陕北黄土高原人居环境与地质灾害关系浅析

陕北黄土高原人居环境与地质灾害关系浅析摘要：延安市属于典型黄土高原地区，随着经济的发展和人口的增长，区内人居环境一直以来都是引发和加剧地质灾害的重要影响因素。窑洞一直以来都是黄土高原地区民居主要的建筑形式，本文主要对窑洞坍塌形成的灾害类型和影响因素进行浅析。关键词：黄土高原人居环境窑洞地质灾害0前言延安市属于典型的黄土高原区，区内千沟万壑，高低起伏，其地貌以黄土塬、丘陵为主导。随着经济的发展和人口的增长，建筑用地日益紧缺，居民居住地从河谷逐渐向两侧坡地推进。受到河流流向的影响，人们居住地大多无规律的分布于河流阶地及两侧斜坡之上，住宅朝向因地制宜。通过在地质灾害详查的走访中发现，延安市的居民住宅类型大体上可以分为三种：第一类是砖混结构，指采用砖墙或是钢筋混凝土作为承重结构的住宅，质量最好，在城镇占有较大比例；第二类是砖木结构，指采用木结构作为承重结构的住宅，质量其次，占很小比例；第三类是窑洞及土草房，质量较差，其中窑洞在城镇和农村均有分布，在农村占很大的比重。窑洞是黄土高原丘陵地区民居主要的建筑形式，虽然现在土窑已大部分遗弃和改造，但由于黄土区特殊的自然地理条件使黄土边坡的滑坡、崩塌等地质灾害频繁发生，而窑洞又多建在这样的地貌部位，一些窑洞因此坍塌，大量的窑洞受到潜在的威胁，给生活在这片土地上的人们带来灾害，因而窑洞坍塌就成为延安黄土丘陵区防治地质灾害的主要任务之一。据不完全统计，延安市仅2001-2005年间，地质灾害就导致73人死亡，10人受伤(据延安市国土资源局统计资料)。经调查发现，目前仍有不少的农村居民以窑洞为主要的住宅类型，而频繁发生的与窑洞相关的滑坡、崩塌等地质灾害给人民带来了巨大的生命财产损失。1窑洞坍塌形成灾害类型窑洞坍塌形成的地质灾害类型主要是滑坡和崩塌两种类型：（1）滑坡与新滑坡的关系主要表现在，斜坡上建窑斩挖坡脚，破坏了斜坡原有的力平衡状态，很容易在降雨等条件下直接切穿黄土层发生滑坡，或在水的作用下沿古土壤顶面发生滑动。修窑居住诱发老滑坡复活。在分布于老年期成型河谷或壮年期晚期河谷的岸坡上或高阶地上的老滑坡体上修建窑洞、斩挖坡脚、排放废水、耕作农田等活动增加了老滑坡体的自重，增强了坡体的容水能力，降低了坡脚的支持力，在降雨的诱发下，由于滑带土抗剪强度的大幅度降低，极易沿着老滑面重新发生滑动（图1）。a一诱发新滑坡致灾;b-前缘斩坡使老滑坡复活;c一老滑体上修建窑洞滑坡复活;d-滑坡后壁崩滑毁窑伤人1一晚更新世黄土;2一中更新世黄土:3-滑坡扰动土:4-砂泥岩互层（2）崩塌晚更新世黄土结构疏松、具大孔隙、垂直节理发育、具湿陷性、力学强度偏低。建窑时削坡加大了谷坡的坡度和高度，破坏了谷坡尤其是谷缘原来的应力条件，使谷缘部分向谷坡外下方的剪切应力和引力增大，从而产生平行坡面的卸荷垂直裂隙，或重合于原有的垂直节理，使其进一步张开、加深或产生新的裂隙。这些裂隙一般近于直立，在降雨或温差等条件的诱发下易导致崩塌产生。老滑坡发生后，一般会留下高陡的后壁，在此后壁下建窑可省去了开挖坡脚土方的工作量，所以成为当地很普遍的一种建窑方式。但是，老滑坡产生后一般还会在后沿产生一些牵引裂缝或裂隙，在降雨的诱发下有时会产生崩滑毁窑伤人。随着风化剥蚀作用的累积效应，高陡后壁也常发生剥落、崩塌，引发灾害。2黄土坍窑灾害的影响因素野外调查和室内测试分析表明，坍窑灾害的形成主要受黄土本身的物质组成、结构及力学性质控制，坍窑是黄土边坡滑塌的表现形式之一，也是黄土高原北部地区砂黄土和部分粘粉质黄土斜坡特有的地质灾害现象。（1）黄土的颗粒组成控制坍窑灾害的区域分布根据全分散法黄土颗粒分析结果，产生坍窑灾害的黄土中粉砂粒级为0.05-0.1mm和粗粉土0.01-0.05mm粒级的含量通常大于80%,0.。05-005mm的粉土粒级一般为50%一70%，而小于0.005mm的粘粒含量为7.31%一13.41%,按照经典的黄土分带结果(刘东生等，1965)，它们多数位于砂黄土区和粘粉质黄土区的北部。（2）黄土的力学特性是控制坍窑的内在因素黄土的物质组成和结构在很大程度上决定着其力学特性，黄土骨架颗粒（0.01-0.1mm粉砂和粗粉土颗粒）接触点的性质和数量与黄土天然结构的稳定性直接相关，也就是说黄土骨架颗粒间的连结状况直接影响了黄土的抗剪强度。由于组成砂黄土的粉砂粒和粗粉土粒含量很高，在微观上常表现为具有极微弱连结作用的粗骨架状架空结构，导致砂黄土具有较高的摩擦强度，内摩擦角可达26.93o-30.5o。因此，在黄土高原北部地区，砂黄土常形成高陡的天然斜坡，而目滑塌破坏后的滑床坡度仍可达45o-50o。同时，极低的粘粒含量决定此类黄土极低的粘聚力，根据试验结果，砂黄土的c值仅为5.0-13.2kpa，这在粘性土中是极其罕见的。极低的粘聚力导致坡体在滑移过程中极易发生结构解体破坏，而不是保持整体滑动。（3）边坡形态是坍窑灾害发生的必要条件边坡的形态主要包括边坡高度、坡角和坡形现场调查结果表明，发生坍窑灾害的斜坡高度都在10m以上、甚至接近100m，主要由厚层马兰黄土组成，原始黄土斜坡的坡度通常在50o以上。并且发生坍窑灾害的黄土斜坡大都是一坡到顶的平直状，这种坡形既不防冲刷，又会因坡角陡而发生破坏。（4）节理宅基边坡伤亡性黄土崩塌在几何形态上有一大特点一后壁直立。这是晚更新世黄土垂直节理控制崩塌的反映，崩塌沿垂直节理垂直错落。陕北晚更新世黄土中自身发育的垂直、风化节理与区域构造形成的x型节理构成了黄土的节理系统，它的存在一方面将土体切割成块体，破坏了土体结构，降低了土体的抗剪强度，一方面为谷缘卸荷拉张裂隙的形成创造了有利条件。雨水沿拉张裂隙和这些节理入渗，形成谷缘裂缝或黄土喀斯特网络，使得谷坡谷缘的稳定性降低。（5）降雨等气候因素是坍窑灾害的影响因素调查表明，并非所有的坍窑灾害均发生在雨季，在旱季也同样会发生，这说明降雨虽是黄土边坡滑塌、导致坍窑灾害的重要影响因素，但不是决定性控制因素。根据前人试验结果，对于以摩擦强度为主的砂黄土而言，降雨对其影响并不是非常明显。降雨对砂黄土边坡稳定性的影响在于：降水以集中水流沿裂隙、小洞穴灌入土体，在一些破坏的窑洞，其降雨时，水可沿裂隙、洞穴灌入窑顶，导致窑洞破坏；另一方面浸湿边坡土体、增大黄土容重；降雨冲刷坡面和浸湿坡脚，尤其是使坡脚丧失足够的支撑力也可导致窑洞破坏。（6）人类工程活动的盲目性是坍窑灾害不可忽视的因素在黄土高原北部，人类工程活动的盲目性主要现为坡脚排水不利、防水措施不佳、不注意坡比等，使坍窑灾害的发生成为必然。另外，过高地估计窑洞衬砌墙体的抗冲击性能也是导致坍窑的重要原因。3结论随着经济的发展和人口的增长，延安地区人居环境日趋恶化，其对地质环境的威胁也日益增大。根据现场调查和以上综合分析，窑洞的开挖和居民的居住使用不当极易产生窑洞的坍塌，而窑洞的坍塌与黄土的滑塌灾害有着密切的联系。其影响因素不仅与黄土的颗粒分布、力学性质、边坡形态和内部构造有关，还与气候和人类工程活动有着密不可分的关系，其中人类工程活动的盲目性是坍窑灾害不可忽视的因素。所以如何有效的减少地质灾害和将地质灾害造成的损失降到最低，这不仅仅只从地质的角度去考虑，更多的还是要如何改善整个黄土高原的人类居住环境和合理的进行人类工程活动，加强人们对地质灾害的防护意识，合理的利用土地资源才是重中之重。参考文献：[1]雷祥义等．黄土高原地质灾害与人类活动[m]．北京：地质出版社，2001．[2]黄玉华等．陕北黄土丘陵区威胁窑洞民居的地质灾害问题—以陕西延安地区为例[j]．地质通报第27卷第8期[3]陈志新等．延长县地质灾害详查报告[m]．2008[4]刘东生等．黄土与环境[m]．北京：科学出版社，1985．[5]宋宪琳．延安市破体结构类型与地质灾害关系分析[d].西安：长安大学，2012[6]杨艳等．延安市滑坡特征分析[m]．云南：科海故事博览画报社，2012．