黃泥巴蹬坎滑坡變形機制范文

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《水土保持通報雜志》2016年第二期

摘要：

［目的］研究黃泥巴蹬坎滑坡的變形規(guī)律及失穩(wěn)機制，旨在為庫區(qū)同類型滑坡的研究提供借鑒。［方法］分析該滑坡的宏觀變形特征，結合專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究其變形規(guī)律及失穩(wěn)機制，并運用數(shù)值模擬計算研究庫水位下降的致滑機理。［結果］黃泥巴蹬坎Ⅰ號滑體變形嚴重，分別于2007年4—6月，2009年4—6月，2012年4—6月發(fā)生加速變形，且加速變形速率逐次呈快速增長趨勢。庫水位下降對該滑坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為坡體外部卸荷效應和內部動水壓力推動作用。一方面，庫水位下降使得指向坡內的靜水壓力消失，導致抗滑力減小。另一方面，庫水位下降引起坡內地下水位下降，地下水沿滑帶方向滲流，產(chǎn)生的動水壓力推動滑坡向外發(fā)生變形。［結論］目前黃泥巴蹬坎滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，庫水位下降加之連續(xù)強降雨是導致黃泥巴蹬坎滑坡變形失穩(wěn)的主要因素。

關鍵詞：

三峽庫區(qū)；黃泥巴蹬坎滑坡；變形規(guī)律；失穩(wěn)機制

三峽水庫自2003年蓄水以來，已造成一系列庫岸邊坡失穩(wěn)案例［1－6］。庫岸滑坡對當?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)安全以及航運造成了重大威脅［7－10］。庫區(qū)涉水滑坡災害引起了學者專家們的廣泛關注，關于這方面的研究成果也頗為豐富［11－18］。三峽庫區(qū)重慶市云陽縣黃泥巴蹬坎滑坡為庫區(qū)二期專業(yè)監(jiān)測滑坡，該滑坡自2004年實施監(jiān)測以來，一直持續(xù)變形［19］。該滑坡體上住有9戶居民，共26人受威脅。且滑坡距長江主航道1．4km，一旦失穩(wěn)，不僅造成滑坡體上居民的生命財產(chǎn)損失，而且還會對長江出航道過往船只造成涌浪威脅。因此本文擬對該滑坡的變形失穩(wěn)機制進行深入分析，以做到準確預測預報，確保生命財產(chǎn)安全，對庫區(qū)同類型滑坡的研究提供借鑒意義。

1滑坡概況

1．1區(qū)域地質條件黃泥巴蹬坎滑坡位于重慶市云陽縣人和街道蓮花社區(qū)2組，長江支流箭竹溪左岸，距河口1．4km。該滑坡所在斜坡結構為橫向坡，斜坡坡頂高程為400m，坡高267m，坡長653m，斜坡整體坡度約為22°，坡向為276°。該斜坡平面上呈橫長形，剖面上呈上凹下凸形，在高程225～250m范圍內為寬200m的平臺，平臺處物質成分主要為崩積物，塊石含量較多，該平臺沿著后緣基巖陡崖延伸，平臺以下地形呈16°的凸形坡，坡腳處被箭竹溪所切割，形成高約15m的臨空面。坡體的物質主要為碎塊石土，為坡積物。黃泥巴蹬坎滑坡在該斜坡平臺以下的坡積物中發(fā)育（圖1）。圖1研究區(qū)黃泥巴蹬坎滑坡全貌第四系土為紫紅色夾灰綠色碎塊石土，土石比約為2∶8，碎石粒徑為3～10cm，大者60～100cm，土層厚3～50m，靠近斜坡后部土層較薄，前部土層較厚，結構松散，為第四系殘坡積土。該斜坡基巖為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組灰綠色厚層—巨厚層長石砂巖，泥質粉砂巖與粉砂質泥巖不等厚互層，基巖傾角沿坡頂至坡腳有所變緩，傾向變化不大，依次為170°∠26°，155°∠20°，150°∠15°，160°∠5°。該斜坡位于鐵峰山背斜南東翼，其基巖發(fā)育兩組裂隙：（1）320°／NE∠70°，多閉合，少量切層，每0．2m一條，延伸穩(wěn)定；（2）75°／NE∠70°，多閉合，少量切層，每0．5m一條，延伸穩(wěn)定。裂隙（1）切割裂隙（2）。兩組裂隙面與層面共同影響巖體的完整性，裂隙控制滑坡的后緣及邊界地貌走向。

1．2滑坡基本特征黃泥巴蹬坎滑坡可分為Ⅰ，Ⅱ號滑體，Ⅰ號滑體位于南側，Ⅱ號滑體位于北側（圖1）。Ⅰ號滑體平面上呈舍形，剖面呈直線形，主滑方向為212°，為斜順坡，前緣高程130m，后緣高程250m，后緣以上為平臺地貌，左側邊界為沖溝地貌，右側邊界190m以下為鼓丘地貌，190m以上為臨空面。其縱長530m，寬180m，厚30m，面積約為9．54×104m2，體積約為2．86×106m3。Ⅱ號滑體平面上呈矩形，剖面呈凸形，主滑方向為265°，為橫向坡，前緣高程145m，后緣高程210m，后緣以上為基巖陡坎，左側與Ⅰ號滑體共邊界，右側邊界為臨空面。其縱長180m，寬260m，厚10m，面積約為4．68×104m2，體積約為4．68×106m3。根據(jù)監(jiān)測資料及本次現(xiàn)場調查，目前Ⅰ號滑體變形較為嚴重，Ⅱ號滑體基本無宏觀變形，GPS地表位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，Ⅰ號滑體地表位移變形遠大于Ⅱ號滑體。滑體物質為紫紅色夾灰綠色碎塊石土，土石比約為3∶7，碎石粒徑為3～10cm，大者30～50cm，土層厚3～40m，靠近斜坡后部土層較薄，前部土層較厚，結構松散。滑帶處物質為粉質黏土夾碎塊石，遇水易軟化?；不鶐r為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組灰綠色厚層—巨厚層長石砂巖，泥質粉砂巖與粉砂質泥巖不等厚互層。

2滑坡變形特征分析

2．1宏觀變形

2．1．1后緣宏觀變形（1）滑坡后緣一家民房處出現(xiàn)多處墻裂縫，據(jù)測量，該民房東面墻體裂縫QL01，下寬3cm，上寬1cm，延伸3m，墻裂縫多呈下寬上窄，為拉裂縫。通過吊重物測得該民房墻體頂部向224°方向傾斜24cm，與滑坡主滑方向大致相同，據(jù)訪問，該變形初次出現(xiàn)于2008年，以后每年3月退水時變形進一步加劇。（2）后緣240m高程處的公路亦發(fā)生較大變形，沿著公路出現(xiàn)走向160°，延伸超過100m，寬3～10cm的弧形裂縫，裂縫走向與滑坡后緣走向大致相同，該段公路向滑坡主滑方向錯動30cm，據(jù)訪問，該變形初次出現(xiàn)于2002年，以后每年3月退水時變形進一步加劇。

2．1．2左側邊界宏觀變形（1）左側邊界215m高程處有公路穿過，經(jīng)過該邊界處的路段因滑坡變形而導致該處路面破壞，據(jù)訪問該處曾發(fā)生過較大的剪切變形，具體時間不詳，為滑坡滑動剪切所致，隨著滑坡的變形，該左側邊界沖溝會進一步下切。（2）左側邊界前緣可見體積約30m3的坍塌體，向箭竹溪坍塌，變形時間不詳，據(jù)分析為滑坡滑動過程中對右側邊界以外的基巖產(chǎn)生擠壓作用，使其破碎，加之兩組裂隙面及巖層面的控制，且前緣臨空，從而發(fā)生坍塌，隨著滑坡的變形，該處坍塌會進一步加劇。2．1．3右側邊界宏觀變形（1）在右側邊界后緣公路下方高程為220m處，見一大坍滑體，長40m，寬30m，后緣見30cm裂口，沿300°方向滑動，為淺層坍滑，據(jù)訪問，該處坍滑發(fā)生于2014年6月初，據(jù)分析，該坍滑體上部因修公路，對該處土體有擾動，公路來往車輛對其產(chǎn)生加載作用，加之滑坡整體變形的影響，該處土體出現(xiàn)裂縫，在降雨作用下即發(fā)生坍滑，在雨季該坍滑體變形會加劇。（2）在右側邊界高程190m以下，可見長200m，寬100m的次級小滑坡，其滑動方向為248°，該次級滑坡體上可見多處地裂縫及局部小型坍滑，變形時間不詳，據(jù)分析，在大滑坡的滑動過程中，中后部滑體向前滑動，因前部滑體下伏基巖產(chǎn)狀較緩，前部滑帶處具較大的抗滑阻力，進而前部滑體將中后部滑體的推力傳遞至兩側，加之右側地形較陡，土體結構松散，前緣臨箭竹溪，具臨空面，從而產(chǎn)生該次級滑坡。

2．2地表位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析黃泥巴蹬坎滑坡為三峽庫區(qū)二期專業(yè)監(jiān)測災害點，于2004年10月份開始實施專業(yè)監(jiān)測。在Ⅰ，Ⅱ號滑體上共安裝了9個GPS地表位移監(jiān)測點（YY025－YY033）。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看（圖2），位于Ⅰ號滑體上的YY025，YY026，YY027，YY028等4個監(jiān)測點累計位移較大，截止于2014年5月31日，該4點累積位移分別為2865，3578，3244，3806mm，位移方向分別為246°，211°，203°，209°。而位于Ⅱ號滑體上的YY029，YY030，YY031，YY032，YY033等5個監(jiān)測點累積位移較小，分別為88，433，96，218，611mm，位移方向分別為245°，252°，276°，265°，282°。從各監(jiān)測點的位移大小及方向，加之現(xiàn)場調查的變形特征，可證實Ⅰ號滑體的主滑方向為212°，Ⅱ號滑體的主滑方向為265°，且Ⅰ號滑體整體變形嚴重，滑距較遠，Ⅱ號滑體僅局部發(fā)生變形，未發(fā)生明顯整體滑移。鑒于Ⅰ號滑體變形較嚴重，本研究著重分析Ⅰ號滑體的變形規(guī)律。從圖2可以看出，YY025，YY026，YY027，YY028等4個點的累積位移—時間曲線呈臺階狀增長，且表現(xiàn)出3個較為明顯的臺階，分別出現(xiàn)于2007年4—6月，2009年4—6月和2012年4—6月。因此，可將累積位移—時間曲線劃分為7段，即：2004年11月至2007年3月為第1段，為自監(jiān)測以來的第1次勻速增長段；2007年4—6月為第2段，為第1次加速增長段；2007年7月至2009年3月為第3段，為第2次勻速增長段；2009年4—6月為第4段，為第2次加速增長段；2009年7月至2012年3月為第5段，為第3次勻速增長段；2012年4—6月為第6段，為第3次加速增長段；2012年7月至2014年5月為第7段，為第4次勻速增長段。為了量化以上各段的增長速率，且考慮到YY025，YY026，YY027，YY028等4個點的變形規(guī)律大致相同，選取變形量最大的監(jiān)測點YY028作為研究對象，計算了其在各階段的平均月位移速率（如圖3所示）。從圖3中可以總結兩點重要信息：（1）該滑坡的加速變形段（即第2，4，6段）平均月位移速率逐次增加，呈指數(shù)增長趨勢；（2）該滑坡的勻速變形段（即第1，3，5，7段）平均月位移亦逐次增加，其中第1段與第3段跨度較大，第3，5，7段呈平穩(wěn)增長趨勢。根據(jù)分析結果，該滑坡的加速變形段均發(fā)生在4—6月，且自2007年后變形加劇，不難推斷該滑坡的變形與庫水位和降雨的關系十分密切。因此對該滑坡累積位移與庫水位和降雨量的關系進行分析。由圖4可得，加速變形階段正值庫水位下降之際，且期間降雨量較為充沛，由此可知庫水位下降以及連續(xù)強降雨加速了該滑坡的變形。野外調查人員根據(jù)當?shù)乩习傩辗从车弥?，每年庫水位下降期間，家里房屋裂縫變形增大，且靠近后緣的公路變形亦在此期間內加劇。自2007年156m蓄水，2008—2009年175m試驗性蓄水后，該滑坡的變形表現(xiàn)出明顯的加速增長趨勢。為此，對自監(jiān)測以來的月位移速率與庫水位的關系進行分析（圖5），結果表明，每一次月位移速率增大的時候，正值庫水位下降之際，證實了庫水位下降對該滑坡的穩(wěn)定性影響十分明顯。

2．3滑坡成因機制分析根據(jù)現(xiàn)場調查及資料收集，分析認為地形地貌、地層巖性、庫水位變化、大氣降雨以及人類工程活動等是控制該滑坡變形及影響其穩(wěn)定性的主要因素。（1）地形地貌。該滑坡所在斜坡后緣平臺上的崩積物為其提供物質基礎，滑坡地貌呈凸形，前緣被箭竹溪所切割，形成基巖陡坎，為其提供卸荷空間。（2）地層巖性。該滑坡所在基巖地層為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組灰綠色厚層—巨厚層長石砂巖，泥質粉砂巖與粉砂質泥巖不等厚互層，屬于易滑地層，且滑坡為斜順坡，后緣基巖傾角較大，不利于上覆土體的穩(wěn)定。（3）庫水位變化。該滑坡在回水區(qū)滑體厚度較大，達30～40m，且透水性較差，在庫水位下降的過程中，坡內地下水位滯后于庫水位的變化，不能及時排出，坡內外產(chǎn)生較大的壓力差，此為影響該滑坡穩(wěn)定的主要因素之一。（4）大氣降雨。大氣降雨時，雨水一部分以地表徑流形式匯入箭竹溪中，一部分則被洼地截留或向下入滲，一方面增加了滑體的重力，導致下滑力增大；另一方面補給地下水，滑帶處粉質黏土被地下水浸泡，軟化，導致抗滑力降低，從而導致滑坡失穩(wěn)。（5）人類工程活動。該滑坡前部左側曾因“移土培肥”被開挖，為滑坡提供了良好的卸荷空間，導致Ⅰ號滑體向212°方向滑移，據(jù)分析，此次人工改造對該滑坡的變形發(fā)展影響較大。此外，滑坡后緣人類工程活動強烈，修有民房和公路，對滑坡后緣產(chǎn)生加載作用，增加了其滑動力。在這些影響因子的共同作用下，Ⅰ號滑體沿著212°方向順著“楔形槽”發(fā)生加速變形，滑移一定距離后，受左側基巖陡崖的阻擋，部分下滑力自左向右傳遞，推動右側土體變形，從而產(chǎn)生右側前部次級滑坡。隨著Ⅰ號滑體的加速滑移，Ⅰ號滑體與Ⅱ號滑體逐步解體。Ⅱ號滑體土體較薄，且位于橫向坡上，其下滑力較小，故變形遠小于Ⅰ號滑體。

3庫水位下降致滑機理分析

分析可知，該滑坡變形受庫水位下降影響十分明顯，加之連續(xù)強降雨的激勵，從而導致加速變形。因此，重點研究變形較大的Ⅰ號滑體受庫水位下降的影響機制。從庫水位下降導致坡體外部卸荷和坡體內部動水壓力拖曳作用兩方面分析。

3．1外部卸荷效應在庫水位上升以及維持高水位運行的期間，坡體涉水部位表層受到靜水壓力作用，相當于坡體表層阻滑段增加了外部荷載，對滑坡體產(chǎn)生兩方面的作用效果，一方面對滑體產(chǎn)生指向坡體內側的推力作用，抵消了部分下滑力；另一方面，對滑體前部產(chǎn)生豎直向下的壓力作用，增加了滑帶處土體的有效正應力，從而提高了其抗剪強度，增大了阻滑力。這兩方面的作用效應均提高了滑坡的穩(wěn)定性。一旦庫水位下降，坡體外部作用力消失，滑體下滑力增大，且阻滑力減小，其穩(wěn)定性將隨之降低。為了更好地說明上述卸荷效應，對黃泥巴蹬坎滑坡進行了滲流場模擬及穩(wěn)定性計算。本研究將滑體劃分為72個條塊，模擬了庫水位從175～145m過程中滑體表層的受力情況。選取了模型中第63號條塊進行受力分析，當庫水位為175m時，該塊體受到垂直于塊體表面的靜水壓力作用，大小為1390．9kN，將該作用力沿滑帶方向和垂直滑帶方向分解為F1和F2，沿滑帶方向力F1抵消了部分下滑力，垂直滑帶方向力F2增加了滑帶正應力，提高了抗剪強度，增加了抗滑阻力。而當庫水位下降至145m時，該條塊外部作用力消失。由此說明，庫水位下降，從外部靜水壓力的變化來看，增加了坡體下滑力，減小了抗滑阻力，從而促使滑坡穩(wěn)定性降低。

3．2內部動水壓力在庫水位下降的過程中，坡體內地下水位也隨之下降，由此而產(chǎn)生指向坡體前部的滲流作用。地下水在向水壓較低處滲流的過程中，受到土體顆粒的阻礙，從而對土體產(chǎn)生向坡體外側的拖曳作用，即滲透力，整體上表現(xiàn)為對滑體產(chǎn)生向外的推力作用，增加了其下滑力［20］。本研究模擬了庫水位從175m下降至145m過程中滑坡內部的滲流特征，結果表明，庫水位下降過程中，坡內地下水多沿滑帶方向向前緣滲流，在水壓較低處滲出，且越靠近前緣滲流速度越大。由此可見，在庫水位下降過程中，該滑坡內部動水壓力對滑坡產(chǎn)生了向外的推動作用，增大了其下滑力，故穩(wěn)定性降低。

4結論

（1）黃泥巴蹬坎滑坡分為Ⅰ號和Ⅱ號滑體，其中Ⅰ號滑體為斜順坡，滑帶較深，目前變形嚴重；Ⅱ號滑體為近橫向坡，滑帶較淺，目前變形不明顯。（2）黃泥巴蹬坎Ⅰ號滑體分別于2007年4—6月，2009年4—6月，2012年4—6月發(fā)生加速變形，且加速變形速率呈快速增長趨勢；其他時間段呈勻速蠕滑變形，且各勻速變形階段的變形速率呈緩慢增長趨勢。（3）控制黃泥巴蹬坎滑坡變形及影響其穩(wěn)定性的因素主要包括地形地貌、地層巖性、庫水位變化、大氣降雨以及人類工程活動等5個方面，其中庫水位下降和連續(xù)強降雨是導致該滑坡加速變形的最主要因素。（4）庫水位下降對黃泥巴蹬坎滑坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為坡體外部卸荷效應和內部動水壓力推動作用。庫水位下降，對滑體施加的指向內側的推力消失，導致下滑力增大；前部阻滑段滑帶處土體有效正應力減小，土體抗剪強度降低，導致阻滑力減小。庫水位下降引起坡內地下水位下降，地下水沿滑帶方向滲流，產(chǎn)生的動水壓力推動滑坡向外變形。

作者：易慶林 趙能浩 單位：三峽地區(qū)地質災害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 三峽大學 三峽庫區(qū)地質災害教育部重點實驗室 三峽大學 湖北長江三峽滑坡國家野外科學觀測研究站