甘肅舟曲鎖兒頭滑坡活動的主控因素分析

蔣秀姿,文寶萍,蔣 樹,馮傳煌,趙 成,李瑞冬

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083 2.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，蘭州 730050

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甘肅舟曲鎖兒頭滑坡活動的主控因素分析

蔣秀姿1,文寶萍1,蔣 樹1,馮傳煌1,趙 成2,李瑞冬2

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083 2.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，蘭州 730050

鎖兒頭滑坡是甘肅舟曲縣城附近一個巨型老滑坡，自20世紀(jì)70年代末以來一直處于緩慢活動之中?；滤幍牡刭|(zhì)環(huán)境表明，鎖兒頭滑坡長期緩慢滑動是具有特殊性質(zhì)的滑坡物質(zhì)在自重、邊界斷層活動、白龍江側(cè)蝕和地下水四大因素聯(lián)合作用下的結(jié)果。然而，除自重這個基礎(chǔ)因素外，其余三個因素在該滑坡中的作用程度如何，目前尚無定論。筆者在野外調(diào)查和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬手段，定量分析了三個因素對滑坡活動速率的貢獻(xiàn)程度。研究結(jié)果表明：對于組成物質(zhì)松軟的鎖兒頭滑坡而言，除了其流變性質(zhì)外，地下水和斷層活動是導(dǎo)致滑坡長期緩慢活動的主要因素，其中地下水位上升的作用略大于斷層活動；盡管滑坡在不同因素作用后的位移模式基本一致，但位移速率有明顯差異；相較于單獨(dú)自重作用，邊界斷層活動使滑坡位移速率增大20%～47%；地下水位上升1 m后，滑坡位移速率增大20%～97%，且隨著水位上升量的增加，滑坡位移速率進(jìn)一步增大；白龍江側(cè)蝕僅對滑坡臨江前緣部分的位移速率影響較大，但位移速率的增大幅度與白龍江水流速度并無明顯正相關(guān)。

鎖兒頭滑坡；緩慢活動；地下水；斷層活動；河流側(cè)蝕

0 引言

舟曲鎖兒頭滑坡20世紀(jì)70年代復(fù)活，此后一直處于緩慢活動之中[1-2]；該滑坡是我國著名的成因復(fù)雜巨型滑坡之一，也是國內(nèi)學(xué)者研究的熱點(diǎn)滑坡之一。宋丙輝等[3-4]通過大型直剪試驗(yàn)研究了鎖兒頭滑坡滑帶土的剪切特性，認(rèn)為滑坡滑帶土具有弱應(yīng)變硬化特征。黃曉、楊為民等[1，5]通過野外調(diào)查和監(jiān)測資料分析，認(rèn)為活動斷裂對滑坡的形成和發(fā)展起控制作用。張翔[6]通過分析滑坡的地質(zhì)條件和環(huán)境因素，認(rèn)為鎖兒頭滑坡所處的特殊地質(zhì)構(gòu)造和強(qiáng)降雨是導(dǎo)致滑坡位移破壞的主要原因。陳家興[7]通過土工離心機(jī)試驗(yàn)研究了降雨對滑坡的影響，認(rèn)為強(qiáng)降雨入滲是鎖兒頭滑坡活動的主要原因。然而，降雨控制論無法解釋滑坡在非雨季的持續(xù)緩慢活動，斷層控制論無法闡釋滑坡各部位活動的不均勻性，尤其滑坡前緣的相對強(qiáng)烈活動。因此，對于控制鎖兒頭滑坡活動性的主要因素至今尚無定論。大量研究[8-12]認(rèn)為，低速緩慢活動滑坡的活動特征受滑坡物質(zhì)的蠕變特性控制。蔣樹等[13]研究發(fā)現(xiàn)，具有緩慢活動特性的泄流坡滑坡只有在考慮滑坡材料的流變特性時才表現(xiàn)出緩慢的不穩(wěn)定活動特征，否則滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。蔣秀姿等[14]通過蠕變試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鎖兒頭滑坡滑帶物質(zhì)具有典型的流變特性，在當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)下滑帶物質(zhì)具有進(jìn)入加速蠕變的條件。在以往該滑坡變形的數(shù)值模擬研究中，前人[6]將滑坡材料視為彈塑性材料，未考慮該滑坡物質(zhì)所具有的流變性質(zhì)。為了弄清控制鎖兒頭滑坡活動性的關(guān)鍵因素，筆者在野外調(diào)查和對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，采用適合描述滑坡材料流變特性的本構(gòu)模型，基于數(shù)值模擬手段定量分析控制和影響滑坡活動的各因素相對作用程度，以期為分析滑坡活動機(jī)理、預(yù)測滑坡趨勢奠定基礎(chǔ)。

1 滑坡發(fā)育和活動特征

鎖兒頭滑坡位于舟曲縣城西側(cè)約1 km的白龍江北岸，該處岸坡為兩山夾一凹槽地形，滑坡恰處于凹槽之中，白龍江從滑坡前緣穿過(圖1)。滑坡所在的凹槽地帶為坪定--化馬斷裂帶穿過地帶，該斷裂帶主斷層面傾向南西、傾角>70°，為一條左旋兼逆沖性質(zhì)的活動斷裂帶，屬區(qū)域性活動斷裂光蓋山--迭山斷裂的一部分[1, 15]。據(jù)2009--2011年的GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，該活動斷裂走滑速率約1.4 mm/a，垂直于斷層面方向表現(xiàn)為擠壓特征，擠壓速率為3.7 mm/a[16]。該滑坡發(fā)育受斷層控制，滑坡側(cè)緣邊界受凹槽兩側(cè)坪定--化馬斷裂帶在區(qū)內(nèi)的主干斷層石亞山--鎖兒頭村--云臺村斷裂(F1)和埡頭村--寨子村--泄流坡斷裂(F4)控制；滑坡后緣邊界受石亞山--鎖兒頭村--云臺村斷裂(F1)的次級斷裂F2控制(圖1)。因此鎖兒頭滑坡為典型的斷層破碎帶滑坡。

F1.石亞山--鎖兒頭村--云臺村斷裂；F4.埡頭村--寨子村--泄流坡斷裂。圖1 鎖兒頭滑坡全貌Fig.1 Overview of the Suoertou landslide

滑坡平面形態(tài)呈紡錘形，滑坡全長3 300 m，前后緣高程分別為1 300和2 200 m，相對高差900 m；滑坡最寬處700 m，最窄處僅有80 m，主滑方向133°，體積約72.85×106m3?；聟^(qū)地形坡度15°～35°。依照地形變化，滑坡可分為前、中、后三段(圖1)?；虑熬壥馨埥瓫_刷掏蝕，白龍江江面在滑坡段寬度為18～30 m?；潞蠖沃星安靠梢姅鄬佣秆卤浪湎碌木奘?圖2)。

鉆孔揭露，鎖兒頭滑坡滑體由兩大類巖土組成：上層為崩坡積成因的灰黃色灰?guī)r碎石土和灰色含灰?guī)r碎石粉質(zhì)黏土；下層為斷層帶內(nèi)黑色炭質(zhì)板巖碎石土和黑色含礫黏性土，后者遇水易軟化、泥化。滑床為炭質(zhì)板巖碎裂巖?；瑤а靥抠|(zhì)板巖斷層碎裂巖與炭質(zhì)板巖碎石土界面發(fā)育，滑帶物質(zhì)為黑色含礫黏性土?；聟^(qū)地下水非常豐富，地下水位埋深5.0～26.5 m，在滑坡前、中、后三段連接處均有泉水出露(圖2)，滑坡區(qū)內(nèi)地下水露頭多達(dá)10余處。

1.灰?guī)r碎裂巖；2.灰?guī)r碎石土；3.炭質(zhì)板巖碎裂巖；4.炭質(zhì)板巖碎石土；5.滑面(帶)；6.含灰?guī)r碎石粉質(zhì)黏土；7.斷層；8.天然地下水位線；9.泉點(diǎn)位置。圖2 鎖兒頭滑坡縱剖面圖Fig.2 Geological cross section of Suoertou landslide

鎖兒頭滑坡持續(xù)緩慢活動的最直接表現(xiàn)是：滑坡裂縫經(jīng)常出現(xiàn),并不斷發(fā)展；滑坡兩側(cè)縱向裂縫貫通，滑動擦痕明顯(圖3)；滑坡上居民房屋開裂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生、排水溝錯動開裂(圖4)，滑坡前緣受江水沖刷頻繁滑塌等?，F(xiàn)場調(diào)查和監(jiān)測資料顯示，鎖兒頭滑坡活動具有明顯的不均一性，滑坡中部李家溝一帶活動最為強(qiáng)烈。據(jù)已有數(shù)據(jù)[2]顯示，2003--2006年期間滑坡裂縫長期變形速率不超過5 mm/d。馮傳煌[17]根據(jù)GPS測量和高分辨率遙感影像推算出2010--2013年滑坡中部年均位移量約6 m/a(約16 mm/d)，滑坡后部和前部在這一時間段的位移速率近于相等，量值為1～3 m/a。

2 數(shù)值模擬方案

目前，將巖土體作為連續(xù)介質(zhì)分析其變形破壞特征的數(shù)值方法有有限元法、邊界元法、有限差分法等。前兩種方法都基于小變形假設(shè)，計算過程需大量內(nèi)存。盡管基于拉格朗日法以增量形式求解的有限元法也能解決斜坡大變形的問題[18]，但是目前主要局限于二維平面問題?？紤]到計算過程的內(nèi)存需求，在三維空間上處理滑坡活動這類大變形問題時，人們?nèi)匀粌A向于使用基于三維顯式有限差分法的快速拉格朗日法[19-20]。FLAC_3D是基于三維快速拉格朗日法的有限差分軟件，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最普遍的巖土材料大位移數(shù)值模擬軟件之一[13, 17-23]。結(jié)合鎖兒頭滑坡的位移特征，筆者采用FLAC_3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。

圖3 2013年出現(xiàn)的縱向裂縫(果園附近)Fig.3 Longitudinal crack in 2013 near Guoyuan

圖4 2013年新修排水溝錯動開裂(李家溝段)Fig.4 Newly built drain cracked in 2013 near Lijiagou

2.1 計算模型

鎖兒頭滑坡及其周邊三維數(shù)值模型依據(jù)2011年的滑坡區(qū)實(shí)測1∶2 500地形圖和外圍1∶10 000地形圖建立。為了減小邊界效應(yīng)，本次研究采用的計算模型范圍自滑坡兩側(cè)斷層F1(石亞山--鎖兒頭村--云臺村斷裂)、F4(埡頭村--寨子村--泄流坡斷裂)、次級斷層F2和前緣白龍江分布向外圍擴(kuò)展500 m。模型南北長5.5 km，東西寬2.7 km，模型底板高程1 000 m，前緣白龍江高程1 302 m。模型單元網(wǎng)格取四面體單元，計算模型剖分為115 309個單元和22 418個節(jié)點(diǎn)(圖5)。計算模型中將斷層考慮為實(shí)體單元，采用參數(shù)弱化方式模擬斷層影響。計算模型邊界條件采用位移來控制邊界：Z方向上底部固定，上部自由；X、Y方向，分別在兩個側(cè)面上約束法向位移。為了追蹤滑坡位移，沿滑坡主軸和臨江前緣設(shè)置14個計算監(jiān)測點(diǎn)。

JC1--JC14為監(jiān)測點(diǎn)。圖5 鎖兒頭滑坡模型示意圖Fig.5 3D model of Suoertou landslide

2.2 計算條件

如前所述，鎖兒頭滑坡的長期緩慢滑移與滑坡物質(zhì)的蠕變性質(zhì)、前緣白龍江水沖刷側(cè)蝕、兩側(cè)斷層活動和地下水位波動密切相關(guān)。為了探尋控制和影響鎖兒頭滑坡活動的主要因素，在數(shù)值模擬中分別設(shè)定自重、自重+斷層活動、自重+白龍江側(cè)蝕以及自重+地下水位上升四種計算條件。由于自重和滑坡巖土性質(zhì)是滑坡活動的基礎(chǔ)，故四個計算條件中自重是基礎(chǔ)條件，其他計算條件為各個因素與自重作用之和；再者，由于室內(nèi)試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)鎖兒頭滑坡物質(zhì)具有典型的蠕變性質(zhì)，并且在當(dāng)前受力狀態(tài)下滑帶變形具有進(jìn)入加速蠕變的條件[14]，所以在每個計算條件中將滑坡物質(zhì)按流變材料考慮。通過對比其余三個計算條件下的位移及其滑坡位移速率與自重基礎(chǔ)條件下的差異，分析各個因素在滑坡活動中的作用程度。

自重條件下，滑坡狀態(tài)以2011年對滑坡區(qū)勘查時的狀態(tài)為基準(zhǔn)，此時兩側(cè)斷層視為非活動斷層。對于斷層活動情況，由于坪定--化馬斷層具有走滑兼擠壓逆沖性質(zhì)，且走滑速率為1.4 mm/a，逆沖擠壓速率為3.7 mm/a[16]，故通過在模型的斷層兩盤分別施加沿斷層走向方向和垂直走向方向的邊界位移速率來模擬斷層作用。

白龍江對滑坡的側(cè)蝕作用主要是，江水在坡腳產(chǎn)生順流向方向的拖拽力，切蝕滑坡物質(zhì)。因此，對前緣江水的側(cè)蝕作用通過在滑坡前緣與河流接觸節(jié)點(diǎn)上施加流向方向的切向力加以模擬。依據(jù)已有資料[24]，白龍江年平均流量88.2 m3/s，雨季最大流量300 m3/s，枯季流量約30 m3/s，在舟曲段分別相當(dāng)于流速1.47、5.00、0.50 m/s。故在模擬河流側(cè)蝕作用時，考慮上述三個流速條件。水流在河岸形成的彎道切向應(yīng)力τf采用傅旭東提出的修正曼寧公式[25]計算：

(1)

式中：γw為水體容重；n為糙率系數(shù)；v為流速；h為水流深度。其中糙率系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值0.04，假設(shè)河道為寬20 m、水深3 m的矩形河道。

由于鎖兒頭滑坡滑帶和部分滑體長期處于飽和狀態(tài)，故地下水動態(tài)改變對滑坡的作用主要體現(xiàn)在坡體自重和孔隙水壓力的增減方面。盡管鎖兒頭滑坡中地下水豐富，但是缺乏地下水位變化的監(jiān)測資料；故本次研究中以2011年勘查時的實(shí)測地下水位為天然狀態(tài)水位，考慮地下水位上升1、2和3 m時三種條件。

2.3 本構(gòu)模型和計算參數(shù)

前已述及，由于鎖兒頭滑坡物質(zhì)的松軟、流變特性，在數(shù)值模擬中將滑坡材料按流變材料考慮，所以滑坡物質(zhì)本構(gòu)模型選用FLAC_3D中能夠表征材料黏彈塑性流變性質(zhì)的Cvisc模型。該模型由Burgers模型和Mohr-Coulomb模型串聯(lián)而成，其中Burgers模型表征材料的蠕變特性，Mohr-Coulomb模型表征材料的剪切破壞特性[13]。計算參數(shù)中，炭質(zhì)板巖碎裂巖、灰?guī)r碎裂巖及斷層參數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)類比參數(shù)，滑坡材料強(qiáng)度參數(shù)采用室內(nèi)測試參數(shù)，反映材料流變性質(zhì)的黏滯性參數(shù)(K切變模量、K黏度、M切變模量、M黏度)則根據(jù)影像和GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的滑坡年均位移值反演求取。

3 不同條件下的滑坡活動特征

3.1 自重作用

僅有自重作用時，蠕變計算10 000步后速率-時間曲線(圖6)和位移云圖(圖7)顯示：滑坡中段(JC6、JC7、JC8)滑移速率最大；除中段李家溝附近監(jiān)測點(diǎn)JC6和JC7保持加速位移外，其他各點(diǎn)基本保持勻速，計算后期果園附近的JC8點(diǎn)也出現(xiàn)量值較小的加速位移?；轮卸挝灰扑俾瘦^大可能與此處較陡地形和傾角較大的滑面產(chǎn)狀及已經(jīng)形成的局部剪出口有關(guān)，同時也與此處急速變窄的滑坡寬度有關(guān)，因滑坡縮窄后，所受上部推力相對增大。滑移速率最大地段位于李家溝附近(如監(jiān)測點(diǎn)JC7，0.014 m/d，約5.22 m/a)；其次為滑坡前段鎖兒頭村附近(如監(jiān)測點(diǎn)JC9，0.097 m/d，約3.50 m/a)；滑坡后段位移速率為0.003 3～0.096 0 m/d(年均為1.00～2.86 m/a)。自重狀態(tài)下主剖面塑性區(qū)分布圖(圖8)顯示：在滑坡后緣分布拉張塑性區(qū)，中段李家溝一帶分布大片拉張塑性區(qū)和剪切塑性區(qū)，且沿滑帶塑性區(qū)局部貫通至地表；前緣附近分布剪切塑性區(qū)，沿滑帶塑性區(qū)在前緣剪出口附近局部貫通；但是整個滑坡沿滑帶塑性區(qū)并未貫通，說明滑坡并未整體活動，而是呈現(xiàn)分塊滑移特征，這與影像分析和監(jiān)測資料反映的結(jié)果基本一致。

表1 鎖兒頭滑坡計算參數(shù)

圖6 計算監(jiān)測點(diǎn)滑移速率隨時間變化曲線Fig.6 Velocity curves of the monitoring points with time steps

圖7 自重條件下滑坡位移云圖Fig.7 Displacement contour of the landslide under gravity situation

圖8 自重條件下滑坡塑性區(qū)分布Fig.8 Distribution of plastic zones of the landslide under gravity

3.2 斷層活動

在自重基礎(chǔ)上疊加斷層活動，同樣進(jìn)行蠕變計算10 000步后，滑坡位移特征與斷層不活動時基本類似，位移最大區(qū)域同樣出現(xiàn)在滑坡體中段，但是靠近斷層F4一側(cè)由于斷層活動出現(xiàn)了小范圍位移較大區(qū)域(圖9)。與自重條件下比較，斷層活動條件下滑坡各處活動速率均有增加(圖6)：尤以滑坡中段果園附近監(jiān)測點(diǎn)JC8最為顯著，其滑移速率從0.013 9 m/d增加到0.020 0 m/d，增大幅度達(dá)47%；其次為滑坡中段李家溝附近監(jiān)測點(diǎn)JC7和滑坡前段鎖兒頭村附近監(jiān)測點(diǎn)JC9，滑移速率提高約34%；其他計算監(jiān)測點(diǎn)位移速率在斷層活動條件下均增大20%左右。與此同時，斷層活動條件下的主剖面塑性區(qū)分布狀況(圖10)顯示，在滑移速率增大最為顯著的中段，地表出現(xiàn)局部隆起剪出跡象，前緣剪出口附近依然為塑性區(qū)局部貫通。

圖9 自重+斷層活動條件下滑坡位移云圖Fig.9 Displacement contour of the landslide under active fault and gravity

圖10 斷層活動條件下滑坡塑性區(qū)分布圖Fig.10 Distribution of plastic zones of the landslide under active fault

3.3 白龍江側(cè)蝕

自重疊加白龍江側(cè)蝕作用，同樣經(jīng)過10 000步蠕變計算后，滑坡位移云圖顯示與自重條件下的滑坡位移特征也基本一致(圖11)。比較不同流速條件下滑坡前緣坡腳處的位移云圖(圖12)后發(fā)現(xiàn)：沒有江水側(cè)蝕作用時(即自重條件)，坡腳處10 m位移等值線微微上翹；當(dāng)水流流速0.50 m/s時，坡腳10 m位移等值線較自重條件下下移；當(dāng)水流流速1.47 m/s時，坡腳處10 m位移等值線下移并發(fā)生小角度偏轉(zhuǎn)；當(dāng)水流流速增大到5.00 m/s時，坡腳處位移更為劇烈，坡腳處10 m位移等值線基本保持1.47 m/s時的角度下移。然而，與自重條件下相比，白龍江側(cè)蝕作用對鎖兒頭滑坡的影響主要集中在前緣坡腳附近。從圖12可見，流速為5.00 m/s時的坡腳位移最大，此時前緣段各監(jiān)測點(diǎn)(JC10--JC14)的位移量分別為38.23、28.92、29.62、33.32和33.19 m，較自重作用時分別增大了1.07、0.39、1.10、1.08和1.29 m；各監(jiān)測點(diǎn)(JC10--JC14)的滑移速率較自重作用時分別增大3.6%、2.0%、4.9%、4.4%和5.0%，但前緣各處滑移速率似乎與白龍江水流流速并無明顯正相關(guān)。

圖11 白龍江流速為5.00 m/s時滑坡位移云圖Fig.11 Displacement contour of the landslide with flow velocity 5.00 m/s

圖12 白龍江不同流速時滑坡主剖面前緣段位移等值線Fig.12 Displacement contour and isolines with different flow velocities

3.4 地下水位上升

圖13 地下水位上升3 m后滑坡位移云圖Fig.13 Displacement contour of the landslide after 3 m water table rise

圖14 計算監(jiān)測點(diǎn)位移速率隨水位上升高度變化曲線Fig.14 Velocity curves of the monitoring points with time steps under different water table

地下水位分別上升1、2、3 m后和天然地下水位(自重作用)時的位移模式相似。限于篇幅，本文僅顯示相對極端的地下水位上升3 m后的位移云圖(圖13)。圖13顯示，滑坡各處地表位移顯著增大，滑坡前、中、后段位移增大量值較大的位置分別位于鎖兒頭村附近(JC9)、果園附近(JC8)和巨石附近(JC4)。在同一部位，隨著水位上升，滑坡位移量逐漸增大?；潞蠖?JC1、JC4)、中段(JC6、JC8)、前段(JC9、JC10)在不同地下水位條件下的滑移速率隨時間變化曲線(圖14)顯示，地下水位分別上升1、2、3 m后，各段滑移速率較天然狀態(tài)下分別增大20%～97%、25%～110%和30%～144%。在各個水位下滑坡位移速率最大地段仍位于滑坡中段，其中果園附近監(jiān)測點(diǎn)JC8速率最大，這與該處天然地下水位較高有關(guān)。地下水位上升3 m后的塑性區(qū)分布(圖15)顯示，沿基巖分界面塑性區(qū)基本貫通，并且在果園附近拉張塑性區(qū)集中；表明滑坡前段可能發(fā)生顯著的解體滑動。

圖15 地下水位上升3 m后滑坡主剖面塑性區(qū)分布圖Fig.15 Distribution of plastic zones of the landslide after 3 m water table rise

4 討論

上述模擬結(jié)果顯示，在各種條件下滑坡整體位移速率和局部滑移速率最大值均小于13.3 m/月(約160 m/a)，均在低速滑坡的范圍內(nèi)[26]，顯示鎖兒頭滑坡在不同影響條件下均不會產(chǎn)生快速滑動，一直具有緩慢低速的活動特點(diǎn)；并且在不同條件下，滑坡整體活動模式基本相似。

但是，不同條件下滑坡整體及其各處滑移速率顯著不同，斷層活動時，滑坡上各點(diǎn)滑移速率較自重作用時增大20%～47%；白龍江側(cè)蝕作用對滑坡整體位移影響較小，主要導(dǎo)致滑坡臨江前緣滑移速率增大。顯然，斷層作用大于白龍江側(cè)蝕作用。即使地下水位上升1 m，滑坡各處滑移速率與天然狀態(tài)相比增大20%～97%，且隨著水位上升高度增加，各計算監(jiān)測點(diǎn)滑坡滑移速率增大越顯著。因此，與斷層活動相比，地下水位上升對滑坡滑移速率影響可能略大。因此，可以認(rèn)為地下水位上升是對鎖兒頭滑坡活動的控制作用略大于斷層活動，白龍江側(cè)蝕作用的對該滑坡的影響相對最弱。

5 結(jié)論

1) 無論是僅考慮自重作用還是疊加斷層活動、白龍江側(cè)蝕和地下水作用，滑坡一直保持低速緩慢活動，且位移模式基本一致，但不同影響因素作用時的滑坡位移和滑移速率又存在差別。

2)自重作用時，滑坡滑移速率緩慢，主剖面上滑帶塑性區(qū)未形成整體貫通，僅在前緣坡腳和中段李家溝附近局部貫通。

3)考慮斷層活動時，滑坡滑移速率較自重作用時增大20%～47%，此時主剖面上滑帶塑性區(qū)仍未整體貫通，但中段李家溝附近出現(xiàn)明顯的剪出隆起。

4)白龍江側(cè)蝕對鎖兒頭滑坡的影響主要集中在江邊前緣，但是前緣各處的位移速率增大幅度與白龍江流速并無明顯正相關(guān)。

5)地下水位分別上升1、2、3 m后，各段滑移速率較天然狀態(tài)下分別增大20%～97%、25%～110%和30%～144%。地下水位上升3 m后，主剖面上拉張塑性區(qū)在果園附近大量集中，可能導(dǎo)致前段解體滑動。因此地下水位上升對鎖兒頭滑坡活動的控制作用大于斷層活動。

[1] 黃曉, 楊為民, 張春山, 等. 甘肅南部坪定--化馬斷裂帶鎖兒頭滑坡成因機(jī)制[J]. 地質(zhì)通報, 2013, 32(12): 1936-1942. Huang Xiao, Yang Weimin, Zhang Chunshan, et al. The Formation Mechanism of Suoertou Landslide in Pingding-Huama Fault Zone, Southern Gansu[J].Geological Bulletin of China,2013,32(12):1936-1942.

[2] 李文彥, 張媛, 韓鑫, 等. 舟曲鎖兒頭滑坡裂縫變形特征研究[J].人民長江, 2013,44( 3): 33-35. Li Wenyan, Zhang Yuan, Han Xin, et al. Research on Deformation Characteristics of Cracks in Suoertou Landslide in Zhouqu[J]. Yangtze River, 2013, 44(3): 33-35.

[3] 宋丙輝, 諶文武, 吳瑋江, 等. 鎖兒頭滑坡滑帶土不同含水率大剪試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué), 2012,33(增刊2): 77-84. Song Binghui, Chen Wenwu, Wu Weijiang, et al. Experimental Study of Large Scale Direct Shear Test of Sliding Zones of Suoertou Landslide with Different Moisture Content[J]. Rock and Soil Mechanis, 2012, 33(Sup.2):77-84.

[4] 宋丙輝. 滑坡滑帶土工程特性試驗(yàn)研究[D].蘭州:蘭州大學(xué), 2012. Song Binghui. Experimental Study on Engineering Properties of Sliding Zone Soils in Landslides[D].Lanzhou: Lanzhou University, 2012.

[5] 楊為民，黃曉，張春山，等. 白龍江流域坪定其化馬斷裂帶滑坡特征及其形成演化[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版, 2014, 44(2): 574-583. Yang Weimin, Huang Xiao, Zhang Chunshan, et al. Deformation Behavior of Landslides and Their Formation Mechanism Along Pingding-Huama Active Fault in Bailongjiang River Region[J]. Journal of Jilin University:Earth Science Edition, 2014, 44(2): 574-583.

[6] 張翔. 甘肅舟曲鎖兒頭滑坡變形破壞機(jī)制及穩(wěn)定性研究[D].成都:成都理工大學(xué), 2012. Zhang Xiang. Study on Stability and Deformation on Damage Mechanism of the Suoertou Landslide in Zhouqu County Gansu Province[D]. Chengdu: Chengdu University of Technology,2012.

[7] 陳家興. 甘肅舟曲鎖兒頭滑坡失穩(wěn)機(jī)制離心模型試驗(yàn)研究[D].成都:成都理工大學(xué), 2013. Chen Jiaxing. The Centrifuge Model Test for the Sliding Mechanism of the Suoertou Landslide in Zhouqu County Gansu Province[D]. Chengdu: Chengdu University of Technology,2013.

[8] Di Maio C, Vassllo R, Vallario M. Plastic and Viscous Shear Displacements of a Deep and Very Slow Landslide in Stiff Clay Formation[J]. Engineering Geology, 2013,162：53-66.

[9] Mansour M F, Martin C D, Morgestern N R. Movement Behaviour of the Little Chief Slide[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2011, 48(4): 655-670.

[10] Macfarlane D F. Observations and Predictions of the Behaviour of Large, Slow-Moving Landslides in Schist, Clyde Dam Reservoir, New Zealand[J]. Engineering Geology, 2009, 109(1/2): 5-15.

[11] 譚萬鵬, 鄭穎人, 王凱. 考慮蠕變特性的滑坡穩(wěn)定狀態(tài)分析研究[J]. 巖土工程學(xué)報, 2010,32(增刊2): 5-8. Tan Wanpeng, Zheng Yingren, Wang Kai. Stable State of Landslide Considering Creep Properties[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2010,32(Sup.2):5-8.

[12] 嚴(yán)紹軍, 項偉, 唐輝明, 等. 大巖淌滑坡滑帶土蠕變性質(zhì)研究[J]. 巖土力學(xué), 2008,29(1): 58-68. Yan Shaojun, Xiang Wei, Tang Huiming, et al. Research on Creep Behavior of Slip Band Soil of Dayantang Landslide[J]. Rock and Soil Mechanics,2008,29(1):58-68.

[13] 蔣樹, 文寶萍, 趙成, 等. 甘肅舟曲泄流坡滑坡活動機(jī)理分析[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報, 2013, 24(3):1-7. Jiang Shu, Wen Baoping, Zhao Cheng, et al. Creep Mechanism Analysis of Xieliupo Landslide in Zhouqu County of Gansu Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2013,24(3):1-7.

[14] 蔣秀姿, 文寶萍. 緩慢復(fù)活型滑坡滑帶土的蠕變性質(zhì)與特征強(qiáng)度[J]. 巖土力學(xué), 2015,36(2): 495-501. Jiang Xiuzi, Wen Baoping. Creep Behavior of the Slip Zone of Reactivated Slow-Moving Landslide and Its Characteristic Strength[J]. Rock and Soil Mechanics,2015,36(2):495-501.

[15] 俞晶星, 鄭文俊, 袁道陽, 等. 西秦嶺西段光蓋山--迭山斷裂帶坪定--化馬斷裂的新活動性與滑動速率[J]. 第四紀(jì)研究, 2012, 32(5): 957-967. Yu Jingxing, Zheng Wenjun, Yuan Daoyang, et al. Late Quaternary Active Characteristics and Slip-Rate of Pingding-Huama Fault, the Eastern Segment of Guanggaishan-Dieshan Fault Zone (West Qinling Mountain)[J]. Quaternary Sciences, 2012, 32(5): 957-967.

[16] 陳長云, 任金衛(wèi), 孟國杰, 等. 巴顏喀拉塊體北東緣主要斷裂現(xiàn)今活動性分析[J]. 大地測量與地球動力學(xué), 2012, 32(3):27-30. Chen Changyun, Ren Jinwei, Meng Guojie, et al. Analysis of Modern Activity of Major Faults in Northeast Margin of Baryan-Har Block[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics,2012, 32(3):27-30.

[17] 馮傳煌. 環(huán)境演變對甘肅舟曲特大型地質(zhì)災(zāi)害的影響研究[D]. 北京:中國地質(zhì)大學(xué), 2014. Feng Chuanhuang. Effects of Environment Change on Oversize Geological Hazard in Zhouqu County of Gansu Province[D]. Beijing: China University of Geosicence,2014.

[18] 周翠英，劉祚秋，董立國，等. 邊坡變形破壞過程的大變形有限元分析[J]. 巖土力學(xué), 2003, 24(4): 644-652. Zhou Cuiying, Liu Zuoqiu, Dong Liguo, et al. Large Deformation FEM Anaysis of Slopes Failure[J]. Rock and Soil Mechanics, 2003, 24(4): 644-652.

[19] 張雪東, 陳劍平, 黃潤秋, 等. 呷爬滑坡穩(wěn)定性的 FLAC-3D 數(shù)值模擬分析[J]. 巖土力學(xué), 2003, 26(1):131-134. Zhang Xuedong, Chen Jianping, Huang Runqiu, et al. A Study of Deformation Features of Gapa Landslide Using FLAC-3D[J]. Rock and Soil Me-chanics, 2003, 26(1):131-134.

[20] 晏鄂川，朱大鵬，宋琨，等. 基于數(shù)值模擬的三峽庫區(qū)典型堆積層滑坡變形預(yù)測方法[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版, 2012, 42(2): 422-429. Yan Echuan, Zhu Dapeng, Song Kun, et al. Deformation Prediction Method of Typical Accumulative Landslide in Three Gorges Reservoir Based on Numerical Modeling[J]. Journal of Jilin University：Earth Science Edition, 2012, 42(2): 422-429.

[21] 陳祥軍, 湯勁松. 用FLAC3D進(jìn)行馬崖高邊坡穩(wěn)定性分析[J]. 石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報, 2002, 15(3): 76-79. Chen Xiangjun, Tang Jinsong. Stability and Deformation Analysis of Maya Slope Using FLAC 3D[J]. Journal of Shijiazhuang Railway Institute, 2002, 15(3): 76-79.

[22] 寇曉東, 周維垣, 楊若瓊. FLAC-3D 進(jìn)行三峽船閘高邊坡穩(wěn)定分析[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2001, 20(1): 6-10. Kou Xiaodong, Zhou Weiheng, Yang Ruoqiong.Stability Analysis on the High Slopes of Three-Gorges Shiplock Using FLAC-3D[J]. Chinese Journal of Rock and Mechanic and Engineering, 2001, 20(1): 6-10.

[23] 王志儉. 萬州區(qū)紅層巖土流變特性及近水平地層滑坡成因機(jī)理研究[D]. 武漢:中國地質(zhì)大學(xué), 2008. Wang Zhijan. Rheological Experimental Study and Mechanism Research on Gentle-Dipped Landslides of Jurassic Red Strata in Wanzhou City[D]. Wuhan：China University of Geosciences,2008.

[24] 蔣樹. 甘肅舟曲泄流坡滑坡活動機(jī)理與趨勢預(yù)測研究[D]. 北京:中國地質(zhì)大學(xué), 2013. Jiang Shu. Mechanism Analysis and Dynamic Behavior Prediction for the Xieliupo Landslide in Zhouqu County of Gansu Province[D]. Beijing: China University of Geosciences,2013.

[25] Wang G, Liu F, Fu X, et al. Simulation of Dam Breach Development for Emergency Treatment of the Tangjiashan Quake Lake in China[J]. Science in China.Series E: Technological Sciences, 2008, 51(2): 82-94.

[26] International Union of Geological Sciences Working Group on Landslide. A Suggested Method for Describing the Rate of Movement of a Landslide[J]. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 1995,52: 75-78.

Main Factors Analysis for Controlling Kinematic Behavior of Suoertou Landslide

Jiang Xiuzi1，Wen Baoping1，Jiang Shu1，F(xiàn)eng Chuanhuang1，Zhao Cheng2，Li Ruidong2

1.SchoolofWaterResourcesandEnvironment,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China2.GansuInstituteofGeo-EnviromentMonitoring,Lanzhou730050,China

Suoertou landslide, an old giant landslide in Zhouqu County in Gansu Province, has been moving slowly since 1970’s.The geological environment indicates that the slow-movement was controlled by behavior of slide’s materials under four factors, including weight of the slope, activity of its boundary faults, incision of Bailongjiang river at its toe, and the groundwater within the slope; although only the slope weight has been confirmed for its importance. Based on the field investigation and monitoring data analysis, numerical simulation was adopted to analyze the contribution of the other three factors to the activity rate of the slide. It was found that the creep behavior of Suoertou landslide was mainly controlled by the groundwater and active fault in addition to its rheological nature, in which the effect of rise of water table was great than active fault on the dynamics of the slide. The numerical simulation results showed that Suoertou landslide’s dynamic modes were similar with different velocity under different controlling factors. It was also found that when boundary faults were activated, the velocity of Suoertou landslide increased by 20%-47% compared to the condition of only gravity was considered; the landslide’s velocity increased with the increasing of water table, the velocity increased by 20%-97% with 1 m rise of the water table. However, the incision of Bailongjiang river had only an influence on the velocity of the front part of the slide, and the amplitude of its velocity had no obvious positive relationship with the flow rate of Bailongjiang river.

Suoertou landslide；slow-moving landslide；groundwater；active fault；river incision

10.13278/j.cnki.jjuese.201506203.

2015-01-26

國家自然科學(xué)基金項目(41372305)

蔣秀姿(1990--)，女，博士研究生，主要從事滑坡形成機(jī)理和穩(wěn)定性分析方面的研究，E-mail:jyz5671@163.com

文寶萍(1952--)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事滑坡形成機(jī)理、預(yù)測預(yù)報以及土體變形破壞理論方面的研究，E-mail:wenbp@cugb.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506203

P642.22

A

蔣秀姿,文寶萍,蔣樹,等.甘肅舟曲鎖兒頭滑坡活動的主控因素分析.吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版,2015,45(6):1798-1807.

Jiang Xiuzi，Wen Baoping，Jiang Shu，et al.Main Factors Analysis for Controlling Kinematic Behavior of Suoertou Landslide.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(6):1798-1807.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201506203.