1. 引言
在黄土高原地区，随着城市化进程的加速和大型工程项目的实施，如“治沟造地”和“固沟保塬”，黄土边坡的建设规模日益扩大。然而，这些工程活动往往会引发一系列环境问题，其中滑坡是最为显著且具有潜在危险性的一种。如2011年8月26日宝鸡市扶风县突降大暴雨，飞凤山北侧边坡发生崩塌，砸毁村民简易住房，同年8月28日，坡面松散堆土向下流动发生坡面泥流灾害，呈饱和状黄土向下流动20~30 m，规模约1000 m3，冲毁下方养猪厂，致28头生猪死亡，所幸没有人员伤亡。同期，东侧斜坡二级平台北段前缘出现张拉裂缝，并形成下挫陡坎，坡面可见清晰的剪切卸荷带，坡体出现了明显的变形破坏特征，其后数年一直处于蠕动变形阶段[1]；位于延安飞机场后面山坡的刘万家沟滑坡，2011年6月山体发生错动，剪出口沿上部平台基岩面剪出，坡顶呈现多级裂缝，主裂缝贯通，裂缝张开度10~100 cm，错落20~200 cm，长200 m [2]。滑坡的发生不仅威胁着工程的稳定性和使用寿命，还对周边环境和基础设施构成严重威胁，尤其在降雨等自然因素的诱发下，滑坡风险加剧，这对边坡稳定性研究提出了更高要求。
滑坡的形成和活动受多种因素影响，包括自然因素如降雨、地震、冻融和河流侵蚀，以及人为因素如切坡、堆载、开挖和水库建设[3]。张茂省[4]针对黄土滑坡的诱发因素进行了研究，研究表明降雨和人类工程活动是最积极的诱发因素；彭建兵[5]研究了堆载和卸载作用下的黄土滑坡灾害特征与形成机理；刘锦钏[6]对山区公路建设过程诱发的黄土滑坡进行了研究与分析；郭霞[7]通过SPSS计算黄土滑坡各种致灾因子，使用Logistic模型实现黄土灾害预警，预警效果比较理想。虽然许多学者对黄土滑坡的形成机制进行了一定程度的研究，但对于工程建设过程中发生黄土滑坡的具体诱因、防灾预警及整治措施还需进一步探究。
本文以拟建机场中部北侧试验段的张家沟–桥子沟滑坡治理工程为背景，该工程在施工过程中发生了边坡滑塌及后缘变形，为研究黄土高边坡施工诱发滑坡提供了生动的实例。本次研究利用现场调查和理论分析相结合的方法，对滑坡的形成过程进行复原，同时分析施工活动如分级放坡、强夯置换等对边坡稳定性的影响。通过对滑坡区和牵引变形区的详细地质调查，挖掘出滑坡的主要成因，重点关注人为因素，特别是施工活动如何破坏边坡的自然稳定性，导致滑坡的发生。通过对滑坡的形态特征、边界条件、滑动过程以及诱发因素的深入分析，探讨边坡后缘陡坎和牵引变形区在滑坡扩展中的作用，深入理解降雨如何加剧边坡的失稳，以及施工与降雨相互作用诱发滑坡的机理，为黄土高边坡的工程设计、施工管理和灾害预防提供科学依据。
2. 滑坡特征及边界条件分析
张家沟–桥子沟滑坡治理工程位于拟建机场中部北侧试验段(图1)，现阶段滑坡治理工程正对边坡体进行分级放坡、强夯置换、竖向排水体、滑体挖除等施工工作。施工形成边坡坡顶高程1605 m，坡脚高程1530 m，边坡最大高度约85 m，整体坡向约300˚，为土质高边坡。
Figure 1. Location map of governance project area
图1. 治理工程区位置图
本次调查垮塌区位于2#滑坡东侧，为人类工程活动引发的在建边坡失稳，并牵引后缘上部边坡变形，同时引发2#老滑坡东南角局部复活。根据现状变形特征，将边坡分为两个区域：前缘滑坡区以及后部牵引变形区(图2)。
2.1. 滑坡形态特征
滑坡位于拟建机场中部北侧试验段的张家沟–桥子沟治理工程边坡区中下部，其形态特征呈现出典型的“舌状”轮廓，展现出黄土滑坡特有的平面几何形状。滑坡的总体坡度约为16˚，展现出相对平缓的斜坡面，有利于雨水的汇集与渗透，进而对边坡稳定性产生影响。滑坡的主滑方向指向约295˚，这可能与地层走向和结构有关，是滑坡体沿某一弱面滑动的主要方向。
滑坡区地势自东向西倾斜，后壁高程1570 m，而坡脚高程则降至1530 m，前后缘的高差大约为40 m，形成明显的高差梯度。在空间剖面上，滑坡呈现折线型的形态，这可能是由于边坡的分级放坡和施工活动导致的局部地形改变。滑坡的纵向延伸长度约为110 m，横向宽度则达到200 m，两者结合形成一个大体对称的滑动平面，覆盖面积达到1.6 × 104 m2，展现出中型规模(图3)。
Figure 2. Overall view of slope collapse
图2. 边坡滑塌全貌
Figure 3. Overall view of the landslide
图3. 滑坡全貌
滑体的厚度在8~12 m之间变化，平均厚度约为10 m，滑坡体的体积估算为16.0 × 104 m3，符合浅层土质滑坡的特征。滑坡的分类为牵引式，表示其主要受自身重力作用而滑动，同时牵引着后缘边坡产生变形。从整体来看，该滑坡的形态特征及规模表明其对周边环境和工程稳定性的潜在威胁。
滑坡后缘的陡峭后壁(图4)，其平面形状近似直线，沿着近南北方向延伸约160 m，顶部与底部的高程差在7~12 m之间，坡度达到陡峭的75˚~90˚。后壁的底部存在裂缝，宽度在0.1~0.3 m，深度则介于0.2~1.5 m，这些裂缝可能为雨水渗透提供了通道，进而影响边坡的稳定性。滑坡后壁地层由强夯处理后的滑坡堆积体(粉质黏土)和粉质黏土构成，局部区域还可见竖向排水体(φ600)的存在(图5)，这些排水设施对于边坡地下水的疏排至关重要，但它们也可能在一定程度上影响边坡的结构稳定性。
Figure 4. Back wall of the landslide (lens direction 120˚)
图4. 滑坡后壁(镜头方向120˚)
Figure 5. Vertical drainage body of the back wall of the landslide (lens direction 170˚)
图5. 滑坡后壁竖向排水体(镜头方向170˚)
滑坡的后缘与施工形成的台阶状牵引变形区相连，牵引变形区的平均坡度较为平缓，约为17˚，台坎高度约5~8 m，都经过了强夯施工和竖向排水体的处理。进一步研究这些边界条件对于滑坡的形成和发展过程至关重要，因为它们可能在滑坡的扩展过程中起到关键的触发或加剧作用。
2.2. 边界条件分析
滑坡的边界条件在滑坡的形成和发展过程中起着至关重要的作用。对于张家沟–桥子沟滑坡治理工程的滑坡区，其后缘边界是一个显著的特征，对滑坡的稳定性产生了直接的影响。后壁的陡峭地形为典型的黄土高边坡特征，顶部高程1570 m，底部高程在1558~1565 m之间，形成了约12 m的高差(图4)，其陡峭的坡度(75˚~90˚)可能加速雨水的下渗，增加滑坡的滑动风险。同时，后壁底部的裂缝网络，宽度0.1~0.3 m，深度0.2~1.5 m，为雨水提供了渗透通道，可能在滑坡形成过程中起到了触发和加速的作用。这些裂缝的存在可能破坏了土体的连续性和完整性，降低了土体的强度，使得滑坡体在重力作用下更易于分离。
后壁地层主要由经强夯处理的滑坡堆积体(粉质黏土)和粉质黏土构成，这些地层特性可能影响滑坡的稳定性和滑动的易发性。强夯处理通常用于提高地基的承载力，但它也可能对土体结构产生一定的破坏，特别是在黄土这种非均质、孔隙率高、易受水分影响的土质中。局部出现的竖向排水体(φ600)虽然有助于降低滑坡体内部的孔隙水压力，但也可能因排水不均导致土体应力分布不均，从而加剧滑坡的不稳定性。
滑坡的后缘与施工形成的台阶状牵引变形区相连，这个区域的边界条件同样重要。平均坡度约17˚，与滑坡后壁的陡峭坡度形成鲜明对比，这可能影响雨水的流动路径，使得滑坡体与牵引变形区之间形成水分梯度，进一步影响滑坡的扩展。台坎高度5~8 m，尽管经过了强夯施工和排水体的处理，但也可能在施工过程中破坏了原有的边坡稳定性，使得滑坡体更容易受到牵引而发生滑动。
考虑到边界条件对滑坡稳定性的影响，未来的施工过程中应重视这些因素，如合理设置排水系统，避免局部水分积聚；在强夯处理时，应采用适当的工艺以减少对土体结构的破坏；同时，应密切关注滑坡后缘和牵引变形区的裂缝发育，及时进行必要的加固和修复，以降低滑坡的扩展风险。结合国内外滑坡研究，可以进一步理解降雨如何加剧边坡失稳，以及施工与降雨交互作用如何诱发滑坡，从而制定更科学的施工管理和灾害预防策略。
2.3. 物质结构特征
1) 滑体
由Q3eol粉质黏土和黄土老滑坡滑坡堆积体组成，局部铲刮一定厚度泥岩。滑体厚8~12 m，平均约10 m，严重解体，结构松散。前缘滑体因富水而性质较差，呈软可塑状，颜色杂乱，灰黑色~黄褐色。
2) 滑带土
据对开挖揭露断面及局部出露滑面调查，滑坡中上部滑带为沿粉质黏土(Q3eol、Q2eol)或黄土滑坡堆积体中发育，中下部滑带沿黄土泥岩接触面发育，前缘沿开挖坡脚线剪出。根据前期勘察成果，滑带土为粘土，滑带厚1~10 cm，呈可塑～软塑状，滑腻感强，见明显擦痕。东南角2#老滑坡牵引变形区段滑带为原老滑坡滑面，滑面呈镜面，并受多次滑动影响可见多角度擦痕(图6)。
Figure 6. Photos of the slip zone in the middle and lower parts
图6. 中下部滑带照片
3) 滑床
中上部滑床主要为粉质黏土(Q3eol, Q2eol)；下部滑床为新近系泥岩，青灰色、灰白色、红褐色，强风化状，岩层产状148˚~176˚∠13˚~20˚，岩体较破碎、属极软岩(图7、图8)。
Figure 7. Sliding mass
图7. 滑体
Figure 8. Mudstone of the slip bed
图8. 滑床泥岩
3. 滑坡区与牵引变形区特征及稳定性分析
3.1. 滑坡区特征及稳定性分析
滑坡区的特征显示了其独特的土质滑坡特性，其“舌状”形态和中型规模表明了其潜在的危险性。滑坡后缘的陡峭后壁，具有高差显著、坡度陡峭的特点，底部裂缝的存在增加了滑坡的渗透性，加剧了滑动风险。后壁地层的强夯处理虽然旨在提高承载力，但破坏了土体结构，导致滑坡的不稳定。竖向排水体无水平向导水结构，汇集边坡地表、地下水后无法将其排除，导致坡体富水、饱和，自重增加、抗剪强度降低。
该滑坡体为牵引式滑坡，滑坡在自身重力作用下发生滑动，同时牵引后缘边坡变形。滑坡的体积和厚度显示了其浅层特性，这增加了其对降雨等外在因素的敏感性。滑坡的边界条件，特别是后缘的陡峭后壁和裂缝系统，以及与牵引变形区的连接，都在滑坡的形成和发展中起着关键作用。降雨通过裂缝快速入渗，导致土体中细颗粒流失，降低抗剪强度，进而诱发滑坡。在黄土高边坡的施工中，降雨与施工活动的交互作用，如施工开挖、强夯等，可能共同促使滑坡的发生。强夯处理、排水设施和台阶状地形的施工特征在滑动过程中起到了触发和加剧的作用。本文选取了典型剖面采用传递系数法对滑坡区的稳定性进行了定量计算(图9、表1)。
Figure 9. Typical engineering geological profile
图9. 典型剖面
Table 1. Landslide stability calculation results
表1. 滑坡稳定性计算结果
| 计算工况 |
滑坡稳定性系数 |
剩余下滑力/(kN/m) |
安全系数 |
稳定性 |
| 天然 |
1.26 |
72 |
1.30 |
稳定 |
| 暴雨 |
1.12 |
202 |
1.25 |
基本稳定 |
| 地震 |
1.14 |
184 |
1.15 |
基本稳定 |
根据上述剖面及稳定性定量计算结果，该滑坡现已剧滑，能量已基本释放完全，滑覆体堆积于坡脚前缘开挖平台处。现阶段滑坡堆积体天然工况下处于稳定状态，暴雨或地震工况下处于基本稳定状态。
因此，在设计和施工阶段，应充分考虑滑坡区的工程地质条件，结合降雨和施工活动的潜在影响，采取预防措施，如优化施工方案，合理使用排水系统，以及在关键位置设置支挡结构。通过理论分析、现场监测与实例研究的结合，可以为黄土高边坡的施工安全提供更为科学的指导，并为滑坡风险评估和应急响应提供有力支撑。
3.2. 牵引变形区特征及稳定性分析
牵引变形区作为滑坡区之外但同样受到工程活动影响的地带，其特征和稳定性分析对理解整个边坡系统至关重要。牵引变形区位于滑坡区后缘，呈现出不同寻常的台阶状地形，这是施工过程中分级放坡和强夯等作业的直接结果。这个区域的平均坡度相对滑坡区较为平缓，约17˚，且台坎高度在5~8 m，这些特征使得变形区在滑坡发生时扮演了传导和放大变形的角色。
变形区的前缘与滑坡区的后壁相连，通过强夯施工和竖向排水体的处理，旨在稳定这一区域，防止进一步的滑动。然而，这些施工措施可能也改变了变形区的力学特性，使得土体的应力分布变得复杂，可能在某些情况下反而增加了边坡的不稳定性。此外，台坎的存在可能加剧了滑坡的扩展，因为陡峭的黄土陡坎在降雨作用下，容易形成径流，加剧边坡的土体饱和，进一步推动滑动。
牵引变形区的地层也反映了施工活动对原生边坡地质结构的改变。土体的结构性和土–水特征可能受到了施工活动的影响，如土体被压实，孔隙结构发生改变，这些变化可能改变了土体的渗透性和强度；古土壤的强度和变形特性可能会在干湿交替的过程中与黄土有显著差异，这可能是牵引变形区失稳的一个触发因素。在某些情况下，变形区的局部软化或局部坍塌可能会成为滑坡整体失稳的先兆。
为了确保牵引变形区的稳定性，需要实施持续地监测和评估。监测内容应包括边坡变形、坡体地下水位变化以及潜在裂缝的发育。在施工过程中，应避免在变形区进行过于剧烈的扰动，如过度的切坡或开挖，以防止触发局部的滑动。同时，应对变形区的土体强度和渗透性进行定期检查，以确保施工措施如排水设施和强夯的有效性。
针对滑坡区和牵引变形区的连接部位，应当采取加固措施，如设置支挡结构或改善排水系统，以降低滑坡扩展的风险。对于可能的软弱面或潜在滑带，进行针对性的加固处理，如增设土钉墙或进行土体改良，都是必要的工程干预手段。
结合本次调查，降雨入渗和施工活动导致的土体结构改变，显著增加了牵引变形区的滑动风险。降雨通过裂缝快速入渗，导致土体细颗粒流失，降低土体的抗剪强度，使得边坡更容易发生整体失稳。考虑到这些因素，施工规划阶段应综合考虑降雨模式和边坡的潜在响应，从而制定出既能保证工程进度又能防止滑坡的有效策略。
该变形区现状变形迹象明显，整个区域变形拉张、剪切裂缝均已贯通。根据施工单位初步监测数据，该区现阶段仍在蠕动变形，裂缝呈增大趋势，本文选取了典型剖面采用传递系数法对滑坡区 + 变形区的整体稳定性进行了定量计算(图10、表2)。
Figure 10. Typical engineering geological profile
图10. 典型剖面
Table 2. Landslide stability calculation results
表2. 滑坡稳定性计算结果
| 计算工况 |
滑坡稳定性系数 |
剩余下滑力/(kN/m) |
安全系数 |
稳定性 |
| 天然 |
1.04 |
709 |
1.30 |
欠稳定 |
| 暴雨 |
0.956 |
804 |
1.25 |
不稳定 |
| 地震 |
0.984 |
581 |
1.15 |
欠稳定 |
根据上述剖面及稳定性定量计算结果，该滑坡变形区天然工况下处于欠稳定状态，暴雨或地震工况下处于不稳定状态。若不及时对前缘滑坡进行处置，变形区随时可能发生失稳破坏。
牵引变形区的特征和稳定性分析显示，施工活动对边坡稳定性的影响不仅限于滑坡区，还扩散到了周边地带。通过细致的地质调查、精确的监测和科学的干预措施，可以降低牵引变形区的滑动风险，确保整个边坡系统的安全稳定。
4. 诱发滑坡的工程活动分析
4.1. 施工形成边坡特征分析
施工过程中形成的边坡特征对滑坡的发生起着关键作用。在张家沟–桥子沟滑坡治理工程中，边坡的形成主要通过分级放坡和强夯置换等施工方法进行治理。分级放坡使得边坡呈现出明显的台阶状，每个台阶的高度和宽度根据工程设计和地质条件进行调整，以保证边坡的稳定。然而，这种人工分级可能会破坏原本连续的自然斜坡，使得原本被土壤和植被稳定连接的土层变得易于分离。
在滑坡区后缘，强夯处理后的滑坡堆积体和粉质黏土构成的后壁地层与施工形成的牵引变形区形成一个复合系统。这种复合系统中，强夯处理改变了土体的原始结构，而人工地形的改变又使得水分分布和渗透特性发生了变化。在后缘外侧的黄土陡坎，其陡峭的地形可能加剧了滑坡的扩展。陡坎的存在可能导致雨水快速下冲，增加滑坡体的荷载，同时陡坎的地形可能在滑动过程中充当了滑动面的引导角色。
施工形成的边坡特征，分级放坡、强夯处理、台阶状的牵引变形区以及陡坎地形，共同作用于滑坡的发生和发展。这些人为因素可能在一定程度上破坏了边坡的自然稳定状态，使滑坡在特定情况下更容易发生。因此，在类似黄土高边坡的施工过程中，必须充分考虑这些边坡特征，采取有效的工程措施，如优化施工方法、增加排水设施、监测变形等，以降低滑坡风险，确保工程的顺利进行和周边环境的安全。
4.2. 工程活动对滑坡稳定性影响分析
在滑坡治理工程中，施工活动是引发边坡失稳的重要因素，通过对张家沟–桥子沟滑坡的深入分析，可以揭示出几种关键的工程活动对滑坡稳定性的影响。
分级放坡是边坡治理工程中的常见步骤，旨在通过逐步降低边坡的高度和陡度，来控制边坡的稳定性。然而，分级放坡可能会破坏边坡原有的连续性，使得土体的天然支撑减少，增加了滑动的可能性。在张家沟–桥子沟滑坡中，这种分级过程可能破坏了原本由土壤和植被保持的边坡结构，使得土层更容易分离，从而为滑坡的发生创造了条件。
强夯置换作为一种地基处理手段，旨在改善地基的承载能力和稳定性。在黄土地区，强夯可以消除湿陷性，提高土质的密实度。然而，强夯过程中产生的巨大能量可能对土体造成结构性损伤，特别是在黄土这样非均质的土壤中，这种损伤可能造成应力集中，形成潜在的滑动面。在滑坡治理工程中，强夯处理的地层(粉质黏土和滑坡堆积体)虽然提高了承载力，但可能因为局部应力不均而成为滑动的触发点。
施工形成的台阶状牵引变形区与滑坡区的紧密联系也对滑坡的稳定性产生了影响。这种结构连接意味着滑坡区的变形可以迅速传递给牵引变形区，而黄土的侧向渗透性使得地下水容易在台阶结构中流动，增加了滑坡区土体的饱和度，从而提升了滑动的风险。
施工过程中后缘外侧的黄土陡坎，其陡峭的地形在滑坡发展过程中扮演了重要角色。陡坎可能加速雨水的下冲，增加了滑坡体荷载，同时陡坎的地形可能影响滑动面的形成，促进滑坡的扩展。
在滑坡区后缘，强夯处理后的滑坡堆积体和粉质黏土构成的后壁地层，其结构和水分分布的改变可能影响了滑坡的稳定性。人工处理的黄土地层可能在渗透性、强度和应力分布上与天然黄土不同，从而增加了滑坡发生的概率。
为了减少工程活动对滑坡稳定性的影响，施工中应采取一系列措施，如：
优化分级放坡设计，尽可能保持边坡的连续性，使用植被稳定技术以增强边坡的自然支撑。
在强夯施工时，采用精细的控制技术和适当的能量输入，以减少对土体结构的破坏，并确保强夯区域的应力分布均匀。
设计和实施有效的排水系统，以降低滑坡区和牵引变形区的水分饱和度，减少滑动风险。
对牵引变形区进行密切监测，确保其结构的稳定性，防止局部变形引发整体滑坡。
在滑坡区和牵引变形区的关键位置，如黄土陡坎和强夯处理区，采取加固措施，如增设支挡结构和改善排水，以降低滑坡扩展的可能性。
通过深入理解和管理这些工程活动对滑坡稳定性的影响，可以降低滑坡的发生概率，确保黄土高边坡的治理工程能够安全、有效地进行。同时，这也有助于为类似地质条件下的工程项目的滑坡风险评估和管理提供科学依据。
5. 结论与建议
通过对张家沟–桥子沟滑坡治理过程中诱发的滑坡稳定性分析与研究，得出以下结论及建议。
1) 该滑坡现已剧滑，能量已基本释放完全，滑覆体堆积于坡脚前缘开挖平台处。现阶段滑坡堆积体天然工况下处于稳定状态，暴雨或地震工况下处于基本稳定状态。
2) 对于滑坡区后缘和牵引变形区的连接部位，应增设支挡结构，如土钉墙或挡土墙，并进行土体改良，以提高边坡的稳定性。
3) 优化施工工艺，应采用对土体损伤最小的施工技术，例如控制强夯的能量输入，以减少对土体结构的破坏。同时，采取有效的截排水措施，减少水分积聚，降低滑动风险。
4) 建立边坡变形监测和预警机制，为决策提供数据支持，并根据监测结果调整施工进度和方法。