2012年6·29貴州岑鞏龍家坡滑坡災(zāi)害的基本特征與成因機理-一個由側(cè)向剪切擾動誘發(fā)大型滑坡的典型案例

鄭 光，許 強，林 峰，巨能攀，鄧茂林，汪新芳

1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 6100512.四川省蜀通巖土工程公司，成都 610041

2012年6·29貴州岑鞏龍家坡滑坡災(zāi)害的基本特征與成因機理-一個由側(cè)向剪切擾動誘發(fā)大型滑坡的典型案例

鄭 光1，許 強1，林 峰1，巨能攀1，鄧茂林1，汪新芳2

1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 6100512.四川省蜀通巖土工程公司，成都 610041

側(cè)向剪切擾動誘發(fā)滑坡是一種新型滑坡類型，深入研究其成因機理，有助于開展滑坡預(yù)警工作。2012年6月29日6時20分左右,貴州省岑鞏縣思旸鎮(zhèn)龍家坡山體發(fā)生大規(guī)?；?300～400萬 m3巖土體失穩(wěn)后堵塞坡下的馬坡河，形成20余 m高的堰塞壩及庫容達(dá)7萬余 m3的堰塞湖。筆者在對災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)繪、航拍、顆分試驗等手段，對龍家坡滑坡的基本特征進(jìn)行了分析研究，對滑坡發(fā)生及成災(zāi)原因進(jìn)行了初步分析。結(jié)果表明:滑坡區(qū)風(fēng)化破碎的厚層堆積體、有利的巖層傾向以及前緣臨空是滑坡發(fā)生的基本條件；滑坡區(qū)南側(cè)地下水徑排區(qū)被堆填大量粉黏土棄渣，不僅為該區(qū)斜坡人為增加了巨大推力，還使該區(qū)斜坡地下水局部富集。在強降雨條件下，南側(cè)堆積區(qū)首先發(fā)生滑動，其對主滑體的側(cè)向剪切擾動作用帶動主滑區(qū)大規(guī)模失穩(wěn)破壞。由此，對這類側(cè)向剪切擾動誘發(fā)的滑坡，在進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和預(yù)警時，除了應(yīng)調(diào)查其巖土體特征外，還必須查明其邊界條件。

龍家坡滑坡；堆積體；側(cè)向剪切擾動；堰塞壩；成因機理；地表破裂特征

0 引言

誘發(fā)滑坡的外部因素很多，通常認(rèn)為的有降雨[1-3]、地震[4-5]、工程擾動[6-7]和爆破擾動[8]等。這些外部條件的改變主要從2個方面影響滑坡體(或滑動面)，一是改變滑動面的抗剪強度[9]，使得抗滑力急劇降低，二是改變滑坡體自身所受荷載[10]，造成穩(wěn)定性降低。就形成機理而言，高位堆積體會發(fā)生高速遠(yuǎn)程滑坡[11]、高位巖壁破壞會形成崩塌和碎屑流[6]等，對下游形成較大的破壞。貴州岑鞏縣龍家坡滑坡是受側(cè)邊界剪切擾動而誘發(fā)的，龍家坡滑坡發(fā)生后，沿巖層視傾向滑動，沖向溝谷底部。這與人們通常了解的外部影響因素不同，是一個新的滑坡類型。

貴州岑鞏縣思旸鎮(zhèn)龍家坡滑坡發(fā)生于2012年6月29日6時20分左右?；聲r300～400萬 m3巖土體突然啟動，滑向溝底，其中右前部坡體越過馬坡河沖向?qū)Π?，形?0余 m高的堰塞壩，在上游形成庫容達(dá)7萬余 m3的堰塞湖?；略斐?棟木質(zhì)房屋損毀。據(jù)水利部門測算，至7月1日下午6點，滑坡形成的堰塞湖庫容量約7萬 m3，水深8.00～9.00 m，對下游村寨及農(nóng)田造成極大危害，威脅周邊及下游螞蟥坳組等348戶1 020名群眾的生命財產(chǎn)安全。

通過對龍家坡滑坡細(xì)致的現(xiàn)場調(diào)查和研究，查明該滑坡的基本特征和成災(zāi)機理，旨為此類滑坡的預(yù)警預(yù)報工作提供依據(jù)。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

龍家坡滑坡區(qū)屬構(gòu)造侵蝕剝蝕地貌，地形切割強烈，起伏較大。滑坡區(qū)地形原始坡度15°～40°，斜坡總體中部緩，上下部陡，南北兩側(cè)各有凸出山脊，中間坡體略凹，呈圈椅狀凹形坡地形。斜坡原始坡向約270°，如圖1滑坡區(qū)滑前地貌圖所示，斜坡南側(cè)原有小型沖溝及負(fù)地形發(fā)育，后被人工堆填體掩埋，堆積年限約為3 a。

滑坡區(qū)斜坡耕地主要為旱田，兩側(cè)變坡帶上多發(fā)育多年生喬木和灌木叢。滑坡區(qū)下部為馬坡河，河流由北向南匯入下游舞陽河，即時流量約0.5 m3/s。據(jù)滑前衛(wèi)星圖片(圖1)顯示，滑坡區(qū)北側(cè)河谷較為狹窄，南側(cè)寬闊，谷底為平緩的一級階地?；聟^(qū)下部河道主要沿河流東岸坡腳展布，對坡腳部位形成了較強烈的侵蝕，使滑坡前緣具有相對較好的臨空條件(圖1)。

圖片來源于Google Earth，影像拍攝時間2008年12月。圖1 龍家坡滑坡區(qū)地形地貌Fig.1 Geomorphological map before the Longjiapo slope sliding

從2009年8月開始，當(dāng)?shù)卣谛逼轮胁康木徠碌貛藿肃l(xiāng)村道路，2011年對該道路進(jìn)行擴建，大量工程棄土通過該鄉(xiāng)村道路運輸至滑坡南側(cè)低洼處堆填，估算堆填方量約10萬 m3。棄土主要為橙黃色粉質(zhì)黏土。因圖1所示的滑坡滑前地貌影像拍攝于2008年12月，沒能反映出公路開挖和棄渣堆填情況。

滑坡區(qū)地層單一，基巖主要為下寒武統(tǒng)杷榔組(∈1p)泥、頁巖，滑坡體主要為第四系(Q4)松散堆積物。

下寒武統(tǒng)杷榔組(∈1p)：灰綠色、黃綠色粉砂巖、泥巖及鈣質(zhì)頁巖組合，風(fēng)化后巖石呈黃褐色-灰褐色?；轮苓吇鶐r主要出露于1#和2#山梁上，以及馬坡河對岸谷底，基巖產(chǎn)狀：160°～165°∠30°～35°，滑坡區(qū)內(nèi)主要發(fā)育2組節(jié)理：305°∠70°，31°∠75°。

滑坡區(qū)及其周邊范圍內(nèi)無大規(guī)模斷裂、褶皺等構(gòu)造形跡發(fā)育。

據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶仲Y料，2012年4-6月岑鞏縣總降雨量為560.90 mm，較常年平均雨量偏多18%。其中:5月以來陰雨天數(shù)較多，達(dá)到19 d，總降雨量為239.40 mm，較常年偏多37%；6月滑坡前降雨天數(shù)為16 d，總降雨量為204.40 mm，其中25-26日當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)大暴雨。地下水補給主要來源為大氣降水，松散堆積物總體上透水而不飽水。由于斜坡下伏基巖砂頁巖傾向南側(cè)并略傾向坡內(nèi)，第四系堆積體中的地下水沿隔水的砂頁巖層頂面向斜坡南側(cè)滲流，遇到斜坡南側(cè)山脊的阻擋后易在變坡位置匯集。

2 滑坡體的基本特征

龍家坡滑坡位于馬坡河左岸，主體平面形態(tài)呈不規(guī)則的五邊形，如圖2所示。主滑坡體所在斜坡坡向約為270°，東西向高差最大，東側(cè)后緣滑坡壁頂接近山脊，滑坡后壁最高點海拔約500.00 m，其下部高程455.00 m左右，為長條形滑坡洼地(C2亞區(qū)與B區(qū)交界處，圖2)，近南北向展布，長約70.00 m；滑坡體下部向西直達(dá)馬坡河，并在谷底堵塞河道，形成堰塞湖；滑坡前緣剪出口附近高程382.00～405.00 m，北側(cè)高，南側(cè)低；滑坡前后緣高差最大可達(dá)120余 m?；聳|西向最大長度約為430.00 m，其中主滑體長度約為330.00 m；滑坡南北向最大寬度為380.00～400.00 m，其中主滑體寬約300.00 m。

經(jīng)過現(xiàn)場詳細(xì)調(diào)繪，結(jié)合地表變形特征和滑坡的發(fā)生過程與成因機制，將龍家坡滑坡分為如圖2所示的4個區(qū)域：啟動區(qū)(A區(qū))、主滑區(qū)(B區(qū))、后部牽引區(qū)(C區(qū))和次級滑坡(D區(qū))?；略斐傻难呷镋區(qū)。在4個滑坡分區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)坡體物質(zhì)成分和變形跡象等，又將各分區(qū)劃分為若干亞區(qū)。

大部分滑坡區(qū)(A2亞區(qū)除外)坡體主要以風(fēng)化破碎的塊石堆積體為主，碎塊石較為密實；A2亞區(qū)主要以橙黃色粉質(zhì)黏土為主，經(jīng)調(diào)查為堆填料。

滑坡區(qū)各分區(qū)的變形及滑移特征詳述如下。

2.1 滑坡啟動區(qū)特征

滑坡啟動區(qū)(A區(qū))位于滑坡的南側(cè)，其左側(cè)是凸出的2#山梁，右側(cè)與B區(qū)以小沖溝分界。對比滑前和滑后影像(圖1，圖2)，本區(qū)早前是相對寬闊的凹坡地形。2009年8月修路后開始將大量含礫粉質(zhì)黏土堆填于該凹坡中，粗略估計堆填方量約為10萬 m3，使負(fù)地形變得更為平緩。

滑坡后，啟動區(qū)中部為完全失穩(wěn)的含礫粉黏土堆填體。

從滑坡后存留下來的滑坡主斷壁(A1和A2交界處)判斷A區(qū)主滑體下錯滑移了20.00～25.00 m，造成原近水平的堆積區(qū)上表面及路面因滑體發(fā)生旋轉(zhuǎn)滑動(rotational sliding)而傾向后壁一側(cè)，傾向方位為130°～140°。A1亞區(qū)位于滑坡主斷壁后側(cè)，是因為受A2亞區(qū)滑移擾動，后緣邊界處臨空條件改變而形成的漸進(jìn)后退式滑動帶，由數(shù)級臺坎組成。A2亞區(qū)滑坡體中部相對凹陷，斜坡表面位于原始堆積面以下。2#山梁北側(cè)的剪切斷壁下發(fā)育一條東西向的縱向壟，壟N側(cè)面向NW方向緩坡過渡，在與B區(qū)交界處形成一個凹陷洼地；洼地西側(cè)為一條走向約160°的橫向壟。橫向壟向NW方向延伸，在與B區(qū)交界處形成一條張性的拉裂槽，拉裂槽寬約4.40 m，槽壁揭示坡體為塊碎石土，碎塊石粒徑為1～4 cm，約占總量的10%。橫向壟W側(cè)為A3亞區(qū)。

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，A3亞區(qū)(圖2、圖3、圖4)坡體張性裂隙發(fā)育，在橫向壟上發(fā)育與壟走向垂直的張性裂隙(走向230°～280°)。橫向壟前部(西側(cè))的灌木叢中坡體破碎，裂縫帶發(fā)育，裂縫走向200°～250°，最大張開1.10 m，可見深度50 cm，裂縫走向由W向S偏轉(zhuǎn)，到滑坡S側(cè)邊界位置偏轉(zhuǎn)至200°左右。裂縫壁展示滑體為碎石堆積體，粒徑為5～10 cm。

啟動區(qū)的縱剖面圖如圖5所示。A1亞區(qū)主要為滑坡后壁及殘坡積層，A2亞區(qū)為啟動區(qū)滑坡主體，A2亞區(qū)與A3亞區(qū)之間為縱向壟，A3亞區(qū)表面發(fā)育鼓脹裂隙；在A3亞區(qū)前部有一段被滑坡掀翻的河床，舊河床下部是被掀斜的稻田，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查分析，把該區(qū)段劃分到滑坡主滑區(qū)中，該區(qū)段的形成機理將在3.1節(jié)中詳述。

2.2 滑坡主滑區(qū)特征

滑坡體主滑區(qū)(B區(qū))面積占滑坡總面積的63%，如圖2和圖3所示，B區(qū)主要分布在滑坡區(qū)的中部和前部。根據(jù)地表變形特征將B區(qū)劃分為B1、B2和B33個亞區(qū)。

B1亞區(qū)地表變形以垂直于主滑方向的階梯狀下挫臺坎為主(圖6)，臺坎走向110°～120°，延伸較長者長度可達(dá)到80.00 m以上。受滑坡體內(nèi)部滑動速度差異影響而形成的這些次級臺坎，NW側(cè)(右側(cè))高差較大，可達(dá)到3.00 m左右，SE端(左側(cè))逐漸閉合，較長大的挫坎帶穿越道路時把路面錯斷(圖7)。

航拍圖像來源于貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院。圖2 龍家坡滑坡正射航拍影像及滑坡分區(qū)Fig.2 Movement zoning of Longjiapo landslide by orthogonal projection image

1.剖面線;2.巖層產(chǎn)狀;3.民房;4.鄉(xiāng)村道路;5.河流;6.原生臺坎;7.高程點及高程值;8.滑坡分區(qū)編號;9.寬度小于30 cm裂縫;10.寬度大于30 cm裂縫;11.滑坡臺坎;12.滑坡洼地;13.滑坡鼓丘;14.滑動方向;15.滑坡邊界。圖3 龍家坡滑坡地表破裂特征平面圖Fig.3 Plan view of characteristic of surface rupture of Longjiapo landslide

圖4 滑坡啟動區(qū)近貌Fig.4 Characteristic of the promoter area on left side

1.碎塊石土；2.粉質(zhì)黏土；3.下寒武統(tǒng)杷榔組；4.滑動面及滑動方向；5.鈣質(zhì)頁巖；①灰色-灰綠色薄層強風(fēng)化鈣質(zhì)頁巖；②灰色-銀黑色碎塊狀強風(fēng)化鈣質(zhì)頁巖。圖5 滑坡啟動區(qū)縱剖面圖(3-3’)Fig.5 Longitudinal section of the promoter area of Longjiapo landslide

圖6 主滑區(qū)右后側(cè)的牽引式階梯狀下挫臺坎Fig.6 Drag-and-slippage zone in the right caudal quarter of main sliding region

B2亞區(qū)中發(fā)育有規(guī)模較小的橫向(NW向)拉裂縫和少量的縱向拉裂縫，橫向拉裂縫無明顯的水平和垂向錯動特征，顯示該亞區(qū)發(fā)生較為平順的滑移變形。

B3亞區(qū)位于主滑區(qū)的前部，坡體表面張裂縫發(fā)育。在主滑區(qū)滑動時，啟動區(qū)的A2和A3亞區(qū)也都被主滑體推動向SW側(cè)發(fā)生過二次滑動，造成主滑體前部B3亞區(qū)和A3亞區(qū)受二次推擠發(fā)育大量走向200°左右的鼓脹縫。

B1亞區(qū)東側(cè)邊界與C區(qū)交界處為高差3.00 m左右的鼓脹區(qū)(圖8)，這些特征不僅與滑面本身具有下傾特性有關(guān)，還應(yīng)與C區(qū)塊體快速下滑對主滑體發(fā)生沖擊有關(guān)。

B3亞區(qū)位于主滑體前部(圖3)，受主滑區(qū)中后部推擠作用，前緣坡體有明顯的向外翻的變形破壞現(xiàn)象，本區(qū)是滑坡前部的阻滑鼓脹區(qū)。如圖9a所示，B3亞區(qū)SW側(cè)前緣有一段被抬升的河床，河床南端被推擠到2#山梁前部的山坡上，北端仍然在山坡下。舊河床下部是被掀斜的稻田，稻田與山坡的接觸面就是滑坡南側(cè)的剪出口。通過與滑前衛(wèi)星圖像(圖1)進(jìn)行對比判斷，該區(qū)域剪出口位于馬坡河右岸一級階地中，主滑體向SW方向滑動，推動河床向前推擠，致使前端坡體抬升隆起。由于受到其前部阻滑地形的影響，河床S端平移距離較小，但抬升較高。由于河床保持了相對的完整平順，說明啟動區(qū)(A區(qū))滑動時，其前緣尚未明顯影響到原河床，河床被掀翻是主滑區(qū)前部推移造成的。

圖7 道路被臺坎錯斷Fig.7 Road has been destroyed

圖8 主滑區(qū)東側(cè)的擠壓鼓脹特征Fig.8 Tympanism characteristics of the east side of the main sliding area

圖9 主滑區(qū)前部阻滑鼓脹區(qū)特征Fig.9 Tympanism characteristics of the front side of the main sliding area

受B1和B2區(qū)塊推動，B3亞區(qū)向SW側(cè)斜坡局部臨空方向剪切滑動，后部(N側(cè))斜坡坡體產(chǎn)生了向坡下的側(cè)向位移，造成這部分滑體滑向河谷中，堵河形成20余 m高的堰塞壩(圖9b)，在上游形成庫容達(dá)7萬余 m3的堰塞湖。目前地方水利部門為降低堰塞湖的水位和壩體的威脅，已經(jīng)將堰塞壩挖開成明渠排水。

從穩(wěn)定角度來評價，在沒有支護措施下開挖堰塞壩對斜坡穩(wěn)定性是很不利的，在強降雨等極端工況下，很可能會造成坡體再次失穩(wěn)而再次阻塞河道。

壩體開挖后，揭露出堰塞體以碎塊石堆積體為主，粒徑大于60.00 mm的碎塊石體積分?jǐn)?shù)約為8%，2.00～20.00 mm的粗礫土體積分?jǐn)?shù)約占50%。堆積體成分以粗顆粒土夾碎塊石為主，細(xì)顆粒較少，土體較為疏松。

由滑坡區(qū)縱剖面圖(圖10)可以看到，B區(qū)滑移距離很大，以致在中后部形成一個凹陷。把龍家坡滑坡滑前的衛(wèi)星圖片和滑后的實測地形圖(1∶1 000)疊加在一起，就可以解譯出滑坡體的滑移距離[12-13]。

1.碎塊石土;2.下寒武統(tǒng)杷榔組;3.滑動面及滑動方向;4.鈣質(zhì)頁巖；①灰色-灰綠色薄層強風(fēng)化鈣質(zhì)頁巖；②灰色-銀黑色碎塊狀強風(fēng)化鈣質(zhì)頁巖；③青灰色中厚層鈣質(zhì)砂頁巖。a. 1-1’剖面；b. 2-2’剖面。圖10 龍家坡滑坡縱剖面圖Fig.10 Longitudinal section of Longjiapo landslide

為了構(gòu)圖美觀，在制圖11時只保留了模數(shù)為5.00 m的等高線。受Google Earth影像分辨率的影響，僅選取滑區(qū)較明顯的3個地物標(biāo)志作為量測主滑區(qū)位移和滑動方向的依據(jù)。圖11中：①區(qū)為主滑區(qū)中部竹林中的民房，其中：西側(cè)民房的位移量為40.89 m，其滑動方向為250°；東側(cè)民房的位移量為40.34 m，位移方向為248°。②區(qū)為主滑區(qū)西側(cè)一處被錯斷的小路，經(jīng)測量，錯距為23.10 m，錯斷面方向為232°。③區(qū)位于滑坡的左前緣，該處原有河床被滑坡掀翻，其南段被推擠到2#山梁前部的山坡上，如圖9a所示。經(jīng)測量，此段舊河床被向244°方向推移了30.50～59.50 m；由于受到2#山梁前緣阻擋，舊河床南端較北端早停止運動，舊河床繞南側(cè)端點逆時針旋轉(zhuǎn)了15°～20°。在滑坡的右前端，經(jīng)過Google Earth影像解譯，滑坡前河谷寬約35.00 m；滑坡后該區(qū)形成堰塞壩，前緣坡體位移至少應(yīng)為35.00 m。綜合分析，主滑區(qū)中部位移量為40.00～41.00 m，且其左前側(cè)最大位移量(59.50 m)明顯大于右前側(cè)(約35.00 m)，滑坡在SW方向發(fā)生位移最大。同時，主滑區(qū)中部又因受到后部牽引區(qū)滑體的推擠(圖8)而出現(xiàn)局部鼓脹。

由解譯結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)：①區(qū)民房位于B1亞區(qū)中后部，受到后部牽引區(qū)C2亞區(qū)推擠影響較為強烈，故位移方向較主滑方向有向西偏轉(zhuǎn)；②區(qū)位于滑坡的右側(cè)邊緣，受滑體橫向擴移及向溝谷滑移影響較重，位移方向較主滑方向略偏W；③區(qū)由于受2#山梁阻擋作用，舊河床向SW側(cè)的位移受到限制，故其滑移方向角度應(yīng)較主滑方向偏大。把圖11獲取的局部點位移矢量與地表破裂特征進(jìn)行比較分析，龍家坡滑坡主滑區(qū)的滑移方向應(yīng)為216°～220°，該方向滑坡長度為480.00 m。

2.3 滑坡后部牽引區(qū)特征

滑坡牽引區(qū)(C區(qū))位于主滑體后部的斜坡上，由于受地形影響，本區(qū)主要有SW(C1區(qū)，223°)、W(C2區(qū)，269°)和NW(C3區(qū)，290°)3種滑動方向。其中：C1亞區(qū)位于主滑體的后部，其前部與主滑區(qū)滑離后，形成一個約5 m高的陡坎，造成C1區(qū)失去前緣支撐而向前滑移；C2亞區(qū)位于主滑區(qū)左后部，其前緣有一條近SN向展布的洼地，如圖8所示，洼地西側(cè)的B1區(qū)坡體上有明顯的受沖擊形成的鼓脹變形；C3亞區(qū)位于主滑體的左側(cè)，由于主滑體具有向W側(cè)的位移分量，造成左側(cè)臨空而形成的。C區(qū)坡體的下滑同時也給主滑體一個自E向W甚至SWW的推力，在主滑體上生成一系列因擠壓而形成的張性裂縫。

2.4 次級滑坡特征

次級滑坡(D區(qū)，圖12)位于主滑坡右邊界1#山脊外側(cè)，該處兩側(cè)均以山脊為界，中間有向NW方向的臨空面和一定厚度的堆積物，坡體后部與主滑體相連。次級滑坡平面呈長舌狀，橫寬50.00～60.00 m，縱長150.00 m，滑坡體平均厚約4.00～6.00 m，主滑方向為284°?；w頂部與主滑體(B區(qū))已經(jīng)脫開，向滑體下部發(fā)育多級橫向牽引式張裂縫，左側(cè)與山脊呈漸變式過渡，右側(cè)邊界為剪張性挫坎，由民房附近延伸致坡體中部結(jié)束。坡體上樹木、毛竹等均沿滑動方向倒伏，堆積體前部伸入馬坡河中。次級滑坡物質(zhì)主要來自坡體中上部，受主滑體側(cè)向滑移推擠而失穩(wěn)。由于受相對穩(wěn)定的1#山梁的阻隔，次級滑坡單獨滑開。

1.房屋滑前位置；2.房屋當(dāng)前位置；3.滑坡前河道；4.滑坡后開挖河道；5.堰塞湖；6.滑坡方向；7.被掀翻的舊河床；8.標(biāo)志物位移方向(數(shù)字為：位移值，位移方向)；9、10、11.標(biāo)志物編號。圖11 龍家坡滑坡地表位移解譯Fig.11 Characteristic of surface rupture of Longjiapo landslide

圖12 主滑區(qū)北側(cè)的次級滑坡Fig.12 Secondary slope on the northern part of the main sliding area

圖13 龍家坡滑坡啟動區(qū)計算剖面圖Fig.13 Simulation section of the promoter area of Longjiapo landslide

3 滑坡的發(fā)生過程與成因機制

龍家坡滑坡發(fā)生于巖體結(jié)構(gòu)斜向緩傾坡內(nèi)的斜坡上，主滑區(qū)兩側(cè)各有一個伸出的山梁(1#山梁和2#山梁)，這種坡體結(jié)構(gòu)通常應(yīng)該是較為穩(wěn)定的。

經(jīng)過調(diào)查，滑坡區(qū)發(fā)育強度較低的粉砂巖、泥巖及鈣質(zhì)頁巖，巖體較為破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，且主要發(fā)育2組近于垂直的節(jié)理面：305°∠70°和31°∠75°。這2組節(jié)理把滑坡區(qū)基巖向下部切割，造成滑坡區(qū)強風(fēng)化巖體范圍廣、深度大，在坡度較陡的區(qū)域容易造成局部滑塌，而這些滑塌后的碎裂物質(zhì)受緩傾坡內(nèi)巖體的阻隔，逐漸在斜坡上形成具有一定厚度的崩滑堆積體。

在重力作用下巖土體長期緩慢的蠕變作用造成堆積體內(nèi)部形成了一條潛在的相對平緩的剪切變形帶，由于崩滑堆積體的礫徑大，總體抗剪強度較高，斜坡沒有立即失穩(wěn)。在天然狀態(tài)下，滑坡區(qū)堆積體在重力作用下沿基巖傾向方向(160°～165°)擠壓，由于受到2#山梁的阻擋，造成南側(cè)坡體受擠壓而較密實，但長期的壓剪作用在坡體表面沿坡向形成一定寬度的破碎帶，在地表徑流的沖蝕下形成負(fù)地形(即為圖1所示滑坡南側(cè)凹槽)；而滑坡區(qū)后側(cè)(NE側(cè))坡體在長期緩慢拉張作用下變得疏松且平緩。

滑坡區(qū)下部河道主要沿河流東岸坡腳展布，對坡腳部位形成了較強烈的侵蝕，造成滑坡區(qū)南側(cè)內(nèi)凹，使滑坡前緣具有了相對較好的臨空條件。3.1 滑坡啟動區(qū)穩(wěn)定性分析

為了分析滑坡左側(cè)啟動區(qū)(A區(qū))對滑坡整體穩(wěn)定性的影響，針對滑坡啟動區(qū)的坡體表面有無外部堆載2種外部條件，每一種條件采用天然和暴雨2種工況，進(jìn)行極限平衡法分析和二維有限元計算分析。

表1為試驗獲得的啟動區(qū)主要巖土體參數(shù)。圖13為啟動區(qū)滑坡前地形剖面，暴雨后地下水位采用圖中虛線所示浸潤水位。

經(jīng)過極限平衡法計算，啟動區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)如表2所示。在坡表堆載前，天然工況及暴雨工況下斜坡均表現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，只是暴雨下穩(wěn)定性系數(shù)出現(xiàn)相應(yīng)降低。坡體堆載后，天然工況下斜坡仍保持了基本穩(wěn)定，但是堆載的粉質(zhì)黏土堵塞了斜坡的徑流通道，導(dǎo)致暴雨工況下斜坡穩(wěn)定性系數(shù)急劇降低，斜坡最終失穩(wěn)。

二維有限元計算結(jié)果(圖14)顯示，斜坡失穩(wěn)后，堆載體的勢能快速轉(zhuǎn)化為動能而向前推擠，前部原始坡體受沖擊后而快速向前運動，繼而在斜坡中部形成一條凹槽。斜坡失穩(wěn)后最大位移達(dá)到40余m。通過計算結(jié)果也可以看到，失穩(wěn)后斜坡受到堆載體的推擠作用十分明顯，由于斜坡中后部位移量較大，給予右側(cè)主滑區(qū)強烈的側(cè)向剪切擾動，導(dǎo)致主滑區(qū)坡體向臨空方向失穩(wěn)。

3.2 滑坡的發(fā)生過程

通過現(xiàn)場調(diào)查及數(shù)值計算結(jié)果綜合分析，龍家坡滑坡最先是從其左側(cè)啟動區(qū)(A區(qū))失穩(wěn)開始的。A區(qū)被人工堆填的約10萬 m3粉質(zhì)黏土在降雨誘發(fā)下首先失穩(wěn)，如圖14數(shù)值計算結(jié)果顯示：失穩(wěn)土體推動整個A區(qū)向臨空方向滑移；主滑區(qū)坡體由于受到劇烈的側(cè)向剪切擾動，開始整體向SW側(cè)斜坡局部臨空處滑移，滑坡整體失穩(wěn)。

滑坡失穩(wěn)過程分階段詳述如下：

1)啟動區(qū)首先失穩(wěn)，主滑區(qū)受到側(cè)向剪切擾動

原始斜坡是穩(wěn)定的(圖15a)，滑坡前，啟動區(qū)坡體中上部被堆填了厚度為10.00～15.00 m的粉質(zhì)黏土(圖15b)，這一堆載作用加速了原坡體潛在剪切蠕變帶的變形過程，斜坡穩(wěn)定性開始降低。滑坡前一個月的降雨過程造成A區(qū)潛在剪切蠕變帶抗剪強度指標(biāo)降低，同時堆填體飽水使坡體上部荷載增加，最終導(dǎo)致斜坡沿潛在滑移帶失穩(wěn)。如圖15c所示，此時啟動區(qū)斜坡前部3區(qū)坡體受到2區(qū)推動，坡體平均運動速度v2>v3(v2和v3分別為2區(qū)和3區(qū)坡體的平均運動速率)。

表1 龍家坡滑坡啟動區(qū)主要巖土體參數(shù)

表2 龍家坡滑坡啟動區(qū)穩(wěn)定性計算結(jié)果

2區(qū)坡體向前失穩(wěn)時沖擊推擠3區(qū)，巨大的勢能快速轉(zhuǎn)換為動能，使3區(qū)坡體高速滑向河谷。由于3區(qū)斜坡臨空條件較好，且總體質(zhì)量小于2區(qū)，2區(qū)坡體的能量在沖擊和推移過程中快速傳遞給3區(qū)坡體，使得v2

當(dāng)3區(qū)坡體從剪出口剪出后，動能迅速衰減；而后部2區(qū)堆載體仍在重力作用下加速向前運動，造成2區(qū)高速碰撞前部坡體(v2>v3)，導(dǎo)致3區(qū)后部形成的拉裂槽被擠壓而閉合，并在滑坡體中部形成一條垂直于主滑方向的隆起(橫向壟)；最后，受到碰撞的3區(qū)坡體繼續(xù)向前運動(圖15e)，但此時獲得的動能已經(jīng)遠(yuǎn)小于初始滑移時的動能，所以3區(qū)受到碰撞后，除發(fā)生體積壓縮外，只是向前推移了少量距離。

在前一變形階段形成的中部拉裂槽大部分被2區(qū)的粉質(zhì)黏土堆填而閉合，拉裂槽北側(cè)一段因為其后部為原始坡體而沒有被粉黏土堆填，才得以保留。

這種斜坡土體失穩(wěn)后，滑帶受到上部滑動堆積體的加載剪切擾動作用，由于自身滲透系數(shù)很低，這個過程相當(dāng)于加載不排水剪切，因而在飽水黏土層內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力，使滑體施加給地面的有效應(yīng)力降低，摩阻力減小。這一作用使得上部滑體能夠快速向前滑動[11]。

由于啟動區(qū)失穩(wěn)時，堆填體在很短的時間內(nèi)下錯了20.00～25.00 m，給予右側(cè)主滑區(qū)強烈的側(cè)向剪切擾動，造成厚度約20.00～30.00 m的主滑坡區(qū)沿基覆界面向斜坡局部臨空方向發(fā)生滑移失穩(wěn)。圖15f所示為主滑區(qū)滑移后，啟動區(qū)受到主滑區(qū)推移擾動的情況，此時啟動區(qū)前緣的河床被主滑區(qū)掀翻。

2)主滑區(qū)失穩(wěn)，向SW側(cè)推擠

主滑區(qū)滑坡失穩(wěn)后，啟動區(qū)受到了一定程度的擠壓。B2亞區(qū)和A2亞區(qū)接觸部位內(nèi)側(cè)坡體由于受擠壓而在坡表形成強烈的張性挫臺，呈傾倒拉裂狀，強烈擠壓造成滑坡表層松散堆積物形成一定高度的隆丘，如圖16所示。A2亞區(qū)也由于受到擠壓在左側(cè)形成一條走向約264°的縱向壟(圖4，圖16)。

通過勘察，主滑體中前部厚度為14.00～22.00 m，而A3亞區(qū)變形區(qū)厚度淺于主滑體厚度。主滑體強大的推力作用在A區(qū)坡體上，造成A區(qū)發(fā)生二次滑移，向南側(cè)旋轉(zhuǎn)，滑體被推擠到南側(cè)的山坡中部。

主滑區(qū)前部的B3亞區(qū)南側(cè)坡體在向SW側(cè)運動過程中，滑帶直接從一級階地下部剪出，造成原有的馬坡河河床被翻起(圖9a，圖15f)，滑體前緣受到南側(cè)山脊的阻擋作用，導(dǎo)致滑面反翹，造成圖9a所示舊河床南端高于北端。

3)主滑區(qū)B3亞區(qū)北側(cè)坡體向河谷側(cè)移形成堰塞壩

在滑坡前部向SW側(cè)滑移的過程中，B3亞區(qū)N側(cè)坡體向河谷方向(W側(cè))發(fā)生側(cè)向擴移，大量的塊碎石堆積體沖向馬坡河，形成高約20.00 m的堰塞壩，壩寬25.00 m，沿河流方向厚約70.00 m。

主滑體B2和B3亞區(qū)整體滑移過程中，對后部B1亞區(qū)坡體具有較大的牽引作用。B1亞區(qū)坡體由于在早期成坡過程中就比較疏松、平緩，且厚度較大，這種坡體特性使得B1亞區(qū)在受到前部坡體快速牽引后變形特征較為明顯，整個坡體廣泛發(fā)育走向110°～120°的長大階梯狀下挫臺坎。如圖6所示，由于受牽引作用過大，在B1亞區(qū)右側(cè)形成了拉陷區(qū)。這些長大的下挫臺坎延伸較長者長度可達(dá)到80.00 m以上。

a.啟動區(qū)失穩(wěn)后xy位移云圖；b.啟動區(qū)失穩(wěn)后位移矢量圖；c.啟動區(qū)失穩(wěn)后網(wǎng)格形變圖。圖14 堆載后暴雨工況下啟動區(qū)位移有限元計算結(jié)果Fig.14 Contour cloud map of xy displacement of the promoter area with FEM under situation of rainfall

圖15 啟動區(qū)滑坡模式圖Fig.15 Landslide evolution model of the promoter area

圖16 啟動區(qū)后部的受擠壓區(qū)Fig.16 Extrusion area in the back of promoter area

4)后緣邊界處因臨空條件改變而出現(xiàn)牽引滑動區(qū)(C區(qū))

主滑體B區(qū)在發(fā)生滑動后，在斜坡后緣形成了高差10余m的臨空面，局部較陡處可達(dá)20余 m，臨空條件的改變?yōu)樾逼潞蟛克缮⑵麦w失穩(wěn)提供了空間條件。由于主滑體的滑移方向為SW向，同時具有向溝谷方向的側(cè)向位移分量，造成滑坡后緣臨空方向并不一致，C1、C2和C3亞區(qū)的主滑方向分別為220°、260°～270°和290°。

C2亞區(qū)快速下滑后與B1亞區(qū)后部發(fā)生強烈碰撞，形成一條明顯的推擠鼓脹區(qū)，如圖8所示。

5)受主滑區(qū)滑移擾動和側(cè)向擠壓，沿斜坡后部局部臨空方向產(chǎn)生一個次級滑坡

滑坡區(qū)北側(cè)(1#山梁北坡)具有內(nèi)凹地形，松散堆積層較厚(D區(qū))，其頂部坡體與主滑區(qū)后部坡體相連。主滑區(qū)后部坡體由于在向坡下滑移過程中受到1#山梁的側(cè)向阻擋作用，對D區(qū)后部坡體產(chǎn)生了滑移擾動和側(cè)向擠壓，導(dǎo)致D區(qū)堆積體受到推擠作用而發(fā)生次級滑坡，主滑方向為284°。

3.3 滑坡的成因機制

造成龍家坡滑坡失穩(wěn)的主要動力來自啟動區(qū)失穩(wěn)后產(chǎn)生的側(cè)向剪切擾動力；降雨是滑坡失穩(wěn)的外部影響因素。坡前的局部臨空條件和向S側(cè)傾斜的滑床產(chǎn)狀決定了滑動的主方向。

a.滑坡左側(cè)堆填體首先失穩(wěn); b.受側(cè)向剪切擾動,主滑體失穩(wěn)。圖17 龍家坡滑坡失穩(wěn)機制概念模型Fig.17 Conceptual model of failure mechanism for Longjiapo landslide

如圖17所示，啟動區(qū)(A區(qū))分布于主滑區(qū)左側(cè)邊的狹長地帶，其失穩(wěn)后在很短時間內(nèi)下錯了20.00～25.00 m，給予主滑區(qū)很大的側(cè)向剪切沖量。雖然流域上本區(qū)總體坡向向W，但是河流在主滑區(qū)SW側(cè)對坡腳部位有較強烈的侵蝕，造成斜坡局部凹進(jìn)形成負(fù)地形，使滑坡向SW側(cè)有了相對較好的臨空條件。同時，本區(qū)內(nèi)滑床基巖傾向為160°～165°，造成滑床產(chǎn)狀向S傾斜。這些因素共同作用，使主滑區(qū)向斜坡SW側(cè)滑移。

總之，由于左側(cè)啟動區(qū)首先失穩(wěn)，龍家坡滑坡主滑體左前側(cè)受到剪切擾動而發(fā)生大規(guī)?；?，并且主滑向朝向微地貌的臨空方向。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1)龍家坡滑坡區(qū)斜坡為斜向坡，巖層傾向斜向下游側(cè)，并略傾坡內(nèi)，滑坡區(qū)內(nèi)主要發(fā)育2組節(jié)理：305°∠70°和31°∠75°。這2組傾角近于垂直的節(jié)理面把滑坡區(qū)基巖向下部切割，造成滑坡區(qū)強風(fēng)化巖體范圍廣、深度大，在坡度較陡的區(qū)域容易造成局部垮塌，而這些垮塌后的碎裂物質(zhì)受緩傾坡內(nèi)巖體的阻隔，逐漸在斜坡上形成具有一定厚度的崩滑堆積體，這為滑坡的形成提供了物源條件。

2)龍家坡滑坡發(fā)生于巖體結(jié)構(gòu)斜向緩傾坡內(nèi)的斜坡上，主滑區(qū)兩側(cè)各有一個伸出的山梁(1#山梁和2#山梁)，這種坡體結(jié)構(gòu)通常應(yīng)該是較為穩(wěn)定的。但是由于本區(qū)斜坡巖層傾向斜向下游側(cè)，造成坡上堆積體具有向下游側(cè)推擠的趨勢。

3)河流在主滑區(qū)SW側(cè)對坡腳部位有較強烈的侵蝕，造成斜坡局部凹進(jìn)形成負(fù)地形，使滑坡向SW側(cè)有了相對較好的臨空條件。

4)啟動區(qū)被堆填了大量棄土后，本來可以通過該區(qū)負(fù)地形排走的地下水的徑流通道被堵塞，造成降雨后主滑區(qū)地下水富集，水的潤滑與軟化作用使?jié)撛诨茙У目辜魪姸冉档停w的抗滑力減小。在上部堆填體的加載作用下，啟動區(qū)坡體首先發(fā)生滑動。

5)啟動區(qū)的滑動破壞對主滑區(qū)施加了強烈的側(cè)向剪切擾動作用，并使主滑區(qū)前部臨空條件發(fā)生改變，最終導(dǎo)致主滑區(qū)的整體失穩(wěn)。

6)側(cè)向剪切擾動誘發(fā)滑坡是一類非常隱蔽的滑坡類型。在進(jìn)行斜坡災(zāi)害排查和預(yù)警工作時，應(yīng)該詳細(xì)調(diào)查潛在災(zāi)害體的周邊地質(zhì)環(huán)境，查明側(cè)邊界上的擾動因素，而不僅僅是調(diào)查災(zāi)害體內(nèi)部的巖土體特性。

貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院、貴州省黔東南州國土資源局、岑鞏縣國土資源局的各級領(lǐng)導(dǎo)，以及貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院、貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局101地質(zhì)隊的相關(guān)技術(shù)人員，在現(xiàn)場調(diào)查和資料收集過程中給予了全力支持，謹(jǐn)致謝忱。

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Characteristics and Failure Mechanism of the Longjiapo Landslide in Cengong,Guizhou on June 29，2012：A Case of Catastrophic Landslides Triggered by Lateral Shear Disturbance

Zheng Guang1，Xu Qiang1，Lin Feng1，Ju Nengpan1，Deng Maolin1，Wang Xinfang2

1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection， Chengdu University of Technology，Chengdu 610051，China2.Sichuan Shutong Geotechnical Engineering Company，Chengdu 610041，China

As a new landslide type, its genetic mechanism of landslide is triggered by lateral shear disturbance. The large scale landslide occurred at Longjiapo,Cengong in Guizhou Province on June 29,2012. The landslide, with its volume ranging from 300×104to 400×104m3, became a 20 m weir dam in height blocking up the Mapo River in the lower part and a dammed-lake with about 7×104m3in volume. Based on site investigation, the authors provide detailed characteristics of the landslide and analyze the mechanism of the landslide. It is combined with in-situ grain size composition experimentation, aerial photography and other means. The results indicate that, there were weathered thick accumulation body in the landslide area, and that inclination direction of rock stratum and terrain condition of slope were the favorable fundamental conditions to the landslide. The south part of slide areas, which was a natural guiding gutter of groundwater, had been filled in large amounts of silty clay. In that case, it exerted a large additive gravity force on the ground, and it also induced local groundwater enrichment in the slope body. After the rainfall, part of water seeped into the soil mass and reduced the shearing strength of soils. Then, the slope body in the south area slid firstly, and the motion took great lateral shear perturbation to the main slide area. The main slide area was driven to slide. It deserves intensive study as it is pretty special that the lateral shear disturbance triggered a large landslide. Hence, in addition to its characteristics of rock and soil in the landslide, the geo-conditions of both sides must be investigated in disaster early warning and mitigation.

Longjiapo landslide; accumulation body; lateral shear disturbance; weir dam; failure mechanism; characteristics of surface rupture

10.13278/j.cnki.jjuese.201403203.

2013-10-13

國家重點基礎(chǔ)研究計劃項目(2013CB733200)；國家杰出青年科學(xué)基金項目(41225011)；教育部長江學(xué)者特聘教授崗位資助項目(T2011186)

鄭光(1981-)，男，博士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治及模型試驗工作，E-mail:flywing140@163.com

許強(1968-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評價及防治處理方面的教學(xué)與研究工作， E-mail:xuqiang_68@126.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201403203

P642.22

A

鄭光，許強，林峰,等.2012年6·29貴州岑鞏龍家坡滑坡災(zāi)害的基本特征與成因機理:一個由側(cè)向剪切擾動誘發(fā)大型滑坡的典型案例.吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版,2014,44(3):932-945.

Zheng Guang，Xu Qiang，Lin Feng,et al.Characteristics and Failure Mechanism of the Longjiapo Landslide in Cengong,Guizhou on June 29，2012：A Case of Catastrophic Landslides Triggered by Lateral Shear Disturbance.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(3):932-945.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201403203.