文章信息
题目：Formation mechanism of a disaster chain in Loess Plateau: A case study of the Pucheng County disaster chain on August 10, 2023, in Shaanxi Province, China
中文翻译：黄土高原灾害链形成机制研究——以2023年8月10日陕西蒲城县灾害链为例
期刊：Engineering Geology
通讯作者：胡胜副教授、连宝琴副教授（西北大学）
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2024.107463
发表日期：2024-2-27
Abstract
在全球变暖引发的强降雨风险下，黄土地质灾害呈现出新的发展趋势，近年来往往演变为黄土灾害链（DCL）的链式形式。DCL具有多重性、隐蔽性、灾难性和复杂性等特点，严重影响了黄土高原大型基础设施的建设和运营。为了了解黄土灾害链的形成机制，我们以黄土高原最近发生的典型灾害链石羊坡DCL为例，利用无人机测绘和地理信息系统（GIS）空间分析技术等新技术和方法，研究了DCL的地貌特征和变形特征。进行了一系列考虑黄土路基振动的特殊实验室试验，以探索研究区黄土样品在自然、饱和和振动条件下的物理力学性能变化。此外，分析了DCL的触发因素和演变过程，并揭示了典型DCL的形成机制。灾害的触发因素总结如下：黄土性质、强降雨、灌溉、不合理开挖、排水渠道不完整和路基长期车辆振动。极端降雨是石羊坡DCL的主要诱发因素。最后，将石羊坡DCL的发育演化分为五个阶段：黄土陷穴形成阶段、黄土沉降阶段、黄土崩塌阶段、黄土滑坡阶段、河道阻塞及堰塞湖形成阶段。该研究揭示了黄土高原DCL的成因和演化过程，所涉及的新技术和新方法可为其他地区黄土地质灾害的理论研究和防治提供参考。
关键词：黄土灾害链、形成机理、地质地貌特征、演化过程、触发因素
文章亮点
1、采用新方法对黄土典型灾害链进行了研究
2、分析了典型DCL的地貌特征和破坏特征
3、探讨了典型DCL的触发因素
4、揭示了典型DCL的演化过程和形成机理
Fig. 1.研究区域地图
Fig. 2.现场测量和绘图：（a-c）无人机测量，（d）DCL和取样现场的整体视图，（e）局部塌陷，（f）从UAV获取DOM，（g）从UAV获取DEM
Fig. 3. DCL发生前后的图像和地形变化：（a）2023年3月14日谷歌地球图片，（b）2023年8月12日无人机影像，（c）Google Earth DEM，（d）无人机DEM，（e）地貌变化图
Fig. 4.石羊坡DCL造成的损害后果
Fig. 5. 研究区地貌图
Fig. 6. 石羊坡DCL地貌分带及成因探讨
Fig. 7. 三轴剪切试验结果：（a-b）天然和饱和含水量下土样的应力-应变曲线，（c-d）天然和饱和含水量下土样孔隙水压力的变化，（e-f）天然含水率和饱和含水率下黄土试样的剪切破坏模式
Fig. 8.崩解试验装置和结果：（a）崩解试验装置，（b）黄土崩解过程中的质量-时间曲线，（c）黄土试样在崩解过程中的崩解速率-时间曲线，（d）不同频率下黄土试样的崩解过程
Fig. 9.渗透试验仪器和结果：（a-e）自行研制的振动贯入促进仪，（f）Ks随干密度的变化，（g）Ks随振动频率的变化
Fig. 10.石羊坡DCL的动态特性：（a-f）石羊坡DCL边界在不同时刻的模拟结果，（g-l）不同剖面相对堆积厚度对比分析
Fig. 11.黄土崩解机理示意图：（a）无振动作用的试样，（b）具有振动作用的试样
Fig. 12. 1振动作用下黄土微观渗透机理示意图：（a）无振动作用的试样，（b）具有振动作用的试样
Fig. 13.石羊坡DCL分析：（a）滑坡及周边地区地形湿度指数的空间分布，（b）石羊坡DCL主剖面图
Fig. 14.石羊坡DCL形成机制示意图
结论
以黄土高原新近发生的典型灾害链——石羊坡黄土灾害链为例，采用无人机测绘、GIS空间分析等新技术和新方法，研究了石羊坡黄土灾害链的地质地貌特征、变形破坏特征。此外，进行了一系列室内试验，以揭示黄土在自然、饱和和振动条件下的物理力学性质变化。主要结论如下：
（1）与自然状态相比，饱和后黄土的峰值剪应力、黏聚力和内摩擦角显著减小，黏聚力减小更为明显。相比之下，随着振动频率的增加，黄土试样的崩解速率增大，说明车辆振动促进黄土的崩解。此外，黄土的饱和渗透系数随振动频率线性增加，表明车辆振动对黄土的渗透性也有显著影响。
（2）快速评估地质灾害的动态演化及其引发的灾害链在突发事件中具有重要意义。通过数值模拟对研究区黄土灾害链进行了模拟，模拟结果与现场调查结果吻合较好。这一发现对突发灾害链的动态特性和风险评估具有重要价值。
（3）石羊坡黄土灾害链的触发因素归因于黄土性质、极端降雨、灌溉、不合理开挖、排水渠道不完善、路基长期车辆振动等，其中极端降雨是石羊坡DCL的主要触发因素。
（4）通过野外调查和室内试验结果分析，揭示了石羊坡DCL的发生机理。将其发育演化分为五个阶段，即黄土陷穴形成阶段、黄土沉降阶段、黄土崩塌阶段、黄土滑坡阶段和拦河堰塞湖阶段。
原文出处
Wang, X., Hu, S., Lian, B., Wang, J., Zhan, H., Wang, D., Liu, K., Luo, L., Gu, C., 2024. Formation mechanism of a disaster chain in Loess Plateau: A case study of the Pucheng County disaster chain on August 10, 2023, in Shaanxi Province, China. Engineering Geology 331, 107463.
