浅谈黄土高边坡变形破坏特征

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　　摘  要：近年来，黄土高边坡的变形和破坏给黄土地区的人们的生命和财产造成了巨大损失。笔者对黄土高边坡变形破坏的基本形式及其机理进行了分析，指出黄土高边坡变形破坏模式主要有滑塌、滑坡的破坏模式;崩塌破坏模式和坡面破坏模式等3种。结合实际案例为黄土地区的工程实践提供了具体的参考，以避免不必要的人员生命财产损失。
　　关键词：黄土高边坡;变形破坏;类型和特征
　　中图分类号： P642              文献标志码：A
　　1 案例概述
　　该文以我国某工程斜坡为例，该斜坡的南端及北端以黄石量为基础界限，黄石梁的宽度为140 m，低峰与高峰之间的高差大约为150 m，山峰的坡度为40°，黄石梁剖面坡面长大约为260 m。该斜坡的上部土壤含量较高，部分区域被一些树桩木桩及野草覆盖，形状大约为倒立的梯形。沿着斜坡的上部，分布了3个主要的裂缝，并形成了陡峭的山脊。最大位移高度的差为l m。
　　2 黄土高边坡变形破坏类型
　　黄高边坡的变形破坏可以分为坡面破坏和坡体破坏。边坡面破坏是边坡自身的稳定，但是由于各种外部地质力的作用，边坡的表面长时间暴露在自然环境中，使边坡土体不稳定，包括边坡侵蚀、剥落和塌陷。发生边坡体破坏是因为边坡本身的稳定性不能满足要求。随着时间的流逝，边坡开始变形并变得不稳定，例如塌陷、滑移和滑坡等（如图1所示）。
　　2.1 坡度侵蚀
　　坡面侵蚀是指降雨形成的坡面水流在自身重量的影响下向下流动的现象，向下的流速越大，表层土壤被冲刷掉的程度就越大。斜坡上的沟渠或洞穴的形成是斜坡和切坡的一种常见形式，侵蚀主要由斜坡率控制，直接影响流量和捕获面积。斜率越大，流量越大，汇合处的厚度越大，冲刷能力越强。在黄土高边坡梯度设计中，通常最好将斜率控制在1∶0.4～1∶0.75。
　　2.2 剥落
　　剥落通常发生在斜坡的中间到斜坡的脚下。其特点是：与在阴影的坡度上散射相比，在向阳的坡度上散裂更为严重。坡度变化部分的剥落比其他部分严重。高盐或高黏土含量的土壤体易碎，其产生机理为：黄土高边坡坡度高。在开挖过程中，一定范围内的土壤会受到干扰，破坏土壤的完整性。另外，缺乏及时的保护会蒸发地表水并形成硬皮。由于不受侵蚀，昼夜温差等因素，在风和水的影响下逐渐分离，并沿着斜坡剥落并在斜坡上堆积。
　　2.3 湿陷变形
　　当土壤潮湿时，由于黄土具有湿陷性，在一定压力下会塌陷，因此山坡上会形成一些洞穴，甚至发生整体下沉并破坏受损表面的完整性。
　　2.4 崩塌
　　塌陷，也称为崩塌，塌陷或滑坡，是指陡坡的岩石和土壤表面，从陡坡分为陡峭的结构平面集，在重力和其他外力的作用下，陡峭的斜坡突然从基体上掉落并迅速下降，主要是垂直下降。崩塌的特征是没有前兆。其产生机理：陡峭的斜坡和具有良好临面的斜坡，斜坡附近的微裂纹在非侵蚀或以后的重建过程中逐渐扩展到深度，同时被结构面切割的土壤在自重、侵蚀或人为活动中，其坡面稳定性会降低，从而导致坍塌情况发生，主要发生了3种情况。1）沿接缝表面或交叉接缝塌陷。2）反向坡的形成导致坍塌。3）因黄土洞穴塌陷。
　　2.5 黄土滑坡
　　黄土滑坡是在厚层黄土高边坡地段土体在重力作用下沿软弱面整体下滑的现象。 在自重作用下，倾斜体沿薄弱的结构平面滑动，使斜坡不稳定。其滑动面是三段折的圈椅形，即上陡下缓中间为圆弧形。在自重作用下，倾斜体沿薄弱的结构平面滑动，使斜坡不稳定。其滑动面是三段折的圈椅形，即上陡下缓中间为圆弧形。
　　3 边坡变形破坏的影响因素
　　根据现场勘察和勘探数据，对引起边坡变形的因素的分析主要有以下3个方面。
　　3.1 土壤质量的特征和结构
　　土壤的性质和结构是导致边坡变形的内部因素。斜坡的原始地形是由人工开挖和填埋形成的黄土峁，经过人工施工形成了当前的基础，从而发生由于不均匀的沉降而破裂的情况; 填土分布在填充物的底部，是一种中等至高度压缩的土壤，具有较大的塌陷性，土壤强度比填充层的土壤强度要好，但是在填充前未对原始表面进行调整。在强度不同的原始沉积黄土和填充土之间形成界面，并且坡度很容易沿该边界滑动。
　　3.2 天气，水
　　外界环境也是引起边坡发生破坏及变形的主要影响因素，例如天气，降水，气候等。外界环境变化也会较大程度上影响边坡的稳定性[2]。据相关统计，该地区的年平均降水量为440 ram，Id最大降水量甚至可以达到210 mm，最大降水量可达到48.4 ram。该地区的年平均降水量并不高，但大部分以集中降水的形式出现。降雨不仅腐蚀了斜坡，而且将其从斜坡排到了沟渠的底部，使沟渠的表面径流受到侵蚀。底部斜坡的脚使沟渠底部的倾斜主体失去稳定性，从而导致塌陷（滑移）并拉低上部土壤主体，使整个斜坡不稳定。底部的大部分生活用水和生产用水都是用PVC管排放的，PVC管破裂后，生产水渗入斜坡，软化土壤，降低土壤的抗剪强度并严重侵蚀斜坡，导致临空表面生长，从而为边坡变形和破坏创造了条件。
　　3.3 地形地貌条件
　　当地区域内的地形地貌条件也是影响边坡发生变形及破坏的另一个重要的影响因素。该工程地区屬于黄土竖谷区，该地区的风力给水汽冲击能力较强，石窟与黄土梁分布较为广泛。位于该地区的峡谷大多数呈现出V字形，顶部宽，下部窄，坡度大。相对高度差为150 m，斜坡的最大坡度甚至可达到50°。基于此，该地区发生斜坡变形及破坏的几率将大大提高。
　　3.4 人工不合理堆载
　　由于建筑材料和建筑垃圾的不适当堆积，基础的建设加快了上坡的不均匀沉降，并且滑动强度增加，在边缘和斜坡附近引起裂缝。
　　3.5 植被覆盖率 　　该地区没有自然植被，主要是人工种植的枸杞灌木和中国松树，而旧斜坡上的灌木较少。主要为多刺的刺，狼牙刺单株分布。在雨季，雨水很容易渗入斜坡，软化斜坡上的土壤，降低土壤的机械性能，为斜坡的变形和破坏创造一定条件。
　　4 边坡稳定性评价
　　4.1 基于工程地质分析的定性评价
　　在斜坡的上平台上，沿斜坡分布了3个主要裂缝，这些裂缝切断了基础变压器的陡坡和砌体斜坡保护，形成了陡峭的山脊，最大位移高度差为1 m。深度约为2 m～5 m，宽度为3 cm～20 cm，坡度较松。填土斜坡的局部斜坡上也出现了裂缝，并且通过下部山梁的裂缝，斜坡上的树桩发生了倾斜。在雨季，地面可能会开裂并引起地表水渗透，如果斜坡上的土壤浸没在水中，结构会被破坏，抗剪切强度会降低，从而使斜坡不稳定。斜坡的中心是旧的斜坡体，斜坡上有沟壑，残留的梁，陡峭的山脊，下陷和水蚀或旧的滑坡体形成的裂缝。随着新的塌陷（滑移）发生在斜坡下方，其趋于发展为不稳定。斜坡的下部是雪崩塌陷群，后缘有裂缝，雪崩塌陷中有一条缝隙，侵蚀脊，雪崩塌陷体的前脚被侵蚀而形成山脊。由于人为排放物的侵蚀，峡谷在斜坡上形成了约2 m～4 m的深度，并且峡谷的末端靠近斜坡。由于陡峭的斜坡和斜坡上的严重侵蚀，在斜坡上出现了许多陡峭的裂缝。因为在斜坡上的滑动和进一步扩展会产生较大的临空表面，从而为岩石和土壤在滑坡的后端再次滑动创造了有利条件。根据以上分析，斜率通常是不稳定的。
　　4.2 基于数值分析的定量评估
　　4.2.1 计算方法
　　边坡稳定性计算的目的是确定边坡的稳定性，并为处理边坡提供基础。计算方法主要有极限平衡法、有限元法和概率法等计算方法，在极限平衡法中，采用圆弧滑动法将滑坡分为几块，并将每一块视为一个刚体。假设其处于边际平衡，建立一个平衡方程进行计算，如图2所示。
　　4.2.2 计算参数
　　根据测试结果分析和调整坡土层参数的选择。
　　4.2.3 计算结果和稳定性分析
　　在计算边坡稳定效果时，要考虑到水分及孔隙度的影响，因为水分对边坡的稳定性影响较大，因此水分对于边坡的稳定性也是一个很大的影响因素。在计算时，通常采用预应力的计算方法。考虑地面振动的影响，通常情况下以山坡的坡角为坐标原点，以山顶为坐标终点。通过调查得知，该工程区域的山坡存在较为危险的滑面，稳定性较差。
　　5 结论
　　黄土边坡灾害是我国北部地区最常见的地质灾害，根据地形和地质条件，有必要对各种类型的边坡灾害的成因，影响因素和形成机理进行分析和研究。基本上，将工程地质分析和数值分析相结合，可以准确地分析和评估稳定性，从而为边坡支护设计奠定基础。
　　参考文獻
　　[1]颉丽.关山泵站压实黄土边坡变形破坏特征及稳定性分析[D].兰州：兰州大学，2015.
　　[2]刘晓玲.准备车间—中煤仓黄土边坡变形破坏机制与稳定研究[D].西安：西安科技大学，2014.
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