武汉大学李典庆课题组孔隙水压力调控黄土滑坡动力液化启动机制研究取得新成果

（通讯员水苑）近日，美国地球物理联合会（American Geophysical Union，AGU）旗舰期刊Journal of Geophysical Research: Earth Surface，发表了题为“Elevated pore‐water pressure regulating dynamic liquefaction of a flow‐like landslide in loess”的文章。该研究首次通过动态反压直剪试验定量揭示了地震诱发黄土滑坡流态化灾变过程中孔隙水压力的调控机制，为黄土高原地区液化型滑坡灾害风险评估提供定量判据。水资源工程与调度全国重点实验室2024级博士研究生王睿珺为论文第一作者，水利水电学院、水资源工程与调度全国重点实验室教授李典庆、王顺为通讯作者。

黄土高原作为全球最大的风积土分布区，其黄土地层的高孔隙性、弱胶结特性，使得其在地震荷载下易发生振动液化。长期以来，学术界将此类灾害归因于土体在循环荷载作用下发生的动态液化，并普遍采用场地液化指标作为饱和黄土大规模滑移的判据，然而，该传统方法在解释地震作用下缓倾角黄土斜坡会发生超远距离流态化灾变现象方面存在局限性。2023年12月18日甘肃积石山Ms6.2级地震触发了中川镇罕见的长距离流态型黄土滑坡，造成20余人死亡（图1）。该滑坡起源于仅3.6°的缓坡，却以高达4.2m/s的速度运动了3200米，形成1.5°的超低视摩擦角，显著低于常规流态型滑坡的临界坡度值。现场调查表明，滑坡区发育于典型的三层地质结构（低渗透性冲积层-饱和黄土-泥岩），震前大面积的农田灌溉导致滑坡源区地下水位上升并形成初始孔隙水压力。传统理论难以解释此类缓坡超远距离流滑机制，尤其对初始孔隙水压力与地震动耦合触发瞬态液化过程缺乏定量认知，构成重大灾害防控盲区。

图1 中川滑坡概况

研究采用高精度控制的动态反压直剪试验系统（GDS-DBPDS）。相较于传统直剪试验，该系统可通过拟定应力路径，实现地震荷载下超孔隙水压力生成、累积与消散全周期的原位监测，捕获土体液化全过程的应力-应变-孔压时程曲线（图2）。通过反压控制器精确模拟地下水位上升过程，复现黄土原位应力-水文环境；通过施加真实地震波形，模拟不排水条件下土体的动态液化过程。

图2 动态反压直剪试验技术

该论文主要有两大创新。一是量化了黄土液化过程中初始孔隙水压力的临界阈值效应。研究发现，初始孔隙水压力是影响黄土液化的关键因素，且存在一个液化临界阈值（液化层上覆荷载σn=100kPa条件下，临界初始孔隙水压力u=22kPa），超过该阈值后，土体在常剪应力路径下将经历从稳态蠕变骤变为加速破坏的突变。微观结构分析表明，液化过程中颗粒接触模式由点接触向面接触转化；动态荷载试验还观测到黄土颗粒破碎现象，导致孔隙体积压缩，进而促进超孔隙水压力累积并诱发土体液化（图3）。因此，黄土地层中的孔隙水压力是调控其液化启动与滑移范围的重要因素。地震荷载作用下，黄土地层需同时满足特定的应力状态与水文条件，方有可能发生大规模液化滑移灾害。二是阐明了缓倾角黄土滑坡高速流滑的多因素协同触发机制。通过实地调查和室内试验，解析了中川流态化型滑坡在超低视摩擦角下实现长距离运动的物理本质：土体初始孔隙水压力放大了震时超孔隙水压力响应，赋予滑坡土体极大的初始速度；倒三角源区通过窄口动能累积与侧向侵蚀引发物质裹挟，导致滑体进一步加速；滑坡运动沟道底部的冰层显著削减了滑体基底摩擦。三者协同作用共同导致了中川滑坡的超远运动性（图4）。

图3 试验结果

图4 中川滑坡的缓坡流滑效应

本研究揭示了初始孔隙水压力调控黄土动力液化的物理机制，突破了传统方法基于循环剪切作用原理的场地液化判据的局限性，为优化黄土地层大规模滑移灾害预警模型提供依据。所提出的临界阈值和协同触发机制，深化了黄土滑坡动力学认知，对地震诱发黄土地层液化流滑灾害的风险防控具有重要指导意义。

论文链接：https://doi.org/10.1029/2025JF008318

（编辑：肖珊）