重慶忠縣吊鐘壩滑坡Ⅰ-2變形體啟動機制探討

陳 濤，陳江濤

(1.重慶市高新工程勘察設(shè)計院有限公司，重慶 401121;2.重慶市武隆縣國土資源和房屋管理局地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 408500)

0 引言

重慶市忠縣吊鐘壩滑坡位于忠縣縣城西南約18 km的望水鄉(xiāng)中華村、鐘壩村過境之鐘壩河中上游段左右兩側(cè)岸坡上，鐘壩河為長江之小支流，滑坡體距長江入口約12 km。該滑坡曾于1962年、1982年和1988年由于暴雨產(chǎn)生過三次強變形，尤其是1988年7月暴雨期間，地表產(chǎn)生較大范圍變形，致使左、右兩岸滑坡體上四十三戶居民房屋倒塌、破壞，所幸未造成人員傷亡，但造成了極大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響［1］。根據(jù)勘察結(jié)論，該滑坡不具備整體滑移失穩(wěn)的條件，但存在三個變形體分布在滑坡體的中前緣，Ⅰ-2變形體為該滑坡中最活躍變形體，該變形體主要物質(zhì)組成為崩坡積碎石土，且前緣為臨空陡崖帶，自2007年1月開始專業(yè)監(jiān)測以來，經(jīng)歷了兩次顯著變形，其中2009年一次4 m以上的滑移變形而未發(fā)生整體失穩(wěn)［2］，國內(nèi)外對該類由降雨誘發(fā)的崩坡積碎石土組成的滑坡失穩(wěn)從監(jiān)測、力學等方面進行了大量研究［3-9］，但像該變形體一次發(fā)生4 m以上的滑移尚未整體垮塌的鳳毛麟角，其啟動機制具有較強的研究意義。

1 變形體概況

吊鐘壩滑坡在平面形態(tài)呈圈椅狀，坡體總體屬于中、低山及坪狀丘陵地貌形態(tài)，地形北西高，南東低。Ⅰ-2變形體位于滑坡中部，后緣寬85～88 m，前緣寬130～135 m，縱向長約290 m，呈縱長形，后緣邊界高程516～522 m，前緣高程為420～422 m，相對高差達100 m，地形坡度為15°～25°，局部為35°～45°，前緣陡崖帶臨空。變形體區(qū)內(nèi)上覆土層為第四系崩坡積和崩滑堆積物，下伏基巖為中生界三疊系中統(tǒng)地層，為海陸交互碳酸巖、碎屑巖建造。地質(zhì)構(gòu)造位于干井背斜的北西翼近核部，故崩滑區(qū)基巖內(nèi)褶皺及撓曲發(fā)育，巖體較破碎，地質(zhì)情況復(fù)雜，變形體平面位置詳見圖1。

圖1 吊鐘壩滑坡Ⅰ-2變形體平面圖Fig．1 Plan Ⅰ-2 deformation DiaoZhongBa landslide

變形體范圍揭露的地層主要為，表層覆蓋第四系崩坡積層及滑坡堆積體塊石土、碎石土、含碎石粉質(zhì)黏土，下伏三疊系中統(tǒng)雷口坡組，其特征如下:

1.1 第四系

1.2 三疊系中統(tǒng)雷口坡組

按巖性及顏色分為中段(T2l2)，下段(T2l1)，其巖性特征分述如下:

(1)雷口坡組中段(T2l2)

該層主要分布于滑坡體變形范圍中后部，勘查揭露的巖層有泥巖、鈣質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r。其工程地質(zhì)特征如下:

泥巖:紫紅色，中厚層狀，主要由黏土礦物組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。

鈣質(zhì)頁巖:灰綠色，主要由黏土礦物組成，含少量鈣質(zhì)，薄層狀構(gòu)造。

泥灰?guī)r:灰黑色，灰綠色，主要由碳酸鹽礦物組成，含有少量泥質(zhì)成份。微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。

(2)雷口坡組下段(T2l1)

主要出露于滑坡體前緣局部地段和滑坡體南側(cè)，出露不全，勘查揭露巖性以泥灰?guī)r、灰?guī)r為主，其工程地質(zhì)特征分述如:

泥灰?guī)r:淺灰色、灰黑色，主要由碳酸鹽礦物組成，含有少量泥質(zhì)，微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。

灰?guī)r:淺灰，灰黑色，主要由碳酸鹽礦物組成。微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。

2 穩(wěn)定性評價

根據(jù)《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘察技術(shù)要求》［10］，采用傳遞系數(shù)法對控制剖面進行計算，將滑體坡面地形及滑帶均簡化成折線，條塊劃分見圖2。

圖2 吊鐘壩滑坡Ⅰ-2變形體剖面圖Fig．1 Section ofⅠ-2 deformation DiaoZhongBa landslide

(1)計算工況

由于Ⅰ-2變形體高程處于300 m以上，庫水位不對其產(chǎn)生影響。故采用下面兩種工況組合進行計算分析:①天然工況:自重;②暴雨工況:自重+暴雨。

(2)計算參數(shù)

變形體穩(wěn)定性計算參數(shù)以土工試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合滑帶土物理力學性質(zhì)和反算結(jié)果綜合確定。取值如下:

①天然工況下參數(shù)為:

變形體重度為:22.70kN/m3

滑帶抗剪強度參數(shù):c=25.30kPa，φ=15°

②暴雨工況下參數(shù)為:

變形體重度為:23.60kN/m3

滑帶土抗剪強度參數(shù):c=23.30kPa，φ=12.20°

(3)安全系數(shù)

根據(jù)其威脅對象，確定其地質(zhì)災(zāi)害危害性等級為三級，天然工況下安全系數(shù)為1.15，暴雨工況下為1.10。

(4)計算結(jié)果見表1。

表1 變形體穩(wěn)定性計算成果表Table 1 Deformation stability calculation results table

(5)穩(wěn)定性評價

通過上面的穩(wěn)定性分析計算可知，變形體在天然工況下的穩(wěn)定性系數(shù)為1.21，穩(wěn)定性較好，處于穩(wěn)定狀態(tài)。在暴雨工況下，變形體穩(wěn)定性顯著降低至1.00，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)-不穩(wěn)定狀態(tài)，表面變形體內(nèi)一旦排水不暢，易發(fā)生變形而達到臨界失穩(wěn)狀態(tài)，變形體有失穩(wěn)定的可能。

由其穩(wěn)定系數(shù)變化過程看，兩種工況下，變形體的穩(wěn)定性變化規(guī)律相同，以暴雨工況為例進行分析。處于變形體后部的最后一個條塊范圍內(nèi)滑體穩(wěn)定性較差，僅0.65，由于其相鄰第2個條塊所處地形明顯變緩，使得滑體穩(wěn)定性有顯著提高，達到0.98，后地形逐漸變陡，滑動面傾角由14°增大到25°，變形體穩(wěn)定性逐步降低，直至第6個條塊范圍，穩(wěn)定系數(shù)也由0.98降底至0.77，再隨著中前部條塊滑動面變緩，傾角降低為10°左右，第7條塊至第10條塊范圍穩(wěn)定性逐步提高，穩(wěn)定系數(shù)也由0.77增大到1.00，接近臨界失穩(wěn)狀態(tài)。

3 啟動機制分析

3.1 地質(zhì)分析

要探討Ⅰ-2變形體的啟動機制，必須同鐘壩河的發(fā)育過程緊密聯(lián)系。從地質(zhì)構(gòu)造上講，新構(gòu)造運動為鐘壩河的發(fā)育提供了原動能，其所處的特殊構(gòu)造部位(干井背斜核部、次級構(gòu)造強烈、巖體相對破碎)及特殊的巖性組合(須家河組與雷口坡組地層巖性軟硬相間)造就了該區(qū)特殊的河谷形態(tài)，前緣靠近鐘壩河坡角可達30°～40°，在河流的沖刷作用下，河床下切至原古滑面，形成臨空面，同時提供了廣闊的第四系物質(zhì)賦存空間，并進而演化形成了現(xiàn)有的崩塌體空間形態(tài)和變形表象。

由于變形體物質(zhì)組成為由崩坡積物構(gòu)成的土質(zhì)斜坡，具有結(jié)構(gòu)松散、空隙大、透水性強的特點，加之變形體內(nèi)分布了大量的水田，在變形體后部初期發(fā)生變形后，該物質(zhì)組成使得雨水及灌溉用水容易下滲，導(dǎo)致變形體易于達到飽和狀態(tài)而滑移啟動。

3.2 監(jiān)測成果分析

2007年1月至2011年1月，對吊鐘壩滑坡進行了長達4年的專業(yè)監(jiān)測，地表位移監(jiān)測采用GPS定期靜態(tài)定點監(jiān)測的方式，監(jiān)測頻率為每個月1次，如圖3、圖4為變形體范圍內(nèi)分布的兩個地表位移監(jiān)測點水平位移、垂直位移-時間曲線圖。

從變形曲線看，該變形體范圍內(nèi)兩監(jiān)測點DZB06和DZB08均發(fā)生了顯著變形，變形體自開始監(jiān)測至2008年6月，變形速率較低，但仍可以看出呈明顯增長趨勢，水平位移速率分別為18.4 mm/月、6.5 mm/月，DZB06變形速率約為DZB08的3倍。2008年7月暴雨后，變形體發(fā)生了監(jiān)測以來的第一次顯著滑移變形，兩監(jiān)測點水平位移量分別達367.6 mm、222.2 mm，后對變形體采取了截排水措施，變形及時趨緩，而后至2009年5月底，兩監(jiān)測點測得的數(shù)據(jù)均顯示變形體未繼續(xù)變形。

圖3 監(jiān)測點水平位移－時間曲線Fig．3 Monitoring displacement of horizontal-time curve

圖4 監(jiān)測點垂直位移－時間曲線Fig．4 Monitoring displacement of elevation-time curve

2009年春季，村民再次在變形體范圍內(nèi)蓄水種植了水稻，5月底連續(xù)兩天暴雨后，變形體先是后、中部發(fā)生了蠕滑變形，后緣出現(xiàn)大量拉裂縫，兩側(cè)出現(xiàn)羽狀剪張裂縫，產(chǎn)生約200～300 mm的滑動，使得變形體周邊截排水系統(tǒng)變形開裂、堵塞而失效，而后雨水、田水沿裂縫快速滲入變形體，滑體快速達到飽和狀態(tài)，導(dǎo)致變形體在6月1日凌晨發(fā)生了有記載以來，最大的一次滑移變形，兩監(jiān)測點測得的數(shù)據(jù)顯示該次水平位移量分別達5.04 m、4.14 m，垂直位移量達1.20 m、0.93 m。而后，緊急對變形體內(nèi)截排水系統(tǒng)進行了疏通恢復(fù)，并將區(qū)內(nèi)水田疏干，變形及時趨緩直至停止，在經(jīng)歷2010年暴雨考驗后至2011年1月停止監(jiān)測前，變形體未再發(fā)生顯著變形，表明地下水對變形體的穩(wěn)定性有直接影響。

對比變形體內(nèi)兩個監(jiān)測點分布位置，DZB06位于變形體中部偏后，在后部公路路邊位置，DZB08位于變形體前部，處于變形體中部公路下方，變形曲線顯示兩個監(jiān)測點變形規(guī)律相近，但位于前部的DZB08號監(jiān)測點較位于后部的DZB06號監(jiān)測點變形速率低，變形量小，即變形體后部的變形量較前部大。

3.3 宏觀變形特征分析

據(jù)2009年6月最近一次大變形特征看，變形體在地表出現(xiàn)了一系列的變形裂縫。

后緣出現(xiàn)多級弧形拉裂縫，呈完全貫通狀，張開寬度達0.1～0.3 m并伴有顯著下錯，局部下錯高度達1.6 m;兩側(cè)剪切裂縫也基本貫通至變形體前緣，還發(fā)生了少量下錯，局部下錯高度達0.8 m，由中后部公路錯斷處來看，滑移量約4.8 m。剪切裂縫兩側(cè)還伴有由坡體滑移造成的側(cè)翼雁行排列剪張裂縫，延伸長度較短，約5～8 m，張開寬度2～5 cm;前緣受擠壓隆起產(chǎn)生了橫向及縱向隆脹裂縫，但總體隆脹裂縫較后緣拉裂縫及側(cè)翼剪張裂縫不發(fā)育，尤其縱向隆脹裂縫數(shù)量較少，表現(xiàn)在裂縫延伸長度較短，僅3～5 m，張開寬度小，約1～3 cm;前部滑體僅少量碎塊石土受推移影響而滾落前緣陡崖，另外，沿前緣裂縫和變形體剪出口出現(xiàn)多個滲水點，滲水渾濁。

根據(jù)上述變形特征，可以判斷該變形體滑動面、邊界已基本貫通，結(jié)合監(jiān)測成果判定該變形體為典型的推移式滑坡。

3.4 剖面形態(tài)分析

從剖面形態(tài)來看，Ⅰ-2變形體范圍內(nèi)滑面為巖、土接觸面軟弱層，滑床為雷口坡組灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖，其后部地形坡角較大，平均坡角為25°～30°，滑床頂面坡角較陡，平均坡角為8°～25°，且由于后部變形體土層較薄，平均厚度約9～13 m，易在暴雨季節(jié)變形，故后部常呈現(xiàn)蠕滑變形。中前部地形相對變緩，坡角為12°～18°，滑床頂面傾角降低為 10°～12°，前部滑體與土巖接觸帶有較長的平緩段，且土層厚度較大，平均厚度約16～21 m，明顯較后部滑體厚度大，故在變形體由后向前的滑移過程中，受到前部巖土體的阻擋，阻滑作用顯著，使得變形體未發(fā)生整體失穩(wěn)。

4 結(jié)論

(1)通過穩(wěn)定性計算分析，變形體在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)-不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性受降雨影響顯著。

(2)對變形體地質(zhì)條件進行了分析，并結(jié)合專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷，該變形體屬于典型的推移式滑坡，但由于變形體前部滑體與土巖接觸帶有較長的平緩段，且具有后部厚度薄、前部厚的特征，使得前部阻滑作用顯著而未發(fā)生整體失穩(wěn)。

(3)鑒于變形體已形成基本圈閉的地表裂縫，坡體滑動面已基本貫通，且變形體前緣臨空，坡體整體失穩(wěn)破壞的條件已經(jīng)具備，建議及早采取治理措施，在設(shè)計中應(yīng)以后緣削方為主并輔以截排水措施。

［1］重慶市三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程項目吊鐘壩滑坡群工程地質(zhì)勘察報告［R］.四川省蜀通巖土工程公司，2005.The Diao zhongba landslide groups of engineering geological investigation report of Chongqing Three Gorges ReservoirArea three phase ofgeological disaster prevention engineering［R］.Sichuan ShuTong Geotechnical Engineering Company，2005.

［2］重慶市忠縣吊鐘壩滑坡2007年1月—2011年1月專業(yè)監(jiān)測總結(jié)報告［R］.重慶市高新工程勘察設(shè)計院有限公司，2011.The Diao zhongba landslide professional monitoring summary report between January 2007 and January 2011 of Chongqing Zhongxian［R］.Chongqing Hightech Engineering Survey and Design Institute co.，LTD，2011.

［4］Premchitt J，Brand E W，Chen P Y M.Rain-induced landslides in Hongkong，1972 ～ 1992［J］.Asia Engineer.1994:43-51.

［5］Iverson R M.Landslide triggering by rain infiltration Water ResourcesResearch，2000，36(7):1897-1910.

［6］李維朝，戴福初，閔 弘，等.基于降雨滑坡機理的水文過程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，2010，21(4):22-26.LI Weichao，DAI Fuchu，MIN Hong，et al.Design of monitoring system for hydrologic process based on rainfall landslide mechanism ［J］. TheChineseJournalof Geological Hazard and Control，2010，21(4):22-26.

［6］賀可強，白建業(yè)，王思敬.降雨誘發(fā)型堆積層滑坡的位移動力學特征分析［J］.巖土力學，2005，26(5):705-709.HE Keqiang，BAI Jianye，WANG Sijing.Analysis of displacement dynamic feature ofcolluviallandslide induced by rainfall［J］.Rock and Soil Mechanics，2005，26(5):705-709.

［7］李長江，麻土華，李 煒，等.滑坡頻度-降雨量的分形關(guān)系［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，2010，21(1):87-93.LI Changjiang，MA Tu hua，LI Wei，et al.Fractal relation of landslide frequency and rainfall［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2010，21(1):87-93.

［8］許建聰，尚岳全.降雨作用下碎石土滑坡解體變形破壞機制研究［J］.巖土力學，2008，29(1):106-112，118.XU Jiancong，SHANG Yuequan.Study on mechanism of disintegration deformation and failure of debris landside under rainfall［J］.Rock and Soil Mechanics，2008，29(1):106-112，118.

［9］張 珍，李世海，馬 力.重慶地區(qū)滑坡與降雨關(guān)系的概率分析［J］.巖石力學與工程學報，2005，24(17):3185-3191.ZHANG Zhen，LI Shihai，MA Li.Probability analysis ofrelationship between landslide and rainfallin Chongqing area［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2005，24(17):3185-3191.

［10］三峽工程庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治地質(zhì)勘察技術(shù)要求［S］.三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部，2004.The reservoir area of Three Gorges Project phase three geological disaster prevention and control of geological survey requirements［S］.The Three Gorges Reservoir GeologicalHazard Prevention and Control Work Headquarters，2004.