白家包滑坡變形影響因素定性及定量分析

朱 偉 王孔偉 魏 東 靳寶萍

(三峽大學(xué) 三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 宜昌 443002)

白家包滑坡變形影響因素定性及定量分析

朱 偉 王孔偉 魏 東 靳寶萍

(三峽大學(xué) 三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 宜昌 443002)

確定庫(kù)岸滑坡變形的主要影響因素，可以為庫(kù)岸滑坡的防治提供更有效指導(dǎo)．本文以三峽庫(kù)區(qū)白家包滑坡為研究對(duì)象，首先收集了白家包滑坡監(jiān)測(cè)資料以及三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)水和降雨資料;然后定性分析白家包滑坡累積位移變形階段及特征，將該滑坡累積位移主要影響因素分為三類：降雨和庫(kù)水的共同作用；主要為降雨作用；主要為庫(kù)水作用；最后利用相對(duì)庫(kù)水位、降雨量和累積位移相關(guān)系數(shù)，分別建立降雨和庫(kù)水位對(duì)滑坡位移影響系數(shù)模型，定量計(jì)算出該滑坡變形主要影響因素，與定性分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比．研究結(jié)果表明，白家包滑坡位移主要影響因素定量計(jì)算與定性分析的結(jié)果吻合度較高，準(zhǔn)確率為84.62%，模型具有一定適用性，其方法也能為相關(guān)研究提供參考．

白家包滑坡； 影響因素； 定性分析； 定量分析

自三峽工程蓄水以來(lái)，庫(kù)岸滑坡成為三峽庫(kù)區(qū)一種主要的地質(zhì)災(zāi)害類型，引起了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注．滑坡的形成有內(nèi)力和外力兩方面因素，從地質(zhì)作用來(lái)看，三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)岸滑坡變形演化過(guò)程及分布與構(gòu)造活動(dòng)存在一定關(guān)系[1-3]；從外力作用來(lái)看，庫(kù)水位變化和降雨作用對(duì)庫(kù)岸滑坡的變形演化有重要影響[4-8]，不同變形階段對(duì)應(yīng)不同的主要影響因素和預(yù)測(cè)依據(jù)[9-10]．劉新喜[4]等基于非飽和滲流理論，采用GEO/SEEP研究了庫(kù)水位變化下三峽庫(kù)區(qū)紅石包滑坡體內(nèi)的地下水滲流場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)庫(kù)水位下降導(dǎo)致滑坡的穩(wěn)定性變化規(guī)律；劉廣寧[5]等對(duì)三峽庫(kù)區(qū)水泥廠滑坡監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行研究，認(rèn)為個(gè)別時(shí)間段滑坡變形加劇是降雨和庫(kù)水位升降共同作用結(jié)果；彭令[11]等以白家包滑坡對(duì)象研究發(fā)現(xiàn)庫(kù)水位變化和降雨量是導(dǎo)致滑坡季節(jié)性變化的主要因素；代貞偉[12]等通過(guò)研究三峽庫(kù)區(qū)某滑坡變形特征發(fā)現(xiàn)滑坡的變形與庫(kù)水位下降及集中降雨有明顯關(guān)系，并運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法研究了相關(guān)變量之間的響應(yīng)程度．對(duì)三峽庫(kù)區(qū)滑坡變形影響因素的研究，學(xué)者主要是以典型滑坡為研究對(duì)象進(jìn)行定性分析[11-14]，而使用定量計(jì)算的方法分析滑坡主要變形因素的研究卻很少．

本文以三峽庫(kù)區(qū)白家包滑坡為研究對(duì)象，在定性分析白家包滑坡主要變形影響因素之上，建立降雨和庫(kù)水位對(duì)滑坡位移影響系數(shù)模型，計(jì)算出該滑坡變形主要影響因素并將結(jié)果與定性分析進(jìn)行對(duì)比，為確定滑坡變形主要影響因素引進(jìn)一種新思路．

1 白家包滑坡工程地質(zhì)概況

白家包滑坡位于湖北秭歸縣歸州鎮(zhèn)向家店村二組，處于長(zhǎng)江支流香溪河右岸，黃陵背斜與秭歸向斜的交界地帶，整個(gè)滑坡展布于香溪河右岸．滑坡前緣直抵香溪河，滑坡的剪出口位于高程125～135 m；滑坡后緣以基巖為界，高程265 m；滑坡左側(cè)以山脊下部基巖為界，右側(cè)以山梁為界，前緣寬500 m，后緣寬300 m，縱長(zhǎng)約550 m，滑坡面積22×104m2．深層滑體前緣厚20～30 m，中部厚47 m，后緣厚10～40 m，滑體平均厚度45 m，滑體體積990×104m3．淺層滑體前緣厚10～20 m，中部厚35 m，后緣厚10～40 m，滑體平均厚度30 m，滑體體積730×104m3．滑坡平面形態(tài)呈短舌狀(如圖1所示)．

圖1 白家包滑坡全貌圖

白家包滑坡物質(zhì)為崩坡積物，坡積物厚度在空間上分布不均，前緣坡積物厚度較厚．滑體物質(zhì)成分為碎塊石土，崩坡積物與下伏基巖接觸帶即為滑坡滑帶，其滑床為下伏基巖，成分為侏羅系下統(tǒng)長(zhǎng)石石英砂巖及泥巖，產(chǎn)狀285°∠30°，為逆向巖層．

2 白家包滑坡變形階段劃分及特征分析

2.1 白家包滑坡變形演化階段定性劃分

根據(jù)監(jiān)測(cè)資料分析，從時(shí)間上，白家包滑坡大致可分成三個(gè)階段進(jìn)行研究位移變化的特征和規(guī)律(如圖2所示)．第1階段(降雨影響階段)對(duì)應(yīng)155 m水位：2007年1月至2009年5月．這一階段在圖2上看是兩個(gè)小臺(tái)階，是主要受降雨影響的階段．第2階段(庫(kù)水影響階段)對(duì)應(yīng)175 m水位：2009年5月至2012年5月．第二階段在圖2上看是一個(gè)大臺(tái)階加兩個(gè)小臺(tái)階，是主要受庫(kù)水位影響的階段．第3階段(庫(kù)水突變影響階段)：2012年5月至2014年12月．第三階段在圖2中是一個(gè)大臺(tái)階加兩個(gè)小臺(tái)階組成的，是受水位突降影響的階段．

圖2 白家包滑坡階段劃分總圖

圖3 汛期時(shí)段連續(xù)明顯階躍型變形平均速率圖

根據(jù)圖3對(duì)白家包滑坡的階段劃分，計(jì)算出白家包滑監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326每個(gè)變形階段在汛期時(shí)段連續(xù)明顯階躍型變形的平均速率見(jiàn)表1．由表1和圖3可知：1)白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326變形平均速率在第一階段整體較??；2)白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326變形平均速率在第二階段變化過(guò)程由大變小再變大；3)白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326變形平均速率在第二階段變化過(guò)程由大變小再變?。C上所述，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326位移變形具有同步性；上文定性劃分的白家包滑坡三個(gè)變形階段比較合理．

表1 白家包汛期時(shí)段連續(xù)明顯階躍型變形平均速率表 (單位：mm/月)

2.2 白家包滑坡階段變形特征

2.2.1 白家包滑坡第一階段變形特征

由圖4可知，每年汛期時(shí)段白家包滑坡累積位移明顯連續(xù)階躍型變形，受降雨量增加和庫(kù)水位下降作用影響．

圖4 白家包滑坡第一階段累積位移圖

白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第一階段第一年汛期2007年5月～8月變形總的平均速率為19.34 mm/月．汛期2007年5月～7月平均降雨量都較大，發(fā)生持續(xù)大降雨，且期間庫(kù)水位變動(dòng)幅度并不大，白家包滑坡被庫(kù)水淹沒(méi)范圍較小，故認(rèn)為第一年汛期2007年5月～7月白家包滑坡累積位移受降雨影響．汛期2007年5月～8月三峽庫(kù)區(qū)水位連續(xù)4個(gè)月下降，而8月降雨量明顯減小，故說(shuō)明第一年汛期2007年8月累積位移主要受庫(kù)水位影響．

第一階段第二年汛期2008年5月～8月變形總的平均速率為8.67 mm/月．汛期2008年5、6月平均降雨量較7、8月小很多，但是2008年5、6月庫(kù)水位下降速度較7、8月快很多，因此說(shuō)明第一階段第二年汛期2008年5、6月白家包滑坡受庫(kù)水和降雨作用的共同影響，但是主要受庫(kù)水作用影響．汛期2008年7、8月白家包滑坡受庫(kù)水和降雨作用的共同影響，但是主要受降雨作用影響．

2.2.2 白家包滑坡第二階段變形特征

由圖5可知，每年汛期時(shí)段白家包滑坡累積位移明顯連續(xù)階躍型變形，受降雨量增加和庫(kù)水位下降作用影響．

圖5 白家包滑坡第二階段累積位移圖

白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第二階段第一年汛期2009年5月～8月變形總的平均速率為50.77 mm/月．汛期2009年5月～6月平均降雨量都較大，庫(kù)水位下降速度也較快，因此可認(rèn)為第二階段第一年汛期2009年5月～6月白家包滑坡累積位移受降雨和庫(kù)水共同作用影響．汛期2009年7月～8月平均降雨量都較大，但三峽庫(kù)區(qū)水位連續(xù)有較小的幅度上升，說(shuō)明第二階段第一年汛期2009年7月～8月累積位移主要受降雨作用影響．

第二階段第二年汛期2010年6月～9月變形總的平均速率為19.90 mm/月．汛期2010年6月平均降雨量較小和庫(kù)水位降雨下降較快，說(shuō)明第二階段第二年汛期2010年6月白家包滑坡受庫(kù)水和降雨作用的共同影響，但是主要受庫(kù)水作用影響．汛期2010年7、8、9月平均降雨量較大，但庫(kù)水位7、8、9月連續(xù)上升，說(shuō)明第二階段第二年汛期2010年7、8、9月白家包滑坡主要受降雨作用影響．

第二階段第三年汛期2011年6月～8月變形總的平均速率為43.04 mm/月．汛期2011年6月平均降雨量較大且?guī)焖幌陆悼?，因此認(rèn)為第二階段第三年汛期2011年6月白家包滑坡受庫(kù)水和降雨作用的共同影響．汛期2011年7月平均降雨量較小但庫(kù)水位下降較快，說(shuō)明第二階段第三年汛期2011年7月白家包滑坡受庫(kù)水和降雨作用的共同影響，但主要受庫(kù)水位影響．

汛期2011年8月平均降雨量較大，但庫(kù)水位8月上升，說(shuō)明第二階段第三年汛期2011年8月白家包滑坡主要受降雨作用影響．

2.2.3 白家包滑坡第三階段變形特征

由圖6可知，每年汛期時(shí)段白家包滑坡累積位移明顯連續(xù)階躍型變形，受降雨量增加和庫(kù)水位下降作用影響．

圖6 白家包滑坡第一階段累積位移圖

白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第三階段第一年汛期2012年5月～6月變形總的平均速率為61.25 mm/月．汛期2012年5月～6月平均降雨量小，庫(kù)水位下降速度快，因此說(shuō)明第二階段第一年汛期2012年5月～6月白家包滑坡累積位移受庫(kù)水作用影響．汛期2012年7月平均降雨量大，庫(kù)水位上升．說(shuō)明第二階段第一年汛期2012年7月白家包滑坡累積位移受降雨影響．

第三階段第二年汛期2013年5月～7月變形總的平均速率為35.10 mm/月．汛期2013年5月～6月平均降雨量大和庫(kù)水位降雨下降快，因此說(shuō)明第三階段第二年汛期2013年5月～6月白家包滑坡受庫(kù)水和降雨作用的共同影響．汛期2013年7月平均降雨量較大，但庫(kù)水位7月上升，說(shuō)明第三階段第二年汛期2013年7月白家包滑坡主要受降雨作用影響．

第三階段第三年汛期2014年5月～7月變形總的平均速率為16.88 mm/月．汛期2014年5～6月平均降雨量較小和庫(kù)水位降雨下降快，因此認(rèn)為第三階段第三年汛期2014年5～6月白家包滑坡受庫(kù)水和降雨作用的共同影響，但是主要受庫(kù)水作用影響．汛期2014年7月平均降雨量較大，但庫(kù)水位7月上升，因此認(rèn)為第三階段第三年汛期2014年7月白家包滑坡主要受降雨影響．

根據(jù)降雨和庫(kù)水對(duì)滑坡累積位移的影響因素把每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月的累積位移分為A、B、C三種類型．A類為滑坡的累積位移影響因素為降雨和庫(kù)水的共同作用；B類為滑坡的累積位移的影響因素主要為降雨作用；C類為滑坡累積位移影響因素為庫(kù)水作用(見(jiàn)表2)．

表2 白家包滑坡每個(gè)階段每年汛期監(jiān)測(cè)點(diǎn)類型分類表

3 白家包滑坡變形影響因素定量分析

3.1 計(jì)算模型建立

滑坡在非汛期時(shí)累計(jì)位移變化小，汛期時(shí)位移變化大，故本文首先針對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析計(jì)算，然后計(jì)算出汛期，主要是研究汛期的位移變化和主要影響因素．利用相對(duì)庫(kù)水位、降雨量和累積位移相關(guān)系數(shù)分別建立了降雨和庫(kù)水位對(duì)滑坡位移影響系數(shù)模型如下：

式中，μt為每月庫(kù)水位升降和降雨共同作用對(duì)滑坡位移的綜合影響系數(shù)；q為每月庫(kù)水位升降作用對(duì)滑坡位移的最終影響系數(shù)；α為每月庫(kù)水位升降作用對(duì)滑坡位移的初步影響系數(shù)，計(jì)算公式如式(4)；p為每月降雨作用對(duì)滑坡位移的最終影響系數(shù)；β為每月降雨作用對(duì)滑坡位移的初步影響系數(shù)，計(jì)算公式如式(5)．

式中，wt為每月庫(kù)水位升降幅度絕對(duì)值，其計(jì)算公式如式(6)，vt為每月位移變化幅度絕對(duì)值，其計(jì)算公式如式(7)，xt為本月降雨量，yt為本月平均庫(kù)水位，yt-1為上月平均庫(kù)水位，zt為本月累積位移值，zt-1為上月累積位移值．

3.2 汛期每月影響系數(shù)結(jié)果分析

白家包滑坡累積位移監(jiān)測(cè)資料、降雨、庫(kù)水位數(shù)據(jù)代入上述公式，計(jì)算出白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325、ZG326每月降雨和庫(kù)水位作用對(duì)位移影響系數(shù)．由上文變形特征分析可知，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324、ZG325和ZG326累計(jì)位移變形具有同步性，考慮篇幅問(wèn)題，故下文只選取不同高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323、ZG324的定量計(jì)算結(jié)果作為代表進(jìn)行分析(見(jiàn)表3，表4)．

表3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323每階段汛期庫(kù)水和降雨對(duì)累積位移作用影響系數(shù)

續(xù)表3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323每階段汛期庫(kù)水和降雨對(duì)累積位移作用影響系數(shù)

根據(jù)白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323累積位移受降雨和庫(kù)水作用影響的定量計(jì)算結(jié)果(表3)分析可知，白家包滑坡汛期監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG323累積位移受降雨和庫(kù)水作用影響類型為A類的有2011.6、2013.5、2013.6這3個(gè)月份，其庫(kù)水作用的貢獻(xiàn)率分別為63.54%、62.09%、71.64%；降雨作用的貢獻(xiàn)率分別為36.46%、37.91%、28.36%．

表4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG324每階段汛期庫(kù)水和降雨對(duì)累積位移作用影響系數(shù)

續(xù)表4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG324每階段汛期庫(kù)水和降雨對(duì)累積位移作用影響系數(shù)

根據(jù)白家包滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG324累積位移受降雨和庫(kù)水作用影響的定量計(jì)算結(jié)果(表4)分析可知，白家包滑坡汛期監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG324累積位移受降雨和庫(kù)水作用影響(A類)的有2011.6、2013.5、2013.6這3個(gè)月份，其庫(kù)水作用的貢獻(xiàn)率分別為64.03%、62.59%、72.07%；降雨作用的貢獻(xiàn)率分別為35.97%、37.41%、27.93%．

由表3、表4可看出白家包滑坡ZG323、ZG324兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在汛期29個(gè)月中的26個(gè)B類和C類點(diǎn)降雨和庫(kù)水貢獻(xiàn)率的大小，據(jù)此可判定出這26個(gè)點(diǎn)的類型；再對(duì)比定量分析和定性分析白家包ZG323、ZG324兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)26個(gè)判定類型的結(jié)果，可知定量分析白家包ZG323、ZG324兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)26個(gè)判定類型中均有4個(gè)產(chǎn)生誤判，且均發(fā)生在2007.5、2007.6、2010.8和2010.9這4個(gè)月，主要受降雨作用影響誤判為主要受庫(kù)水作用影響．因此，可以計(jì)算出白家包ZG323、ZG324兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)定量分析主要影響因素的準(zhǔn)確率為84.62%．

4 結(jié) 論

1)白家包滑坡變形演化定性分為3個(gè)階段：第一階段2007.01～2009.05(對(duì)應(yīng)155 m水位)，第二階段2009.05～2012.05(對(duì)應(yīng)175 m水位)，第三階段2012.05～2014.12(庫(kù)水突變影響階段)．

2)白家包滑坡ZG323、ZG324、ZG325、ZG326四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變形具有同步性，主要影響因素定性分為降雨和庫(kù)水位共同作用、主要受降雨作用及主要受庫(kù)水位作用3種類型．

3)建立了滑坡累計(jì)位移影響系數(shù)計(jì)算模型，通過(guò)模型定量選取ZG323、ZG324兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算出白家包滑坡期每月累計(jì)位移A、B、C類受降雨和庫(kù)水作用具體值，對(duì)比定性分析結(jié)果，定量分析模型計(jì)算準(zhǔn)確率達(dá)84.62%，模型具有一定適用性和準(zhǔn)確性．

綜上所述，研究成果和方法可為完善滑坡的工程防治提供一定參考．但是，滑坡位移變形影響因素較多，本文主要考慮降雨和庫(kù)水位，計(jì)算存在不準(zhǔn)確性，還需要進(jìn)一步深入研究．

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QualitativeandQuantitativeAnalysisofDeformationInfluencingFactorsofBaijiabaoLandslide

Zhu Wei Wang Kongwei Wei Dong Jin Baoping

(Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area of Ministry of Education, China Three Gorges Univ., Yichang 443002，China)

To determine the main influencing factors of reservoir bank landslide deformation can provide more effective guidance for the prevention and control of landslide. So in this paper, the Baijiabao landslide in the Three Gorges reservoir area is taken as the object of study. First,the monitoring data of Baijiabao landslide and the reservoir water and rainfall data of the Three Gorges reservoir area are collected. Then, the accumulative displacement and deformation characteristics of Baijiabao landslide are analyzed qualitatively. The main influencing factors of cumulative displacement are divided into three categories： A, collective effect of rainfall and reservoir water; B, mainly for the effect of rainfall; C, mainly for the action of reservoir water. Finally, the influence coefficient model of rainfall and reservoir water level on landslide displacement is established by using the relative reservoir water level, rainfall and cumulative displacement correlation coefficient. The main influencing factors of landslide deformation are calculated quantitatively and compared with qualitative analysis results. The results show that the quantitative analysis of the main influencing factors of Baijiabao landslide is consistent with the result of qualitative analysis; the accuracy rate is 84.62%, so sa to show that the model is certainly applicable; and the methods can also provide a reference for relevant researches.

Baijiabao landslide; influencing factors; qualitative analysis; quantitative analysis

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2017.05.002

2017-08-07

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(No.51439003)

王孔偉(1966-)，男，副教授，博士，主要從事工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理研究．E-mail：wangkongwei@126.com

P642.2

A

1672-948X(2017)05-0006-06

[責(zé)任編輯周文凱]