Controlling factors of loess landslides in western China

Based on detailed field data from recent geo-hazards surveys in the Loess Plateau region of western China, this study analyzes the key factors that control loess landslides. The evolution phase of river valleys, the geological structure of slopes and the geometry of slopes are all found to play a role in determining the occurrence, distribution and other characteristics of loess landslides. Groundwater and vegetation also contribute to their formation. A combination of human engineering activities and precipitation events are the principal triggering factors for the instability of loess slopes.     

兰州老狼沟黄土微地貌灾害链时空分布特征与危险性模拟研究

黄土洞穴和滑坡是黄土高原独特侵蚀作用下的微地貌景观,反映了地貌快速演化链式过程,具有分布广、发育密度高等特点,严重威胁了我国西北地区人居安全。本研究以老狼沟小流域为研究对象,利用现场调查、GIS空间分析、无人机测绘以及数值模拟等手段开展了黄土微地貌灾害链时空分布特征和危险性模拟研究。结果表明,老狼沟研究区内发育黄土洞穴、滑坡、浅沟的数量分别为134个、38个和81个,黄土洞穴密度约为159个/km2,占研究区总面积的1.88%。黄土洞穴多位于TWI高值的凹地形区域,呈线状展布排列,与浅沟发育密切。研究区2001~2021年五期核密度估计结果显示高密度中心均位于西侧斜坡,面积约为5.91×104 m2,长轴、短轴、面积、高程、周长的空间集聚程度更高。黄土微地貌灾害链演化模式可以总结为原生地貌阶段、早期侵蚀阶段、加速侵蚀阶段、侵蚀贯通阶段、局部破坏阶段。洞穴环境加剧了水分入渗程度,更易引发滑坡发生。模拟结果显示潜在滑坡运动能够对阶地建筑物造成严重破坏,受灾面积约为2.02×104 m2,滑坡运动过程为150 s,平均堆积厚度约为9.2 m,最大运动距离约为651 m。本研究是揭示黄土洞穴发育规律及其灾害链效应的有益探索和尝试,为黄土高原城镇防灾减灾提供参考。     

基于InSAR识别的黄土高原活动性地质灾害发育规律分析

地震、 降雨、 人类工程活动诱发的活动性地质灾害在黄土高原频现,但由于其地域广阔、 构造活跃、 地貌类型多样、 各地黄土特性差异较大,一直以来缺乏活动性地质灾害发育分布的系统认识.InSAR技术具有大范围观测地表变形的能力,文章利用2019年1月1日至2020年3月31日期间40期Sentinal-1 SAR数据,计算...     

三趾马红土与西北黄土高原滑坡

本文在前人和作者以往研究成果的基础上总结了黄土高原大中型滑坡的形成发育规律;滑坡发生的土体结构效应;指出三趾马红土（N2）是控制和影响黄土高原滑坡形成的重要因素,并对其物质成分、工程特性及古风化带（不整合面）与滑坡的关系,及其在滑坡发生中的作用进行探讨。     

天水市麦积区幅黄土滑坡发育分布特征及其孕灾因素分析

基于野外调查和室内资料综合整理, 对天水市麦积区幅范围内438处体积大于1×104 m3的黄土滑坡进行了分类统计对比分析。研究结果表明, 麦积区幅内黄土滑坡具有空间上发育不均衡, 时间上多期活动的特点, 表现为区域上黄土滑坡分布不均匀, 各区域滑坡体平均厚度差异大, 滑坡多沿沟谷呈不对称带状分布, 滑坡多发育在坡度为15°—30°斜坡上等。受地质构造、地形地貌、地层岩性等环境地质条件控制, 幅内滑坡主要是因地震和降雨诱发形成。      

黄土斜坡内部水分二维成像研究——以黑方台罗家坡滑坡为例

黄土高原地区受构造活动及河流侵蚀形成的大量黄土斜坡, 在降雨及农业灌溉等条件影响下, 每年会有大量黄土滑坡发生, 因此, 准确揭示黄土斜坡内部水分空间分布规律及运移特征对于理解黄土滑坡机理和预警预报极其重要。本文利用电阻率层析成像技术(ERT)及模型模拟的方法对斜坡内部电阻率与含水量关系进行量化, 并结合surfer软件进行斜坡内部水分二维成像。黄土电阻率与地层物理化学参数相关性分析表明:黄土斜坡中地层含水率是地层电阻率发生变化的主导因素;基于Archie公式的模型拟合结果能更准确地量化电阻率与含水量特征关系;地层水分二维成像结果可以直观地显示斜坡内部水分时空演化。本研究定量化且更直观地对黄土斜坡内部的水分分布特征进行描述, 可为黄土滑坡预报预警提供最直接有效的数据资料。     

黄土滑坡诱发因素及其形成机理研究

近年来,黄土滑坡灾害发生频率呈现增加的趋势,研究黄土滑坡诱发因素及其形成机理是有效减缓黄土滑坡灾害风险的基础.据西北黄土高原地质灾害详细调查,黄土滑坡的诱发因素有自然和人为2类.自然因素包括地震、河流及沟谷侵蚀、降雨及冻融等;人为因素有堆载与开挖、农业灌溉、修建水库等.研究表明,降水和人类工程活动是最积极的诱发因素.地...     

黄土高原滑坡灾害形成动力学机制

滑坡灾害是威胁黄土高原人民生命和财产安全、城镇与重大工程建设与运营的重大地质问题。针对黄土高原滑坡灾害形成的动力学机制问题,在大量的调查统计、试验与理论分析基础上,总结得出区域构造应力是黄土高原滑坡高发的主要驱动力,它是滑坡分区分带群发的控制因素,是黄土滑坡的"第一元凶";边坡构造应力既造就了结构面,又不断地改造和松动着结构面,持续地肢解着边坡的完整性,它是单体滑坡形成的主要驱动力,是黄土滑坡的"第二元凶";黄土是一种特殊的结构土,具有极强的水敏性,在土体应力驱动下极易灾变,黄土的这种易灾特性是土体灾变的内在原因,是黄土滑坡的"第三元凶";大量的滑坡发生都与水有关,地表水大量渗入黄土浅表部,会引起浅表崩塌和溜滑灾害,而当水沿着微、细、宏观优势通道进入黄土深部后,就可能引起深层滑坡,因此,动水渗透作用是黄土滑坡的"主凶";工程扰动既会改变边坡原有的应力状态,进而扩展和松动已有的结构面,现今,工程扰动已经成为一种诱发地质灾害的重要地质营力,是黄土滑坡的"帮凶"。      

黄土高原的地理信息系统(GIS)试研究

黄土高原水土流失举世瞩目,现在的侵蚀继承和发展了古代的侵蚀,受自然和社会双重因素制约.随着人类社会进步和历史演进,自然与社会因子影响侵蚀的比例不断发生改变.本文从数字黄土高原的角度研究黄土的分布特征和堆积、侵蚀过程,建立了地貌、地质、黄土剖面、水文等空间数据库,研制数字黄土分布图件,展示黄土分布特点,构建黄土的三维分布模型,模拟主要地质时期黄土分布,探讨了侵蚀过程和人类活动对侵蚀的影响.     

盐池县地质灾害遥感调查及空间分布特征分析

宁夏盐池县地处黄土高原区,地质灾害较为频繁。以SPOT6、RapidEye、无人机以及LandSat8 OLI等多源遥感数据为基础,通过研究遥感影像特征,建立地质灾害解译标志,共解译出滑坡125处、崩塌84处、泥石流19处、地面塌陷区3处。结合区域地理地质环境特征,总结了研究区地质灾害点的基本特征,并利用GIS技术对灾害点进行点密度分析,在此基础上划分了7个集中分布区,归纳了盐池县地质灾害点的空间分布特征及规律;同时,对研究区地层构造、植被、地形等因素与地质灾害点空间分布特征的相关性进行了讨论。研究结果表明:盐池县地质灾害点具有规模小,灾害轻;点密度整体南高北低,且南部聚集、北部分散;地层、植被、坡度、坡向等因素与地质灾害有着密切的联系。     

In-situ experimental research on water scouring of loess slopes

Frequent occurrence of landslides in the Chinese Loess Plateau has been influenced by the changes of water conditions. This paper, based on in-situ water scouring experiments under various slope gradients, cross-sectional discharge shapes and flow quantities, analyzed the rill flow information characteristics on a loess slope and its driving factors for anti-scourability of the loess stratum. The results show that the critical erosion slope gradient for the loess stratum (Q₃) is about 24° and the mean erosion rate under half-round cross-sectional discharge is smaller than that under rectangular discharge. The relationship between flow quantity and mean erosion rate is linear and is positively correlated. Mechanical subsurface erosion was the primary condition responsible for water scouring on loess slopes because of stronger runoff channels such as vertical joints and large amounts of macro void caused by plants and animals. Loess anti-scourability is a significant issue to advance the research for soil and water conservation in the Loess Plateau of China.     

Suitability analysis for topographic factors in loess landslide research: a case study of Gangu County,China

Loess Plateau is one of the ecologically fragile regions in China. It is one of the slippery strata of which landslides often developed. The formation and development of landslides are mainly affected by various natural environments, triggering factors, the vulnerability of landslide-bearing bodies, and topography has a controlling effect on landslides and determines landslide distribution. As important environmental elements, the selection and reclassification of topographic factors are the basis for loess landslide vulnerability map. In this study, our research suggests an effective workflow to select and analyze the topographic factors in the loess landslides. Nine hazard-formative environmental factors [e.g., slope, aspect, slope shape (SS), slope of slope (SOS), slope of aspect (SOA), surface amplitude (SA), surface roughness (SR), incision depth (ID) and elevation variation coefficient (EVC)] are prepared for landslide suitability analysis. The models of certainty factor, sensitivity index and correlation coefficient are combined to select and analyze the suitability of these factors. Four topographic factors (i.e., slope, SOS, SS and SR) were ultimately selected to carry out the landslide vulnerability mapping with other factors. Our results showed that most of the landslides were located in medium and high classes and accounting for 75.3%, and these places also coincided with higher economies and intense human activities. Our research also suggested that in situ measurements are necessary to determine how to reclassify these topographic factors and how many grades these topographic factors divided, which would further improve the reliability of landslide vulnerability map for the decision makers to deal with the possible future landslides in terms of safety and human activities.     

黄土滑坡形成机理分析——以宁夏彭阳县为例

彭阳县是黄土地区滑坡灾害最为发育的县（市）之一,严重威胁当地群众生命财产安全,阻碍社会、经济发展。本文基于彭阳县地质灾害详细调查资料。首先,对黄土滑坡从规模、形成时代、滑体厚度等方面进行分类统计,结合遥感解译结果和实地调查资料,总结其分布规律;其次,从地形地貌、地层岩性、大气降水、地下水、地表水、人类工程活动的影响等方面分析黄土滑坡的形成条件;最后,采用GEO-SLOPE软件对黄土滑坡与各主要影响因素的关系进行了数值模拟。在此基础上,探讨了彭阳县黄土滑坡的形成机理。     

A loess landslide induced by excavation and rainfall

The initiation of loess landslides is a common engineering problem during the construction of the expressway or other engineering works in the Loess Plateau of China. The engineers and researchers should devote themselves to the prevention of the initiation of loess landslides. This study focused on a loess landslide which was induced during the construction of an expressway in Shanxi Province of China. The stabilities of the loess hillside slope before and after excavation were analyzed using limit equilibrium analysis method and the strength reduction finite element method, respectively. The analysis results indicated that the loess hillside slope, before excavation, was stable under both natural state and rainfall conditions. The collapse of the loess hillside slope, or the initiation of loess landslides, after having been excavated, was induced by excavation and rainfall. The integrated stabilization method including four parts was used to stabilize the loess landslide. The four parts were a reinforced concrete piles row, a rubble concrete retaining wall, alteration of slope geometry, and interception and drainage of water. The initiation of the loess landslide might be evitable if it was given enough attention before excavation; thus, the problem of loess landslides should be paid big attention during the survey and design of the engineering works, not only during the construction.     

黄土高原区地形与植被分布规律对滑坡发生概率的影响

黄土高原区自然斜坡的地形与植被条件对滑坡的发生有一定的促进和抑制作用。通过将研究区划分为31 418个自然斜坡单元,利用ArcGIS区域统计功能提取斜坡单元的地形和植被参数,分析研究区斜坡的坡体形态和植被空间分布规律。依据区内292处滑坡调查点的资料,统计分析不同坡体形态下的滑坡发生概率。分析结果表明,研究区正向类的凸型和直线型斜坡发生滑坡的概率明显高于负向类的凹型和阶梯型边坡;随着斜坡坡度和坡高增大,发生滑坡的概率增大;阳坡发生滑坡的概率明显高于其他坡向的边坡;随着NDVI增大,滑坡发生概率显著降低。     

黄土高原黄土物源区的同位素证据

系统采集了黄土高原马兰黄土、河西走廊和青藏高原东北部黄土、河床沙和湖泥样品。用酸淋洗去除方解石后,黄土高原马兰黄土εNd(0)值从-9.2到-11.3,87Sr/86Sr比值从0.71784到0.71944,都落在同位素B区内,与青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的值一致。黄土高原马兰黄土白云石的δ13C值从1.2‰到1.5‰,与青藏高原东北部和河西走廊黄土,巴丹吉林沙漠的白云石的值类似。这些表明青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠可能是黄土高原黄土的源区,从而排除了其他沙漠(古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠、毛乌素沙漠、库布齐沙漠、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)作为黄土物源区的可能性。同位素研究结果和野外调查进一步揭示,黄土高原黄土、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠物质可能最终都是来源于青藏高原东北部。     

确定性模型在黄土沟壑区斜坡稳定性预测中的应用

SHALSTAB耦合了稳态水文假定模型和无限斜坡稳定性模型,主要用于评价浅层滑坡稳定性的时空分布和发展趋势。选择黄土高原甘肃陇东地区华池县作为研究区,评价SHALSTAB模型在黄土沟壑区浅层滑动稳定性分析中的适用性和可靠性,利用1:5 000地形图获得了数字高程模型和地形坡度,以及室内和现场试验的物理力学参数,结合现场钻探和探槽得到的土层厚度分布和地表稳定性指数等级分布图。现场测量绘制的滑坡分布图与模拟结果对比和统计分析表明,SHALSTAB模拟的总体正确率为70.23%,滑坡预测正确率为72.33%,稳定状态预测正确率为67.51%,模拟效果良好。     

高陡边坡滑坡体黄土的强度特性研究

黄土台塬是黄土地区典型的地貌特征,塬边多为高陡边坡,极易发生崩塌和滑坡地质灾害。位于陕西境内泾河以南的黄土塬－泾阳南塬为典型的高陡黄土边坡,其崩塌、滑坡地质灾害频繁发生,自东南向西北的大小滑坡形成了延绵约30 km的滑坡群。对泾阳南塬滑坡群进行分析,以其中一规模较大的近年滑坡--东风滑坡为例进行了实地考察、现场测量,对滑坡体后缘和前缘的黄土进行了一系列的室内物理和力学性质试验。分析了高陡黄土边坡滑坡的发生过程和破坏机制,由颗粒分析和湿陷性试验得出滑坡体前后缘土体的湿陷液化特征。分析了不同含水率对强度参数的影响,并对比分析了原状黄土和重塑黄土的强度参数和结构性,验证了重塑饱和黄土的应力-应变关系和体应变-轴应变关系与邓肯-张模型符合较好,为高陡黄土边坡稳定性分析强度参数的合理选取提供了参考     

台缘裂缝发育特征、成因机制及其对黄土滑坡的意义

黄土滑坡是我国西北地区非常严重的地质灾害现象,后缘裂缝是黄土滑坡典型特征之一。陕西省泾阳南塬自1976年大面积农业灌溉以来,发生了27处50余起黄土滑坡。研究区塬边裂缝发育,滑坡密集分布的太平至蒋刘段目前共分布着28条裂缝,总延展长度为1424m。塬边地形形态控制着裂缝的发育、成因机制,因此,根据裂缝所处塬边地形形态,将南塬裂缝发育模式分为：“U”模式、“W”模式和“Z”模式。裂缝形成后对塬边滑坡的发展产生重要影响,使得坡体土体应力状态接近破坏边界面,只需较小的孔压增量和荷载即可诱发滑坡,同时,改变了地表水的入渗途径,极大地增加了地面灌溉和降雨诱发滑坡的概率。同时,裂缝的形成对于黄土滑坡的演化和群体性分布具有重要的意义。     

中国黄土研究新进展 (二)古气候与全球变化

本文扼要介绍最近几年来在中国黄土高分辨率气候地层、第四纪古气候演化型式以及冷期和暖期中黄土高原古气候空间格局研究方面的一些新进展。根据土壤地层学与地球化学、地球物理学手段的结合,2.5 Ma来的中国黄土系列可划分出37个大的气候旋回,其中含74个气候阶段,这74个气候阶段又可细分为110个次级阶段。第四纪气候振荡的幅度受气候周期长短所控制。从冷期到暖期的气候转换具有突变性,从暖期到冷期的气候转换具有渐变性。冷期堆积的黄土与暖期形成的土壤在性状上都有地带性分布的特征。