甘肅靈臺縣南店子滑坡活動特征及成因分析

唐家凱，吳瑋江，劉 韜，宿 星，萬朝東，張國信，安亞鵬，李祖剛

（1.甘肅省科學院地質自然災害防治研究所，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅煤田地質局一四六隊，甘肅 平涼 744000；3.甘肅省農業大學水利水電學院，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

2021年10 月3 日22 時，甘肅省靈臺縣城達溪河右岸的中臺鎮南店子村因暴雨引發大型推移式黃土—泥巖接觸面滑坡災害，體積約3.65×106m3（圖1）?；缕茐姆课?43 間、G244 國道等道路450 m 和10 千伏輸電線路500 m，農田73.9×104m2，直接經濟損失7 970 萬元。由于預警及時，未造成人員傷亡，被評為2021年度全國地質災害成功避險十大典型案例。

圖1 南店子滑坡全景Fig.1 Panoramic view of the Nandianzi landslide

西北黃土高原是我國滑坡災害最為發育的地區之一[1-2]，黃土滑坡分布廣泛，危害嚴重[3-4]。長期以來，許多學者和部門開展了黃土高原滑坡的研究：彭建兵等[5-6]對黃土高原滑坡的空間發育分布、抗滑因素等進行了全面系統的研究；吳瑋江等[7-10]對甘肅東部滑坡發育分布、黃土滑坡類型與活動特征進行了深入研究；李同錄等[11]對黃土滑坡類型、降水入滲引發滑坡開展了研究；張國信[12]對靈臺地質災害分布及發育特點進行了研究、孫秀娟等[13]通過對簸箕灣滑坡的研究提出了對靈臺地質災害防治的建議；楊秀元等[14]對靈臺西塘灣滑坡根據勘查結果進行了深入的研究，對此次研究具有較好借鑒作用。南店子滑坡與以上滑坡發生有很多不同之處，是我們此次研究的重點，對黃土區域類似情況有很好的警示和指導意義。

靈臺縣中臺鎮南店子滑坡具有規模大、影響因素和成因復雜、滑體穩定性差、造成的經濟損失和潛在威脅嚴重等特點，非常具有代表性。在現場調查、勘探、無人機測量的基礎上，對南店子滑坡形成的地質環境、滑坡分級分塊與滑移特征、影響因素與成因、滑坡穩定性與危害進行了系統研究，取得了一些重要成果，供類似滑坡災害的科學防治和研究參考。

1 地質環境條件概況

1.1 氣象水文

靈臺縣多年平均降水量654.4 mm，最大降水量812.2 mm（1975年），降水多集中于7—9 月。近年來極端性降水事件頻發，如2010年7 月22—25 日，靈臺縣城降雨達189.4 mm，7 月23 日一天降水156.1 mm，朝那一帶達到降水314 mm，創有氣象記錄以來的極值。2013年7 月21 日16 時至22 日6 時，全縣10 個鄉鎮降水超過100 mm，中臺等3 鄉鎮超過200 mm，其中，中臺鎮東王溝村達到287.8 mm，1 h 最大降水82.3 mm，為歷史極值。

1.2 地形地貌

靈臺縣地處隴東黃土高原東南部,主要為黃土殘塬、黃土梁狀丘陵構成的典型黃土高原地貌景觀，并受達溪河、黑河等河谷及溝谷切割[15-17]。中臺鎮南店子滑坡位于達溪河南岸黃土斜坡的中下部，斜坡近東西向延伸，地勢南高北低，高差150 m，上陡下緩，平均坡度15°?；聟^自然地形較為完整，為臺階狀梯田，植被較茂密，兩側沖溝發育。前部達溪河Ⅰ、Ⅱ階地寬度600～1 000 m，為縣城新開發建設區。

1.3 地層巖性

滑坡區出露地層由老到新主要有：

（1）下白堊統涇川組（K1j）：棕褐-棕紅色泥質砂巖和砂質泥巖，薄-中厚層狀構造，層理發育，產狀近水平。遇水易軟化，屬產狀軟弱巖組。

1.4 水文地質

靈臺縣地下水主要有第四系松散巖類孔隙水、新生界碎屑巖類孔隙裂隙水兩大類型。其中第四系松散巖類孔隙水包括河（溝）谷區砂礫卵石孔隙潛水；黃土殘塬區、丘陵區黃土孔隙裂隙潛水，在黃土殘塬區較為豐富[18]。

1.5 人類工程活動

南店子村地處靈臺縣城區，隨著近年來縣城規模的迅速擴大，人類工程活動強烈，達溪河南北兩岸開挖坡腳、擴大建設用地的現象較為普遍，對斜坡穩定性產生不利影響。

2 滑坡與分級分塊特征

2.1 滑坡總體特征

南店子滑坡發育在達溪河南岸黃土斜坡的中下部，滑坡平面形態牡丹花狀（圖2），長約342 m，后緣寬約365 m，前緣寬約530 m，中部最寬處約635 m，滑坡面積15.9×104m2，據鉆探資料滑體平均厚度約23 m，體積約3.65×106m3，滑體主要有原馬蘭黃土、離石黃土組成，下部帶動了少量白堊系強風化泥巖，為大型中層推移式黃土—泥巖接觸面滑坡，主滑向5°（圖3）?；潞缶壐叱? 018 m，前緣高程935 m，高差83 m，平均坡度13°，滑坡體由3～4 級平臺構成，并在后部滑體與滑壁之間形成深3～5 m、長100 m 的滑坡洼地，中部形成反坡地形和錯臺；滑體表面各種滑坡裂縫發育。

圖2 南店子滑坡分級分塊與地物位移矢量圖Fig.2 Classification and zoning of the Nandianzi landslide and vector map of terrain displacement

圖3 南店子滑坡A-A’剖面圖Fig.3 A-A’profile of Nandianzi landslide

根據鉆探資料，南店子滑坡的主滑面發育于含水率高、抗剪強度低的強風化白堊系泥巖頂部，其形狀主要受黃土與泥巖接觸面控制，總體較為平緩，平均傾角6°，后部主滑段10°，中前部抗滑段傾角3°，前緣部分呈反翹狀，傾角-2°，前部滑面平均傾角只有1°。剪出口位于G244 公路南側一帶，受推擠影響形成鼓脹隆起，羽狀裂縫發育，破壞坡腳道路，房屋開裂、傾斜、倒塌（圖4）?；潞蟛炕瑒用鏋榘l育于黃土層中的陡直拉裂面。

圖4 滑坡前緣破壞情況Fig.4 Damage situation at the front edge of the landslide

南店子滑坡整體滑動后，后部拉裂面形成高陡的滑坡壁，由馬蘭黃土和離石黃土組成，高差20～35 m，坡度約65°，近東西向延伸，滑壁較為平直，其上條帶狀擦痕清晰（圖5）?；卤诤蟛?0～35 m 范圍有2～3 條平行后壁的牽引性拉張裂縫，長度50～100 m，寬20～50 cm，下錯30～100 cm，為本次滑坡大規?；瑒訒r牽引滑坡壁后部土體變形的結果。其東側部分寬100 m 的范圍于10 月10 日失穩滑動，體積約2.0×104m3。

圖5 滑坡后壁擦痕與次級滑坡Fig.5 Scratches on the back wall of the landslide and secondary landslides

圖7 1#、2#滑塊之間裂縫及地面拱起Fig.7 Cracks and ground arch between sliders 1# and 2#

圖8 1#、2#滑塊部位平臺反翹Fig.8 Reverse warping of the platform at the locations of sliders 1# and 2#

圖9 2#滑塊前部拱起及破壞樓房Fig.9 Upward arching and damaged buildings at the front of slide 2#

2.2 滑坡分級分塊特征

南店子滑坡的分級分塊特征明顯，利用滑坡前后影像資料對比，根據滑坡裂縫發育分布、滑壁形態、滑坡體地物位移等特征和差異，將該滑坡體分為5 個滑塊（圖2）。主要特征及相互關系見表1。

表1 各滑體特征及相互關系Table 1 Characteristics and interrelationships of sliding body

2.3 滑坡滑移特征

據現場目擊者介紹南店子滑坡滑動時間約30 min，滑動速度較為緩慢。利用南店子滑坡發生前2021年6 月和發生后2021年10 月4 日的兩期無人機正射影像資料，根據滑坡區建筑物、道路、電桿、鐵塔、獨立樹木等30 多處明顯標志物滑動前后的位置，確定本次滑坡的水平滑動距離和方向（圖2），分析不同滑坡部位的具體滑動情況，并為滑坡分級分塊的客觀合理性和滑坡機理分析進一步提供證據。

南店子滑坡1#滑塊的水平滑距中后部為16～27 m，東部滑距大于西部，最大垂直滑距也就是后壁高度20～36 m，雖然后部的水平滑距較小，但是垂直滑距最大的區域，因此，總滑距較大，是滑動最為劇烈的部位之一，總體滑動方向5°；西側滑舌區水平滑距5～19 m，其后部滑距也大于前部，滑動方向317°。東側滑舌水平滑距9.5～23 m，其后部滑距大于前部，滑動方向32°。說明東西兩個滑舌區滑動時滑塊內部處于擠壓狀態，為典型的推移式滑動。2#滑塊的水平滑距為19～29 m，也是東部滑距大于西部，后部滑距大于前部，滑動方向總體向北。從地物相對位置判斷，2#滑塊的地面總體垂直拱起，一般1～5 m。在1#滑塊的推力作用下失去穩定，該滑塊阻滑作用明顯，前部道路、樓房部分拱起1～3 m。3#滑塊的水平滑距為9～17 m，也是后部滑距大于前部，因此，在滑塊中前部發育放射狀裂縫帶，滑動方向總體向北西310°。4#滑塊為東側滑距相對最小的側向牽引部分，中部水平滑距約10 m，前部8～9 m，滑距也是后部大于前部，滑動方向總體向北東32°，滑塊中前部發育數條規模較大的垂直滑動方向的拉張裂縫。5#滑塊為東側滑距相對最大的滑移部分，中部一處輸電線路鐵塔水平滑距約39 m，是本次滑坡滑動最遠的塊體，滑動方向約30°。受其影響，相鄰的2#滑塊西側的滑距也較大。南店子滑坡的滑距約30 m，平均滑速1 m/min，總體滑距較短、滑速較低。為滑坡區居民及時轉移、安全避險提供了時間。

3 滑坡影響因素與成因分析

3.1 滑坡影響因素

南店子滑坡發育發生原因是斜坡中下部和坡腳抗滑段不合理的大規模挖坡取土等人為活動使斜坡變陡、抗滑力減小，并地面留有洼坑，導致排水不暢，長期大量入滲軟化，人為降低了斜坡的穩定性，再由暴雨直接引發，并造成重大災害損失。

（1）斜坡中下部和坡腳大規模挖坡取土：據多期衛星影像資料（圖10），自然狀態下南店子村南側為平均坡度約13°的黃土緩坡，沖溝不甚發育，坡面完整，其上為農田及少量植被，形狀較為規則，前緣階地區有少量居民院落和道路，人類活動對斜坡的影響輕微。自2010年以來，在斜坡中前部長期進行了大規模的挖坡取土，挖土范圍東西長近400 m、南北寬50～180 m，挖土面積約4.4×104m2，特別是在東部的挖土規模最大，參照挖土現場殘留地形估算，平均開挖深度7 m，估算挖方量約30 m3。同時，前緣中部坡腳處樓房建設也對坡腳進行開挖，挖方體積約1.2×104m3。2017年以來，位于斜坡東部前緣的天泰嘉苑住宅東部坡腳又進行了開挖，估算挖方量約9×104m3（圖11）。

圖10 滑坡區中下部、坡腳開挖取土歷史影像Fig.10 Historical image of soil excavation in the middle and lower part of landslide area and at the foot of slope

圖11 滑坡前地表積水洼地Fig.11 Surface water depression before landslide

以上總計開挖土體積達40×104m3左右，約占本次滑坡方量的11%，沿斜坡中下部及坡腳平均每延米寬度的開挖量達800 m3/m，使斜坡變陡、抗滑段抗滑能力大幅減小。因此，挖方取土對斜坡穩定性產生嚴重不利影響。本次滑坡的滑移特征也與挖方情況密切相關，挖方規模越大的部位，滑移越強烈。如5#滑塊前緣開挖成為30 多米高的陡坡，臨空條件最好，是本次滑坡的最大滑移部位，水平滑距達39 m。前部滑動面的反翹也可能與開挖較深的取土坑有關。

（2）斜坡中部積水下滲軟化土體：斜坡中下部開挖取土后地面留有洼坑，且未進行平整，導致地表排水不暢，形成多處積水洼地，匯集斜坡上部和周圍大面積的地表徑流。據影像資料，積水面積約1 000 m2（圖12）。洼地積水長期大量滲入、軟化斜坡深部土體，降低土體抗剪強度和斜坡穩定性。

圖12 靈臺縣2021年4—11 月降水量分布圖Fig.12 Precipitation distribution map of Lingtai County from April to November 2021

（3）連陰雨及暴雨引發：2021年9 月以來隴東地區陰雨連綿，降水量高于同期平均值，9—10 月的降水量達400 mm 以上，占全年降水量的一半左右（圖12）（2021年4 月開始觀測），大量降水入滲地下軟化土體，據調查，2021年9 月靈臺縣平均累計降雨296.6 mm，其中15～28 日除21 日無降雨外，其余12 d 均有降水，該段時間累計降雨258.8 mm[19]。10 月3 日隴東南地區出現罕有的大面積暴雨，靈臺縣平均降雨量為116 mm，其中靈臺縣城降水量97.5 mm，坡體中部洼地區大量積水并下滲（圖13），部分地段發育落水洞，更使大量水體滲入斜坡深部，土體強度和斜坡穩定性降低。最終引發斜坡整體大規模失穩滑動，發生嚴重的滑坡災害。

圖13 滑坡期間地表積水洼地Fig.13 Surface water depression during landslide

由上可見，在斜坡中下部及前緣不合理的大規模挖坡、挖方區地面洼坑導致地表排水不暢，多處洼地長期積水下滲降低了斜坡穩定性，埋下了重大隱患和苦果，是本次滑坡災害發生的重要原因。

3.2 滑坡成因分析

（1）定性分析

根據南店子滑坡發育的斜坡地質結構、滑坡結構、分級分塊特征和滑移矢量分析，該滑坡為推移式黃土—泥巖接觸面滑坡，其成因具有特殊性和特點。斜坡中下部的大規模挖坡使上部斜坡坡度和臨空面增大，形成主動下滑段，并減小了中部斜坡的抗滑力。其前部挖方區為多處洼地積水下滲區，長期入滲軟化深部巖土界面處，由于下部泥巖的隔水作用，地下水在此富集，黃土和泥巖頂部強風化層軟化后，抗剪強度大幅降低，使斜坡的穩定性大大降低。2021年9 月以來的連陰雨和10月3 日的暴雨引發上部1#滑塊首先沿坡度10°抗剪強度低的白堊系頂部強風化層向北發生滑動，是本次滑坡的主動推滑體，產生巨大的推滑作用。2#滑塊是被動推滑體，西側3#滑塊的形成相對更為特殊，因其西側溝道切割，臨空條件好，1#后部主滑塊對其產生北西向的側向推擠作用，使3#滑塊向西側溝道方向滑動。東側4#滑塊地勢較高，相對獨立，受1#主滑塊的后部推擠和側向牽引作用，產生滑動，其滑距較小。5#滑塊滑距達39m，其形成也有特殊原因。一是近年來前緣開挖強烈，臨空條件最好；二是5#滑塊后部是洼地長期積水最嚴重地區，土體含水率高，鉆探時鉆孔嚴重縮徑，深部土體軟化，抗剪強度低，因此5#滑塊穩定性差，后部又受1#主滑塊的推擠作用，滑動較遠，滑體填滿了前部取土洼坑。

（2）定量分析

對滑坡穩定性進行定量分析，本次計算以A-A’剖面作為計算模型。

根據現場勘查取樣試驗和相關資料，綜合考慮滑體的組成和特征，滑坡在天然狀態下為基本穩定狀態，穩定系數取1.10，天然容重為19.0 kN/m3，飽和容重取20.0 kN/m3。黏聚力的取值范圍為10～13 kPa，內摩擦角的取值范圍為14°～17°。經過對恢復原始地形的A-A’剖面反演分析后，選取黏聚力11 kPa，內摩擦角15.5°作為天然狀態抗剪強度的反演值。

南店子滑坡為中層土質滑坡，潛在滑動面按折線考慮?；路€定性定量計算采用折線型滑動面計算公式進行計算（圖14）。其計算模型如下：

圖14 傳遞系數法（折線型滑面）計算模型Fig.14 Calculation model using the transfer coefficient method (piecewise sliding surface)

計算公式

式中：ψj——第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1 塊段時的傳遞系數（j=i），ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

Wi—第i條塊的重量/（kN·m-1）；

ci—第i條塊黏聚力/kPa；

φi—第i條塊內摩擦角/（°）；

Li——第i條塊滑帶長度/m；

αi——第i條塊滑帶傾角/（°）；

βi——第i條塊地下水線與滑帶的夾角/（°）；

A——地震加速度（重力加速度g）；

Kf——穩定系數。

本次滑坡穩定性計算工具采用理正巖土計算6.0軟件Excel 手工計算相結合，在各工況條件下的計算結果見表2。

表2 A-A′滑坡穩定性計算結果Table 2 Calculation results of landslide stability

計算結果表明，滑坡在自重工況下計算的穩定系數為1.02，處于欠穩定狀態；在自重+持續強降雨情況下，穩定系數為0.89，處于不穩定狀態。

（3）數值分析方法

采用有限差分法軟件FLAC3D 進行滑坡發生后的斜坡數值分析，斜坡穩定性系數計算采用強度折減法。

結果顯示，不同工況下，水平方向最大位移均集中在滑體上（圖15），垂直方向位移最大值以及總位移最大值均集中在滑體頂部（圖16、圖17）。自重+持續強降雨工況下，由于土體飽和度增加，坡體位移量增加，但主要集中在滑體上，從坡體頂部向坡腳處延伸。

圖15 不同工況下斜坡水平位移云圖Fig.15 Horizontal displacement contour map of slopes under different working conditions

圖16 不同工況下斜坡垂直位移云圖Fig.16 Vertical displacement contour maps of slopes under different operating conditions

圖17 不同工況下斜坡總位移云圖Fig.17 Total displacement contour map of slopes under different operating conditions

4 滑坡現狀穩定性與危險性

南店子滑坡經過本次大規?；瑒?，目前滑體整體較為穩定，但前緣東側天泰嘉苑住宅小區段、滑坡后壁等部位的穩定性差，裂縫發育，降水易入滲軟化土體，局部再次失穩復活滑動的可能性大，危害嚴重。

滑坡前緣東側天泰嘉苑住宅小區段主要包括4#滑塊至5#滑塊及之間的滑坡前緣，其中4#滑塊為本次滑坡推擠牽引部分，重心位置高，滑距短，能量釋放不徹底，地表拉張裂縫發育，穩定性差，嚴重威脅前緣緊臨住宅樓的安全。5#滑塊盡管本次滑動較為劇烈，但前部地形高陡，臨空條件好，滑體結構破碎，穩定性也差；4#滑塊至5#滑塊之間為1#滑塊東側滑舌，地勢低洼，易匯集地表水，滑體含水率高，穩定性差。均對前部天泰嘉苑住宅小區的建設和運營造成嚴重威脅。

西側3#滑塊前緣位于沖溝溝底，直接受洪水沖刷，可能再次失穩滑動，并轉化為泥石流，形成鏈式災害，威脅溝口縣城安全。

另外，南店子滑坡后壁高陡，后部拉張裂縫發育且規模大，上部坡面徑流很易沿其滲入，穩定性差，局部已發生小規模失穩滑動，還可能再次發生小規模失穩滑動。

南店子滑坡發生后，對滑坡進行了后壁削坡、滑坡體上部減載，并對西側前緣回填反壓，使滑坡險情得到很大緩解，并形成了三級寬平臺，有利于今后開發利用（圖18）?；聳|側天泰嘉苑一帶將采取以抗滑樁為主的永久性支擋工程進行綜合治理。

圖18 應急治理后的滑坡狀況Fig.18 Landslide condition after emergency treatment

5 結論與建議

靈臺縣城南店子滑坡位于達溪河南岸，滑坡長342 m、寬365～650 m、面積15.9×104m2，平均厚度約23 m，體積約3.65×106m3。主滑向5°，滑動面受土巖界面控制，為大型中層推移式黃土—泥巖接觸面滑坡。通過對滑坡活動特征和成因分析，主要得出以下結論：

（1）南店子滑坡是一個典型的黃土-基巖接觸面滑坡，整個滑坡滑動時間約30 min，總體滑速較為緩慢，分析認為由于坡腳開挖作用導致邊坡穩定性降低，強降雨直接誘發滑坡產生，該滑坡的產生和發育機理受到降雨和開挖作用的共同影響。

（2）南店子滑坡發育于黃土斜坡中下部平均坡度13°的緩坡區，坡體主要有馬蘭黃土和離石黃土組成，基底為近水平狀白堊系泥巖和砂巖，在降雨、地震和人類工程活動等條件誘發下可能發生崩塌或者滑坡，斜坡變形破壞過程表現為開挖卸荷—蠕滑—拉裂、降雨入滲—蠕滑—拉裂和地下水補給—蠕變—液化破壞三種模式相互影響、相互作用的結果。

（3）靈臺縣南店子滑坡由于預警及時，未造成人員傷亡，是地質災害群測群防的成功事例，值得慶幸。但不合理的大規模挖坡活動在該滑坡的形成中扮有重要角色，造成了嚴重的經濟損失，也又一次為今后山區城鎮建設、鄉村振興等工程建設活動的更加科學規范提供了典型案例和警示，應深刻汲取慘重的經驗教訓。

（4）針對同類型黃土滑坡研究，通過定性定量、參數反演等方式探明南店子滑坡的主要致災因子是降雨和前期的坡腳挖土，這一結論可以應用到黃土滑坡風險評價中，為黃土地區滑坡災害監測預警、風險評價及工程治理提供一定科學參考。