陕北黄土崩塌灾害防治对策研究

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1、陕北黄土崩塌灾害防治对策研究,陕北黄土区的区域环境背景与地质灾害基本特征地形地貌特征黄土地层结构与物理力学性质地质灾害的基本特征陕北黄土崩塌的主要特征及其成因陕北黄土崩塌类型陕北黄土崩塌致灾情况陕北黄土崩塌灾害的前兆现象及其时空分布规律黄土崩塌形成原因典型黄土崩塌稳定性分析及其数值模拟典型黄土崩塌的几何类型典型黄土崩塌的稳定性计算黄土崩塌的数值模拟黄土崩塌灾害防治对策防治黄土崩塌灾害，改善居住环境加强黄土崩塌灾防治工作的管理,一、陕北黄土区的区域环境背景 及地质灾害基本特征,1.地形地貌特征2.黄土地层结构与物理力学性质3.地质灾害基本特征,以峁为主的梁峁区： 长城以南，吴旗-志丹-安塞-子长

2、-绥德-吴堡以北，称为带以梁为主的梁峁区：带以南，甘泉以北，称为带以梁为主的塬梁区： 甘泉以南，宜君以北黄土区，如洛川塬，称为带,1.地形地貌特征,陕北黄土地貌分区图,2.黄土地层结构与物理力学性,黄土地层结构,靖边剖面,榆林剖面,黄土顺坡披盖,黄土地层划分, 矿物成分轻矿物比重2.9，主要是石英、长石、白云母等，含量90%以上；重矿物比重2.9，主要是角闪石、辉石、褐铁矿等，多达60种，但含量在10%以下。, 化学成分,黄土的物质成分, 粒度成分,陕北黄土粒度组成总的是自北向南逐渐变细。大致可以分为三带：带砂黄土；带粗粉砂黄土；带典型黄土,黄土显微结构特征,带晚更新世黄土颗粒粗，磨圆度好，表

3、面干净，支架排列。带晚更新世黄土中的骨架颗粒被粘粒包括，表面干净者少见，骨架颗粒支架排列，黄土属支架大孔半胶结结构.带晚更新世黄土为支架大孔微-半胶结结构。,黄土物理力学性质,3、地质灾害基本特征,陕北自然地理和地质条件比较复杂,尤其是生态-地质环境非常脆弱，是我国地质灾害较严重的地区之一。区内地质灾害的主要特征是： 地质灾害种类多,主要有：滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝等。,具有突发性、群发性、多发性、链生性。 具有区域分布规律 崩塌 主要分布在延安宝塔区以北的梁峁沟壑区，以延川、吴旗、志丹、安塞、子长、清涧、米脂、绥德、子洲为多发区。 滑坡 主要发生在 延安宝塔区以北的梁峁沟壑区，以

4、及幼年冲沟上游 主干河谷沿岸，如延河中上游，洛川塬边等。 泥石流（泥流和泥石流） 泥流多发生在黄甫川、清水川、弧山川、窟野河、无定河、延河等地。 地面塌陷 主要分布在神府、榆神、黄陵、铜川、蒲白和韩城等煤矿区。 灾害造成的损失严重近30年来，陕北地质灾害已造成伤亡千余人，损毁窑、房3.6万孔（间），直接经济损失约4.8亿元。其中崩塌灾害危害最大，造成的伤亡人数占总伤亡人数的85%，毁窑房占总数的80%，直接经济损失占总量的63%。,二、陕北黄土崩塌的主要特征及其成因,1.陕北黄土崩塌的类型 2.陕北黄土崩塌致灾情况 3.黄土崩塌灾害的前兆现象及其时空分布特征 4.黄土崩塌形成原因,1.陕北黄土

5、崩塌的类型,陕北黄土崩塌可分为剥落、坍塌（坠落）和张裂-滑移式崩塌。 剥落: 坡面上的松动土块呈不规则土块向下掉落的现象。坍塌：坡面上的土体悬空，失去支撑而发生坍塌，类似坠落。土窑洞是在黄土体内挖掘而成，上部土体因失去支撑而发生塌落，这种现象称为塌窑。, 张裂-滑移式黄土崩塌 ：在黄土区，沟间地向沟谷的转折处称为谷沿。人们斩坡形成的谷沿称为人工谷沿。人工谷沿的土体发生裂隙、滑移，就会产生张裂-滑移式黄土崩塌。,张裂-滑移式黄土崩塌的特征 在纵剖面上可划分为形 成区、滑移区和堆积（毁窑）区。,清涧县师家园则 1993.9.22；死4人,绥德县崔家湾 1993.5.20；死5人,子长县黄家川 19

6、93.2.19；死7人,2、陕北黄土崩塌致灾情况,陕北黄土崩塌造成的人员伤亡惨重据不完全统计，19842003年发生伤亡性黄土崩塌124处，造成632人死亡，103人受伤，毁窑677孔，直接经济损失达数千万元。年均崩塌6处，死亡31人，受伤5人，毁窑33孔。其中甚者如，1984年铜川南关黄土崩塌50人丧生；1986年6月21日安塞县王窑乡冯庄小学黄土崩塌压死10名学生；2003年9月23日凌晨1时子洲县水地湾乡梁家沟村发生黄土崩塌，压死12人。对我省来说，每年经济损失最大的是旱灾，伤亡最多的就是黄土崩塌，这已成为人们的共识。据初步统计，陕北黄土区尚有两千处黄土崩塌隐患点直接威胁着近两万人的生命

7、安全,黄土崩塌致灾特点,黄土崩塌压毁窑洞黄土区的窑洞类型土窑:分为崖窑和 地窑。,崖窑,地窑,接口窑,拱窑,黄土崩塌压毁窑洞,塌窑,志丹县侯市 1992.4.19；死6人,靖边县五里湾 1988.5.23；死5人,子长县涧峪岔 2002.8.9；死5人,延川县城关杨家沟 2000.5.15；死5人,砸垮窑洞,子洲县苗家坪 1992.4.15；死3人,绥德县辛店 1990.1.9；死6人,绥德县赵家砭 1988.10.23；死11人,米脂县印斗 1988.10.23；死3人,米脂县高渠乡田渠村,1991.1.23；死6人,子洲县水地湾 2003.9.23；死12人,安塞县王瑶 1988.5.21

8、；死10人,子长县安定 1993.8.22；死10人,黄土崩塌造成的人员伤亡情况,据调查的92处黄土崩塌统计，共压死519人，其中女性居多，占60%，15岁以下的儿童占61%。这些遇难者，有268人被压死在门炕上，186人是在向外逃跑途中被压死在窑门口附近。调查结果表明，人为原因在一定程度上加重了黄土崩塌造成的伤亡。主要表现在两方面： 群众对崩塌方面的知识了解甚少，对崩塌前兆认识不够，思想麻痹，存有侥幸心理，从而加重了崩塌的伤亡。 抢救不及时，导致崩塌的伤亡加重。,3、陕北黄土崩塌的前兆现象 及其时空分布特征,黄土崩塌的前兆现象任何事物的产生都有一个孕育、发生和发展过程，其间总会显示出种种前兆

9、现象。据调查，黄土崩塌的前兆现象可归纳为3种： 窑背斜坡出现裂缝窑背斜坡上或窑内不正常掉落土块动物表现异常牛惊恐不安狗狂吠不止,黄土崩塌发生的时间特征,黄土崩塌在年内的分布特征,黄土崩塌在日内的分布特征,黄土崩塌发生的空间特征调查结果表明，张裂-滑移式黄土崩塌主要发生在延安宝塔区以北，府谷神木榆林横山靖边定边一线以南的黄土梁峁区沟谷的谷坡坡脚处或谷坡上。其中，神木、米脂、子洲、绥德、清 涧、子长、安塞、志丹、吴旗、延川和延长等地为多发区。塌窑灾害一般发生在黄土梁峁的边坡上，尤其是在河谷二级以上阶地前沿黄土层中挖掘的窑洞，塌窑灾害时有发生，其中以佳县、吴堡为多发区。,4.黄土崩塌形成原因,黄土崩

10、塌是由内在因素和外在因素引起的。内在因素主要包括黄土边坡地质结构和黄土的特殊性质。 黄土边坡地质结构模式黄土塬边谷坡地质结构模式陡立（近直立状）谷坡的地质结构,缓倾谷坡的地质结构,由黄土构成的谷坡,由黄土和基岩构成的谷坡,黄土梁峁谷坡地质结构,河谷阶地地质结构,黄土崩塌形成的物质基础 黄土地层产状,黄土显微结构特征,黄土的抗剪强度陕北晚更新世黄土的内聚力较低，为4075.9KPa，内摩擦角为24.0824.7。,陕北与关中晚更新世黄土岩性相比，主要差别是陕北黄土的细粒胶结材料含量低，胶结程度差，结构疏松，抗剪强度低。因此，陕北晚更新世黄土的特殊岩性为黄土崩塌的形成奠定了物质基础。,黄土崩塌形成

11、的外在因素 人类工程活动斩坡平基建宅导致张裂-滑移式黄土崩塌黄土边坡挖掘窑洞导致塌窑,大气降水陕北黄土崩塌多发生在610月份，尤其是78月份发生更多，这与该地区每年的暴雨期是完全一致的。 气温变化调查结果表明，陕北黄土崩塌多发生在夜间，以及每年的冻、融时节，即初冬、早春时节。原因是土体在热（冻）胀冷（融）缩反复作用下，在近坡面的土体内形成破裂面，从而导致崩塌。 其他诱发因素地震、雷击、流水冲刷坡脚、工程活动放炮，以及其他振动等都可能诱发崩塌。,三、黄土崩塌稳定性分析及其数值模拟,1、典型黄土崩塌的几何形态 2、典型黄土崩塌的稳定性计算 3、黄土崩塌的数值模拟,1、典型黄土崩塌的几何形态,选取的

12、5个典型黄土崩塌及其几何形态如下：,延川永坪,1997.11.20；死15人,子长黄家川,清涧师家园则,1993.2.19；死7人,1993.9.22；死4人,绥德四十里铺,米脂高渠乡田渠村,1997.8.4；死5人,1991.1.23；死6人,2、典型黄土崩塌稳定性计算,对5个典型黄土崩塌的稳定性计算结果表明，这5个宅基边坡谷沿坡体的安全系数均小于1，所以是不稳定的。,研究结果表明，宅基边坡谷沿的稳定性与谷沿的坡度有直接的关系。,这是边坡谷沿坡度与 安全系数关系图。从图中 可以看出：黄土宅基边坡 谷沿的稳定性随谷沿坡度 的增而降低；若选取安全 系数为1.271.45，则其 对应的谷沿坡度在4

13、053。 由此得知，陕北黄土宅基边 坡谷沿坡度若控制在40 53之间，其基本可以处于 稳定状态。,3、黄土崩塌的数值模拟,计算模型的确定 本次计算实体只取崩塌体区域纵向剖面为计算剖面,自然边坡谷沿,宅基边坡谷沿,治理后宅基边坡谷沿,黄土崩塌的应力场模拟图示,最大剪应力,最大剪应变,拉张应变,黄土崩塌的应力场分析 最大剪切应力的特征结果表明，滑动剪切力：人工谷沿自然谷沿治理后的谷沿 最大拉张应力的特征拉张应变特征表明，宅基边坡谷沿的拉张应变大大增加，最易产生拉张破坏；宅基边坡谷沿拉张应变较自然者高14个数量级。,小 结,通过最大剪切应力场和拉张应力场的有限元分析，成功地模拟了宅基边坡谷沿由自然谷

14、沿到人工谷沿的应力场变化，再现了宅基边坡张裂-滑移式黄土崩塌的形成机理。即人为斩坡建窑使得宅基边坡谷沿的坡度和坡高增大，应力发生重新调整，拉张应力场使 L1产生与坡面平行的垂直拉张裂隙；最大剪切力的增大使得软弱结构面（一般为S1）形成剪切破裂面，导致谷沿部分的土体蠕动变形。随着时间的累积效应，或因偶发的外界条件（降雨、地震等等）的影响，一方面拉张应力使得L1中的垂直拉张裂隙扩大，另一方面在剪切破裂面（一般为S1）上形成滑移面。当这两种破裂面相互贯通后，崩塌体沿滑移破裂面剪出，崩塌发生。通过自然谷沿、人工谷沿和削坡处理后的人工谷沿的应力场对比，模拟证实了坡度是控制宅基边坡谷沿稳定性的主要因素。宅

15、基边坡谷沿在没有斩坡建窑前（自然谷沿坡度一般53）是稳定的；斩坡建窑后的人工谷沿坡度一般大于65，破环了谷沿土体的稳定性，容易发黄土崩塌；对宅基边坡谷沿按4553进行削坡处理，可恢复其稳定性。黄土崩塌的数值模拟结果同样论证了陕北地区黄土宅基边坡谷沿的坡度若控制在53以下，崩塌隐患就可消除。,四、黄土崩塌灾害的防治对策,1、防治黄土崩塌灾害，改善居住环境2、加强黄土崩塌灾害防治工作的管理,1、防治黄土崩塌灾害，改善居住环境,科学选址 避开黄土滑坡危险地段,避开幼、中年谷坡,幼年谷坡,谷坡破碎,坡高在25m以上的坡段下方不宜建宅,加强对宅基地的审批管理县主管部门在审批前，须派专业人员到现场进行考察

16、，确认无地质灾害隐患后，方可批准建宅。,合理施工 在建宅施工中，应注意以下两点： 谷沿坡比的确定,谷坡最佳坡型的选择建议选择平台坡型,搬迁避让,1、凡威胁居民住宅安全的黄土崩塌隐患点，经多方论证后，确认治理费用大或 难以治理者，坚决采取搬迁措施。2、各县应在黄土崩塌灾害隐患点已基本查明的基础上，进行认真论证，编制搬迁避让方案。从本县财政实力和村民经济收入的实际情况出发，按照崩塌的危险程度，提出近期（1-2年）、中期（3-4年）和远期（5年以上）搬迁实施计划。3、对搬迁户的庄基地划拨，应予以优先安排和适当照顾。4、建议省政府能将陕北黄土区地质灾害点的搬迁工作纳入“退耕还林还草”和扶贫计划之中，在搬迁经费上予以适当补贴。,