黃土斜坡優先流促滑機理研究現狀及展望

李 鑫, 盧玉東, 范 文, 潘網生, 張曉周, 盧陽春

(1.長安大學 環境科學與工程學院, 陜西 西安 710054; 2.旱區地下水文與生態效應教育部重點實驗室,陜西 西安 710054; 3.長安大學 地質工程與測繪學院, 陜西 西安 710054; 4.黔南民族師范學院, 貴州 都勻 558000)

黃土是干旱半干旱地區的風成沉積物[1]，在其漫長的形成過程中，除了原生孔隙之外，由于動植物活動、凍融循環、干濕交替、水化學溶蝕、物理潛蝕等外界因素的作用下，形成了不同規模、不同尺度、不同時期序列的孔隙、裂隙、節理和孔洞，這些都為降雨入滲提供優勢滲流通道[2-4]。降雨或灌溉水沿著這些通道快速下滲，形成優先流，影響著斜坡水文過程及其穩定性。

黃土高原地區干旱少雨，自然降雨對斜坡入滲影響深度僅為2～3 m[5]，然而，事實證明黃土滑坡與降水有著密切的關系[6]，優先流則是對該類有限降雨影響深度條件下斜坡失穩觸滑現象的合理解釋。優先流的存在改變了斜坡徑流過程，高度發育的優先流往往促使水分進入斜坡深部，抬升地下水位，降低坡體強度，誘發滑坡、泥石流等地質災害。因此，研究黃土斜坡優先流對于解釋黃土高原地區滑坡災害的發生機理至關重要。

由于黃土自身的結構性、水敏性、濕陷性，加上外界凍融作用、干濕循環、人類工程活動等，斜坡廣泛發育節理、裂縫、落水洞、溶穴等優勢通道，為地質災害發育提供條件[2-4,7]。以往對于這些通道的研究，只停留在滑坡發生時的定性分析上，對于定量化研究較少，甚至沒有從優先流的觀點上對該類滑坡進行研究。因此，亟待解決水分以何種方式進入優勢通道、在優勢通道中怎樣運移、運移過程中優勢通道會怎樣發育拓展進而控制降雨的下滲、優先流如何影響斜坡水文過程及誘發斜坡失穩促滑等一系列問題[8]。

眾所周知，斜坡的宏觀水力學性質本質上由黃土的微觀滲流性質決定，雖然已有很多文獻對黃土微觀結構進行研究，但是在孔裂隙尺度上黃土的滲流特性問題尚未解決。裂縫孔洞發育的斜坡，野外滲流通道探測及水分運動規律仍不清楚，定量刻畫斜坡優先流的動力學模型仍未建立，準確進行優先流作用下斜坡失穩機理與滑坡預測仍然存在挑戰。

本文總結斜坡優先流的特征與影響因素，歸納優先流作用下黃土滑坡發生機理，并展望未來在優先流誘發滑坡研究應該著重加強的幾個重點。以期引起學者重視優先流理論在斜坡地質災害研究中的應用，為準確開展滑坡預測預警提供科學依據。

1 黃土優先流的定義及主要類型

優先流是用來描述在多種環境條件下發生的非平衡流過程以及水分或溶質運移機理而提出的專業術語[9]。對黃土斜坡來說，優先流是指水分沿著孔隙、裂隙、節理和孔洞等通道以背離達西定律的形式，繞過大部分土壤基質，迅速通過土層，到達斜坡深部的一種普遍的非平衡流現象[2,4]。

根據形成機理與優先流通道形狀，優先流可以表現出多種形式，包括指流、大孔隙流、裂隙流、管流、溝槽流、短路流、環繞流、部分置換流、地下強徑流、非飽和重力流、擺動流、異質流及低洼再蓄滿等[9-11]。其中以指流、大孔隙流、裂隙流、管流較為常見。

(1) 指流。指流是指水分和污染物在非飽和土壤中遷移時，濕潤峰以非均勻的入滲形式，繞過大部分土壤基質呈“指狀”或“舌狀”流動的現象[12]。在黃土斜坡中，由于土壤質地的高度非均質性和各向異性、土壤分層現象、有機質成因的土壤團聚體斥水性的影響，指流普遍發育，影響著斜坡水分的入滲方式和斜坡穩定性。

(2) 大孔隙流。大孔隙流是指水分沿著蟲孔、根孔、洞穴等大孔隙通道快速運移而形成的一種優先流[13]，也是黃土斜坡中最常見的一種優先流形式。對于斜坡來說，大孔隙的存在增加了斜坡的滲透性，使得水分得以入滲到斜坡更深的部位，在滲透系數較低的位置形成局部飽和帶，短時間內影響孔隙水壓力，軟化土體，增加自重，減小抗剪強度，最終導致斜坡失穩[14]。

(3) 裂隙流。裂隙流實際上與大孔隙流形成機理相似，是指水分通過一定規模的裂縫，繞過基質快速運移而形成的一種優先流[15]。對于貫通性較好的裂隙，往往有利于斜坡水分的入滲甚至是排泄，然而對于具有盲端的裂隙，水分下滲至裂隙盡頭時，會迅速增大局部的孔隙水壓力，增加周圍土體重力，增大滑坡發生等風險[16-17]。

(4) 管流。管流不同于大孔隙流，管流主要是發育在相互平行或者彎曲且無顯著多分叉的截面為圓的孔道中的優先流[18]，由于管流相對于大孔隙流，往往規模較大，滲入的優先流量也更大，對土體滲透性影響顯著，進而影響斜坡水文動態和斜坡穩定性。在黃土斜坡中，普遍發育的落水洞、水化學潛蝕溶洞、規模較大的腐爛根系通道，土壤動物通道等優勢通道中形成的優先流都屬于管狀優先流范疇[2]。

2 黃土優先流影響因素

黃土斜坡是地球關鍵帶中一個小的水文系統單元，水分在入滲過程中由大氣降水—地表水—土壤—植被—地下水等重要部分組成，在此過程中以均衡的活塞流和非均衡的優先流兩種運動形式為主。由于黃土斜坡土體結構復雜，主要以優先流的方式發生垂向和側向快速下滲。優先流的形成主要受到土體質地、初始含水率、坡度、節理、大孔隙、裂隙、落水洞、披覆特征、降雨、人類活動等因素的影響。

(1) 土體質地。黃土高原是由黃土和古土壤序列交替堆積形成的，在某一個斜坡上，由于黃土和古土壤顆粒粗細、粒徑級配與粉粒和黏粒含量、天然密度等差異，會在水分入滲時形成優先流，比如從細粒土中向粗粒土入滲時，由于密度、滲透系數等的差異，會使入滲濕潤峰不穩定而形成指狀優先流；又如從粉粒含量為主的黃土層入滲至黏粒含量較高的古土壤層時，由于滲透性能的改變，在古土壤層之上會形成側向優先流[19]。

(2) 初始含水率。初始含水率越小，越易形成指流，且流態越狹長。反之，初始含水率越大，越不易形成指流[20]，但初始含水率越高，水力梯度越大，濕潤峰推進速度也愈快。

(3) 坡度。坡度對徑流起滯緩作用，坡度愈緩，坡度滯緩作用就愈強，則黃土優先流供水愈充足，濕潤前鋒推進速度就愈快。坡度愈陡，坡度對徑流滯緩作用愈弱，黃土優先流供水愈不充足，濕潤前鋒推進速度就愈慢。

(4) 節理。黃土節理為地下水提供了主要的運移儲存通道和優勢導水面，可明顯加速水分的入滲，節理愈發育，優先流到達黃土深層部位的時間就愈快[21]。

(5) 植被根系與動物活動通道。植被蒸散發和根系吸水可以改變土壤基質吸力，同時根系生長和腐爛形成的孔道對土體的導水性和強度特性都造成影響，且易于產生優先流影響斜坡穩定性。動物活動通道與優先流也有著密切關系，從小體積的蚯蚓、螞蟻，到一些大型穴居動物，它們的生存活動所產生的大孔隙極易發展成為優先流的快速入滲通道[22]。

(6) 裂縫。黃土裂縫為優先流提供快速通道，同時二者在拓展發育上相互促進，一方面，優先流的動力侵蝕作用為裂縫的進一步發展提供了動力[7]；另一方面，裂縫的發展為優先流提供了更深入的通道，進一步加劇了裂縫的擴張[23]。

(7) 黃土落水洞。黃土落水洞通過截匯地表徑流，充當了地下水補給的優先通道[24]，并且在落水洞底部易形成舌狀或漏斗狀優先流，很大程度上影響斜坡水文過程及流場分布，降低斜坡穩定性。

(8) 黃土幔覆構造。黃土幔覆構造由胡廣韜提出，后多用來進行黃土地層劃分、黃土成因、新構造運動及古環境與古氣候等的研究[1]。但筆者認為其與優先流關系的研究也極具現實意義，風成黃土依年代在古土壤或古地形上層層覆蓋，下老上新，宏觀上呈明顯的層狀紋理結構，且在梁峁地區多為不整合接觸關系[25]。在上覆構造水分入滲至下覆構造不整合接觸面時，受接觸面產狀、物質組分、厚度、質地等差異性影響，形成不平衡的濕潤峰，即產生優先流入滲現象。

(9) 降雨強度及持時。降雨強度及持時在一定程度上決定著優先流前期供水量，是影響黃土優先流的一個重要因素。雨強愈大，持時愈久，則地表積水厚度增加得愈快。此時水壓力勢顯著控制水流入滲速度，積水厚度越大，優先流下滲亦越快[26]。

(10) 人類生產活動。人類生產活動，特別是農業耕作與農業灌溉，前者改變了表層土體的土壤結構和孔隙度,從而影響滲流形態;后者對優先流的作用更為明顯，已有研究表明70%的地裂縫與農業灌溉有關，而地裂縫又是優先流滲流的快速通道[27]。同時，不同的土地利用方式對土壤孔隙度、連通性、滲透性等產生主要影響，從而控制優先流的發育程度和運移方式[28]。采礦活動造成的地面塌陷、巖土體裂縫的等變形也形成了優先流路徑，導致一系列水資源、土壤等環境問題[29]。人工邊坡開挖，改變了坡體應力分布，增加了張剪應力，使坡體發育節理裂隙，提供降雨入滲優先通道[21]。

3 斜坡優先流促滑研究現狀

優先流的研究最早開始于美國，1864年Schumacher發現土壤水分經過大孔隙入滲時不受控于土壤毛管力，認為在大孔隙入滲中存在優先流。自從20世紀70—80年代，美國Long Island 的居民區水井發現有嚴重的殺蟲劑污染，關于優先流的研究開始在土壤學和生態學領域得到重視[9]。經過40多年的發展，優先流已經在農田化肥元素遷移、綠洲農業發展、地下水污染、森林水文與生態、水文土壤科學發展等眾多領域有了較大進展，而在斜坡水文過程與穩定性評價[23,30-32]、地質災害機理研究[14-15,33-35]方面雖已取得一些成果，但積累相對薄弱。本文聚焦于優先流對斜坡穩定性影響及促滑效應研究進行綜述與總結。

3.1 優先流對斜坡穩定性影響研究現狀

斜坡中由于發育各種孔道裂縫等優先滲流通道，水分沿其快速下滲形成優先流，進一步控制斜坡水文過程并對斜坡穩定性產生影響。

Van Asch等[36]通過模擬黏土質斜坡中孔隙水壓力25 a變化情況時發現，基質流對于滑坡孔隙水壓力的提升作用較小，而優先流的作用顯著。主要是由于土體黏粒含量高，在干濕循環、凍融交替作用下，容易發育裂隙網絡，使水分灌入其中，由于裂縫底部滲透性較差，水分可以長年賦存，并對坡體主動孔隙水壓力起著主要的控制作用，成為誘發滑坡的主要原因[37]。

Hencher[38]，Shao等[14]及Chen等[6]研究降雨誘發滑坡的成果都表明，在降雨觸發滑坡時，孔隙水壓力和含水量對降雨事件產生快速響應，而實際上都是受到大孔隙、裂隙及賦存其中的優先流的顯著影響。Yang等[39]在進行降雨誘發震后滑坡再復活的水力學特性研究時發現，優先流路徑主導著滑坡堆積物降雨入滲過程中的水文過程，優先流的存在可以增加垂向滲透性能，加快地下水對降雨的快速響應，增加孔隙壓力，降低土壤有效應力，從而導致震后裂縫較為發育的堆積體再次復活發生滑坡。Krzeminska[34]等模擬了裂縫對緩慢移動滑坡水文動態與邊坡穩定性的動態響應機制，發現裂縫的體積和連通性對滑坡中孔隙水壓力的分布起主控作用。

曾磊[40]在進行模擬黃土斜坡降雨入滲過程時發現，落水洞為地表徑流下滲提供了優勢通道，其形成的優勢流快速滲達斜坡深部，使該區域土層飽和，在弱透水層或者隔水層上部形成上層滯水或局部地下水，使滑帶土抗剪強度驟降，引發斜坡失穩。Ghestem等[41]研究發現植被發育的土體中因根系死亡腐爛產生的死孔及正常生長的植物根系形成的孔隙，遇到上部水入滲時，會形成優先流網絡，從而增加孔隙水壓力，導致淺層滑坡。

潘網生等[42]對黃陵印臺山老滑坡的裂縫發育特征進行分析，利用Geostudio軟件對該滑坡滲流場進行模擬，發現水分沿裂隙入滲產生的優先流作用形成了優勢滑動面，對滑坡的整體失穩有重要作用。潘網生等[2,43]分析了涇陽南塬黃土邊坡優先流入滲的非均質性與分形特征，總結了灌溉水量、入滲深度、初始含水量、孔隙度、分形維數等對優先流發育程度、非均勻性以及分形特性的影響，發現在同等條件下優先流的發育顯著抬升地下水位，與滑坡的發生存在必然聯系，表明優先流對斜坡穩定性的影響不容忽視。Cristiano等[44]在研究優先流對邊坡穩定性的影響時發現，斜坡破壞面積與優先流的各向異性關系密切。同霄等[7]對通過降雨監測和數值計算發現，降雨對無優先流發育的黃土斜坡影響深度有限，不足以觸發滑坡，存在優勢入滲的坡體則面臨更大的失穩風險。張珊珊[4]在對斜坡優勢通道調查的基礎上，根據其成因、開啟度、發育程度對優勢通道進行分類，并利用Hydrus2 D和Geo-Studio對不同優勢通道類型中的不同優勢滲流模式下的入滲過程進行模擬，發現優勢通道深度和距塬邊的距離是影響斜坡穩定性的重要因素。

張茂省等[45]通過總結考慮黃土水敏性及優勢通道作用下水致黃土滑坡機理及規律，建議開展考慮優勢滲流條件下利用有限元法分析黃土斜坡失穩性的研究工作。Sidle等[46]從整個地球動態系統和生態控制的觀點出發，提出優先流在影響邊坡穩定性方面往往涉及高度的水文動態和生態過程，這些動態過程有助于深入理解暴雨過程斜坡失穩的時間和空間變化規律。

3.2 優先滲流通道及優先流探測技術研究現狀

優先流在孔隙、裂縫、孔洞等優先滲流通道中儲存、運移，因此優先滲流通道的有效探測與識別是研究優先流滲流規律的關鍵。在優先流通道探測方面，主要分為有損和無損技術，有損探測手段主要有染色示蹤與剖面開挖、攝影、電鏡掃描(SEM)與圖像處理技術[47]，無損手段在宏觀尺度上有探地雷達、電阻率層析成像、高密度電法、地震模擬法，微細觀尺度上有X射線CT掃描、核磁共振、中子CT等技術[48]。目前在斜坡優先流通道探測與識別上已取得一些成果：

徐宗恒等[49]利用亞甲基藍染色劑示蹤和攝影與圖像處理法研究了優先流染色面積、路徑數量、入滲深度等因素的關系與變化規律。潘網生等[43]通過碘化鉀+淀粉與硝酸鐵混合液對黃土斜坡優勢流進行染色示蹤，并通過剖面開挖、攝影及圖像處理對優先流特征進行定量研究。同霄[3]利用電鏡掃描、亮藍染色劑示蹤、灌溉試驗以及數值模擬方法，從微觀—介觀—宏觀多尺度揭示黃土中優先流入滲規律與成災機理。然而染色示蹤等這類傳統手段對于原始黃土剖面及其中的優勢滲流通道具有破壞性，難以重復試驗，并且費時費力，而無損探測技術的應用彌補了上述缺點。

Luo等[50]通過X射線CT定量研究了原狀土中大孔隙結構與優先流的關系。亓星等[51]通過探地雷達發現甘肅黑方臺中部與邊緣發育有大量孔隙與裂隙，并延伸坡體深部，形成優勢滲流通道，這些優勢通道一定程度控制著黃土底部含水率的大小，同時灌溉水通過裂隙、孔隙快速入滲到黃土深部，是斜坡失穩的重要誘因。Su等[48]利用表面波、電阻率層析成像、探地雷達和微震測量超聲波通道分析，探測到了樹枝狀管道優先流，為震后滑坡潛在滑動面和地下水滲流系統研究提供定性和定量化基礎。Zhang等[52]利用X射線CT對頭寨滑坡中發育的優先流孔道進行無損探測與識別，發現斜坡中大孔隙主要以根孔、團聚體孔隙、根土界面孔隙和土石界面孔隙為主，同時大孔隙網絡具有明顯的內部連通性和垂向連續性。

在實際應用中離子顯色增強示蹤技術通常與探地雷達、電阻率成像、高密度電法、CT等相結合，在優先流路徑探測上可以獲取更好的效果[53]。

優勢滲流通道中的水分下滲流態往往為瞬變流，持續時間短，響應速度快，其動態過程很難捕捉，同時需要測量的指標較多，如測定含水率、基質吸力、水頭、孔隙水壓力、飽和度、流量[23]等，需要靈敏的動態監測技術才能實時監測。目前有借助一些間接手段進行測定，比如TDR時域反射儀、中子水分儀、穿透曲線、CT等[54]，或者利用滲流過程中特定時刻序列的優先流形態來研究動態入滲過程[50]。

3.3 優先流表征與斜坡穩定性評價模型研究現狀

優先流實際是發育在大孔隙和裂隙中的快速流動，由于大孔隙與裂隙等優勢滲流通道的存在，土體被分為基質域和優先流域[55]。在優先流定量表征方面，已經存在諸多模型，單孔隙模型、雙滲透模型、活動非活動模型、兩區兩階段模型等[11,53]，對于基質域，控制方程為達西定律或者非飽和Richard方程，對優先流域可以用修訂的Richard方程、Naive stokes方程、運動波方程、對流彌散方程來描述[56]。

上述優先流模型理論是建立在表征體積單元或者有限滲流小區尺度上的，大多僅適用于平坦或者近水平的地形條件，對于具有復雜地形和錯綜優先滲流通道發育的斜坡地帶優先流觸發滑坡進行模擬評價時，需要綜合考慮斜坡地形、微地貌特征以及滲流過程的水文效應，并耦合斜坡穩定性評價相關理論與模型，可以更加精準的進行滑坡成災規律研究和預測預警工作。

Anagnostopoulos等[57]利用基于過程的分布式水文模型，對斜坡穩定性進行模擬，發現考慮優先流時，可以顯著提高斜坡穩定性預測能力。Shao等[58]開發了一種耦合雙滲透模型和無限斜坡穩定性分析模型，模擬了不同雨強和持時組合條件下，斜坡孔隙水壓力和安全系數，對斜坡穩定性和失穩面積進行定量化計算，發現優先流的存在加快了斜坡失穩速度，與無優先流發育的斜坡相比，在更小的降雨量條件下即可觸發滑坡。Kukemilks等[23]利用雙滲透模型和離散裂縫概化的綜合三維水文地質模型HydroGeoSphere (HGS)與邊坡穩定性分析軟件SLOPE/W相結合對邊坡穩定性進行綜合評價，發現該綜合性模型可以更優化地考慮優先流對斜坡穩定性的影響。

4 黃土優先流促滑機理

4.1 黃土優先流促滑致災過程描述

根據優先流特征、滲流過程及其對斜坡穩定性的影響，總結起來，可分以下4個發展階段來揭示優先流的促滑致災機理。

(1) 優先流通道截留地表水體。大氣降水或農業灌溉用水，在地表發生水文過程中，其中一部分通過地表徑流流走，另一部分則被潛在滑坡后緣的黃土節理、孔隙、地裂縫、落水洞等優先流通道截留。截留量的大小由節理裂縫開度與深度、落水洞的空間體積、植被根系和動物孔洞發育程度決定，優先滲流通道規模越大、越發育，對地表水體的截留量越大。

(2) 優先流通道的有壓—無壓反復滲透階段。被截留的水會以較快的速度灌入優先流通道，沿通道方向率先到達通道底部或盡頭，在此過程中潤濕側壁。原通道里的無壓氣體在灌水過程中產生鋒面氣壓勢，并將氣壓勢傳遞到優先流通道網絡。隨著氣壓勢由有到無，通道水滲透量有所減少。入滲初期，通道內鋒面氣壓最強，氣壓勢對水流入滲率的影響也最大。隨著入滲的繼續進行，優先流通道里的氣體不斷逸出，氣壓勢逐漸減小，這種影響也越來越弱。氣壓勢作用于入滲時間的長短還需考慮不同土體滲氣阻力系數這一特征，阻力系數越大，影響時間就越長。

隨著優先流持續下滲，優先流通道達到暫時飽和狀態時，優先流通道里氣壓勢已經極弱，此時滲透阻力減小，滲透系數較大，易形成超前濕潤鋒。這個階段的指流、孔隙流及漏斗流等多種形式的優先流均表現出垂向下滲速度大于側向入滲速度。

當降雨或灌溉水停止補給時，優先流通道開始處于非飽和狀態。此時優先流通道中的水分可以迅速被四周處于毛細負壓的孔隙奪走，使得優先流通道再次成為充氣的通道。所有的這些通道形成網絡，與大氣聯通，并保持零壓狀態，失去導水功能。但由于通道深部受外界環境影響較小，大氣蒸發和植物蒸騰作用不明顯，深層土體含水率會保持相對穩定狀態，此時易發生類似于淺層包氣帶水的氣液兩相轉換運動。一旦降雨或灌溉水再次補給時，再一次產生氣壓滲透。但與前一階段有氣壓勢滲透不同的是，優先流的濕潤鋒會以較快的速度越過前期潤濕土體，濕潤土體含水率愈大，優先流越過的速度則愈快。如此反復補給，優先流通道不斷呈現出有氣壓勢—無氣壓勢—有氣壓勢的反復滲透，最終優先流在重力勢作用下逐步深入黃土深部。

(3) 滑動面形成。優先流在黃土體內部的運移具有分階段、漸進式和積累性特征。地下水位較高的情況下，接受持續補給的優先流最終會抵達地下水位線，并且能抬升地下水位。此外，黃土的含水率、液性指標及古土壤面都是影響滑坡滑動面形成的重要因素。優先流通過改變土體含水率而影響液性指標，黃土液性指標越大，土體越軟，強度則越低。強度發生改變的黃土粒子在上部荷載作用下易產生破裂，形成軟弱泥層，滲透系數降低，在條件成熟情況下極易發展成為滑動面。地下水位較低的情況下，接受持續補給的優先流最終會抵達古土壤面或基巖面，該類弱透水層的相對隔水性及黃土幔覆構造特征對優先流的滲流產生了重要影響，垂向滲流減弱直至停止，順傾斜坡度的側向下滲作用加強。此時弱透水層上方的黃土層出現軟化，抗滑力減弱，極易發展成為滑動面。

(4) 促滑致災。上述可能的滑動面形成之后，若雨水或灌溉用水的持續或反復滲入，則會進一步加強優先流作用，使得滑動面上方土體含水率進一步增大，土體持續增重，抗剪強度持續降低。此時黃土斜坡體處于極限平衡狀態，當整體滑動推力大于抗滑力時，滑體便打破這種極限平衡，沖破鎖固段的束縛，導致滑坡的發生。

4.2 典型滑坡實證

陜西省涇陽南塬黃土滑坡與優先流密切相關。該地區黃土節理、地裂縫、落水洞發育，是優先流入滲的天然通道。許領等研究認為：該地區地表水在滑坡發展早期階段主要通過黃土節理入滲為主，孔隙滲透為輔；在后期階段，伴隨著地裂縫和落水洞的形成，地表水則由其直接灌入地下，從而誘發黃土滑坡[59]。潘網生[2]、同霄[3]、張珊珊[4]等人在研究涇陽南塬黃土滑坡時也有類似發現。

甘肅省黑方臺滑坡素有“現代滑坡博物館”之稱，其形成發展同樣與優先流有關。亓星，許強，等認為黑方臺臺塬黃土中廣泛發育的孔隙、孔洞、節理裂隙等優勢導水通道，可使灌溉水沿其快速入滲，并可到達土體深部，使裂隙發育區土體含水率明顯增大，地下水位迅速抬升，土體強度驟降，從而誘發滑坡[51]。

陜西省白鹿塬北坡“9·17”灞橋災難性黃土滑坡，使坡前磚廠和陶瓷公司部分車間被埋，致32人死亡，優先流是造成該災難性滑坡的關鍵因素。莊建琦等[60]通過現場調查、影像分析、歷史資料查閱、模型模擬等手段對該滑坡成因及滑動過程進行研究認為，該滑坡成因主要是由于早期人工邊坡開挖，坡內應力重分布，坡體頂、底部張剪應力增大，頂部逐漸形成多組裂隙，并在長期水文、地質等作用下加深加劇，尤其是在滑坡發生前半個月內的3次強降雨(其中2次降雨達到60 a一遇的強度)，使得地表徑流沿著優勢通道(黃土節理、裂隙)形成優勢滲流，灌滲至邊坡深部，貫通滑動面，最終導致滑坡發生。

類似成因的滑坡還有很多，總之，諸多典型滑坡證明，對孔隙、孔洞、節理、裂隙、落水洞等優勢通道發育的黃土滑坡來說，優先流發揮著重要的促滑效應。

5 存在問題和展望

5.1 存在問題

優先流的研究起源于土壤學和生態學，在40多年的發展過程中，逐漸引進到工程地質領域(如石油工程中油藏運移研究、礦井涌水防治、地質災害防治)，在地質災害防治方面，優先流促滑研究雖然取得一些成果，但積累相對薄弱，進展緩慢，還存在一些問題需要在以后的研究中予以攻克。

(1) 定量化困難，促滑研究進展緩慢。雖然優先流對斜坡水文過程和斜坡穩定性的影響已經得到普遍認可[4,34]，但是由于優先流具有形式多樣[9,11,47]、非均勻與不穩定性[43]、影響因素多[9]等特性，加上黃土高原氣候特性、黃土的特殊性(如黃土自身的結構性、水敏性、濕陷性)和斜坡地形、微地貌等的影響，黃土地區斜坡優先流機理及促滑效應研究發展緩慢，尤其是黃土斜坡非飽和區優先流促滑作用機理仍然沒有統一的定量化模型。

(2) 代表性不足，可重復性差。由于斜坡優先流運移規律隱秘，難以實現大尺度可視化研究，雖然在黃土體尺度上利用CT可以進行可視化滲流研究[52]，但是相對于整個斜坡來說，隨機性大，代表性較差；在滲流小區尺度可以利用染色示蹤和剖面開挖來獲取稍大尺度優先流滲流規律[53]，但是試驗具有破壞性和難以重復性，揭露范圍有限，結果依然無法揭示整個斜坡優先流滲流過程中水文響應和壓力傳播以致觸發滑坡的情況。

(3) 尺度效應尚未解決，系統性不足。優先流具有普遍存在性，無論是孔裂隙尺度(微觀)、黃土體尺度(介觀)還是斜坡甚至小流域尺度(宏觀)，都存在優先流現象[9]，眾所周知，黃土的微觀(孔裂隙)結構性質決定著宏觀水土力學性質與工程地質性質，宏觀斜坡滲流與力學監測可直觀的展現變形破壞現象，介觀尺度可以將二者建立橋接關系。然而，目前在尺度效應處理、實現微觀—介觀—宏觀多尺度水土力學規律的關系的過渡尚未解決，導致滑坡優先流研究成果系統性不足。

5.2 優先流促滑機理研究與滑坡防治展望

5.2.1 優先流促滑機理研究展望 為進一步探索優先流對黃土斜坡的促滑機理，需要在以下方面進行深入研究：①繼續加強開展影響斜坡優先流的產生發育以及促滑過程的各種因素的關系及其與優先流的關系研究；②微觀上，利用CT、核磁共振等無損手段開展微觀孔裂隙識別與精確表征，建立孔裂隙尺度優先流模型；③細觀上，結合CT與造影技術開展細觀黃土塊體可視化動態滲流研究，揭示優先流形成與發育過程及土體孔裂隙優先流通道發育拓展動態變化規律。④宏觀上，加強染色、顯色示蹤技術與地質雷達、電阻率成像、高密度電法等無損物探手段在優勢通道探測、優先流滲流過程捕捉、裂縫變形監測等方面的應用；⑤加強多學科交叉研究，利用②③④中微觀—細觀—宏觀多尺度手段獲取的特征參數結合先進的3 D打印、大數據、虛擬現實等技術，建立優先流水力耦合穩定性評價模型，更加真實、準確、可視化地還原、重建優先流滲流與促滑過程。

5.2.2 優先流滑坡防治展望 優先流滑坡的防治，主要是要防止雨水沿裂縫滲入滑坡，改變地下水位，軟化土體，降低抗剪強度，誘發滑坡。因此，①首先要對裂縫發育斜坡進行詳細調查，利用地球物理學方法探測裂縫等優先滲流通道位置及分布，填充夯實裂縫，消除優先流帶來的孔隙壓力積聚，改善坡體孔隙水壓力的分布，提高斜坡穩定性。②其次，要開展黃土優先流滑坡預警預測，在已有優先流模型的基礎上，綜合考慮黃土地區特殊性、黃土力學本構關系、黃土水文地質性質，研發適合于黃土地區斜坡穩定性預測的優先流模型，結合氣象預警，進行失穩閾值優化，為滑坡預測與防治提供科學依據。