降雨和庫(kù)水位升降對(duì)滑坡的影響

劉廣寧，陳立德，伏永朋，董好剛，邵長(zhǎng)生

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430223）

降雨和庫(kù)水位升降對(duì)滑坡的影響

劉廣寧1，2，陳立德2，伏永朋2，董好剛2，邵長(zhǎng)生1，2

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430223）

滑坡是三峽庫(kù)區(qū)重要地質(zhì)災(zāi)害之一，影響滑坡穩(wěn)定性的因素有很多。針對(duì)降雨和庫(kù)水位升降以水泥廠滑坡為例，運(yùn)用自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)其變形和該區(qū)域降雨量，通過(guò)數(shù)據(jù)整理、分析，掌握降雨和庫(kù)水位升降對(duì)滑坡變形的影響狀況。結(jié)果表明：在監(jiān)測(cè)期間，個(gè)別時(shí)間段滑坡變形加劇是降雨和庫(kù)水位升降共同作用的結(jié)果，個(gè)別時(shí)間段降雨、庫(kù)水位升降分別為滑坡變形加劇的主導(dǎo)因素，降雨對(duì)滑坡變形的影響表現(xiàn)出一定的滯后效應(yīng)，滯后期一般為7～15d。監(jiān)測(cè)表明，目前滑坡仍處于變形階段，且向SE方向旋轉(zhuǎn)滑移，但趨勢(shì)有所減緩。通過(guò)對(duì)該滑坡的變形監(jiān)測(cè)，可以定量分析和描述滑坡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)其它類似滑坡的研究具有重要的指導(dǎo)意義。

降雨；庫(kù)水位升降；監(jiān)測(cè)；滑坡

水泥廠滑坡位于長(zhǎng)江左岸巫山縣兩坪鄉(xiāng)望霞村，上距巫山城11km，下距青石3.5km。2008年9月28日24：00，三峽庫(kù)區(qū)開(kāi)始試驗(yàn)性蓄水，至11月4日壩前水位達(dá)到172.3m，庫(kù)區(qū)重慶市、宜昌市個(gè)別地段發(fā)生滑坡和崩塌險(xiǎn)情，為確保三峽水庫(kù)試驗(yàn)性蓄水過(guò)程中人民生命財(cái)產(chǎn)安全，“長(zhǎng)江上游宜昌－江津段環(huán)境工程地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目組指派技術(shù)人員對(duì)工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了大范圍核查，對(duì)重要災(zāi)害點(diǎn)派人蹲守，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。11月23日16：40左右，重慶巫山巫峽口長(zhǎng)江北岸龔家坊發(fā)生體積約38萬(wàn)m3崩塌，11月27日，本項(xiàng)目組在該崩塌下游調(diào)查發(fā)現(xiàn)水泥廠滑坡地表變形強(qiáng)烈，27日夜該處即發(fā)生滑坡。項(xiàng)目組及時(shí)趕往現(xiàn)場(chǎng)，并向當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T進(jìn)行了口頭通報(bào)。

1 水泥廠滑坡概況

水泥廠滑坡發(fā)育在長(zhǎng)江中山峽谷地貌區(qū)，坡頂為猴子包危巖體，高程558.0m，滑坡南北兩側(cè)受地形控制，南側(cè)呈凸形，縱長(zhǎng)360m，橫寬300m，前緣位于175m水位以下，后緣最高點(diǎn)高程約400m，高差265m。平面形態(tài)呈雙駝峰反“W”狀，整體向南西傾斜，總面積約10.8萬(wàn)m2，平均厚度按30m估算，總方量達(dá)324萬(wàn)m3。根據(jù)地表調(diào)查，滑坡周界情況為：斜坡地表地形起伏大，后緣以坡度40°以上的陡坡、陡崖為界，中前部坡度20°左右，北側(cè)邊界受走向260°的基巖山脊控制，斜坡上部出露粉砂巖，易風(fēng)化，以下地表覆蓋殘坡積碎石土，厚度5m左右?；麦w后緣猴子包危巖體，出露二疊系棲霞組（P2q）灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r；泥盆系云臺(tái)觀組（D2y）白云巖、石英砂巖，歷史發(fā)生崩塌，滑體中部為崩積物，滑坡前緣局部可見(jiàn)志留系紗帽組（S2s）砂巖、泥質(zhì)粉砂巖出露，風(fēng)化強(qiáng)烈，呈碎屑狀（圖1）。

圖1 水泥廠滑坡工程地質(zhì)圖和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

區(qū)域構(gòu)造上位于橫石溪背斜核部，老鼠錯(cuò)斷層上盤，滑坡后緣上方猴子包危巖體，節(jié)理、裂隙及其發(fā)育，巖體破碎，主要以走向100°～150°和走向65°～80°兩組構(gòu)成，與巖層共同切割巖體，危巖體呈潛在不穩(wěn)定狀態(tài)，若發(fā)生崩塌，將進(jìn)一步增大滑坡體荷載。

水泥廠滑坡為碎塊石土質(zhì)滑坡，后緣滑帶土為碎石角礫土，軟塑－流塑狀。物質(zhì)組成從分布上可分為兩部分：北側(cè)主要為崩坡積碎、塊石土，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，江邊附近泥質(zhì)含量增多，系崩坡、殘坡積混雜堆積；南側(cè)多為崩積塊石堆積物，松散、局部架空，滑坡前緣可見(jiàn)直徑大于5m的大塊石。滑床基巖為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。力學(xué)強(qiáng)度較低，受節(jié)理裂隙切割，巖體破碎，多呈強(qiáng)風(fēng)化狀，強(qiáng)透水性。巖層傾向北東，傾角20°，為橫向坡?；鶐r面呈上陡下緩的凹形，坡度上部30°，下部10°～15°，不利于地下水的排泄。此外，基巖與上覆土層接觸面處節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎，易形成滯水，有利于滑坡的形成。

2 變形活動(dòng)特征

2006－2008年項(xiàng)目組一直關(guān)注巫峽該段的岸坡穩(wěn)定性狀況，變形特征及其明顯，2006年、2007年調(diào)查時(shí)，滑坡變形微弱，只是在滑坡前緣局部出現(xiàn)拉裂縫，多見(jiàn)3～10cm的羽狀拉裂，由于降雨及江水的沖蝕，在前緣江邊有兩處小規(guī)?；?，滑坡中部、后緣經(jīng)過(guò)調(diào)查沒(méi)有變形。2008年9月28日24：00，三峽庫(kù)區(qū)開(kāi)始蓄水，滑坡前部開(kāi)始出現(xiàn)明顯變形，11月27日調(diào)查時(shí)，高程240m以下變形加劇，地表出現(xiàn)多條垂直坡向的拉張裂縫，伴有明顯的下錯(cuò)現(xiàn)象，11月27日夜前部發(fā)生滑塌，寬度140m，長(zhǎng)100m，體積達(dá)到40余萬(wàn)m3，后緣受到牽引，變形下挫、滑移達(dá)到1m以上，在地表沿滑坡邊界形成明顯的下挫條帶，滑坡體上多處發(fā)生拉張開(kāi)裂和小型垮塌。

3 滑坡的變形監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)儀器和方法原理

（1）監(jiān)測(cè)儀器及原理。水泥廠滑坡監(jiān)測(cè)應(yīng)用北京微瑪特科技有限公司設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的無(wú)線位移計(jì)（SMARTDATA－3000E1）和無(wú)線雨量計(jì)（SMARTDATA－3000C）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。無(wú)線位移計(jì)采用機(jī)電一體式結(jié)構(gòu)，利用旋轉(zhuǎn)的磁鋼驅(qū)動(dòng)干簧產(chǎn)生位移脈沖，并對(duì)位移脈沖進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，采用32位高性能微處理器和最新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將測(cè)量的數(shù)據(jù)用無(wú)線方式傳輸。量程為－3 000～3 000mm，精度為1mm。

（2）監(jiān)測(cè)方法。針對(duì)水泥廠滑坡的地形地貌、滑動(dòng)變形特征、變形趨勢(shì)，采用地表位移、雨量聯(lián)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，首先建立一套完整的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)由武漢地質(zhì)調(diào)查中心項(xiàng)目組、遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS通訊）、滑坡體無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)3部分組成。該系統(tǒng)優(yōu)化了傳統(tǒng)的位移監(jiān)測(cè)法，能夠及時(shí)的反映巖土體變形破壞特征，同時(shí)反映出降雨對(duì)滑坡變形的影響程度，迅速獲得的滑坡體的特征變量、數(shù)據(jù)資料，且監(jiān)測(cè)工作可以貫穿滑坡變形的全過(guò)程。

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

2008年12月中旬，分別在滑坡后緣、側(cè)緣變形跡象最為明顯的區(qū)域安裝三臺(tái)無(wú)線位移計(jì)WYJ01、WYJ02、WYJ03及一臺(tái)無(wú)線雨量計(jì)YLJ。將微處理器數(shù)據(jù)采集站固定在后緣上方穩(wěn)固的基巖上（鋼筋混凝土澆筑基座）保證其為固定端，移動(dòng)站則安裝在滑坡體上（鋼筋混凝土澆筑基座）保證其與滑坡體相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，兩站由特制細(xì)鋼絲（消除因溫度變化引起的變形）連接，鋼絲隨滑坡體的變形異動(dòng)而伸縮，微處理器數(shù)據(jù)采集站將即時(shí)讀取數(shù)據(jù)并由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行傳輸。無(wú)線雨量計(jì)安裝在穩(wěn)定的向西突出穩(wěn)固的基巖山嘴上，有利于兩臺(tái)位移計(jì)信號(hào)的傳導(dǎo)和數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收。

3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

自2008年12月至今取得了連續(xù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)整理得到變形分析結(jié)果（見(jiàn)表1），為掌握滑坡體變形狀況，進(jìn)行即時(shí)預(yù)警保障航道安全提供了重要的依據(jù)。因受到地形、地貌因素影響，該滑坡所處位置區(qū)域性氣候明顯，降雨并無(wú)顯著規(guī)律，雨量計(jì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形分析

結(jié)合表1、圖2分析，雖然變形速率逐年減小，但滑坡整體變形較活躍、變形量較大，其中側(cè)緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)WYJ03變形量最大，變形累計(jì)位移達(dá)1 449mm，總體位移呈逐步增大趨勢(shì)，表現(xiàn)為拉張，在監(jiān)測(cè)期間個(gè)別時(shí)間段加速變形跡象顯著，以2009年10月下旬至2010年1月上旬、2010年7月初至2010年11月初最為突出；后緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)WYJ01變形累計(jì)位移達(dá)833 mm，總體位移呈逐步增大趨勢(shì)，表現(xiàn)為拉張，其中2009年6月下旬至2010年1月上旬為變形加速顯著階段；側(cè)緣WYJ02累計(jì)位移達(dá)422mm，總體表現(xiàn)為位移逐漸增大趨勢(shì)，其中2009年10月下旬至2010年1月上旬為變形加速尤為顯著階段，但在增大的過(guò)程中位移有位移減小階段（從2010年4月下旬至2010年10月下旬），表現(xiàn)為壓縮狀態(tài)，其后位移又為勻速增大趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)WYJ02表現(xiàn)為拉張－壓縮－拉張。

監(jiān)測(cè)期間經(jīng)過(guò)不間斷實(shí)地再核查，以更好與監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，調(diào)查結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠較好吻合，實(shí)地發(fā)現(xiàn)滑坡NW區(qū)域變形最為嚴(yán)重，為滑坡拉裂區(qū)，而E側(cè)緣也證實(shí)了拉張－壓縮－拉張過(guò)程，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明水泥廠滑坡向SE方向旋轉(zhuǎn)滑移。

圖2 各點(diǎn)位移曲線－降雨量關(guān)系

4 位移變化與降雨量、庫(kù)水位關(guān)系

4.1 位移變化與降雨量關(guān)系

水泥廠滑坡體上除局部塊石堆積外植被相對(duì)發(fā)育，滑體表層為結(jié)構(gòu)松散碎塊石土，易于接受大氣降水，加之滑坡中后部排水較差，雨水多沿滑體裂縫入滲，這不僅增加了滑體自重，又使滑帶土體軟化，抗滑力減小，進(jìn)而加劇滑坡變形。從位移和降雨量關(guān)系圖可以看到（圖2），每當(dāng)出現(xiàn)降雨密集時(shí)段或降雨量量出現(xiàn)峰值時(shí)，各測(cè)點(diǎn)位移均加速增長(zhǎng)，出現(xiàn)突變，但是這種突變均有同步或、滯后現(xiàn)象，滯后期一般為7～15d，如監(jiān)測(cè)點(diǎn)WYJ01、降雨密集區(qū)及峰值出現(xiàn)在2009年5月份，而滑坡加速變形始于6月，位移突變量達(dá)110mm，監(jiān)測(cè)點(diǎn) WYJ02在2009年10月至2010年1月、2010年4－10月表現(xiàn)最為明顯，在不間斷降雨后位移分別增加150mm（拉張）和減小100 mm（壓縮），監(jiān)測(cè)點(diǎn) WYJ03同樣有雨后位移量驟增現(xiàn)象，如2009年12月和2010年7月，位移突變量達(dá)200mm。故該滑坡的變形和降雨密切相關(guān)。

圖3 庫(kù)水位升降－位移關(guān)系

4.2 位移變化與庫(kù)水位變動(dòng)關(guān)系

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及資料搜集，滑坡前沿庫(kù)水位變動(dòng)曲線見(jiàn)圖3，結(jié)合位移曲線，可以判斷出庫(kù)水位上漲時(shí)，一方面滑坡體地下水位升高，孔隙水壓力增加，滑帶抗剪強(qiáng)度降低，對(duì)滑坡體穩(wěn)定構(gòu)成不利影響；另一方面庫(kù)水向滑坡體內(nèi)部滲透，存在自外向內(nèi)的滲透壓力，有利于滑坡的穩(wěn)定，該滑坡在兩方面共同作用下，前者強(qiáng)勢(shì)，滑坡表現(xiàn)為變形明顯加劇，如圖3中2009年9－11月、2010年6－9月，位移變化曲線呈陡然上揚(yáng)趨勢(shì)，即各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移速率增大。當(dāng)庫(kù)水位下降時(shí)，滑坡的動(dòng)水壓力增大，滑坡體下滑力增加，加上庫(kù)水向下的拖拽作用，加速滑坡的變形，又由于坡體中地下水位的下降有相對(duì)的滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致坡體內(nèi)將產(chǎn)生超孔隙水壓力作用，同時(shí)，庫(kù)水位下降會(huì)對(duì)滑坡產(chǎn)生卸荷作用，從而在邊坡裂隙中產(chǎn)生水錘效應(yīng)，這對(duì)滑坡是極其不利的。如圖3中2009年12月至2010年1月下旬、2010年4－5月、2011年1－2月現(xiàn)象顯著，位移變化曲線呈陡然上揚(yáng)趨勢(shì)，即各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移速率增大。

4.3 位移變化與降雨、庫(kù)水位關(guān)系

通過(guò)監(jiān)測(cè)以來(lái)三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移計(jì)、雨量計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合庫(kù)水位在此期間的變動(dòng)狀況，分析、歸納了滑坡“變形加速”時(shí)段的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)值（表2）。

由表2可知：滑坡其它因素條件均相同的情況下，（1）當(dāng)一時(shí)間段（2個(gè)月內(nèi)）降雨量大于100mm時(shí)滑坡變形加速；（2）當(dāng)庫(kù)水位升降大于10m時(shí)滑坡變形加速。當(dāng)兩條件同時(shí)滿足時(shí)，降雨、庫(kù)水位均為主導(dǎo)因素；當(dāng)滿足（1）不滿足（2）時(shí)，降雨為主導(dǎo)因素，庫(kù)水位次之，當(dāng)滿足（2）不滿足（1）時(shí)，庫(kù)水位為主導(dǎo)因素，降雨次之。

表2 滑坡變形加速時(shí)期數(shù)據(jù)分析

5 結(jié)論

（1）滑坡后緣變形最大，且監(jiān)測(cè)點(diǎn) WYJ01、WYJ03區(qū)域總體變形過(guò)程表現(xiàn)為拉張、WYJ02區(qū)域?yàn)槔瓘垼瓑嚎s－拉張。

（2）其他因素條件相同時(shí)，降雨和庫(kù)水位升降將導(dǎo)致水泥廠滑坡變形加劇。

（3）降雨對(duì)滑坡變形的影響表現(xiàn)出一定的滯后效應(yīng)，滯后期一般為7～15d。

（4）目前滑坡仍處于變形階段，但趨勢(shì)有所減緩，需要進(jìn)一步持續(xù)監(jiān)測(cè)。

（4）自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)突出，效果明顯，在今后的滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警中值得借鑒。

［1］廖秋林，李曉，李守定，等.三峽庫(kù)區(qū)千將坪滑坡的發(fā)生、地質(zhì)地貌特征、成因及滑坡判據(jù)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（17）：3146－3153.

［2］朱冬林，任光明，聶德，等.庫(kù)水位變化下對(duì)水庫(kù)滑坡穩(wěn)定性影響的預(yù)測(cè)［J］.水文地質(zhì)與工程地質(zhì)，2002，23（3）：378－381.

［3］王志旺，楊健，張保軍，等.水庫(kù)庫(kù)岸滑坡穩(wěn)定性研究［J］.巖石力學(xué)，2004，25（11）：1837－1840.

［4］李曉，張年學(xué)，廖秋林，等.庫(kù)水位漲落與降雨聯(lián)合作用下滑坡地下水動(dòng)力場(chǎng)分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（21）：3714－3720.

［5］孫冬梅，朱岳明，張明進(jìn).庫(kù)水位下降時(shí)的岸坡非穩(wěn)定滲流問(wèn)題研究［J］.巖土力學(xué)，2008，29（7）：1807－1812.

［6］馮文凱，石豫川，柴賀軍，等.降雨及庫(kù)水升降作用下地下水浸潤(rùn)線簡(jiǎn)化求解［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，33（1）：90－94.

［7］劉新喜，夏元友，張顯書，等.庫(kù)水位下降對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響［J］.巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（8）：1439－1444.

［8］殷躍平.三峽庫(kù)區(qū)地下水滲透壓力對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響研究［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2003，14（3）：1－8.

［9］蔡耀軍，崔政權(quán)，Cojean R.水庫(kù)誘發(fā)岸坡變形失穩(wěn)的機(jī)理［C］∥中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)第六次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2000：618－622.

［10］劉才華，陳從新，馮夏庭.庫(kù)水位上升誘發(fā)邊坡失穩(wěn)機(jī)制研究［J］.巖土力學(xué)，2005，26（5）：769－773.

［11］張華偉，王世梅，霍志濤，等.白家包滑坡變形監(jiān)測(cè)分析［J］.人民長(zhǎng)江，2006，37（4）：95－98.

［12］Zhang Yeming，Peng Xuanming，Wang Fawu，et al.Current status and challenge of landslide monitoring in Three Gorge reservoir area，China［C］∥Proceedings of the Symposium on application of real－time information in disaster managemnet，2004：165－170.

［13］Warrick A W，Wierenga P J，Pan L.Downward water flow through sloping layers in the vadose zone：analytical solutions for diversions［J］.Journal of Hydrology，1997，192：321－337.

［14］Jiao J J.A confined groundwater zone in weathered igneous rocks and its impact on slope stability［C］∥Proc.of the Int.Symp.On Hydrogeology and the Environment.Beijing：China Enviroment Science Press，2000：602－608.

［15］Zhang N X，Seng Z P.Probability analysis of rain－related occurrence and revival of landslides in Yunyang－Fengjie area in East Sichuan［C］∥Proc.of the 6th Int.Symp.New Zealand：Christchurch，1992：1077－1083.

Influence of Rainfall and Reservoir Water Level Fluctuation on Landslide

LIU Guang－ning1，2，CHEN Li－de2，F(xiàn)U Yong－peng2，DONG Hao－gang2，SHAO Chang－sheng1，2
（1.School of Environmental Studies China University of Geosciences Wuhan430074，China；2.Wuhan Centre of China Geological Survey，Wuhan430223，China）

Landslide is one of important geohazards in Three Gorges Reservoir，which was affected by many factors.Taking Shuinichang landslide for example，the authors adopted automated remote monitoring system to monitor rainfall and water level fluctuation，analyze the relationship between rainfall ＆water level fluctuation and landslide deformation.It shows that some serious deformation period is resulted from rainfall ＆water level fluctuation.Rainfall ＆ water level fluctuations are the main factors affecting landslide stability.The influence of rainfall on landslide deformation presents some hysteresis effect，and the hysteresis period lasts 7～15days.Monitored data also shows that this landslide is still in the deformed period，which is rotated to SE direction，but its trend slows slowness down.This monitoring system in the landslide can describe the movement of landslide quantitatively，which shows important guide signification on other similar landslides in Three Gorges Reservoir.

rainfall；reservior water level fluctuation；monitoring；landslide

P642.22；P426.615

A

1005－3409（2011）06－0200－04

2011－04－27

2011－06－08

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局災(zāi)害預(yù)警項(xiàng)目（1212011014027）

劉廣寧（1980－），男，河北省大城縣人，工程師，碩士，主要從事環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害研究。E－mail：guangning1123＠163.com