郭 健, 許 模, 趙 勇, 何紹明

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán) 成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都 610072)

黑水河庫(kù)區(qū)某古滑坡形成及復(fù)活機(jī)制

郭 健1, 許 模1, 趙 勇1, 何紹明2

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán) 成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都 610072)

以黑水河庫(kù)區(qū)某壩前古滑坡堆積體為例，研究其形成原因以及復(fù)活變形的機(jī)制。在對(duì)滑坡進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查后，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地貌形態(tài)、變形特征與堆積體物質(zhì)構(gòu)成，對(duì)滑坡的形成和復(fù)活機(jī)制進(jìn)行了地質(zhì)分析；分別采用離散元和有限元數(shù)值模擬的方法，對(duì)古滑坡的地質(zhì)過(guò)程機(jī)制分析進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，古滑坡的形成機(jī)制可概括為巖體傾倒變形—滑面貫通—破壞堆積共3階段；而古滑坡的復(fù)活主要受庫(kù)水作用的控制?；碌淖冃翁卣骱蛿?shù)值模擬分析都揭示古滑坡是以前緣局部解體、短距離下滑為特征。對(duì)滑坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性所作的定性判斷表明，在庫(kù)水持續(xù)變動(dòng)的影響下，古滑坡被浸沒(méi)的前緣堆積體將以多級(jí)解體、緩速下滑的方式產(chǎn)生牽引式的破壞。

古滑坡；機(jī)制分析；數(shù)值模型；水庫(kù)蓄水；塊碎石土

在中國(guó)西南地區(qū)的深切河谷地帶，存在著大量堆積體。這些堆積體物質(zhì)組成復(fù)雜，堆積物除了殘積、坡積和沖洪積的地質(zhì)成因外，還包括十分典型的古滑坡堆積成因。這些地區(qū)建成大型水電工程后，由于庫(kù)區(qū)的淹沒(méi)規(guī)模大，在快速蓄水與放水過(guò)程中可能誘發(fā)庫(kù)區(qū)中一些古老滑坡復(fù)活；尤其是庫(kù)區(qū)內(nèi)近壩的古滑坡堆積體，它直接關(guān)系著大壩的安全及建設(shè)工程的正常運(yùn)營(yíng)[1]。這些古滑坡堆積體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在現(xiàn)代人為擾動(dòng)(如蓄水、切坡等)作用下，也導(dǎo)致斜坡的變形→破壞→堆積過(guò)程同樣復(fù)雜多樣[2]。因此，研究庫(kù)區(qū)堆積體尤其是古滑坡堆積體的物質(zhì)成分、形成過(guò)程、變形破壞機(jī)制、復(fù)活機(jī)理等在工程建設(shè)中受到高度重視[3]。本文即以黑水河庫(kù)區(qū)某古滑坡堆積體為例，對(duì)其成因機(jī)制及復(fù)活機(jī)理進(jìn)行研究。

岷江支流黑水河右岸某松散塊碎石土堆積體，位于電站大壩上游約3 km，經(jīng)調(diào)查分析確定為一個(gè)總體積達(dá)13.41×106m3的古滑坡堆積體。在庫(kù)區(qū)蓄水之前滑坡長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，但伴隨著水庫(kù)蓄水，古滑坡復(fù)活并在前緣產(chǎn)生明顯的變形下錯(cuò)。古滑坡前緣復(fù)活形成的新滑動(dòng)體的體積約4.50×106m3，一旦其失穩(wěn)涌入水庫(kù)，產(chǎn)生的涌浪將嚴(yán)重威脅到下游大壩和場(chǎng)鎮(zhèn)的安全。為此，作者對(duì)古滑坡進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查工作。隨著對(duì)滑坡研究工作的深入，也發(fā)現(xiàn)了一些需要進(jìn)一步分析的問(wèn)題，包括古滑坡最初形成的過(guò)程和機(jī)制，以及在古滑坡的復(fù)活變形破壞過(guò)程中，地震作用和水庫(kù)蓄水的影響哪個(gè)占據(jù)主導(dǎo)地位。帶著這些問(wèn)題，作者對(duì)古滑坡的成因機(jī)制及復(fù)活機(jī)理進(jìn)行了研究。由于認(rèn)識(shí)水平有限及研究對(duì)象較復(fù)雜，在對(duì)古滑坡認(rèn)識(shí)不全面的地方，筆者十分愿意對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行商榷。

1 滑坡區(qū)概況

1.1 地質(zhì)背景

黑水河流域?yàn)榈湫偷纳钋泻庸鹊孛?，河谷狹窄，兩岸地形陡峭，滑坡所在一側(cè)的谷坡原始地形西高東低，平均坡度35°～50°?；聳|側(cè)緊鄰一條形的基巖山脊，在海拔高度為2 150 m的山脊處目前已開(kāi)挖出一平臺(tái)并建有鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)基巖裸露，主要出露地層為馬爾康地層分區(qū)中生界、古生界的變質(zhì)巖、碎屑巖及碳酸鹽巖(圖1)?；聟^(qū)內(nèi)則有第四系覆蓋層出露，包括風(fēng)積黃土、殘坡積土、崩坡積碎石土等，下伏基巖為上三疊統(tǒng)侏倭組(T3zh)變質(zhì)砂巖夾碳質(zhì)砂質(zhì)千枚巖，以及中三疊統(tǒng)雜谷腦組(T2z)變質(zhì)石英砂巖。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

研究區(qū)在構(gòu)造上屬東昆侖海西褶皺系的川西地槽區(qū)，位于秦嶺東西向構(gòu)造帶、龍門(mén)山北東向構(gòu)造帶與馬爾康北西向構(gòu)造帶間的三角地帶，構(gòu)成黑水褶皺束?；挛挥谖鳡柋蔽飨驍D壓構(gòu)造帶的南翼，它由一系列北西向緊閉倒轉(zhuǎn)線(xiàn)型褶皺及伴生壓扭性斷裂帶組成，并被北東走向的西爾走滑斷裂所錯(cuò)斷。整個(gè)滑坡區(qū)域?yàn)榉磧A坡內(nèi)的單斜構(gòu)造，受區(qū)域性強(qiáng)烈構(gòu)造作用，巖層變形強(qiáng)烈，產(chǎn)狀起伏較大，總體為N58°～65°W/SW∠45°～62°。

1.2 古滑坡邊界與形態(tài)

古滑坡兩側(cè)的邊界較明顯(圖2)，在滑坡的北西側(cè)，一條切割5～10 m深的狹長(zhǎng)曲溝構(gòu)成了古滑坡的上游側(cè)邊界；而在滑坡的南東側(cè)，一條淺溝將變質(zhì)砂巖構(gòu)成的條形山脊與滑坡堆積體隔開(kāi)，該淺溝構(gòu)成了古滑坡下游側(cè)的邊界。在滑坡堆積體兩側(cè)邊界外均出露基巖，且在靠近前緣部位有部分傾倒變形體。

圖2 古滑坡邊界地貌特征

因?yàn)樵S多滑坡變形破壞現(xiàn)象很難保留至今，這為確定古滑坡的后緣邊界帶來(lái)了難度。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，在斜坡后部海拔高度為2 602～2 644 m處發(fā)現(xiàn)一明顯的斷落平臺(tái)。雖然沒(méi)有在平臺(tái)后方殘留的黃土覆蓋層下面尋找到滑動(dòng)的痕跡，但我們認(rèn)為根據(jù)古滑體的幾個(gè)地貌特征，仍然可判定這里為古滑坡后壁：一是古滑坡后部坡度整體較緩且坡面連續(xù)，只有這里出現(xiàn)了落距達(dá)40 m的斷落平臺(tái)，從滑坡地貌上它符合滑坡后壁的形態(tài)特征；二是斷落平臺(tái)在平面上呈弧形，并與兩側(cè)邊界圈狀閉合，構(gòu)成典型的滑坡周界。

滑坡體在平面上總體呈“圈椅”狀(圖3)，表現(xiàn)為后緣和中部稍寬、前緣則逐步收斂的平面形態(tài)?；露逊e體沿河長(zhǎng)約450 m，順坡面長(zhǎng)度約為1 057 m，總體積達(dá)13.41×106m3。

圖3 滑坡形態(tài)與分區(qū)圖

圖4 滑坡縱Ⅱ-Ⅱ′剖面圖

1.3 堆積體及滑動(dòng)帶(面)特征

1.3.1 堆積體物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

勘探成果顯示，古滑坡堆積體主要物質(zhì)可分為3層，包括最表層的黃土、淺埋層的碎石土和深埋層的塊石土(圖4)。堆積體表層為0.6 m厚的黃褐色黏土類(lèi)物質(zhì)，它是第四系的風(fēng)積黃土，在古滑坡后部，厚度最大可達(dá)5 m。在黃土層下，是一層厚度不均的碎石土堆積層，其成分與坡上的殘積土基本一致，且顆粒物質(zhì)組成粗細(xì)混雜，為典型的坡積物。堆積體的第三層物質(zhì)為塊石土，作為古滑坡滑動(dòng)堆積的物質(zhì)，它也是堆積體最主要的組成部分。在塊石土層的鉆孔巖心中大量揭露出長(zhǎng)度>20 cm的完整砂巖巖心，可見(jiàn)在基覆界面以上，存在著完整性較好的大型塊石。這些塊石的巖性與滑坡區(qū)內(nèi)基巖的巖性一致，說(shuō)明它就是彎曲巖層在傾倒破壞后堆積的產(chǎn)物。而在堆積體不同深度的大塊石之間，夾雜著的碎石土或結(jié)構(gòu)松散的細(xì)顆粒物質(zhì)，是巖層向下多次彎曲折斷的證據(jù)。

1.3.2 滑帶特征

在滑坡體上一共布置了14個(gè)鉆孔(圖3)，所有鉆孔都在基巖與堆積體的分界線(xiàn)上揭露出一層壓實(shí)緊密的淺黃色滑帶土。該滑帶的埋藏深度在50～60 m，由角礫石及亞黏土組成，并沿著基覆界面發(fā)育?；瑤У慕衣?，是我們確定古滑坡的最主要證據(jù)。另外，在鉆孔中并未發(fā)現(xiàn)其他連續(xù)性較好的軟弱層帶，說(shuō)明滑坡復(fù)活后也是沿著古滑面下滑的。

1.4 變形特征與規(guī)律

古滑坡的整體主滑方向?yàn)镹40°E，是受到重力作用的控制向臨空方向滑動(dòng)。通過(guò)地表調(diào)查和測(cè)量分析，我們按照張拉裂縫的形態(tài)規(guī)模以及成因性質(zhì)，把滑坡體分成了A區(qū)(復(fù)活變形區(qū))和B區(qū)(蠕滑變形區(qū))2個(gè)區(qū)(圖5)。

圖5 滑坡地表變形特征

A區(qū)即是古滑坡目前產(chǎn)生復(fù)活下滑的部分。根據(jù)不同的變形表現(xiàn)，還可以將A區(qū)分為3個(gè)亞區(qū)。A1區(qū)變形較微弱，除前緣3層規(guī)模不等的庫(kù)岸再造體，并無(wú)其他長(zhǎng)大裂縫。A2區(qū)整體上保持了原堆積結(jié)構(gòu)特征，但在海拔高度為2 210 m處的反坡臺(tái)坎L7，顯示A2區(qū)在該處存在次級(jí)解體的現(xiàn)象。A3區(qū)內(nèi)的變形跡象較密集，主要體現(xiàn)在中部縱橫交織的拉張裂縫和前緣的庫(kù)岸再造體。

A區(qū)新滑動(dòng)體的后緣斷壁呈不規(guī)則的“M”狀形態(tài)，表現(xiàn)出A區(qū)不均勻、非等速下滑的特征。對(duì)3個(gè)區(qū)的后緣錯(cuò)落面進(jìn)行測(cè)量，可知A2區(qū)滑動(dòng)距離最長(zhǎng)，垂向滑距達(dá)23.7 m；A3區(qū)次之，垂向滑距為11.6 m；而A1區(qū)的垂向滑距只有3.18 m。這種差異性的變形現(xiàn)象，反映出新滑動(dòng)體存在次級(jí)解體的破壞特征。

B區(qū)主要有6條延伸較長(zhǎng)的地表裂縫，從裂縫內(nèi)生長(zhǎng)的青苔，可見(jiàn)裂縫形成的時(shí)間已較久。據(jù)民訪(fǎng)也可知B區(qū)并未有近期變形滑動(dòng)的跡象。這些數(shù)量較少的老裂縫，往往發(fā)育在坡體陡緩交接的地方，是坡體表層長(zhǎng)期蠕滑而累積的產(chǎn)物。這說(shuō)明古滑坡中后部目前仍處于地表調(diào)整的過(guò)程，庫(kù)水的波動(dòng)并未影響到古滑坡的中后部，古滑坡沒(méi)有整體復(fù)活。

2 古滑坡形成機(jī)制分析

2.1 滑坡形成因素分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件和調(diào)查所揭示的滑坡坡體結(jié)構(gòu)，認(rèn)為古滑坡是由傾倒變形發(fā)展形成的。下面列舉了在古滑坡形成過(guò)程中起到關(guān)鍵作用的因素。

a.地層巖性?；聟^(qū)基巖主要為淺變質(zhì)細(xì)粒鈣質(zhì)石英砂巖，間夾薄層狀砂質(zhì)碳質(zhì)千枚巖，軟硬相間的巖層力學(xué)性質(zhì)較差，在河流快速下切的過(guò)程中，陡立的巖層極易向臨空方向發(fā)生彎曲、甚至折斷。

b.地質(zhì)構(gòu)造。整個(gè)滑坡區(qū)域?yàn)閱涡睒?gòu)造，巖層產(chǎn)狀N58°～65°W/SW∠45°～62°，巖層走向與坡面近于平行且反傾坡內(nèi)，這為巖層彎曲傾倒的發(fā)育提供了充分的條件。在滑坡上游邊界外的基巖中，目前就正在發(fā)生著明顯的彎曲傾倒變形(圖6)。

圖6 區(qū)內(nèi)基巖變形特征

c.新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。黑水河地區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要是晚更新世期間青藏高原的不斷隆起，處于青藏高原東側(cè)的川西北地區(qū)，因?yàn)楦咴穆∑穑匦胃卟钤絹?lái)越大，越來(lái)越明顯的差異性的升降運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)了河流的下切作用。隨著山體高度逐漸增大，在坡體的前緣形成了較大的陡坡，為滑坡的形成提供了臨空條件[4]。

2.2 滑坡成因地質(zhì)過(guò)程機(jī)制分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查所揭示的現(xiàn)象，分析了在古滑坡形成過(guò)程中起到關(guān)鍵作用的因素，將古滑坡的形成機(jī)制歸納為如下。

a.河流快速下切，坡體前緣坡度隨之變陡，陡傾的板狀雜谷腦組變質(zhì)石英砂巖在自重彎矩作用下，在斜坡前緣開(kāi)始往臨空方向作懸臂梁彎曲。彎曲的板梁相互錯(cuò)動(dòng)并伴隨深部拉裂，巖層彎曲使拉裂面向深部擴(kuò)展并向坡后推移，傾坡外的拉裂面逐漸在同一深度連成一個(gè)不連續(xù)面，整個(gè)古滑坡的滑面形成雛形。

b.河流不斷的下切使臨空的巖體失去支撐，板梁彎曲繼續(xù)發(fā)展，使得板梁根趾壓碎、折斷，傾坡外的拉裂面完全貫通，導(dǎo)致坡體最終破壞，古滑坡形成。

c.受滑坡前緣收口的地形限制，傾倒體滑動(dòng)受阻?；瑤林械慕堑[表明，折裂破碎帶(滑帶)中的塊石沒(méi)有發(fā)生滾動(dòng)，而是處于平面摩擦狀態(tài)，這使折裂破碎帶(滑帶)保持住了抗剪強(qiáng)度，滑坡在緩速滑動(dòng)中不斷進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，滑速逐漸減慢，在經(jīng)過(guò)一段短距離滑動(dòng)后，滑坡停止滑動(dòng)并恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。

在整個(gè)古滑坡發(fā)展形成過(guò)程中，其變形破壞模式也在發(fā)生著變化。在彎曲拉裂過(guò)程中，隨著連續(xù)滑移面的形成并轉(zhuǎn)化為滑坡的滑動(dòng)面，彎曲拉裂也就自然地轉(zhuǎn)化為蠕滑拉裂。變形破壞模式的轉(zhuǎn)化，是滑坡進(jìn)入累進(jìn)性破壞階段和古滑坡最終形成的標(biāo)志。

2.3 滑坡形成演化過(guò)程數(shù)值模擬

為了重塑古滑坡形成的過(guò)程，分析其成因機(jī)制，采用二維離線(xiàn)元軟件UDEC模擬斜坡巖體傾倒變形的形成過(guò)程及其運(yùn)動(dòng)特征。

2.3.1 三維模型的建立

根據(jù)滑坡的地質(zhì)資料，并結(jié)合區(qū)域的地形變化及滑坡邊界條件，對(duì)原地形進(jìn)行了反推，通過(guò)反推地形的主剖面建立計(jì)算模型(圖7)，模型前緣以黑水河的河谷為界，模型后緣延伸至海拔高度2 700 m處。

2.3.2 計(jì)算參數(shù)選取

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)并結(jié)合工程參數(shù)類(lèi)比法，得到計(jì)算模型各介質(zhì)的物理力學(xué)參數(shù)(表1)。

表1 計(jì)算參數(shù)取值表

圖7 離散元計(jì)算模型

2.3.3 斜坡的變形過(guò)程模擬與分析

計(jì)算過(guò)程共迭代了30 000次，模擬還原了斜坡變形破壞的過(guò)程。在模擬初期，模型的破壞區(qū)主要集中在斜坡前緣，并伴隨發(fā)育多條次級(jí)折斷面；迭代到10 000時(shí)步時(shí)，層狀巖體的傾倒變形特征已非常明顯，隨著破壞區(qū)的逐漸增大，次級(jí)折斷面開(kāi)始集中在同一深度發(fā)育，并逐漸向前緣方向貫通。計(jì)算到30 000時(shí)步時(shí)坡體整體破壞，表層折斷的塊石沿坡向下滾落，變形巖體主折斷面呈階梯狀。模擬結(jié)果顯示的后緣斷壁和折裂破碎帶能較好地與古滑坡后緣以及滑面形態(tài)吻合，表明模擬結(jié)果有效(圖8)。

圖8 迭代30 000時(shí)步時(shí)塊體的變形特征

3 古滑坡復(fù)活機(jī)制分析

3.1 滑坡復(fù)活因素分析

古滑坡復(fù)活過(guò)程中，水庫(kù)蓄水起到了關(guān)鍵作用，另外，地震也是其中一個(gè)因素。

a.水庫(kù)蓄水。據(jù)記錄，古滑坡復(fù)活下滑發(fā)生在蓄水后，為水位的海拔高度達(dá)到2 083 m的 2009年9月。水庫(kù)蓄水引起古滑坡淹沒(méi)部位巖體軟化，水位波動(dòng)產(chǎn)生的孔隙水壓力以及動(dòng)水壓力作用等，最終導(dǎo)致巖土體失去與周?chē)h(huán)境的平衡而發(fā)生古滑坡復(fù)活[5]。

b.地震作用。古滑坡體受2008年5月12日發(fā)生的汶川8.0級(jí)地震的影響，其整體穩(wěn)定性仍保持完好；但突發(fā)的強(qiáng)烈震動(dòng)引發(fā)的震松效應(yīng)[6]，使原本充分固結(jié)的古滑坡堆積體松弛，為地下水作用提供了水力通道，加速了古滑坡在庫(kù)水作用下的復(fù)活過(guò)程。

3.2 滑坡復(fù)活地質(zhì)過(guò)程機(jī)制分析

通過(guò)滑坡復(fù)活因素分析，結(jié)合古滑坡的復(fù)活變形現(xiàn)象，可以把古滑坡的復(fù)活機(jī)制概括如下。

a.猛然抬升的地下水位，加劇了巖土體性質(zhì)的弱化，在滑體內(nèi)產(chǎn)生水壓力(靜水壓力和動(dòng)水壓力)、浮托力，再次降低了古滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度，在滲流場(chǎng)變化較大的古滑坡前緣堆積體開(kāi)始出現(xiàn)變形。坡面下沉，拉裂面向深處擴(kuò)展，并最終達(dá)到潛在剪切面(即古滑面位置)，造成剪切面上剪應(yīng)力集中，古滑坡體前緣失穩(wěn)下滑而形成新的次級(jí)滑動(dòng)體。

b.新滑動(dòng)體表現(xiàn)出緩慢滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特征，坡體在變形過(guò)程中也不斷進(jìn)行著應(yīng)力調(diào)整，當(dāng)庫(kù)水位穩(wěn)定下來(lái)后，扮演關(guān)鍵角色的地下水也停止作用，新滑動(dòng)體的滑動(dòng)逐漸變緩并最終停止。需要指出的是，古滑坡在復(fù)活過(guò)程中也具有多重潛在滑面的特征，并在拉裂面下部的拉裂縫與其他潛在滑面連通后，形成了多重的次級(jí)滑動(dòng)解體。

3.3 滑坡復(fù)活過(guò)程數(shù)值模擬

本節(jié)利用離散元迭代計(jì)算結(jié)束時(shí)的模型來(lái)進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，主要分析蓄水過(guò)程中古滑坡體內(nèi)的地下水滲流變化以及相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變特征。

3.3.1 庫(kù)水上升階段滑坡滲流場(chǎng)分析

根據(jù)電站提供的蓄水信息記錄，本文選取了庫(kù)區(qū)2011年7月中旬到11月中旬水位的海拔高度數(shù)據(jù)，來(lái)分析庫(kù)水上升階段滑坡滲流場(chǎng)的變化。由圖9可見(jiàn)，在7月份到11月份期間，庫(kù)區(qū)水位持續(xù)上升，期間庫(kù)水位經(jīng)歷一段驟升期后，又進(jìn)入一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)期，周而復(fù)始，滑坡共經(jīng)歷5次大的水位驟升期。我們把5次驟升期的水位變幅統(tǒng)計(jì)入表2內(nèi)，依此進(jìn)行滑坡滲流場(chǎng)的變化特征分析。

圖9 庫(kù)區(qū)蓄水過(guò)程

圖10展示了在庫(kù)水位的5次驟升期間，坡體內(nèi)的自由面瞬態(tài)變化規(guī)律。在水位驟升階段1中，滑坡體內(nèi)的滲流場(chǎng)變化相對(duì)平穩(wěn)；而到了水位驟升的第二個(gè)階段，滑坡體內(nèi)的自由面明顯抬升，此階段庫(kù)水位達(dá)到海拔高度2 084 m，恰好對(duì)應(yīng)到古滑坡產(chǎn)生復(fù)活下滑的時(shí)候，說(shuō)明水位抬升與古滑坡復(fù)活存在緊密聯(lián)系；而接下來(lái)的三個(gè)水位驟升期，使坡體內(nèi)的自由面繼續(xù)抬升，由此產(chǎn)生的孔隙水壓力以及動(dòng)水壓力作用，讓復(fù)活體的下滑變形持續(xù)增大。

圖10 滑坡體內(nèi)自由面變化規(guī)律

3.3.2 庫(kù)水上升階段滑坡應(yīng)力應(yīng)變特征

古滑坡的復(fù)活變形是一個(gè)漸變的過(guò)程，是變形隨著水位的升高而逐漸變大，也是一個(gè)從量變的積累到質(zhì)變的復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程。

根據(jù)有限元模型的計(jì)算結(jié)果，在庫(kù)水位達(dá)到海拔高度2 080 m時(shí)，在古滑坡前緣已經(jīng)形成了一個(gè)完整的塑性破壞區(qū)(圖11)，它顯示一個(gè)新的次級(jí)滑動(dòng)面已經(jīng)形成；水位繼續(xù)上升，到達(dá)海拔高度2 084 m時(shí)，塑性區(qū)的范圍沒(méi)有再向坡上發(fā)展，此時(shí)坡體內(nèi)的最大剪應(yīng)變(圖12)主要集中分布在已經(jīng)貫通的塑性破壞區(qū)周?chē)?，顯示堆積體開(kāi)始沿著次級(jí)滑動(dòng)面下滑，復(fù)活部分的滑體后緣海拔高度在2 400 m左右，正好與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果一致；直到庫(kù)水位穩(wěn)定在海拔高度2 106 m，變形區(qū)的位移也停止變化，此時(shí)模型計(jì)算的系統(tǒng)不平衡力逐漸減小到可以忽略的量級(jí)，說(shuō)明滑坡經(jīng)歷了復(fù)活變形之后，通過(guò)應(yīng)力調(diào)整又恢復(fù)了基本穩(wěn)定狀態(tài)。

圖11 塑性區(qū)分布特征

圖12 最大剪應(yīng)變分布特征

古滑坡在水庫(kù)開(kāi)始蓄水后的整體穩(wěn)定性仍然較好，產(chǎn)生復(fù)活的部分僅限古滑坡前緣的堆積體，也并未形成高速長(zhǎng)距離的滑動(dòng)。通過(guò)綜合分析，古滑坡堆積體一旦因水位反復(fù)變化產(chǎn)生失穩(wěn)，更有可能以局部解體、緩慢下滑的方式產(chǎn)生牽引式的破壞。

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)對(duì)古滑坡的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，我們掌握了滑坡的特征和性質(zhì)，并通過(guò)編制相應(yīng)的圖件，對(duì)古滑坡的形成原因、復(fù)活機(jī)理有了基本認(rèn)識(shí)，并得到如下結(jié)論：

a.軟硬巖相間的地層巖性、陡傾坡外的巖層構(gòu)造以及河流快速下切，是傾倒彎曲變形產(chǎn)生并最終形成古滑坡的主要影響因素。通過(guò)離散元數(shù)值模擬分析，古滑坡形成機(jī)制可以概括為：河流下切—巖體傾倒變形、滑面發(fā)展—貫通、整體破壞—堆積3個(gè)階段。

b.庫(kù)水位的陡然升高，是古滑坡復(fù)活的最主要控制因素，汶川地震的震松效應(yīng)則為古滑坡的復(fù)活起到了促進(jìn)作用。有限元數(shù)值模擬分析顯示，古滑坡體前緣因庫(kù)水作用造成失穩(wěn)下滑，形成新的次級(jí)滑動(dòng)體。新滑動(dòng)體表現(xiàn)出緩慢滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特征，坡體在變形過(guò)程中也不斷進(jìn)行著應(yīng)力調(diào)整，當(dāng)庫(kù)水位穩(wěn)定下來(lái)后(外部營(yíng)力不再變化)，新滑動(dòng)體的滑動(dòng)也逐步停止。

c.通過(guò)對(duì)古滑坡的地形地貌組合分析，古滑坡滑動(dòng)長(zhǎng)度大致40 m，復(fù)活的新滑動(dòng)體經(jīng)測(cè)量也僅滑動(dòng)了20 m左右，都表現(xiàn)出短距離、慢速下滑的運(yùn)動(dòng)特征。結(jié)合數(shù)值模擬的庫(kù)水變動(dòng)下古滑坡變形運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，認(rèn)為古滑坡堆積體在水位反復(fù)變化的情況下仍有可能繼續(xù)滑動(dòng)，但變形的范圍集中在古滑坡前緣，且更有可能以多級(jí)解體、緩速下滑的方式產(chǎn)生牽引式的破壞。

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FormationandreactivationmechanismofanancientlandslideinHeishuireservoirofMinjiangRiver,China

GUO Jian1, XU Mo1, ZHAO Yong1, HE Shao-ming2

1.SrateKeyLaboratoryofGeo-hazardPreventionandGeo-environmentProtection,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.HydrochinaChengduEngineeringCorporation,Chengdu610072,China

Based on an ancient landslide in the Heishui reservoir, this paper studies the formation and reactivation mechanism of the landslide site. Through the detailed survey of the landslide and combined with the geologic structure, landform, deformation characteristics and the composition of the accumulated materials the formation and reactivation mechanism of the landslide are analyzed geologically. The discrete element analysis and finite element numerical analysis are used to certificate the conclusion of geological analysis. The result shows that formation mechanism of the landslide can be summarised into three stages, that is, the bend and fall of the rockmass, the cut-through of the slip surface and failure and deposit. The reactivation mechanism of the landslide is mainly controlled by the impoundment. The deformation characteristics and numerical model show that the deformation characteristics of the landslide are characterized by the local disintegration and short distance moving down of the front. A further qualitative judgement of the stability indicates, that the frontal part of the landslide will be failed under the water level fluctuant condition at a slow speed and by way of multistage-disintegrating.

ancient landslide; mechanism analysis; numerical mode; impoundment; gravelly soil

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.06.12

1671-9727(2013)06-0721-08

P642.22

A

2013-03-26

地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(SKLGP2012K032)

郭健(1984-),男,博士研究生,研究方向:地質(zhì)工程、巖土工程, E-mail:jerry.guo@hotmail.com

許模(1963-),男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,從事環(huán)境工程地質(zhì)、工程水文地質(zhì)、水資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)方面的教學(xué)與科研工作, E-mail:xm@cdut.edu.cn。