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SHANXI HUAYE SURVEY

山西省黄土地质灾害防治勘查工作经验浅析

2025-07-09

曲彦明

临汾分公司

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  山西省地处黄土高原东部核心区域,广泛分布的深厚黄土层是该地区显著的地质特征。然而,该区域黄土独特的物理力学性质(如结构性、湿陷性、强垂直节理发育)与其特有的地形地貌(沟壑纵横、切割剧烈)、降水集中、人类工程活动强烈等因素叠加,使得该地区成为我国黄土地质灾害最发育、危害最严重的省份之一。对其精准有效地勘查,是科学防治的前提,对保障人民生命财产安全和区域可持续发展至关重要。以下对其勘查工作进行浅析:
  一、主要灾害类型与分布特征
  (一)黄土滑坡
  发育特征:突发性强,常呈高速远程滑动;滑动面多沿黄土垂直节理或古土壤层发育;体积差异大,从几十方到数百万方;破坏力巨大,常摧毁房屋、掩埋道路农田。
  分布情况:集中分布于沟壑深切、地形陡峻的晋西沿黄河峡谷地带(吕梁山区)、晋西南地区(临汾、运城西部)以及汾渭谷地边缘陡坡区。
  诱发因素:强降雨入渗软化滑带、坡脚开挖(修路、建房)、农田灌溉渗水、冻融作用、地震、矿山开采等。
  (二)黄土崩塌
  发育特征:突发性强,常发生在近直立黄土陡崖或陡坡处,陡立边坡上土体沿垂直节理突然坠落、倾倒或崩落;规模相对较小但发生频繁;常造成坡下人员伤亡和建筑物损坏。
  分布情况:普遍存在于各类黄土梁峁边缘、沟谷两侧陡壁、人工边坡(如窑洞边坡、路堑边坡)等地。
  诱发因素:雨水冲刷坡脚、冻融循环导致土体强度降低、振动(车辆、施工、地震)、坡顶加载或灌溉、矿山开采等。
  (三)黄土湿陷
  发育特征:大面积不均匀地面沉降;发展相对缓慢但影响深远;主要破坏地基和建筑物(墙体开裂、倾斜、管道断裂);具有自重湿陷(仅在上覆土自重下发生)和非自重湿陷(需要外加荷载)两种类型。
  分布情况:广泛存在于各大黄土塬区(如临汾盆地、运城盆地、太原盆地)、山前倾斜平原、高阶地等较为平坦、地下水位较深的区域。
  诱发因素:黄土固有的欠压密结构(大孔隙、胶结弱)在浸水(降雨、管道漏水、灌溉、水库蓄水)后发生显著附加下沉,农业灌溉、生活生产漏水、管道渗漏、水库蓄水、强降雨积水下渗等加剧灾害发生。
  (四)黄土泥流
  发育特征:常与滑坡、崩塌伴生或在其后发生(提供物源);流动速度快,冲击力强;破坏沟道两侧及下游设施、淤埋农田村庄。
  分布情况:主要发生在植被稀疏、沟壑发育、堆积物丰富的黄土沟谷中,特别是沟谷源头汇水区或坡面。
  诱发因素:强降雨或冰雪融水冲刷坡面松散黄土物质,形成高含水泥沙混合体沿沟道高速下泄。
  二、勘查核心内容与方法
  针对山西省黄土地质灾害的特殊性,勘查工作需着重解决以下关键问题:
  (一)区域地质环境背景调查
  地层岩性(黄土厚度、层序、古土壤分布、下伏基岩)。
  地形地貌(坡度、坡向、高程、沟谷切割密度与深度)。
  地质构造(活动断裂分布、区域稳定性)。
  水文地质条件(地下水类型、水位埋深、补给排泄、泉水出露)。
  气象水文(年降水量、暴雨强度频率、地表水系分布)。
  人类工程活动(矿产开采、工程建设、水资源开发利用)。
  (二)灾害体基本特征勘查
  形态规模:精确测绘灾害边界、长度、宽度、厚度、体积;测绘裂缝位置、规模、延伸方向及变化情况(滑坡、崩塌)。
  物质组成:详细调查黄土结构、颜色、粒度、夹层(古土壤、钙质结核层)、含水量(重点查湿陷性黄土分布范围、厚度、湿陷等级)。
  结构特征:查明滑动面/潜在滑动面位置、形态、物质组成(滑坡);查明主要节理裂隙组发育方向、间距、贯通性(崩塌);探查土体大孔隙发育情况(湿陷)。
  变形迹象:详细记录裂缝(位置、规模、性质)、鼓胀、沉陷、树木倾斜、建筑变形等迹象及动态变化。
  (三)稳定性影响因素勘查
  地下水:钻孔、探井观测地下水位及其动态;分析地下水渗流对土体(尤其是潜在滑动带或湿陷层)的软化作用。
  地表水:调查沟谷冲刷、坡面汇水范围和强度、灌溉及排水设施渗漏情况。
  人类活动:详细记录坡脚开挖(修路、建房、采矿)、加载(建筑、堆料)、改变排水(蓄水、灌溉)、爆破振动等工程活动。
  地震活动:评估区域地震动参数对边坡稳定性的影响。
  (四)稳定性分析与评价
  综合地质调查、钻探、物探、原位测试(如十字板剪切、标准贯入、静力触探)、室内土工试验(物理力学性质、湿陷性试验、渗透性试验)等结果。
  建立地质模型和力学模型,采用极限平衡法(如Bishop法、Janbu法)、数值模拟(如FLAC、PLAXIS)等方法进行定量或半定量稳定性计算评价,评估灾害的发育程度(现状稳定性)和潜在危险性(失稳概率与危害范围)。
  (五)防治方案建议
  根据勘查结果,综合技术可行、经济合理,以及社会、环境等因素提出工程治理措施:
  地表排水工程:截排水沟、坡面硬化防渗,减少雨水入渗;
  地下排水工程:盲沟、仰斜排水孔、排水隧洞,降低地下水位或孔隙水压力;
  支挡工程:抗滑桩、挡土墙、格构锚固(结合植被护坡)等;
  削坡减载与压脚反压:降低下滑力或增加抗滑力;
  坡面防护工程:植被护坡、格构梁、喷射混凝土等防止坡面冲刷和浅层溜塌;
  地基处理(针对湿陷):强夯、挤密桩(灰土桩、土桩)、预浸水、换填垫层等。
  三、勘查方法与技术应用
  山西省黄土地质灾害勘查常采用多技术手段综合应用:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  四、勘查的挑战与对策
  (一)黄土结构与性质的复杂性:
  挑战:黄土结构性强、各向异性明显(垂直节理),力学性质对含水量变化异常敏感,试验获取的代表性参数难度大。
  对策:精细化分层描述与取样;加强原位测试应用(尤其反映实际应力状态);重视饱和与非饱和土的力学试验;结合微观结构分析理解宏观行为;采用考虑黄土结构损伤和软化特性的本构模型进行计算分析。
  (二)灾害的隐蔽性与突发性:
  挑战:黄土滑坡、崩塌(特别是高位远程滑坡)的启动区和滑动面常较深;裂缝在植被或耕作土下不易发现;强降雨诱发灾害预警时间短。
  对策:加强地质雷达、高密度电法等物探手段探测深层结构和潜在软弱面;利用无人机航拍结合地面调查精细识别微地貌异常和早期变形迹象;建立基于雨量阈值的地质灾害气象风险预警;开展InSAR对区域潜在不稳定斜坡的普查和长期监测。
  (三)人类活动影响的复杂性:
  挑战:切坡建房、修路、采矿、灌溉等活动广泛分布,其扰动方式多样且历史活动信息不易追溯,对稳定性的影响量化评估难。
  对策:深入开展历史活动调查(走访、查阅资料、影像对比);在勘查中精确测绘当前工程活动位置、规模;评估不同工况(如加载、挖方、蓄水)下的稳定性;加强与规划、建设等部门协同。
  (四)沟壑区勘查作业难度大:
  挑战:地形陡峭、交通不便,大型设备难以进入;钻探、物探等常规手段实施困难。
  对策:优先选用轻型、便携设备(如背包钻机、便携式物探设备);广泛应用无人机进行测绘、调查甚至辅助运输;优化工作方法,依靠经验丰富的地质人员进行人工调查;在关键部位布置“窗口式”勘探工作。
  五、结论与展望
  山西省黄土地质灾害防治工作始终严峻,科学、细致、高效的勘查是成功防灾减灾的基石。未来勘查工作的发展方向应集中在:
  精细化与多学科融合:深化对黄土微观-宏观灾变机制的理解,将水文地质、工程地质、岩土力学、地貌学等多学科知识更紧密融合于勘查实践中。
  空天地一体化监测预警:充分利用卫星遥感(特别是InSAR)、无人机三维建模、地面传感器网络(物联网)构建多尺度、实时化的监测预警体系。
  信息化与智能化:运用GIS、BIM、三维地质建模、人工智能(机器学习用于灾害识别、参数反演、风险预测)等技术提升勘查数据处理、分析效率和精度,构建地质灾害信息平台。
  标准化与规范化:进一步完善适用于山西省黄土特性的地质灾害勘查技术规范和标准,确保勘查成果质量。
服务全生命周期管理:勘查工作不仅要服务于灾害治理工程,更要为国土空间规划、重大工程建设选址、风险管控区划定等提供全过程的基础支撑。
  只有不断提升勘查技术水平,深化对黄土地质灾害形成规律的认识,才能真正实现“查得准、防得住”,最大程度减轻灾害对山西省人民生命财产安全和经济社会发展的威胁。
  每一次科学勘查,都是对黄土高原深层脉络的精准把脉;每一次数据积累,都在为这片古老土地的未来安稳添砖加瓦。山西的防灾之路,终将在持续探索中愈发坚实。