三峽庫區(qū)興山縣楊家院子滑坡穩(wěn)定性及成因機(jī)制分析

阮慶橋, 劉 帥

(1.湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治中心,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,湖北 武漢 430034)

三峽庫區(qū)興山縣楊家院子滑坡穩(wěn)定性及成因機(jī)制分析

阮慶橋1, 劉 帥2

(1.湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治中心,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,湖北 武漢 430034)

通過地質(zhì)測繪、工程測量、鉆探、山地工程等手段查明了滑坡區(qū)的地質(zhì)環(huán)境、滑坡體規(guī)模及其滑帶特征，并通過分析與計(jì)算，針對(duì)不同邊界條件、多種工況條件下進(jìn)行了滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及成因機(jī)制分析，結(jié)果表明楊家院子滑坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，在水位漲落、暴雨的情況下，發(fā)生滑移變形的可能性較大，為后期滑坡災(zāi)害的防治提供了依據(jù)。

楊家院子滑坡;穩(wěn)定性;成因機(jī)制

照片1 楊家院子滑坡全貌Photo 1 Landslide panorama of Yangjiayuanzi

楊家院子滑坡位處湖北省興山縣高陽鎮(zhèn)南面約5 km,香溪河左岸金樂村的楊家院—金樂灣的斜坡中下部,地貌類型屬構(gòu)造侵蝕中低山區(qū)[1]?；聟^(qū)的地形總體為東高西低,地形向西傾,與基巖地層傾向一致或近于一致,屬正向地形(見照片1)。楊家院子滑坡平面形態(tài)上為“長條口袋狀”,呈256°方向展布,東高西低?；麦w分為兩級(jí)寬度195～242 m的寬緩平臺(tái),分布標(biāo)高分別位于256～294 m(一級(jí)平臺(tái))和195～228 m(二級(jí)平臺(tái))?；虑熬壐叱虨?45 m,后緣高程為370 m,寬210～240 m,高峽公路經(jīng)過段滑體寬243 m?；驴v向長560 m,面積13.6×104m2,滑體平均厚度約13.30 m,滑動(dòng)體積146.3×104m3,主滑方向?yàn)?56°(圖1)。楊家院子滑坡主要危及對(duì)象為香溪河河道和坡上現(xiàn)有的居民點(diǎn),共15戶,總?cè)藬?shù)58人,坡上無工礦企業(yè),但危及峽口—高陽鎮(zhèn)復(fù)建公路(省道S312)安全,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8 000萬元。另外一旦滑坡整體下滑,將造成香溪河航道堵塞,使香溪河水位上漲,可能誘發(fā)上游斜坡失穩(wěn)形成次生地質(zhì)災(zāi)害。

1 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

1.1 滑體

滑體物質(zhì)在上部后緣區(qū)域主要由灰褐、灰黃、棕黃色粘性土夾碎塊石構(gòu)成,粘性土呈可塑狀,碎塊石成分多為長石細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,粒徑2～17 cm不等,最大者為24～37 cm,棱角狀為主,其含量一般在35%～67%,結(jié)構(gòu)呈松散—中密狀,局部呈密實(shí)狀。在中部及前緣區(qū)域主要由灰褐、灰黃、紅褐色碎塊石土構(gòu)成,充填可塑狀粉質(zhì)粘土,碎塊石成分多為長石細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,粒徑4～20 cm不等,大者為25～54 cm,局部可見直徑達(dá)1.4 m,棱角狀為主,其含量一般在57%～95%,結(jié)構(gòu)呈稍密—密實(shí)。

1.2 滑帶

根據(jù)該滑坡兩條勘探線15個(gè)鉆孔的揭露結(jié)果,滑帶土主要由紫紅色含礫粉質(zhì)粘土構(gòu)成,其中礫石含量20%～30%,礫徑0.2～4 cm,次棱角狀—次圓狀,礫石中可見明顯的擦痕和磨光面,稍濕,可塑—軟塑狀,厚0.20～0.50 m?；瑤Х植忌疃?.70～20.50 m,標(biāo)高164.18～346.47 m。滑面平均坡角11.2°,最大達(dá)31.3°,平均角度22.6°。

圖1 楊家院子滑坡1—1′工程地質(zhì)剖面圖

1.3 滑床

由侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組(J2x)的中等風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖構(gòu)成。礦物成分主要由長石、石英及粘土礦物組成,薄—中厚層構(gòu)造,裂隙較發(fā)育—弱發(fā)育,巖體較破碎—較完整;細(xì)砂巖礦物成分主要由長石、石英組成,中厚—厚層構(gòu)造,裂隙較發(fā)育,巖體較破碎,巖層產(chǎn)狀:260°～280°∠40°～47°,巖層傾向與坡向相近,為順向坡,滑體沿巖土接觸面滑動(dòng)變形。

2 滑坡的變形破壞特征

從滑坡區(qū)的整體地貌形態(tài)及滑坡體物質(zhì)組成來看,本滑坡隨著香溪河的不斷下切,形成臨空面,堆積體發(fā)生了多次滑移,最終形成了目前這種陡緩相間的形態(tài)。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,楊家院子滑坡自三峽庫區(qū)蓄水后屢次發(fā)生變形,據(jù)當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)反映,于滑坡二級(jí)平臺(tái)后緣、滑坡南部S312省道以上坡面,在2007年前后曾出現(xiàn)兩條近南北向的拉張裂縫,縫寬0.2～0.3 m,可見延伸長度23～42 m,后經(jīng)人工回填改建農(nóng)田?；轮猩喜康母邖{公路邊修筑的1～2 m高的擋土墻已被擠出破壞;滑坡區(qū)的高峽公路路面開裂現(xiàn)象也明顯重于滑坡區(qū)外;公路邊村民的房屋也出現(xiàn)了嚴(yán)重變形,屋頂及地坪上出現(xiàn)長而大的裂縫(照片2)。

照片2 高峽公路路面開裂Photo 2 Pavement crack of high gorge highway

3 滑坡穩(wěn)定性及成因機(jī)制分析

3.1 滑坡穩(wěn)定性宏觀分析

3.1.1 滑坡變形現(xiàn)象

滑坡區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜,地形起伏變化大,巖土組分與結(jié)構(gòu)和地質(zhì)環(huán)境條件較復(fù)雜,在每年雨季后均有不同程度的邊坡坍塌和邊坡土體滑移變形,尤其是強(qiáng)降雨后期形成小型泥石流,危及公路和使坡下農(nóng)田被毀;根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,近期主要變形跡象為復(fù)建公路路面出現(xiàn)拉張裂縫,公路內(nèi)側(cè)擋土墻受滑坡擠漲出現(xiàn)不同程度的變形、損毀,公路外側(cè)居民房屋屋頂及房前地坪均出現(xiàn)不同程度裂縫,縫寬一般1 cm左右,延伸長2～3 m。

3.1.2 滑坡變形影響因素分析

(1) 地層巖性。地層巖性是滑坡形成的物質(zhì)條件,滑坡區(qū)出露地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組及第四系崩坡堆積層?；鶐r巖性為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、長石砂巖,粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖易風(fēng)化軟化,其上覆蓋第四系松散堆積層石土結(jié)構(gòu)較松散,利于地表水下滲,為滑坡的形成提供了物質(zhì)條件。

(2) 降雨的作用?；聟^(qū)位于鄂西暴雨中心北部邊緣地帶,氣候溫暖,潮濕多雨。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,年降雨量介于615.4～1 357.0 mm之間,全年降雨量的88%集中在4—10月,降雨峰值在6—10月,因而歷年來6—10月都是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)季節(jié),楊家院子滑坡體出現(xiàn)局部變形位移正是6—10月。因而地表水的入滲是楊家院子滑坡體變形滑移的主要誘發(fā)因素。

地表水及大氣降水入滲坡體內(nèi)形成較高的孔隙水壓力和動(dòng)水壓力,增強(qiáng)了坡體下滑的能力;水體浸入坡體所造成的地下水浮托力,降低了巖土抗滑摩阻力;水體繼續(xù)下滲遇基巖面受阻,則軟化、泥化巖土,降低了巖土的抗剪強(qiáng)度,有利于滑坡滑動(dòng)。

(3) 水庫蓄水的作用。三峽水庫蓄水及水庫的正常運(yùn)行,將對(duì)楊家院子滑坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①水庫蓄水后,水位上升,在滑坡前緣等效于坡腳加壓以及地下水梯度變緩,滲流壓力減小,利于滑坡穩(wěn)定;另一方面,滑坡淹沒部分的巖土體為水所飽和、軟化,強(qiáng)度降低,同時(shí)所受的浮托力增大,對(duì)滑坡穩(wěn)定性不利;②水庫水位在175～145 m之間周期性的漲落,動(dòng)水壓力對(duì)滑坡穩(wěn)定構(gòu)成了很不利的影響;③在庫水的潛蝕、掏蝕作用下,滑體岸坡將發(fā)生庫岸再造,岸坡崩塌形成的臨空面,使原本就處于局部變形的滑坡發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性增大。

(4) 人為活動(dòng)。①峽口—高陽公路的修建,從滑坡體中部切割而過,形成近20 m的高陡邊坡,一是形成了新的臨空面;二是坡腳、坡頂形成應(yīng)力集中區(qū);三是打破整個(gè)滑坡體自然平衡狀態(tài)。因而切腳后滑坡體無論是整體還是局部均會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力調(diào)整,影響滑坡體的穩(wěn)定性。②房屋修砌、農(nóng)田開墾等人類工程活動(dòng),破壞了滑坡的植被,增加了地表水的沖刷與入滲,進(jìn)而破壞滑體的平衡條件。

3.2 滑坡成因機(jī)制分析[2]

3.2.1 滑坡形成的地質(zhì)條件分析

(1) 地質(zhì)環(huán)境和地形地貌條件分析。由于楊家院子滑坡一帶的地質(zhì)構(gòu)造位置處于挽近期地殼抬升較劇的黃陵斷穹北西側(cè)和以沉降運(yùn)動(dòng)為主的秭歸向斜盆地轉(zhuǎn)折部位。這種抬升與沉降的差異運(yùn)動(dòng),不僅使滑坡區(qū)一帶地層的傾角變陡,而且導(dǎo)致巖體完整性降低;再者,滑坡區(qū)地層傾向與地形坡向一致或近于一致,形成順向坡的格局,且坡陡、臨空;下伏基巖巖性為泥質(zhì)粉砂巖等易軟化巖體,在地下水的軟化作用下,極易形成軟弱面,加之前緣香溪河的下切,易誘發(fā)形成滑坡。上述諸種因素的綜合作用,均為巖體的崩塌與滑移變形提供了有利的條件。這一特定的地質(zhì)環(huán)境條件,對(duì)楊家院子滑坡的形成與發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

(2) 滑體物質(zhì)成分分析?；w上大面積分布有崩坡積大塊石,最大塊徑可達(dá)1.4 m以上,塊石物質(zhì)成分主要為灰綠色細(xì)砂巖,從該類物質(zhì)的巖性和規(guī)模分析,當(dāng)屬滑坡后緣崩塌堆積的物質(zhì)。從塊石的塊徑、分布范圍與厚度較大、搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)分析,滑坡成生與滑坡后緣山體發(fā)生過不止一次的較大山崩有關(guān)。

基于上述分析,該滑坡在其孕育與發(fā)展過程中,受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,滑坡區(qū)一帶地層的傾角變陡,巖體變破碎、完整性降低、裂隙增加,在降雨入滲及風(fēng)化作用的影響下,使原斜坡巖體風(fēng)化為碎塊石及粘性土。再者,滑坡后緣高陡的巖坡上,經(jīng)歷了多次崩塌,從而使斜坡上堆積物逐年增加,在雨水的沖刷、淋濾及風(fēng)化作用下,崩坡積物及坡面上原有風(fēng)化巖的組分與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,細(xì)粒成分部分被地表水沖刷向坡下運(yùn)移,部分則被淋濾沉積于底部和充填于中下部碎塊石孔隙中。再次出現(xiàn)崩塌時(shí),新的崩坡積碎塊石土的組分與結(jié)構(gòu)同樣也會(huì)在雨水的沖刷、淋濾、運(yùn)移與沉積作用下相應(yīng)變化,如此周而復(fù)始和上述綜合作用的累進(jìn)與疊加,在現(xiàn)遷建公路附近加載、孕生滑坡的能量也在逐漸積累。

同時(shí),由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致香溪河下切和滑坡前緣坡陡臨空以及香溪河河水的浸潤與沖刷等綜合作用加強(qiáng)。在此綜合作用下,受降雨和崩坡物的沖擊,各類堆積物平衡狀態(tài)被破壞后會(huì)引發(fā)整體滑動(dòng)。

3.2.2 滑坡的形成機(jī)制分析

(1) 滑坡區(qū)基巖為細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖,屬易風(fēng)化易崩解巖石,在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下,巖體變破碎、完整性降低、裂隙增加,在降雨入滲及風(fēng)化作用的影響下,使原斜坡巖體風(fēng)化為碎塊石及粘性土,為滑體的形成提供物質(zhì)來源。

(2) 滑坡區(qū)后緣分布有厚度大、順向、陡傾且破碎或較破碎的泥質(zhì)粉砂巖層,且滑坡區(qū)屬東高西低的似槽狀地形,為崩坡積和殘坡積物的集聚與堆積提供了物質(zhì)來源及場所。

(3) 滑坡體下伏主要為軟弱、易風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖層,為滑體底部軟弱帶和主滑帶的形成造就了有利的內(nèi)在條件。

(4) 滑坡區(qū)一帶,雨量充沛,暴雨頻繁,為雨水累年入滲、軟化軟弱土(滑帶土)、誘發(fā)斜坡體滑動(dòng)變形營造了優(yōu)越的外動(dòng)力條件。

上述四因素(條件)綜合作用結(jié)果,對(duì)香溪河左岸的滑坡群的孕育、發(fā)展和成生具有至關(guān)重要的意義。楊家院子滑坡的孕育與發(fā)展變形模式主要經(jīng)歷以下五個(gè)階段:原斜坡坡體巖體風(fēng)化、崩解為碎塊石土→滑坡后緣山體多次崩塌的碎塊石土和殘坡積土順坡堆積,逐漸累增、加載→滑動(dòng)能量逐漸積累,斜坡平衡條件逐漸被破壞,斜坡土石體向失穩(wěn)方向發(fā)展→地殼不斷抬升,香溪河下切作用加強(qiáng),臨空面進(jìn)一步發(fā)育→滑坡變形的邊界條件逐步形成→連降大、暴雨使滑坡體下部飽水,坡體自然平衡狀態(tài)完全被破壞→滑坡變形。

3.2.3 滑坡穩(wěn)定性判斷及發(fā)展趨勢

宏觀來看,本滑坡現(xiàn)狀整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生改變,尤其是降雨及三峽水庫蓄水至175 m時(shí)(滑坡前緣高程約為145 m),滑坡的前緣浸泡水中,由于庫水對(duì)滑坡體和滑帶的浸潤、岸坡的沖蝕、岸坡再造等作用,在降雨、后緣加載(移民建房、修路、開荒)等因素作用下,有可能使滑坡前緣首先坍塌失穩(wěn),進(jìn)而引發(fā)滑坡整體滑移變形。

[1] 許匯源,別亞飛,馬麗雯,等.湖北省三峽庫區(qū)后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害防治興山縣楊家院子滑坡勘查報(bào)告[R].宜昌:湖北省鄂西地質(zhì)工程勘察院,2012.

[2] 劉傳正.長江三峽復(fù)雜斜坡成因問題[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2005,32(1):1-6.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Analysis of Stabilty and Genetic Mechanism of Yangjiayuanzi Landslide in ThreeGorges Reservoir Area of Xingshan County

RUAN Qingqiao1, LIU Shuai2

(1.GeologicalHazardPreventionandManagementCenterofHubeiProvince,Wuhan,Hubei430034; 2.HubeiGeologicalEnvironmentStation,Wuhan,Hubei430034)

The paper identifies geological environment of landslide area, landslide body scale and characteristics of sliding zone. Based on the analysis and calculation, the stability analysis of the landslide and the analysis of the formation mechanism are carried out under different boundary conditions and various operating conditions. The results show that the landslide is basically stable , in the case of fluctuation of water level and heavy rain, the possibility of slip deformation is larger, which provides a basis for the prevention and control of landslide disaster.

Yangjiayuanzi landslide; stability; genetic mechanism

2016-04-29;改回日期:2016-07-35

阮慶橋(1957-),男,工程師,水工環(huán)地質(zhì)專業(yè),從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害防治管理方面的工作。E-mail:719750849@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2017)01-0071-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.012

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161208.1017.014.html 數(shù)字出版日期:2016-12-08 10:17