饱和黄土蠕动液化滑坡

饱和黄土蠕动液化导致的滑坡
1. 黄土滑坡概述
在我国西北部，黄土分布范围广阔，黄土滑坡十分发育，上世纪以来，人类的工程活动急剧增多，使黄土滑坡发生的频率越来越高。

近几年来，西北地区黄土滑坡灾害频频发生而且其频率呈现增加的趋势，黄土滑坡灾害且因其危害大、分布广成为近年工程地质研究热点问题。

为有效减缓黄土滑坡灾害的风险，必须对黄土滑坡诱发因素及其形成机理进行相关的研究。

黄土滑坡的诱发因素分为自然因素和人为因素两种。

自然因素包括河流及沟谷侵蚀、地震、降雨及冻融、地下水活动及新构造活动等；人为因素则包括农业灌溉、地下开采、开挖与堆载、修建水库等。

研究表明，降水和人类工程活动是最主要的诱发因素。

对黄土滑坡灾害的诱发因素及形成机理进行研究，并提出了具有一定可操作性的防治对策，对黄土滑坡的预报治理工作具有积极的理论和现实意义。

黄土滑坡形成可分成3个过程：
第1阶段:蠕变阶段。

滑坡土体在重力作用下产生破坏，从而开始缓慢的累进性变形，逐渐形成破坏蠕变区。

第2阶段:裂变阶段。

由于破坏区的不均匀沉降和侧向蠕滑，导致蠕变区上部土体向临空方向倾转(多呈鼓丘状)。

从而引起岸坡后缘拉裂缝的产生，上部土体强度因而降低，导致岸坡应力重新分布，增大了坡角处土体所受剪应力，于是滑移、蠕动变形进一步发展，并反过来促进了拉裂缝的加宽与向下延伸。

第3阶段:剪断滑动阶段。

经过上部作用的反复循环，蠕变区、拉裂区不断发展，应力逐渐向坡体中部集中。

在降雨入渗等诱发因素的作用下，坡体中部土体抗剪强度显著降低，锁固段逐渐被剪断，直至形成贯通性的剪断面，造成岸坡的突然下滑。

2. 饱和黄土蠕动液化导致的滑坡
2.1 黄土滑坡的过程
一般在降水集中的黄土地区，地表水易于入渗，降水入渗表层及裂隙内形成饱和带，由于饱和黄土蠕、滑动液化导致滑坡形成，一般要经历一系列的过程，
如下面图1所示。

降水沿黄土垂直节理入渗，在隔水层(泥岩或古土壤层)以上形成饱和带，在地下水及外动力作用下滑面逐渐形成。

由于滑面的形成和饱水层的长期滞留，使黄土的粘聚力、内摩擦角值降低，从而也降低了土的抗剪强度:值，其结果使斜坡在重力作用下产生蠕动变形。

饱和土层在外动力作用之前，土骨架没有产生滑移，外界重力全部由土骨架来承当，一旦蠕动所产生的剪切力作用，土颗粒就会产生滑移，改变排列状态，产生孔隙水压力，导致有效应力降低，产生轻微液化，轻微液化的结果加速了滑坡体变形的发展产生滑动，最后滑坡终止。

在滑坡现场调查中发现，位于第四系红色粘土层或第三系红色(或灰绿色)泥岩以上的黄土状粉砂土和马兰黄土(以轻亚粘土为主)多为松散饱和并处于难以排水的环境之中，所以黄土状粉砂土(粘聚力几乎为零)的抗剪强度表示为: ()ϕσϕστtan tan c u =-= 式中的τ值为破坏面上的剪切力，α为破坏面上总压应力，u 为孔隙水压力，σc 为有效应力，φ为内摩擦角。

由于黄土状粉砂土比较松散，受到滑坡体蠕动剪切力的作用
，土的骨架必然遭到破坏，产生变形。

又由于黄土状粉砂土饱和而孔隙水又不能排出，部分围压转嫁于孔隙水产生孔隙水压力。

这时土体承受有效应力a 。

降低，孔隙水压力等于围压，土体抗剪强度为零。

这时黄土状粉砂土不能承受任何剪应力，与水混合成液化产物。

马兰黄土的抗剪强度可表示为：
()c u +-=ϕστtan
粘聚力较弱的马兰黄土在滑坡体蠕动作用下，有效应力可能在某一些时段内并未完全消失，粘聚力不为零。

所以抗剪强度并不完全消失，变形不会无限增长，这时的液化只是部分液化或液化程度不深。

我们也可以从另一个角度即土体结构内部强度的变化来分析液化的机理。

这一问题是基于孔隙水压力改变的定量分析。

事实上，饱和黄土液化过程就是孔隙水压力发生、发展和消亡的过程。

所以研究滑体蠕动液化的机理就是定量研究孔隙水压力的变化过程。

小一中雨对黄土斜坡的变形影响较小，本研究仅讨论暴雨和灌溉对黄土斜坡的影响。

根据雨水下渗过程及黄土斜坡坡面特征，暴雨和灌溉对黄土斜坡的影响途径可概括为以下几个方面：
(1)抬高坡体内地下水位；
(2)增大坡体重量:由于黄土具有高孔隙性和吸水性，雨水在径流过程中会产生不同程度的入渗，渗透水在增加坡体土含水量的同时，土体重度增加，因此造成坡体重量的增加；
(3)改变了坡体内静、动水压力，在滑带处产生浮拖力，改变了坡体的稳定性。

(4)由于暴雨和灌溉使黄土的抗剪强度降低，特别是滑带土抗剪强度的降低，极大的影响了斜坡的稳定性。

当黄土浸水处于饱和状态时(未湿陷前)，饱和度一般为80%一90%，通常低于砂土的饱和度。

中、小孔隙中充满了水，大孔隙中部分充水，而微孔隙中基本未充水，颗粒连接点间的结合力被削弱，在一定强度的荷载作用下，开始表现为弹性孔压，随着支架孔隙结构的崩溃、粉粒物质散离，落向这些孔隙中，在此过程中，一方面孔隙体积减少，孔隙水来不及排出导致孔压上升，作用于骨架的有效应力急剧降低，土的强度大幅度丧失。

这时孔压主要表现为结构孔隙(残余孔压)。

另一方面，由于在孔压升高过程中，微孔隙和部分大孔隙也会充水，这在一定程度上消散了原充水的中、小孔隙中的水压力。

即表现为传递孔压，从而使孔压上升受到
一定的制约而达不到有效围压。

但由于多孔隙结构的破坏和有效应力的重新分布，黄土仍产生较大的残余应变和较高的残余孔压。

黄土表现出低抗剪性和高流动性，从而导致大面积的下沉或流动。

黄土滑坡往往是“二元结构”，它们都是在不同的阶地上发生。

滑坡结构自上而下的地层依次为:马兰黄土、黄土状粉砂土，红色粘土层、砾石层、第三系(或白垩系)泥岩，有时是黄土直接与泥岩接触。

而泥岩的倾向往往与坡向一致，倾角5°一15°。

降雨或灌溉沿地表裂隙或落水洞灌人，在红色粘土层或第三系泥岩(该层有良好的隔水性能)以上形成一饱和层。

这个饱和层的长期滞留，对黄土的强度有削弱作用(即降低黄土的c、φ值)并在黄土层内形成滑裂面。

由库伦定律可知，黄土的c、φ值减小，其抗剪强度值必然降低，其结果会使高陡斜坡体在重力作用下产生蠕动变形。

图2 饱和黄土蠕动液化滑坡剖面图
饱和土层在外动力作用之前，土骨架没有产生滑移，外界重力全部由土骨架来承担，一旦有蠕动所产生的剪切力作用，土颗粒就会产生滑移、改变排列状态，产生孔隙水压力，导致有效应力降低，产生轻微液化。

轻微液化的结果加速了滑坡体变形的发展产生滑移。

随着滑移速度的提高，产生的孔隙水压力不断增加，有效应力不断降低。

这种状况持续发展，循环往复，直至有效应力消失，总应力等于孔隙水压力，饱和黄土完全液化。

此时不但外力全部由孔隙水来承担，而且土颗粒本身的重量也施加于孔隙水上，产生液化物质。

这种物质接近液体，不能承受任何剪切力，而只依靠非常微弱的粘滞力起阻碍作用。

接着便有残留于滑床上的液化物质在高速滑体的带动下产生黄土泥流。

由于饱和土层在没有外力的作用下仅降低黄土的
c、φ值，因此可从下式中c、φ值的变化分析土抗剪强度下的降低原因。

而饱和土层在外界力的作用下，往往产生液化作用，这两种现象都是导致高速滑坡的原因。

有时是这种起主导作用，有时是那种起主导作用，大多数情况下是二者兼而有之。

2.3 饱和黄土蠕动液化的影响因素
饱和黄土液化程度对滑坡的影响表现在滑体的厚度(用沿滑面的剪切力表示)和滑坡速度。

液化程度越深，滑体厚度愈大，滑动速度越快。

目前国内外学者对地震液化时土的饱和度向题作了很多室内试验。

结果表明:饱和度在80%以上的土同样有液化的特性，与完全饱和试件有极其相似的孔压发展和变形过程。

故一般认为饱和度80%以上的土即可看作饱和土。

由于滑动液化与地震液化只是外动力源不同，所以它的影响因素(特别是内部因素和环境因素)与地震液化的情形一致。

动荷载下，饱和黄土试样在加荷初始阶段就能显示出明显的孔压和应变，并随着循环次数的增大而逐渐增长，达到“初始液化”之后，出现“循环活动性”
正常固结饱和原状黄土试样的孔压开始增长较快，后期增长速率减慢，曲线形状受围压、荷载频率和循环应力比的影响较小。

超固结时饱和原状黄土试样动荷载下孔压的增长与正常固结时有较大差异，超固结比越大，孔压增长越慢。

动荷载下饱和重塑黄土试样的孔压增长开始较为缓慢，后期发展较快。

3. 总结
由于黄土特殊的物理性质:大孔隙、可溶盐含量高、强度低，尤其是遇水易软化，远不及岩石易锚固；黄土体的缓变:由于黄土体的可压缩性，尤其在含水状态下，受荷区各单元在力的作用下随时间而发生塑性压缩和变位(主要发生在锚固段周缘土体和外锚头以下的松散滑坡体处)，因此黄土滑坡整治并非是加以支挡就可以奏效的纯工程问题，而对有其特有形成条件、产生原因、变形破坏机制、几何边界条件、运动停止过程的复杂而可能成灾的地质作用的治理。

换而言之，黄土滑坡治理是一个综合治理的过程，单一种措施是不能满足要求的。

在整治前，必须根据地质条件，采用自然历史分析法、工程地质比拟法和力学分析法进行滑坡稳定性判断，为正确选择合理、有效的滑坡治理方法提供可靠的依据；在整治时，要抓住主要矛盾，选择具有针对性强的有主次之分的治理方法，既有主体工程，又有辅助工程，这样才能达到黄土滑坡治理的目的。

小组成员：
马奕博、徐鹏、崔昌富、王振辉
责任分工：
课题拟定——马奕博、徐鹏、崔昌富、王振辉
查找资料——马奕博、崔昌富
编写报告——徐鹏
图件绘制——王振辉
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。