清江水布埡庫(kù)區(qū)豬卜籠滑坡形成機(jī)制及穩(wěn)定性分析

章昱，譚建民

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205)

清江水布埡庫(kù)區(qū)豬卜籠滑坡形成機(jī)制及穩(wěn)定性分析

章昱，譚建民

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205)

豬卜籠滑坡位于水布埡庫(kù)區(qū)支鎖河左岸，為典型松散堆積體滑坡，因水庫(kù)蓄水造成前緣局部巖土體變形失穩(wěn)。通過(guò)分析滑坡工程地質(zhì)條件、形態(tài)特征、物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成及變形特征，查明了該滑坡形成機(jī)制，并運(yùn)用極限平衡理論定量評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。分析表明，滑坡在內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下，大致歷經(jīng)崩塌、堆積、加載和滑移過(guò)程，形成現(xiàn)今堆積形態(tài)。目前滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

水布埡庫(kù)區(qū)；滑坡；松散堆積體；形成機(jī)制；穩(wěn)定性

豬卜籠滑坡位于湖北省巴東縣金果坪鎮(zhèn)，清江支流支鎖河左岸，屬水布埡庫(kù)區(qū)，為典型松散堆積體滑坡。自2006年10月水布埡水利工程下閘蓄水以來(lái)，受支鎖河水位升降的影響，滑坡體上部分民房發(fā)生拉裂變形，涉水前緣出現(xiàn)多級(jí)拉裂縫且發(fā)生局部坍滑，危及滑坡體上居民、金泗公路及金果坪大橋，因而進(jìn)行豬卜籠滑坡形成機(jī)制研究及穩(wěn)定性分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)對(duì)滑坡區(qū)進(jìn)行野外調(diào)查、地形測(cè)量、工程地質(zhì)測(cè)繪、工程地質(zhì)鉆探、室內(nèi)試驗(yàn)及物探等工作，做出合理的成因機(jī)制分析和可信的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

豬卜籠滑坡區(qū)屬構(gòu)造剝蝕、侵蝕中山-中低山區(qū)，分布高程為300～800 m，地勢(shì)總體北西高南東低，呈陡崖與剝蝕平臺(tái)相間地貌。支鎖河切割河谷形成不對(duì)稱寬闊平直河谷，左岸滑坡區(qū)為逆向結(jié)構(gòu)陡坡。

滑坡區(qū)出露地層主要為志留系紗帽組(S2s)粉砂巖、泥盆系云臺(tái)觀組(D2y)石英砂巖、泥盆系黃家磴組(D3h)粉砂巖、泥盆系寫(xiě)經(jīng)寺組(D3x)泥灰?guī)r、二疊系棲霞組(P1q)及茅口組(P1m)灰?guī)r、二疊系孤峰組(P1g)硅質(zhì)巖、第四系(Q)碎石土、碎塊石土。

滑坡區(qū)位于長(zhǎng)陽(yáng)復(fù)背斜西段轉(zhuǎn)折處西北翼，發(fā)育北北東向展布的劉家包斷裂，產(chǎn)狀305°∠60°。據(jù)地面調(diào)查統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)巖體裂隙發(fā)育，以走向335°、10°及80°的三組裂隙為主且延伸穩(wěn)定。

滑坡區(qū)地下水按賦存條件分為松散巖類孔隙水及碳酸鹽巖裂隙巖溶水，均受大氣降水補(bǔ)給。前者賦存于第四系崩坡堆積、滑坡堆積的碎塊石土中，結(jié)構(gòu)松散，水量貧乏；后者主要分布于滑坡后緣陡崖及滑體下伏基巖裂隙中，水量分布不均。

2 滑坡基本特征

2.1 滑坡形態(tài)

豬卜籠滑坡為發(fā)育于松散堆積體中的土質(zhì)滑坡，大致沿巖土接觸面發(fā)生滑移，主滑方向約160°?；掠覀?cè)以基巖陡崖為界，大致沿其下凹溝延伸至支鎖河，后緣及左側(cè)以陡緩坡交界處為界，前緣抵支鎖河?；缕矫嫘螒B(tài)呈扇形，縱長(zhǎng)約800 m，平均寬度約600 m，平均厚度約42 m，體積約2 000×104m3，為一特大型滑坡(圖1)。剖面形態(tài)呈階梯狀，前后緣高程為360～560 m，發(fā)育四級(jí)滑坡平臺(tái)，中部堆積形成鼓丘(圖2)。因水庫(kù)蓄水滑坡前緣先后發(fā)生兩次級(jí)滑動(dòng)。

2.2滑坡體物質(zhì)結(jié)構(gòu)

據(jù)鉆孔資料分析，豬卜籠滑坡體物質(zhì)結(jié)構(gòu)大致分為三層，從上至下依次為：①第四系松散堆積物，主要為碎塊石土、碎石土，原巖成分以灰?guī)r為主，基本覆蓋整個(gè)滑坡，堆積厚度為34.2～53.6 m，受重力分選作用控制，堆積體顆粒直徑在剖面上具有上粗下細(xì)的二元結(jié)構(gòu)特征；②滑帶土層，主要為碎石角礫土，厚度為0.6～2.7 m，空間分布形態(tài)與地表形態(tài)相對(duì)應(yīng)；③滑床為下伏基巖，巖性主要為志留系紗帽組-二疊系棲霞組，中厚層狀砂巖、石英砂巖、薄層頁(yè)巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r。

滑坡左側(cè)平臺(tái)見(jiàn)散列巖體堆積，巖性為二疊系孤峰組硅質(zhì)巖，分布面積約1.7×104m2，巖體較連續(xù)且完整，可見(jiàn)黑色硅質(zhì)巖呈條帶狀分布。

2.3滑坡變形特征

根據(jù)勘查資料，豬卜籠滑坡前緣剪出口高程約360 m，河床高程約295 m，相當(dāng)于晚更新世發(fā)生的古滑坡。自水布埡庫(kù)區(qū)蓄水以來(lái)，滑坡左側(cè)前緣于2007年5月出現(xiàn)裂縫，2008年7月局部發(fā)生坍滑，引起房屋開(kāi)裂，并危害金泗公路，2009年7月滑坡中部民房出現(xiàn)地坪開(kāi)裂樓梯反傾等現(xiàn)象。據(jù)當(dāng)?shù)鼐用穹从?，在水?kù)蓄水期間可聽(tīng)見(jiàn)隆隆的聲響，在地表形成氣洞，并出現(xiàn)局部塌陷，致房屋開(kāi)裂變形。受庫(kù)水位波動(dòng)影響，滑坡前緣390 m高程附近于2012年5月發(fā)生地表拉裂，形成多級(jí)走向近似平行的弧形裂縫，逐步貫通并發(fā)生垮塌，威脅涉水前緣巖土體穩(wěn)定[1]。

3 滑坡形成機(jī)制分析

根據(jù)勘查區(qū)研究程度和現(xiàn)有資料分析，可建立豬卜籠滑坡基本地質(zhì)模型，為復(fù)活性滑后期推移式堆積體加載(+水庫(kù))型土質(zhì)巖床類滑坡[2]，發(fā)育于支鎖河左岸，是河谷岸坡自然演化過(guò)程中的一種表生改造現(xiàn)象。其物質(zhì)組成復(fù)雜，主要有崩坡積物、溶塌堆積物、前緣沖坡積物等，整體結(jié)構(gòu)松散，具有顯著的非均質(zhì)、非連續(xù)性的特征。其發(fā)育和分布特征與地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。豬卜籠滑坡受地殼隆升、斷裂活動(dòng)等內(nèi)動(dòng)力作用，同時(shí)受河流侵蝕、風(fēng)化溶蝕、降雨、沖積作用、庫(kù)水位變動(dòng)等外動(dòng)力作用，在內(nèi)外動(dòng)力的耦合作用下，大致經(jīng)歷了崩塌、溶塌-堆積-加載-滑移過(guò)程，形成現(xiàn)今的崩滑堆積形態(tài)[3-4]。各發(fā)育階段如下：

第一階段，支鎖河歸槽下切，隨著區(qū)域地殼間歇性隆升，支鎖河坡降增大，河谷深切力度加大，兩者共同作用下形成高陡臨空面，岸坡巖體初始應(yīng)力得以釋放，發(fā)生卸荷松動(dòng)和回彈變形，引起應(yīng)力重分布。在坡頂形成張力帶，發(fā)育張拉裂縫，為降雨入滲、運(yùn)移提供通道，增大巖體內(nèi)的動(dòng)、靜水壓力，產(chǎn)生向臨空方向的推力。同時(shí)，降雨入滲加速可溶巖的溶解、風(fēng)化作用。坡頂巖體結(jié)構(gòu)遭到破壞、力學(xué)強(qiáng)度逐步降低。在坡腳形成應(yīng)力集中帶，當(dāng)支鎖河切穿相對(duì)軟弱的炭質(zhì)頁(yè)巖層時(shí)，在上覆巖體自重和集中應(yīng)力作用下，軟弱巖層受壓變形，導(dǎo)致坡頂巖體拉裂變形加劇，最終脫離母巖發(fā)生傾倒崩落。

第二階段，隨著支鎖河不斷侵蝕下切，岸坡崩落加劇逐步后退形成高陡斜坡，卸荷回彈產(chǎn)生的坡頂拉裂變形和坡腳剪切破壞愈發(fā)明顯。受到構(gòu)造斷裂的影響，使得卸荷裂隙沿著構(gòu)造裂隙追蹤發(fā)展，與其他結(jié)構(gòu)面組合共同切割破壞巖體結(jié)構(gòu)，降低巖體穩(wěn)定性，發(fā)生大規(guī)模崩塌。另一方面，岸坡上部二疊系碳酸鹽巖地層巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，在構(gòu)造和自重作用下局部發(fā)生垂直溶塌。岸坡巖體累積變形破壞，為豬卜籠滑坡大規(guī)?；铺峁┴S富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

第三階段，支鎖河岸坡經(jīng)過(guò)一系列的表生改造，形成上陡下緩的基本形態(tài)，前期積累的崩塌、溶塌物質(zhì)松散堆積于緩坡地帶，不斷加載。另一方面，地表水在平緩斜坡上易于下滲，而下伏砂巖相對(duì)隔水，故地下水易沿此巖土接觸帶匯集徑流排泄。經(jīng)地下水長(zhǎng)期作用，該巖土接觸帶泥化加劇，強(qiáng)度逐步降低而形成軟弱結(jié)構(gòu)帶。最終，上覆松散堆積體在自重作用下，經(jīng)某次強(qiáng)降雨誘發(fā)向下發(fā)生蠕滑。隨著蠕滑變形累積與發(fā)展，剪切帶不斷擴(kuò)展、貫通形成潛在滑帶，滑坡雛形形成。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，滑坡歷經(jīng)多次變形滑移形成多級(jí)平臺(tái)，滑坡分段受阻解體，形成現(xiàn)今的堆積形態(tài)。

4 穩(wěn)定性分析

豬卜籠滑坡為一古滑坡，堆積體積累勢(shì)能經(jīng)過(guò)大規(guī)?；埔厌尫牛瑤炼酁槌探Y(jié)土，強(qiáng)度較滑移時(shí)大幅提高。從現(xiàn)今地表堆積形態(tài)來(lái)看，滑坡整體較穩(wěn)定，僅前緣局部處于失穩(wěn)狀態(tài)，引發(fā)滑坡整體復(fù)活滑移的可能性較小。

目前滑坡穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)方法大致可分為三類，極限平衡計(jì)算法、數(shù)值分析法和破壞概率計(jì)算法[5]，其中極限平衡法在大量工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。根據(jù)豬卜籠滑坡滑體物質(zhì)組構(gòu)、滑動(dòng)面形式及庫(kù)水位條件，在《滑坡防治工程勘查規(guī)范》推薦的剩余推力法基礎(chǔ)上改進(jìn)，選用考慮滲透力的剩余推力法[6]，進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算，并綜合評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。

(1) 計(jì)算模型及工況

選取滑坡縱向主勘探線剖面為本次穩(wěn)定性計(jì)算剖面(圖3)。

豬卜籠滑坡屬于涉水滑坡，穩(wěn)定性計(jì)算考慮的荷載包括：滑坡體自重及地面荷載，水庫(kù)水位和水庫(kù)水位變動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)、靜水壓力，降雨入滲形成的地下水動(dòng)、靜水壓力及地震荷載等。其荷載組合包括自重+靜水位、自重+靜水位+暴雨、自重+水位降、自重+水位降+暴雨、自重+水位升、自重+水位升+暴雨6類。

(2) 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合工程類比和反演分析方法，綜合選取巖土體物理力學(xué)參數(shù)，見(jiàn)表1。

(3) 計(jì)算結(jié)果及綜合分析

豬卜籠滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。

從計(jì)算結(jié)果可看出，在各種工況條件下，豬卜籠滑坡穩(wěn)定性系數(shù)均在1.05～1.15之間變化，滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)[7]。庫(kù)水位驟升時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)略有上升，庫(kù)水位驟降時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)略有下降，任意工況下，疊加暴雨均降低穩(wěn)定性系數(shù)，滑坡穩(wěn)定系數(shù)與庫(kù)水位升降及降雨情況密切相關(guān)。

結(jié)合上述定性分析及定量計(jì)算結(jié)果，豬卜籠滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，僅前緣局部發(fā)生坍滑，滑坡安全儲(chǔ)備較高，大規(guī)模復(fù)活滑移的可能性較小。

5 結(jié)論與建議

(1) 豬卜籠滑坡是發(fā)育于松散堆積體中的土質(zhì)滑坡，大致沿巖土接觸面發(fā)生滑移，分布面積約48×104m2，體積約2 000×104m3，為一特大型滑坡。

(2) 豬卜籠滑坡在特定的地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造條件下，受到內(nèi)外動(dòng)力的耦合作用，大致經(jīng)歷崩塌、溶塌-堆積-加載-滑移過(guò)程，形成現(xiàn)今的崩滑堆積形態(tài)。

(3) 通過(guò)對(duì)豬卜籠滑坡工程地質(zhì)條件、基本特征、形成機(jī)制的分析研究，并結(jié)合穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，該滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，僅前緣局部失穩(wěn)，整體復(fù)活滑移可能較小。

(4) 豬卜籠滑坡現(xiàn)今變形跡象主要集中在前緣，為避免涉水前緣不斷坍塌誘發(fā)次級(jí)滑動(dòng)，建議在相應(yīng)位置布置垂直護(hù)岸工程，并配合坡腳防沖工程，以提高其穩(wěn)定性。

[1] 吳樹(shù)仁,金逸民,石菊松,等.滑坡預(yù)警判據(jù)初步研究——以三峽庫(kù)區(qū)為例[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2004，34(4)：596-600.

[2] 晏鄂川,劉廣潤(rùn).試論滑坡基本地質(zhì)模型[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2004,12(1)：21-24.

[3] 劉衡秋,胡瑞林.大型復(fù)雜松散堆積體形成機(jī)制的內(nèi)外動(dòng)力耦合作用初探[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,16(3)：291-297.

[4] 常宏,韓會(huì)卿,章昱,等.鄂西清江流域滑坡崩塌致災(zāi)背景及成災(zāi)模式[J].現(xiàn)代地質(zhì),2014,28(2)：429-437.

[5] 唐輝明.工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008：107.

[6] 王旭升,常宏,譚建民.斜坡地下水滲透力計(jì)算與穩(wěn)定性分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2003，(2)：41-45.

[7] 中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T 0218-2006)[S].2006.

聲 明

本刊2013年9月發(fā)表的作者為史沖的文章“四湖流域土地利用變化及其水文響應(yīng)”，與2013年9月發(fā)表的與中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所2010年6月碩士論文(碩士生王慧亮、導(dǎo)師王學(xué)雷)“四湖流域土地利用變化及其水文響應(yīng)”內(nèi)容雷同，存在作者署名爭(zhēng)議問(wèn)題，經(jīng)作者史沖與原作者協(xié)商，文章的署名權(quán)歸王慧亮，特此聲明。

《地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)》編輯部

2015年12月

FORMATION MECHANISM AND STABILITY ANALYSIS OF ZHUBULONG LANDSLIDE IN SHUIBUYA RESERVOIR AREA OF QINGJIANG RIVER

ZHANG Yu , TAN Jian-min

(Wuhan Center, China Geological Survey, Wuhan Hubei 430205 ,China)

Zhubulong landslide is a typical loose deposits landslide, which is located on the left bank of Zhisuo river of Shuibuya reservoir. The deformation and instability of rock and soil mass are due to reservoir impounding, which occur at the front edge of landslide. This paper found out the formation mechanism of the landslide by studying on the engineering geological conditions, the morphological characteristics, the structure of matter, and the deformation characteristics of the landslide, and evaluated the stability with the limit equilibrium theory. The analysis shows that, the accumulation form of the landslide experienced collapse, accumulate, load and slide process, caused by the coupling endogenic and exogenic geological forces. At present, the landslide is in stable state.

Shuibuya reservoir; Landslide; Loose deposits; Formation mechanism; Stability

1006-4362(2015)04-0024-05

2015-05-20改回日期：2015-08-17

P642.22

A

章昱(1985- )，女，工程師，碩士，主要從事水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查研究。E-mail:68713636@qq.com