沟寨山洪灾害成因

王宗店洪水下泄6km与崔庙村上游右侧的3个沟谷洪水汇合，因马(寨)米(河)公路辘轳坡段阻水堰塞再次大幅抬高水位，淹没崔庙村海东组(海沟寨纸箱厂)，是造成海沟寨人员集中遇难的主要原因。

4.3.1 地质环境

4.3.2 暴雨洪水情况

图12 马(寨)-米(河)公路辘轳坡段路基阻水溃决Fig. 12 Collapse due to dammed water in Lulupo section of Mazhai-Mihe Highway

图13 崔庙村海沟寨组以上流域平均面雨量与累积降雨量时间分布Fig. 13 Temporal distribution of mean hourly rainfall and accumulated rainfall in the basin above Haigouzhai community of Cuimiao village

对比图9、图10和图13，基本认识是，当前期过程或日降雨量达到200mm，河道洪水尚未满槽溢流，如未来1h预报雨量超过40mm，或3h预报雨量超过100mm，必须立即向高处转移。7月20日11～15时，小时雨强在35～62mm之间，跨沟路桥堵塞阻水，普遍出现村路、公路洪水漫流或山坡洪水激流，可以视为崔庙村上游流域分散成灾的必然条件。7月20日12时，崔庙村索河沟道洪水位达到185m，是河漫滩居民转移的最后时机。因马(寨)米(河)公路辘轳坡段阻水，公路以上壅塞水位快速上升， 7月20日14时水位已升到公路路面。王宗店村下泄洪水迭加后， 14时30分洪水位达到195.5m，是造成海沟寨因撤离不当或未撤离人员集中遇难的主要原因。

4.3.3 崔庙村海沟寨洪水灾害成因

通过以上分析，可以将崔庙村海沟寨洪水灾害成因总结如下：

(1)崔庙镇海沟寨与王宗店之间索河右侧3条支沟流域汇水。

(2)上游6km的王宗店山洪洪水下泄。

(3)马(寨)米(河)公路辘轳坡段(海沟寨)路基阻水引发暂时性堰塞，淹没水位急剧抬升。

(4)海沟寨河段企业厂房建筑占据了部分沟道滩地，过水断面缩窄71%，严重加剧了洪水灾害。

(5)风险预判不够，转移撤离地点选择不当。由于水位上升快速，海沟寨纸箱厂转移至2层楼的人员被困，面对洪水上涨漫过2层楼顶，已没有再次转移的条件，或二次转移逃生时间大大缩短，导致转移在楼内避险的人员被淹没冲走。

5 王宗店村南头组滑坡成因

5.1 地质成分结构

2021年7月20日14时，荥阳市崔庙镇王宗店村南头组发生山体滑坡，推倒前缘房屋， 3人被掩埋遇难。事前，该处滑坡灾害风险未能事前识别，不属于已知在册地质灾害隐患点，未列入群测群防体系，也未作为地质灾害隐患排查对象。

经现场调查和遥感影像对比，滑坡体斜长约150m，平均宽度约33m，平均厚度6～7m，总体积约3×104m3。其中：上部黄土体积约1×104m3，下部页岩体积约2×104m3。滑坡后缘向下滑移长度约40m，滑坡前缘页岩碎屑物从滑床剪出后向前运动约100m后堆积停止，部分掩埋了索河左岸(图14)。

图14 王宗店村南头组滑坡全貌Fig. 14 Overview of Nantou Community landslide in Wangzongdian Village

滑坡体上部物质为更新世浅褐色黄土，下部为寒武纪灰黑色页岩，页岩产状23°∠29°。黄土覆盖层厚度2～3m，竖直节理发育，滑坡后主体保持原貌(图15)。滑坡后部滑移槽中散落页岩块体，中部页岩体与黄土体基本可辨别原有结构，前部是以页岩碎屑为主的混合堆积，夹杂着部分滑坡冲击损毁房屋形成的建筑垃圾。

图15 南头组滑坡上部黄土开裂Fig. 15 Cracks in loess at the head of of Nantou Community Landslide

滑坡发生前地貌为单斜坡，滑坡前缘高程约260m，后缘高程约330m，前后缘相对高差约70m。滑坡前页岩体滑动面裸露在斜坡下部坡面上，滑坡沿页岩层面顺层剪出，属于易发滑坡的地貌地质结构(刘传正， 2019)。

滑坡前斜坡上存在小型冲沟，成为多日暴雨在地表产汇流、沿裂隙渗流漫灌形成暂态性水压力的主要因素。渗入的水流沿层面软化页岩，持续降低软化页岩体的强度，最终导致顺层山体失稳形成滑坡。索河流域邢门堂脑路桥溃决形成的高位洪水在滑坡前缘通过，从高程位置判断，暂态性洪水对滑坡整体影响不大。

5.2 地质力学分析

孙祥等(2020)试验证明，岩体的节理连通率与法向应力对其破坏特征具有显著影响，表现为节理连通率较高且法向应力较小时呈直接剪断的特性。张家明(2020)提出含软弱夹层岩质边坡的稳定性与软弱夹层含水状态、抗剪强度、倾角、厚度、层数及边坡坡度有关，暴雨和蓄水都不利于含软弱夹层岩质边坡稳定。潘永亮等(2021)通过三轴试验得出，随着水压力增大(0MPa到1MPa)，三峡库区侏罗系软岩的起裂应力、损伤应力、峰值应力、残余应力以及弹性模量整体均呈现出减小的趋势，减小幅度分别为74.2%、66.9%、62.4%、43.4%和51.9%，各个损伤演化特征值与水压力均呈现出较好的相关性，说明水压力会对软岩造成不同程度的损伤，能够加速岩石的裂隙发展和破坏进程。以上研究对于认识南头滑坡节理化页岩体的长期演化，特别是主汛期降雨渗流软化和短历时水压力对软岩的损伤作用提供了理论依据，尤其是有助于理解急速降水灌注岩体裂隙形成水压力后顺层页岩的节理贯通、平行裂隙扩展和局部岩桥剪断或拉断的力学效应。

图16 王宗店村南头组滑坡纵剖面图Fig. 16 Longitudinal section of Nantou Community Landslide in Wangzongdian Village

图17 南头组滑坡前块体力学分析简图Fig. 17 Mechanical diagram of slope rockmass before Nantou Community Landslide occurred

正常状态下，滑坡稳定系数FS1：

(1)

降雨渗流和后缘裂缝充满水状态下，取c=0，滑坡稳定系数FS2：

(2)

式中：γ0为水的重度，取值1tf·m-3；γ1为黄土的重度，根据经验取值1.5 tf·m-3；γ2为页岩的重度，根据经验取值2.2 tf·m-3；V1为黄土的体积，取值1×104m3；V2为页岩的体积，取值2×104m3；F1为重力沿滑移面的下滑力(tf·m-2)；F2为重力沿滑移面的抗滑力(tf·m-2)；N为重力垂直滑移面的正压力(tf·m-2)；θ为滑移面倾角，取值29°；φ为滑移面的内摩擦角(°)；c为滑移面的黏聚力，根据经验取值30tf·m-2；L为滑移面长度，取值150m；H为滑坡后缘开裂深度，取值4m；P1为降雨汇流在滑坡后缘产生的暂态水压力，P1=0.5γ0H2(tf·m-2)；P2为地下水渗流在滑移面上产生的暂态扬压力，P2=0.5γ0HL(tf·m-2)。

根据式(1)，得到式(3)。

FS1=0.1573+1.804tanφ

(3)

φ值在合理范围内取值，得到对应FS1系列值，可反映斜坡块体稳定性的敏感性变化。可见，正常状态下，考虑滑动面黏聚力影响，内摩擦角φ值应在26°以上才能维持斜坡稳定(图18)。

根据式(2)，得到式(4)。

FS2=1.7931tanφ

(4)

在滑移面贯通充水状态下，黏聚力c值的作用可以忽略。φ值在合理范围内取值，得到对应FS2系列值，可反映降雨水压力状态下斜坡块体稳定性的敏感性变化。可见，页岩层面离层，滑移面黏聚力作用失效，在持续暴雨渗流充水情况下，内摩擦角φ值应在30°以上才能维持斜坡稳定(图18)。

图18 南头组斜坡稳定系数随φ值变化趋势Fig. 18 Changes of factors of safety of Nantou community landslide with φ valuesFS1. 正常状态下滑坡稳定系数； FS2. 暴雨渗流充水状态下滑坡稳定系数

对比正常状态和持续暴雨渗流状态下滑坡稳定系数的变化，要维护斜坡的稳定就要避免坡脚页岩层面的内摩擦力损失，或者人为补强斜坡前缘的抗滑力。因此，只要事前识别出斜坡具有易于发生滑坡的地质地貌结构，提前进行坡面防水、截排水，对斜坡前缘进行简单的重力支挡，不但能够保证居民建筑的安全，也可以维护生态环境下垫面的地质环境安全(刘传正， 2021)。