湖北省杉樹槽滑坡成因機制分析

易 武，黃鵬程

(1．三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2．三峽大學(xué) 長江三峽國家野外科學(xué)觀測研究站，湖北 宜昌 443002)

湖北省杉樹槽滑坡成因機制分析

易 武1,2，黃鵬程1

(1．三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2．三峽大學(xué) 長江三峽國家野外科學(xué)觀測研究站，湖北 宜昌 443002)

長江三峽地區(qū)滑坡眾多，杉樹槽滑坡屬于典型的順層基巖滑坡。通過對滑坡發(fā)生后追蹤調(diào)查，介紹了滑坡的地理位置、周邊地質(zhì)概況及其基本地質(zhì)特征，并將滑坡發(fā)生前后的地形地貌和地質(zhì)特征進行對比，直觀地表明了滑坡發(fā)生、發(fā)展及運動的過程。最后，探討了湖北省杉樹槽滑坡發(fā)生的影響因素及形成機理，并認為脆弱的地層結(jié)構(gòu)和不利的地貌形態(tài)是滑坡發(fā)生的內(nèi)因，而降雨是誘發(fā)滑坡的關(guān)鍵外在因素，其為典型的劇動推移式降雨型順層巖質(zhì)滑坡。

巖土工程；滑坡；順層基巖；地質(zhì)特征；降雨

0 引 言

2014年9月2日13時19分，杉樹槽滑坡高速滑入鑼鼓洞河，使得G334國道在滑坡上的一段被推入河中，同時滑坡上一所電站損毀?；聦?dǎo)致大量農(nóng)田被毀，大面積停電，近千人受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失達3 220萬元。因此，對發(fā)生后的滑坡進行及時調(diào)查，掌握第一手資料，對排除滑坡周邊存在的潛在危險，同時可對道路和河道的疏通提供參考。

自2003年7月千將坪巖質(zhì)滑坡發(fā)生后，三峽庫區(qū)的滑坡災(zāi)害越發(fā)受到重視[1-3]，順層巖質(zhì)滑坡占三峽庫區(qū)滑坡總數(shù)的 62.0 %[4]，對已發(fā)生的滑坡進行詳細調(diào)查與勘察，有利于研究這類滑坡發(fā)生機理，為后續(xù)監(jiān)測、防治提供參考。

1 滑坡區(qū)概況

1.1 地理位置

杉樹槽滑坡地處湖北省秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)三星店村，位于鑼鼓洞河左岸，大地坐標N30°57′28″,E110°36′27″，如圖1。鑼鼓洞河為長江二級支流，主要匯入青干河，滑坡距河口約5 km。

圖1 杉樹槽滑坡地理位置Fig.1 Location of Shashucao landslide

1.2 地質(zhì)概況

滑坡在地貌上屬于秭歸盆地中低山區(qū)，地形坡度一般為15°～25°，相對高差一般在500～1 300 m之間。區(qū)內(nèi)地表出露巖層主要為侏羅系紅層，由砂巖、泥巖及頁巖構(gòu)成，局部地區(qū)可見古、中生界灰?guī)r，為侵蝕型地貌。在構(gòu)造上滑坡處于鄂西褶皺山地秭歸向斜西南翼。秭歸向斜走向為北北東，核部一般為傾角20°左右的侏羅系巖層，翼部一般為三疊系巖層，傾角為30°～40°[5]?；聟^(qū)巖層為侏羅系下統(tǒng)聶家山組(J1-2n)紫紅色泥巖、灰黃色粉砂巖及灰綠色砂巖(圖2)。

圖2 滑坡某一鉆孔柱狀圖Fig.2 Histogram of a drill hole of landslide

2 滑坡基本地質(zhì)特征

2.1 滑坡體表面形態(tài)

滑坡未滑動時地貌(圖3)：滑坡處于鑼鼓洞河左岸(凹岸)，剖面形態(tài)為直線型，平面呈長舌形。滑坡前緣較寬，后緣略窄，平均寬度約110 m，滑體縱長約340 m，面積3.74萬 m2，平均厚度22 m，總方量82.28 萬m3?；虑熬壐叱?53 m，后緣高程285 m，坡度約為22°，主滑方向101°。在高程176.5 m處有一小平臺，寬約30 m，長約65 m，其上建有一發(fā)電廠。在南北方向上，南側(cè)較高，而北側(cè)較低，橫向坡度5°～7°?；卤眰?cè)邊界為季節(jié)性沖溝，沖溝內(nèi)側(cè)出露基巖，外側(cè)為碎石土?；履蟼?cè)邊界中后部為陡坎，地形有利于雨水在邊界匯集，走向約110°，高10～20 m，長約240 m，前部為山脊，延伸至鑼鼓洞河?；潞缶墳猷l(xiāng)間公路，由于修建公路造成邊坡開挖，形成陡緩界面，且公路未修建排水溝，從地形上看公路內(nèi)側(cè)易匯集地表水。滑坡前緣直抵鑼鼓洞河，由于河水長期侵蝕造成滑坡前緣不斷塌岸形成陡崖，高10～15 m?；碌刭|(zhì)剖面見圖4，滑坡發(fā)生時水位高程為168.2 m。

圖3 滑坡滑動前工程地質(zhì)平面Fig.3 Engineering geomorphic map before sliding

圖4 滑坡滑動前地質(zhì)剖面Fig.4 Typical geo-section map before sliding

圖5為滑坡滑動后地貌：滑坡滑動后主體部分仍能保留原來形態(tài)，而局部巖體在滑動過程中沿裂隙切割成碎塊狀?；麦w前部插入鑼鼓洞河中，后部形成高約20 m的陡崖，滑體上可見明顯的下坐坎、醉漢林、裂縫等現(xiàn)象。從現(xiàn)場量測可知，滑坡水平滑移長度約90 m，垂直滑移長度約50 m。南側(cè)形成一條走向約110°直立崖壁，高20～50 m，壁面上有明顯擦痕 (圖6)，壁腳有大量散落塊石。北側(cè)在滑坡滑動后散落大量碎石，形成走向約100°的堆積壟。圖7為滑動后地質(zhì)剖面圖。

圖5 滑坡滑動后地貌Fig.5 Geomorphic feature after sliding

圖6 滑坡南側(cè)邊界Fig.6 South boundary of the landslide

圖7 滑坡滑動后地質(zhì)剖面Fig.7 Typical geo-section map after sliding

2.2 滑坡邊界

滑坡南側(cè)邊界呈直立的陡崖，走向約110°，在前部稍有轉(zhuǎn)折約90°，壁面呈灰黃色、擦痕明顯，出露由黏土填充的裂隙。局部巖體外凸，斷口新鮮呈白色(圖6)，說明這部分巖體在滑坡下滑過程中被剪斷。調(diào)查顯示，在滑坡南側(cè)邊界一組產(chǎn)狀為32°～63°∠81°的裂隙風(fēng)化后，發(fā)展成為一個裂隙性脆弱結(jié)構(gòu)面，但整體未完全貫通?；履蟼?cè)前緣為外凸山脊，其阻滑力較大，邊界走向在前部有轉(zhuǎn)折，結(jié)合滑坡巖層產(chǎn)狀分析可知，滑坡在南側(cè)前部受阻較大，導(dǎo)致滑坡中后部向北側(cè)略有旋轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生一定的側(cè)滑(圖8)，使得南側(cè)巖體承受一定的橫向拉力?；率Х€(wěn)后，巖體抗剪強度迅速降低，脆弱結(jié)構(gòu)面迅速被剪切貫通，形成滑坡的南側(cè)邊界。因此，南側(cè)邊界為滑坡順裂隙走向滑動，主要為剪切運動。

圖8 滑坡受阻側(cè)滑示意Fig.8 Sideslip diagram of the blocked landslide

滑坡北側(cè)邊界為一條走向約100°的堆積壟，原為巖土界面，滑坡滑動時帶動土體下滑，同時由于巖體快速滑走形成臨空面，局部土體向臨空面方向運動。北側(cè)邊界為巖體加速運動，脫離土體，主要為拉裂運動。

滑坡后緣壁平面呈不對稱弧形，剖面為階梯型，高約20 m，上部為破碎的薄層泥巖、粉砂巖互層，下部為較完整的中厚層粉砂巖，圖9為滑坡后壁形態(tài)。后緣主要沿一組節(jié)理裂隙170°～190°∠75°～82°切割，局部巖體較破碎，形成危巖體。危巖體上發(fā)育一條貫穿裂縫，長約20 m，走向約240°，切割較深，調(diào)查時仍有水滲出(圖10)。后緣壁下方堆積大量散落塊石，局部有呈飽水狀態(tài)的黏土，后緣表現(xiàn)為拉裂破壞。

圖9 滑坡后緣壁形態(tài)Fig.9 Morphology of landslide trailing edge

圖10 后緣壁裂縫Fig.10 Crack in trailing edge of landslide

滑帶在未滑動前受上下巖體錯動，為層間剪切錯動帶[6]，其物質(zhì)成分較均勻，泥化程度較高。根據(jù)地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，滑帶主要由兩部分構(gòu)成，在中后部為層間剪切泥化帶，在前緣為巖體中的不連續(xù)裂隙結(jié)構(gòu)面[7]?；瑒雍蠡瑤卣?圖11)：厚20～30 cm，由灰綠色、紫紅色含角礫黏性土構(gòu)成，含水量較高，呈軟塑狀，角礫定向排列，為棱角狀到次棱角狀，粒徑一般為1 cm。前緣切層滑帶由較完整的巖體和不連續(xù)的裂隙性斷層構(gòu)成。其中較完整的巖體構(gòu)成巖橋[8]，在臨滑階段被剪斷，裂隙性斷層在上覆泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)育。剪出口約在高程143 m。

圖11 滑帶形態(tài)Fig.11 Morphology of sliding zone

2.3 滑坡地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性

滑坡處于秭歸向斜西南翼，發(fā)育兩組裂隙，170°～190°∠75°～82°和32°～63°∠81°?；禄瑒雍笾饕蓧K裂巖體、散落堆積巖體及第四系坡積物組成?；瑒雍髿埩舻闹黧w部分在裂隙切割下呈塊裂狀，主要由紫紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成；散落堆積巖體主要分布在滑床和南側(cè)邊界，塊度一般2～5 m3，少數(shù)可達10 m3；第四系坡積物為黃褐色碎石土,沿滑坡北側(cè)邊界展布。

滑坡主要由侏羅系下統(tǒng)聶家山組(J1-2n)碎屑巖組成，總體上呈“強—弱—強”的地層構(gòu)造?；麦w物質(zhì)自上而下可分為4層，如圖12。主要包含：①第四系覆蓋層，厚度0.5～2 m，南側(cè)較薄，北側(cè)較厚，成分為黃褐色碎石土，土石比6∶4；②紫紅色泥巖，厚度1～3 m，為強風(fēng)化狀態(tài)，呈碎塊狀；③灰黃色-灰綠色泥質(zhì)粉砂巖，厚度10～18 m，上部較完整，下部呈碎裂狀；④紫紅色-灰綠色滑帶，成分為黏土夾棱角狀碎石，呈飽水狀態(tài)。此外，滑床出露灰綠色砂巖，微風(fēng)化，巖質(zhì)新鮮、完整，產(chǎn)狀120°∠19°。滑床面光滑，擦痕較少，未見應(yīng)力薄膜[9](圖12)。

圖12 滑床形態(tài)Fig.12 Morphology of sliding bed

3 滑坡形成機理

3.1 滑坡誘發(fā)因素

誘發(fā)滑坡的因素有許多，主要為地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)因和風(fēng)化、水作用、人類活動、地震等外因[10]。影響杉樹槽滑坡穩(wěn)定性的因素主要為以下幾個方面。

3.1.1 地質(zhì)巖性

滑坡主要由侏羅系中統(tǒng)砂巖、泥巖及砂泥巖互層組成，僅上部有薄層松散堆積物，屬于砂巖-泥巖-砂巖這種軟弱相間地層。夾層泥巖厚僅幾十厘米，由于泥巖滲透性小，形成相對隔水層。本地區(qū)降雨滲入地下后會沿泥巖層面順層排泄，當排泄不及時，會在層面滯留揚升地下水位。在周圍巖層的應(yīng)力作用和地下水長期浸泡影響下，泥巖層逐漸崩解泥化，其物理力學(xué)性質(zhì)降低，軟弱夾層演化成為滑帶。

3.1.2 結(jié)構(gòu)面

滑坡體巖層的傾角與坡角近似一致，在構(gòu)造作用下，滑坡體內(nèi)形成兩組節(jié)理同時切割巖體。一組走向約110°，近直立的節(jié)理，在風(fēng)化作用和構(gòu)造應(yīng)力下，逐漸張開、貫通形成滑坡的南側(cè)邊界。另一組節(jié)理在河水侵蝕作用下在前緣形成陡崖臨空面。此外，巖層的傾角略小于地形的坡度，再組合節(jié)理面形成脆弱易滑的地層結(jié)構(gòu)(圖13)。

圖13 滑坡組合結(jié)構(gòu)面示意Fig.13 Structure diagram of the landslide combination

3.1.3 蓄 水

庫水位上升一方面使滑坡阻滑段不斷被淹沒，在庫水的浮托作用其抗滑力降低；另一方面滑坡地下水位會響應(yīng)庫水位而升高，進而加劇侵蝕滑帶，降低其抗剪強度。同時，在庫水的沖刷、淘蝕下，滑坡前緣臨空面會增大，不利于滑坡的穩(wěn)定。

3.1.4 降 雨

集中降雨是誘發(fā)滑坡主要外因，在滑坡滑動前一周內(nèi)，本地區(qū)累計降雨量達260.2 mm。大量降水穿過地表松散物質(zhì)，透過滲透性較好的巖層在滑帶區(qū)富集。一方面，雨水滲入滑坡體內(nèi)不能及時排泄，增加了滑坡體下滑力，同時，后緣公路處匯集的坡面水沿裂縫入滲，地下水位升高，產(chǎn)生沿主滑方向的滲透壓力即滑坡后緣附加推力增大；另一方面，雨水從裂隙、裂縫入滲后使滑帶由非飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，基質(zhì)吸力喪失，抗剪強度大大降低[11-13]。

3.2 滑坡形成機制

杉樹槽滑坡屬于順層巖質(zhì)滑坡，滑坡主體為堅硬厚層砂巖夾薄層泥巖，其上第四系覆蓋層較薄，巖性相對脆弱，具有易滑的地層巖性組合結(jié)構(gòu)。在長期內(nèi)外營力作用下，經(jīng)歷原生軟巖→層間剪切帶→滑帶的演化過程[14]，軟弱夾層的物理力學(xué)性質(zhì)逐漸降低，最終形成滑帶。在雨水和地應(yīng)力作用下巖體裂隙逐漸張開、貫通，在庫水的侵蝕下前緣臨空面逐漸擴大，滑坡的邊界形成。

從滑坡的原始地形地貌可看出，原始斜坡前部潛在滑體比后部要薄。另外，在鑼鼓洞河的切割、侵蝕作用下，前緣臨空面逐漸崩塌、陡立，且在水位波動帶潛在滑移面逐漸被揭露，同時在人工改造作用下前緣滑體變薄，使得滑坡前部阻滑段比中后部滑體薄，即滑坡阻抗體部分被不斷削弱。

從剖面圖(圖14)可看出，在三峽水庫蓄水前，鑼鼓洞河水位較低，滑坡的滑帶處于硬質(zhì)巖層下部，受河水侵蝕影響較小。在三峽水庫蓄水后，滑坡前緣受庫水影響，阻滑段關(guān)鍵部位的硬質(zhì)巖體受庫水泥化、軟化及沖刷作用[15]，強度迅速降低，潛在滑移面上移，即潛在剪出口形成。

圖14 滑坡結(jié)構(gòu)面水力模型Fig.14 Water project model of the landslide surface

總之，在不利的地形地貌和脆弱的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下，杉樹槽滑坡基本處于極限平衡狀態(tài)。在滑坡臨滑階段，滑帶完全泥化，內(nèi)聚力和摩阻力急劇下降[16]，巖體裂隙完全貫通。在暴雨影響下(圖14)，雨水沿裂隙入滲，滑坡地下水位快速升高，滑帶部分孔隙水壓力升高，對滑體產(chǎn)生揚壓力，使得抗滑力減小，同時后緣水壓力迅速增大，使前緣巖橋被剪斷，抗阻段平衡被打破，前緣潛在滑移面貫通，滑坡迅速啟動下滑。

4 結(jié) 語

筆者通過對杉樹槽滑坡地形地貌特征及破壞形式的分析，認為滑坡為典型的劇動推移式降雨型順層巖質(zhì)滑坡。

基于對滑坡發(fā)生時掌握的第一手資料，分析對比滑坡發(fā)生前后的地貌及結(jié)構(gòu)特征，認為脆弱的巖性組合、發(fā)育的節(jié)理裂隙是控制滑坡的主要內(nèi)在因素，集中降雨是滑坡發(fā)生的主要誘發(fā)因素，庫水作用加速了滑坡的發(fā)生。

通過對滑坡前后的地貌及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析，認為滑坡在臨滑階段后緣水壓力增大，推動滑坡中部和前緣，使得滑坡前緣巖橋被剪斷，抗滑力迅速下降，滑坡快速下滑。

此外，筆者對滑坡進行了定性分析，下一步可對滑坡進行定量的數(shù)值模擬，從不同的方面來考慮滑坡的穩(wěn)定性，進而分析其破壞成因。

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Formation Mechanism of Shashucao Landslide in Hubei Province

YI Wu1, 2, HUANG Pengcheng1

(1. College of Civil Engineering & Architecture, China Three Gorges University, Yichang 443002, Hubei, P.R.China; 2. National Research Station of Field Science & Observation in Three Gorges of Yangtze River, China Three Gorges University, Yichang 443002, Hubei, P.R.China)

There are plenty of landslides in Three Gorges reservoir area and Shashucao landslide is a typical bedding rock landslide. Through follow-up investigation after the landslide occurrence, the geographical location, the surrounding geology and basic geological characteristics of landslide were introduced. And the topography and geomorphy as well as geological characteristics before and after landslide were contrasted, which intuitively indicated the process of landslide occurrence, development and motion. Eventually, the influence factors and formation mechanism of Shashucao landslide in Hubei province were discussed. It is discovered that the vulnerable stratum structure and unfavorable geomorphologic shape are the internal causes of landslide occurrence, and rainfall is the key external factor to induce landslide. Shashucao landslide is a typical elapse precipitation type of bedding rock landslide.

geotechnical engineering; landslide; bedding rock; geological features; rainfall

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.03.19

2015-06-08；

2015-09-16

囯家自然科學(xué)基金項目(41302260，41172298)；湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目(2012FFA040)

易 武(1966—)，男，湖北黃岡人，教授，博士，主要從事地質(zhì)工程方面的研究。E-mail: 397745802@qq. com。

黃鵬程(1988—)，男，湖北孝感人，碩士研究生，主要從事地質(zhì)工程方面的研究。E-mail:258773840@qq. com。

P642；U416.1+4

A

1674-0696(2016)03-089-05