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科研进展
王宁练教授和邱海军教授研究团队在黄土台塬滑坡复活行为研究方面取得新进展

复杂系统的路径依赖理论指出,系统当前的状态取决于系统过去的状态,以及相关研究证明了滑坡路径依赖的存在,即滑坡往往倾向发生在已经发生滑坡的地区。实际上,滑坡的复活过程是路径依赖的一种特殊情况。滑坡复活行为的研究一直是世界各国研究人员的热门话题。滑坡复活的触发条件、复活机制、形变检测、年代演化、动态过程和降雨阈值等是研究者关注的重要科学问题。众所周知,地震事件、降雨事件和地下水活动是滑坡复活的最常见诱因。事实上,由于各种原因,滑坡复活机理和过程是相当复杂的。有些山体滑坡的复活时间很短,而有些则滑坡复活过程可能会持续十多年,甚至几十年或数百年。长期以来,滑坡作为一个斜坡过程和斜坡重塑机制的观点已经被确立。尽管世界各国研究人员已经出了许多努力,但仍有许多有待研究的地方。因此,研究滑坡的复活行为无疑有助于更好地理解地貌演化的机制。

据不完全统计,中国黄土高原现存超过14544多起黄土滑坡,其中10.84%的滑坡位于黄土塬区。最典型的如甘肃黑方台滑坡群、陕西泾阳南塬滑坡群。黄土滑坡不仅造成重大的财产损失,也使有限的台塬面积减少,它们也强烈地改变了原有的地貌形态,造成了严重的环境破坏,如水土流失。在自然因素(如地震、降雨等)和人类活动(如农业灌溉、边坡开挖等)的影响下,黄土高原特别是黄土台塬地区经常发生滑坡复活现象。然而,位于中国陕西省合阳台塬地区的滑坡似乎是个特例。该研究选择合阳县北郭村滑坡作为案例研究主要基于以下三方面考虑:(1)该滑坡为典型的黄土台塬滑坡,滑坡坡脚有一条引黄灌溉总干渠经过,而该滑坡的复活严重威胁着干渠的安全,因此了解北郭村滑坡的成因及其复活过程对当地防灾减灾具有重要意义。(2)特别是北郭村滑坡顶部分布着大量的黄土洞穴,这些洞穴的发育对滑坡的稳定性有重要影响。该案例的研究有助于加深对黄土洞穴与滑坡关系的认识。(3)本研究丰富了合阳台塬滑坡案例研究,可与今后其他黄土台塬地区的滑坡进行比较研究。

图1 研究区域概况:(A)研究区域位置;(B)主滑坡(老滑坡)影像;(C)次级滑坡(新滑坡)影像

为更好地了解合阳县北郭村滑坡新滑坡的运动过程、地貌变化及影响因素,王宁练教授和邱海军教授团队的胡胜博士等人利用高时间分辨率的Sentinel-2A/2B卫星确定了北郭滑坡老滑坡的复活时间,利用高分辨率卫星影像和无人机影像分析了新滑坡发生前的活动迹象,利用InSAR数据确定了2017年老滑坡体的时空变形特征,利用GCD 7.0软件定量评价了新滑坡对地貌变化的影响,利用三维激光扫描仪监测了新滑坡发生后的变形活动。并通过物探、室内实验和野外调查等方法,从物质组成、地层、地质地貌、黄土洞穴发育、水文地质环境、降雨和人类活动等方面揭示了北郭老滑坡形成和发生的准备因素和触发因素。该研究主要从黄土洞穴发育、水文地质环境、降雨等方面探讨和揭示了北郭新滑坡的触发因素。

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图2 北郭滑坡土地利用类型及黄土洞穴空间分布

该研究认为北郭老滑坡的复活可能已经发生了10多年,甚至更久。2011年以来,老滑坡体出现多次局部活动迹象,整个变形过程的最后一个加速阶段发生在2017年。黄土洞穴的发育和存在直接破坏了边坡的稳定性,降雨和地表径流能够通过优势通道迅速进入老滑坡的内部。黄土洞穴对滑坡活化的影响是长期的、连续的。研究表明,2017年雨季连续多日的降雨是老滑坡最终复活的最后、最直接的触发因素。新滑坡显著地改变了原边坡的形态,包括坡面剖面形态、坡度、地形起伏、侵蚀、堆积等,加速了该地区台塬地貌的演化。同时,研究还发现老滑坡的复活与滑坡顶部的黄土洞穴密切相关。在未来的研究中,研究人员将充分利用地形资料、黄土洞穴解译资料、ERT调查资料,进行物理力学试验、物理模型试验,并通过数值模拟探讨不同降雨和农业灌溉条件下黄土洞穴的发育是如何降低边坡稳定性的,以及地表水和地下水是如何通过优势入渗通道进入地下并激活滑坡的。该研究有助于加深人们对黄土滑坡再活化行为的认识,也为今后黄土滑坡再活化的监测和防治提供了重要的支撑。

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图3 利用Sentinel-2A/2B卫星追踪新滑坡发生的时间窗口和运动过程

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图4 Sentinel-1A卫星监测2017年北郭老滑坡逐月形变过程

图5 高密度电法仪ERT剖面L1和L2的位置和视电阻率反演结果:(A)和(B)剖面L1穿过黄土洞穴群和滑坡顶部;(C) L1剖面ERT结果;(D)、(E)剖面L2沿滑坡顶部侵蚀沟2底部布置;(F) L2剖面穿过的两个黄土洞穴;(G) L2剖面的ERT结果

研究成果受国家自然科学基金项目(42001006、41771539)、第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0902)、中国博士后科学基金项目(2019M663792)、国家重点研发计划政府间国际创新合作专项(No. 2018YFE0100100)、陕西省地表系统与环境承载力重点实验室开放基金(2019KFJJ01)共同资助。目前,该成果已在中科院SCI Top期刊《Landslides》在线发表。

题目:Movement process, geomorphological changes, and influencing factors of a reactivated loess landslide on the right bank of the middle of the Yellow River, China

来源:https://doi.org/10.1007/s10346-022-01856-0