黄土高原是典型的黄土地貌发育区，区内黄土堆积厚度大，黄土结构疏松[1],特殊的地貌特征以及物理化学性质，导致地质生态环境十分脆弱，水土流失严重，黄土滑坡灾害频发[2]。国内外众多学者都致力于此方面研究，乔平定从厚度、产生时代、诱因等方面进行深入探讨，为滑坡的分类提供多种思路[3];王志荣按滑坡地层结构构成，将滑坡分为黄土型滑坡及混合型滑坡[4]。不同地区、不同类型的黄土滑坡，其形成条件、影响因素、结构特点以及活跃性等千差万别，学者们对于黄土滑坡的形成机理、诱发因素进行系统归类，将滑坡灾害的“真面目”公之于众，并提出相应的治理策略[5,6,7,8,9,10,11,12,13]。

铁路工程的修建经常面临滑坡的威胁，傅传元将铁路沿线的滑坡分为“七类七型”,并阐述中国铁路滑坡的分布规律[14];王恭先总结滑坡对于铁路工程实际的危害[15];郑明新详细给出各类滑坡的防治原则[16]。通过众多学者的努力，取得滑坡灾害识别、防治措施等重大进展，然而，对于铁路滑坡的研究依然比较缺乏。依托西延高速铁路项目，以铜川北至延安段作为研究区，旨在查明沿线黄土滑坡的发育特征、分布规律，以及对于铁路工程的风险与防治策略，为该地区的滑坡治理规划等工作提供参考。

1、工程地质条件

1.1 自然地理概况

研究区位于黄土高原中部，线路起于铜川市耀县，终于延安市宝塔区。沿线气候属北暖温带亚湿润型气候区，区内年平均气温9.5℃～11.3℃,极端最高气温39.7℃,极端最低气温-27.1℃,最冷月平均气温-4℃～-1.6℃,年平均降雨量为568.3～710.4mm,年平均蒸发量为1347～1604.3mm,土壤最大冻结深度为93cm。

1.2 区域地质概况

本区位于陕甘宁台坳内，先后通过陕甘宁坳缘褶断束及陕北台凹两个三级构造单元。区内除宜君、洛川两处高点外，地势大体呈北高南低，黄土梁塬受河流侵蚀严重，呈带状分布，冲沟纵横，地形破碎，深切冲沟两岸坡脚基岩出露。受河流影响，梁塬及冲沟一般呈北西、北东向。黄土梁、塬上部为第四系风积黄土，表层湿陷性严重，冲沟、河谷内多覆盖第四系冲积黄土，下伏基岩有新近系泥岩，侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系软岩(页岩、砂岩和泥岩),以及奥陶系灰岩，一般在冲沟底部、沟坎处出露。

1.3 水文地质特征

研究区内主要发育有孔隙水和基岩裂隙水，含水层主要为黄土、砂类土及卵砾石土。其中孔隙水主要赋存于黄土塬、梁等中更新统黄土层中，塬中心地下水位埋深30～70m,接受河水和大气降水补给，水量较丰富，连通性好，一般向冲沟排泄。此外，降雨后易在古土壤层顶面及土石界面附近形成上层滞水，与基岩裂隙水水力联系差，分布不均匀，水量一般不大。

2、黄土滑坡分布规律及工程地质特征

2.1 黄土滑坡分布规律

研究区选线范围十分宽广，南北长约200km,东西宽20～30km,总面积约5300km2。区内保存黄土高原特有的地质地貌，完整地记录上万年以来古气候、古环境的发展变化历史，滑坡分布十分密集。目前已知的黄土滑坡种类在本区均有涉及，堪称滑坡的“博物馆”(见图2)。

由图2可知，依据地貌特征将研究区分为4个大区，渭河冲积平原区和黄土台塬区均地势平缓，上覆地层主要为第四系冲洪积层；黄土梁峁沟壑区在本线范围最广，地形起伏，沟壑纵横；子午岭低中山区基岩山地基本呈单倾向斜坡，南部基岩裸露，北部覆盖薄层黄土。

通过遥感解译，圈绘出研究区内沿线的黄土滑坡共8000余处，详细记录形态特征的黄土滑坡共88个，主要分布于铜川以北黄土梁峁沟壑区、子午岭低中山区北段及河谷川道两岸斜坡地带，渭河冲积平原区、黄土台塬区鲜有分布，此调查结果与邱海军对不同黄土地貌类型区黄土滑坡的统计结果相近[14]。

2.2 黄土滑坡形态特征

经过遥感解译分析，线路穿越、途经滑坡众多，大部分滑坡遥感影像解译标志十分典型，表现为滑坡体形态基本相似，后缘一般呈较为规则的圈椅状，滑坡面一般为顺坡向，呈上陡下缓，前缘突出，对冲沟河道具挤压作用，边界呈清晰的圆弧形、梨形及枣核形等(见图3)。部分处于大型河谷及发育期黄土冲沟两岸的滑坡，其前缘长期受流水侵蚀，原本宽缓的滑坡平台经冲蚀形成新高陡边坡，只保留近弧形圈椅后背，主轴剖面上表现为陡-缓-陡的形态，也就是所谓的“高位滑坡”。还有部分古滑坡受人为改造严重，当地村民常在后缘处进行梯田修筑，造成滑坡后缘缺失，地貌上反映为一面到顶的缓坡。

2.3 黄土滑坡规模特征

沿线共统计了88个滑坡的基本信息，以此作为样本点，对主轴长度、滑坡宽度、滑面埋深3个变量进行统计分析，结果见图4。

由图4可知，反映主轴长度和滑坡宽度的直方图分布趋势类似，主轴长度主要集中在66～133m范围内，宽度主要集中在50～100m范围内，滑面埋深主要集中在5～22m范围内。由此可见，该区域内滑坡以圈椅状为主，并且规模不大，埋深较浅。

黄土滑坡统计结果分析见表1。

滑坡体积统计结果见表2,由表2可知，沿线小型滑坡占21.7%,中型滑坡占56.8%,大型滑坡占13.7%,巨型滑坡占7.8%,故沿线滑坡主要以中小型滑坡为主。综上，此结果与祝俊华对延安市黄土滑坡的统计结果相近[13],此结论为提出沿线滑坡的应对策略提供了一定的参考。

2.4 黄土特性分析

由于黄土结构自身的特殊性，导致其成为黄土滑坡的主体，一般情况下，黄土具有3个基本特征[18]:①颜色为黄色；②颗粒级配均匀；③碳酸盐含量较高。黄土富含孔隙，西北地区多呈现强湿陷性，沿线不同黄土基本参数见表3。

由表3可知，全新统滑坡堆积黄土作为滑坡体，具有孔隙比大、饱和度高等特点。对比其他黄土地区相关参数[18],与研究区的黄土孔隙比均值相近，随着埋深增加，黄土结构也更加致密。滑坡堆积黄土、风积黄土渗透系数较高，古土壤层则为弱透水层，强降雨易在弱透水层上部产生积水，进而降低黄土的抗剪强度；饱和度、塑性指数与液性指数表明区域内黄土为硬塑状态，亲水性较强，这些物理特性均为滑坡的发育奠定基础。

3、典型黄土滑坡发育成因及应对策略

滑坡是在重力驱动下斜坡的一种最常见破坏形式，斜坡的平衡稳定本质上是其中的应力与抗剪强度之间的抗衡[19]。不同类型的滑坡其发育成因、诱发因素等也不尽相同，只有查明滑坡的地质特征以及灾害影响，方可确定合适的选线原则、工程策略。

3.1 黄土层内滑坡

即滑坡体与下伏地层均为黄土，滑坡体沿黄土内部软弱带滑动，黄土内部一般为渗透能力弱的古土壤层。以刀背梁1号滑坡(洛川县)为例，该滑坡为典型大型深层黄土滑坡，滑坡体为孔隙度大、垂直裂隙发育的黏质黄土，滑坡床主要为中更新统古土壤层，结构致密，相对隔水(见图5)。

该滑坡现形态见图6(b),滑坡体已经产生较大滑动，该滑坡成因主要为：①滑坡体的大孔隙及垂直裂隙极易渗水，在持续降水入渗条件下，雨水破坏黄土土质结构并渗入至古土壤层，在古土壤层顶部形成饱水软弱带，土壤水逐渐演变为沿滑动面流动的渗流场；②滑坡前缘冲沟呈“V”形，较大坡降使降水冲蚀能力加强，不断侧蚀前缘土体，使阻滑能力减弱。黄土梁峁(见图6(a))受土壤结构、降水、地形等影响逐渐失稳，坡脚黄土产生滑动后，迅速牵引后缘土体形成滑坡(见图6(b)),该类滑坡一般形成周期较长，沿线分布较多。

勘察期间，线路以隧道形式从滑坡体后部下方通过，拱顶距滑面最小距离3m,严重危及隧道工程安全。经勘察分析，应将线路向滑坡外侧偏移，增加隧道拱顶覆土，以改善地质条件，消除滑坡影响。

3.2 黄土-基岩顺层滑坡

该类滑坡体为黄土，下伏岩层为基岩，滑坡体沿软弱岩层面或裂隙面滑动。以李家沟5号滑坡(富县)为例，该滑坡为中型中深层土石混合型滑坡，下伏基岩为砂岩、泥岩(见图7)。

如图8所示，砂岩上部风化严重，岩体较破碎，下部为泥质胶结，页岩与砂岩互层，且节理裂隙较发育，岩质较软，下伏岩层为滑坡发育创造了良好的条件。

滑带形成演化分为3个阶段[20,21]:原生岩组在构造应力或重力作用下发生应力集中；滑坡砂岩上部受风化作用强烈，层间剪切带原生软岩(泥岩节理裂隙发育地带)紧接着发生剪应力集中；砂岩、泥岩结构连接带发生破坏。降雨入渗至泥岩弱透水带上部时，沿已破坏的连接带产生坡面径流，当剪切变形较大时，将会产生滑带，上部黄土迅速下滑，带动砂岩、泥岩风化碎块滑动，根据钻探揭示，滑坡体下部掩埋有碎石。

线路以路基、隧道相接的形式从滑坡体中通过，部分路堑挖方段落位于滑坡体内，对工程影响严重。施工中，滑坡前部挖方、刷坡等会导致抗滑力减小，同时在降雨或扰动情况下易使滑坡复活，造成工程或运营安全隐患。施工过程中应进行清方处理，且做好边坡防护及防排水工程，避免堵塞冲沟。

3.3 黄土-基岩切层滑坡

该类滑坡滑动面与岩层面相切，滑坡体包括大孔隙黄土、破碎带、风化严重的基岩等。以苍坪1号滑坡为例，该滑坡位于铜川市印台区，为典型的中型黄土-基岩切层滑坡，上覆地层为黄土，下伏基岩为砂岩夹页岩，勘察时坡面表层分布大量碎石土(见图9)。

该滑坡剖面见图10,此类斜坡一般上覆黄土层较薄，黄土-基岩分界面位于坡面高处，滑坡产生前基岩层出露地表，砂岩夹页岩长期受风化作用侵蚀，岩层较破碎。斜坡亦受到多期地质构造活动，基岩内部发育有结构面，岩体经常被切割碎裂，形成规则或不规则块体。在降雨、人类活动等影响下，黄土土体强度逐渐减弱，并向临空方向蠕动，坡体后缘产生拉裂，为地表水的渗入创造了条件。降雨入渗导致风化严重、构造碎裂的岩块演变为软弱带，待坡体的软弱带全面贯通后，坡体后缘段便以一定推力推动主滑段，此推力加主滑段自重分力的复合作用[22,23],滑坡体便开始整体下滑。此类滑坡受到强降雨时会迅速形成，且会继续发展，一般成灾规模较大。

方案比选时，若以隧道形式从滑坡体下部通过，设计拱顶距滑面最小距离为10m,滑坡对隧道施工及运营影响较大。经现场调查分析，决定降低线路高程，并将线路向滑坡外侧移动，使线路走行在稳定区域，保证工程施工、运营安全。

4、选线案例及工程防治策略

西延高铁在选线过程中，较好执行绕避地质条件复杂的巨、大型滑坡及滑坡群的原则，将巨、大型滑坡及滑坡群等对工程的影响降至最小。对线路有较大影响的88处滑坡中，隧道下穿形式的有67处，桥梁斜跨形式的有14处，路基过渡形式的有7处。

4.1 绕避巨型滑坡及滑坡群案例

如图11所示，宜君县位于子午岭地中山区，西北侧为缓坡状巨型古滑坡群，现大多已经改造为梯田，东侧为较为陡峭的斜坡。前期西北侧古滑坡群经遥感初步判释为疑似滑坡，并在西侧滑坡内设立站址空间，后期经过地面调绘、物探及钻探相结合的综合勘察手段，明确滑坡的影响范围及深度，最终绕避该处巨型古滑坡群，并将车站布置在东侧稳定的斜坡上。方案调整后，贯通方案的车站工程仍以挖方为主，斜坡表层为薄层风积黄土，下部为稳定的砂层、页岩，岩层产状倾于山内，改善挖方边坡稳定性，保证工程施工、运营期间安全。

4.2 隧道下穿滑坡案例

洛川县位于陕北黄土高原沟壑梁塬区，塬周边地形破碎，冲沟极其发育，沟深100～200m,冲沟两岸滑坡十分发育(见图12、图13)。线路从洛河河谷开始一路爬升，至洛川塬面的航空线长度仅为13km,但高差达350m,为选线带来极大难度，各方案都需通过大型、巨型滑坡，方案可靠性差。经反复论证，最终选择平面与滑坡交叉最少的方案，并在关键点控制坡度，采用2.2km、13.5‰坡度接2.25km、13.5‰坡度和接6km、30‰坡度方案，以隧道工程下穿4处滑坡，(其中1处为控制线路方案的巨型滑坡),最大程度减小滑坡对工程的影响。

4.3 工程防治策略

(1)以隧道形式下穿时，应注意隧道洞身整体应位于完整岩土体内，并保证隧道拱顶距滑面有一定安全距离。

(2)以桥梁形式跨越时，应尽量避免桥梁墩台位于滑坡体内；若必须设置时，应对墩台周边进行预加固，以减少滑坡对墩台的影响。

(3)路基过渡段通过滑坡时，一般受滑坡体影响较为严重，必须采取清方与挡护结合的方式，以保证工程安全。

(4)对铁路全线应进行滑坡灾害危险性评估，尤其对于滑坡群、巨型滑坡以及滑坡频发区域，需查明滑坡发育模式以及稳定性，并采取合适的避让或防治措施。

(5)铁路沿线应注重生态保护，退耕还林，加强林木种植，尤其是尽量避免农业灌溉引发滑坡。

5、结论

通过分析西延高速铁路铜川北至延安段黄土滑坡的分布、形态、规模及土壤特征，深入探究沿线典型黄土滑坡的发育模式、形成原因，并据此论述铁路选线思路与工程防治策略，得出以下结论。

(1)根据地形地貌特征，研究区分为4个地貌大区，黄土滑坡主要分布在宜君以北黄土梁峁沟壑区、子午岭低中山区北段及河谷川道两岸斜坡地带；经过遥感解译，滑坡体后缘一般呈圈椅状，滑坡面呈上陡下缓；统计结果显示，沿线滑坡以小型、中型为主，黄土物理特性为滑坡创造了有利条件。

(2)黄土层内滑坡主要受土壤特性、持续性降雨、地形等影响，选线时将线路向滑坡外侧偏移，增加隧道拱顶覆土；黄土-基岩顺层滑坡主要由于应力集中使得层间剪切带原生软岩发生剪应力集中，最终形成滑带，施工过程中应进行清方处理；黄土-基岩切层滑坡成因为黄土体首先产生拉裂，强降雨影响下，与破碎岩块在坡体后缘推力与自重分力复合作用下迅速下滑，选线时可通过降低线路高程进行绕避。

(3)根据黄土滑坡灾害影响以及工程地质特征，选线时应绕避巨型、大型滑坡及滑坡群；针对滑坡的发育特征及灾害影响程度，给出不同工程形式的防治策略，保障工程安全。

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文章来源：张哲.西延高铁黄土滑坡发育成因及工程策略研究[J].铁道勘察,2022,48(03):38-44.