浅谈黄土高边坡变形破坏特征

摘 要：近年来，黄土高边坡的变形破坏给黄土地区人民生命财产造成了巨大的损失，因此，文章通过分析黄土高边坡的变形破坏的六种类型，不仅能更好地反映黄土高边坡的特征，也为黄土地区的工程实践提供了一定的参考依据。从而，避免对人民的生命财产造成不必要的损失。

关键词：黄土高边坡；变形破坏；类型和特征

1 概述

目前，在我国西北地区大规模的公路、铁路建设中出现了大量高度大于30m的黄土边坡，已建成的黄土边坡最高可达108m。由于在现行规范中，对高度为30m以上的黄土边坡缺乏明确的设计标准，以致因设计不当而造成的边坡变形破坏现象时有发生。据对陕、甘、宁等地区公路、铁路黄土高边坡的现状调查，发现已建成的150多处高边坡中约有60处已经发生了不同程度的变形破坏[1]。近年

来，随着国家“西部大开发”战略的实施，在我国西部黄土地区规划有大量的铁路和公路，因此，黄土高边坡问题就显得尤为突出。

在黄土高边坡存在的问题中，边坡变形破坏最为普遍。对于基坑开挖、公路和铁路修筑等过程中形成的边坡，若是不规范施工，则会使得土体发生变形，变形过大时可能会引发滑坡；而已建成公路、铁路在风化、降雨和地震等作用下，也会引起边坡的变形和破坏，如坡面冲刷、剥落、崩塌等。因此，黄土高边坡的变形破坏是一种常见、多发、威胁人民生命财产安全的地质灾害现象。

2 国内外研究现状

黄土高边坡灾害不仅危及人民生命、财产的安全，而且直接影响区域国民经济的顺利发展，因此，对此开展研究十分必要。其中，边坡变形是边坡产生破坏的首要前提，是边坡稳定状态最直观的反映。因此，其变形破坏特征，是研究重点和难点，是边坡灾害预测、预防、预报和有效防治的理论基础。

上世纪80年代，国际工程地质协会将瓦恩斯的滑坡分类方法作为国际标准，即按照运动形式，边坡可分为倾倒、流动、侧向扩离、崩塌和滑动[2]。

谷德振等（1979）[3]、孙玉科（1980）[2]将边坡的变形破坏模式归纳为：张裂顺层追踪破坏模式、追踪平推滑移模式、水平剪切变形模式、倾倒变形破坏模式、顺层高速滑动模式。

卢肇钧（1989）[4]通过分析土体变形破坏的机理，发现土的各向异性、土中的孔隙水、应变、受力时间和加载速率、应力会影响土的变形和破坏。

孙广忠（1993）[5]把边坡变形破坏的类型总结为：倾倒变形、崩塌、追踪节理面破坏、溃屈破坏、水平滑动、块体滑动、沿层面滑动、圆弧滑动。

彭先孚等（1995）[6]通过分析万县豆芽棚边坡的变形破坏特征，发现在遭遇洪水或者暴雨时，边坡的变形会进一步加剧。

陈守义（1996）[7]利用土的应力应变特性，将黄土滑坡分为渐进破坏和突然失稳两类[8]。

金德镰（2000）[9]将边坡变形分为六类：剥落、张裂、蠕动、坍滑、滑动、崩塌。

倪万魁、刘东燕、张永兴（2002）[10]采用有限元法模拟了某黄土高边坡在不同降雨和地震条件下坡体应力场的变化，结果发现：随着降雨的入渗，土体中含水量也逐渐增大，其塑性破坏区域不断扩大；地震使坡体中最大主应力和剪应力明显增大，应力集中带的范围扩大，坡体内塑性区也随之迅速扩大；黄土高边坡的变形破坏方式主要为滑塌型，其过程为：坡体蠕动→后缘拉裂→滑带在坡体中下部形成并向两侧扩展→剪出口形成→坡体突滑。

另外，根据野外调查和前人总结资料，王庚荪（2001）[11]、陈志新等（2002）[12]、何红前、陈志新、叶万军等（2005）[13]、王兆云、陈芳（2007）[14]、吴萍、张骏、赵雄伟（2007）[15]、王念秦、罗东海、姚勇（2009）[16]、李长发、邹乾胜、罗东海（2010）[17]等对黄土高边坡变形破坏的基本形式、模式进行了进一步研究。

尽管众多学者进行了这方面的探索、研究，但黄土高边坡的变形破坏特征仍然以其特征不明确性、变形难觉察性、破坏不确定性等方面制约着地区经济的发展。

3 黄土高边坡变形破坏类型及特征

黄土高边坡的变形破坏可分为坡面破坏和坡体破坏两大类。坡面破坏是坡体自身稳定性满足要求，但因为坡面长期暴露在自然环境中，在各类外地质营力作用下，坡面土体发生失稳，包括坡面冲刷、剥落和湿陷变形；坡体破坏是因为坡体自身的稳定性不满足要求，随着时间的推移，边坡开始发生变形而最终失稳，包括崩塌、坍（滑）塌、滑坡[18]。

3.1 坡面冲刷

坡面冲刷是指降雨形成的坡面水流，在自重作用下向下流动，愈向下流速愈大，并冲走坡面表层土体的现象。使坡面形成沟状或洞穴状，是常见的路堑边坡变形破坏形式[13]。

冲刷主要受坡比的控制，坡比直接影响流速和汇水面积。坡面越陡，流速越大；坡面面积越大，汇流水的厚度也越大，冲刷力就越强[19]。在黄土边坡的设计中，坡比一般最好控制在1：0.4～1：0.75。

3.2 剥落

剝落一般多发生在边坡中部至坡脚。其特点为：阳坡要比阴坡剥落更为严重；在坡度变化部位剥落要比其他部位严重；含盐量高或者粘粒含量大的土体容易发生剥落。

其产生机理：黄土高边坡在开挖过程中，使得坡面表层一定范围内的土体受到扰动，从而破坏了土体的完整性。又加之未及时防护，导致表层水分蒸发，进而形成一个硬壳，雨水冲刷、昼夜温差以及其他因素影响下，硬壳和下部土体逐渐发生分离，并在自身重力、风和水等的作用下，沿坡面剥落，堆积于坡脚。

3.3 湿陷变形

由于黄土具有湿陷性，在一定压力作用下，当土体遇水浸湿后，在坡面上会形成一些陷穴，甚至整体发生下沉，使得破面的整体性发生破坏。

3.4 崩塌

崩塌又称崩落、垮塌或塌方，是指陡坡上的岩土体被多组结构面分割，在重力和其他外力作用下，突然脱离母体，以垂直运动为主快速向下崩落的表生地质现象[20]。其特点是：没有前兆，发生突然，每次崩塌都沿新的破坏面塌落。

其产生的机理：坡面陡直、具有良好临空面的边坡，其坡顶附近的微裂缝在雨水冲刷或后期改造过程中，逐渐向深部扩展，同时，受结构面切割的土块在自身重力、水流冲刷或人类工程活动的作用下失稳，产生翻转、滚动破坏，形成崩塌[20]。

崩塌主要发生在以下几种情况：（1）沿节理面或交叉节理处崩塌；（2）反坡的形成造成崩塌；（3）黄土洞穴引发的崩塌。

3.5 坍（滑）塌

坍（滑）塌是指坡度较陡的黄土高边坡在人类活动或者自然因素作用下，诱发的具有崩塌、滑动、倒塌特征以及先滑后塌的变形破坏过程。普遍发生在厚度较大的高陡边坡顶部和中部，具有群发性、频繁性和突发性等特点[21]。

形成机理：坡体中的结构面在地表水或者雨水的下渗侵蚀作用下，逐渐向深部扩展，切割坡体，在自身重力或者其他因素作用下，坡体下部首先坍塌，由于上部失去支撑，继而由下而上逐层发生坍塌，从而形成临空面，进而诱发滑坡。

3.6 黄土滑坡

滑坡是指边坡上的部分岩土体，沿着一定的贯通性剪切破坏面，产生以水平运动为主的向下滑移的表生地质现象[20]。具有多发性，是一种典型的、至今难以根除的地质灾害现象。

虽然黄土的覆盖较厚，降雨入渗不可能到达下部的隔水层，但是因为黄土中存在大孔洞和张节理，地表水就会沿着这些大孔洞和张节理直接灌入，从而使得土体呈现为软塑或者流塑状态。坡体在自身重力作用下，沿软弱结构面发生滑动，导致边坡失稳。其滑动面是三段折的圈椅形，即上陡下缓中间为圆弧形。

4 结论和建议

本文通过对黄土高边坡变形破坏的六种类型进行初步探讨，进而对黄土高边坡的防治提出以下建议：

（1）在对黄土高边坡坡度和坡型的选择中，既要结合边坡自身的特点，更要严格遵照行业规范和工程经验。坡度太缓，挖方量较大、坡面受冲刷路径较长；坡度太陡，容易使雨水对坡面产生冲刷、剥落甚至局部坍塌。因此，黄土边坡的坡度，一般以1：0.4～1：0.75为易。

（2）俗话说“无水不滑”，水是影响黄土高边坡变形破坏的重要因素之一。因此，应根据当地的降雨特征和边坡所处地形地貌，设置相应的排水设施，包括地下排水和地表排水。

（3）据调查，大部分黄土高边坡坡面都没有防护措施，以致造成严重的坡面冲刷，因此，应尽早对坡面进行防护。比如骨架植草。

参考文献

[1]苏生瑞，等.西北地区重大工程地质问题研究[J].工程地質学报，2003，11（1）：105-110.

[2]孙玉科，古迅.赤平极射投影在岩体工程地质力学中的应用[M].北京：科学出版社，1980.

[3]谷德振，等.岩体工程地质力学基础[M].北京：科学出版社，1979.

[4]卢肇钧.土的变形破坏机理和土力学计算理论问题[J].岩土工程学报，1989，11（6）：65-73.

[5]孙广忠.工程地质与地质工程[M].北京：地震出版社，1993.

[6]彭先孚，李玉生.万县豆芽棚滑坡的特征与治理[J].中国地质灾害与防治学报，1995，6（1）：68-73.

[7]陈守义.试论土的应力应变模式与滑坡发育过程的关系[J].岩土力学，1996，17（3）：21-26.

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[9]金德镰.水利水电工程边坡的工程地质分类[J].西北水电，2000.

[10]倪万魁，刘东燕，张永兴.黄土高边坡变形破坏机理的数值模拟研究[J].工程地质学报，2002（10）.

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[12]陈志新，等.铜黄公路黄土高边坡性状分析与治理对策研究[R].陕西省交通科技重点项目，2002（3）.

[13]何红前，陈志新，叶万军，等.黄土高边坡变形破坏的基本形式及其机理分析[J].西部探矿工程，2005，11：109-111.

[14]王兆云，陈芳.浅析黄土高边坡变形破坏的基本形式及其机理[J].中国水运，2007（10）.

[15]吴萍，张骏，赵雄伟.黄土高边坡变形破坏研究——以凤凰山边坡为例[J].工程地质报，2007（15）.

[16]王念秦，罗东海，姚勇.铁路黄土高边坡变形破坏机理及稳定性研究[J].铁道工程学报，2009（07）.

[17]李长发，邹乾胜，罗东海.太中铁路黄土高边坡变形破坏机理研究[J].路基工程，2010（3）.

[18]李亚兰.黄土边坡坡面稳定性及防治措施研究[D].长安大学，2005.

[19]何红前.层状黄土高边坡稳定性分析及防护优选决策研究[D].长安大学，2006.

[20]王念秦.工程地质分析基础（讲义）[Z].西安科技大学，2009.

[21]韩书栋.黄土沟壑地区岩——土复合边坡破坏模式分析及其稳定性评价[D].长安大学，2009.

作者简介：郑秀红（1988-），女，南宁学院助教，成都理工大学在职博士，主要从事地质工程、岩土工程方面的教学与研究工作。