三峽庫區(qū)秭歸縣鹽關(guān)滑坡變形特征及成因機制分析

尚 敏 劉昱廷 侯時平 馬 銳 廖 芬

(1. 湖北長江三峽滑坡國家野外科學(xué)觀測研究站， 湖北 宜昌 443002； 2. 三峽大學(xué) 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點實驗室， 湖北 宜昌 443002； 3. 三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院， 湖北 宜昌 443002； 4. 湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊， 湖北 宜昌 443002)

三峽庫區(qū)秭歸縣鹽關(guān)滑坡位于長江北岸支流香溪河的右岸，根據(jù)資料收集，香溪河右岸近年也存在一些持續(xù)變形的大型滑坡，如白家包、八字門滑坡等，許多學(xué)者對這些滑坡進行了深入的研究．楊背背、殷坤龍等學(xué)者分析評價了白家包滑坡在庫水位升降和降雨聯(lián)合作用下的穩(wěn)定性，得出了滑坡的穩(wěn)定性受到庫水位升降和降雨綜合影響的結(jié)論[1]；黃波林、陳小婷對白家堡滑坡的變形失穩(wěn)機制做出了評價，得出白家堡滑坡變形機制為前緣牽引后緣平推式[2]；彭令、牛瑞卿通過比對分析白家包滑坡的數(shù)據(jù)，分析出降雨量和庫水位變化是引起滑坡發(fā)生季節(jié)性變形的主要因素[3]．本文將對2017年10月30日發(fā)生的鹽關(guān)滑坡進行成因分析，闡述滑坡所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與鹽關(guān)滑坡的關(guān)系，對失穩(wěn)機制進行了分析．

1 鹽關(guān)滑坡區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

秭歸縣地處鄂西褶皺，地勢上具有西南高東北低的特征，海拔高度平均超過千米，相對高程差大概在500～1 300 m范圍內(nèi)．區(qū)內(nèi)地貌的主要類型有：古生界和中生界灰?guī)r所構(gòu)成的侵蝕構(gòu)造類型、侏羅系砂巖和頁巖所構(gòu)成的侵蝕構(gòu)造類型以及侵蝕堆積類型．

圖1 鹽關(guān)滑坡方位圖

秭歸縣管轄區(qū)域內(nèi)地形和坡度有著明顯的變化，在河谷、低山丘陵與中高山剝蝕臺面中，地形坡度一般為15°左右，總面積846 km2．地形坡度15～25°范圍的區(qū)域大多分布在秭歸盆地的中低山區(qū)，面積960 km2．而長江峽谷和中高山向中低山的過渡地帶的地形坡度基本大于25°，地形坡度變化較大，所以大多形成陡崖，面積621 km2．秭歸縣境內(nèi)懸殊的地勢高差，縱橫分布的溝谷，使得它成為我國的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻繁的地區(qū)．

1.震旦疊系碳酸鹽、碎屑巖組合；2.元古宙花崗巖；3.下侏羅統(tǒng)碎屑巖；4.中侏羅統(tǒng)碎屑巖；5.上侏羅統(tǒng)碎屑巖；6.走滑斷裂；7.鹽關(guān)滑坡圖2 秭歸縣區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖

秭歸縣地處一個格局相對較復(fù)雜的構(gòu)造單元-新華夏構(gòu)造體系中，鄂西隆起帶的北部和山字型淮陽構(gòu)造體系之間的復(fù)合部位．區(qū)域內(nèi)北西向構(gòu)造由一些褶皺和斷裂組成，并且伴隨巖漿活動，其發(fā)育于震旦紀(jì)變質(zhì)巖系；東西向構(gòu)造分布在南部，斷裂發(fā)育極少，大多是沉積蓋層形成的褶皺．新華夏系是區(qū)域內(nèi)的重要構(gòu)造體系的原因主要是由于新華夏系聯(lián)合弧形構(gòu)造的組成成分主要為英閃長巖和斜長花崗巖．鹽關(guān)滑坡所在的區(qū)域是新華夏系中復(fù)合式構(gòu)造的一種，主要為北北東向構(gòu)造．黃陵背斜和秭歸向斜是由北北東向壓性或者壓扭性斷裂構(gòu)成；仙女山斷裂和九畹溪斷裂近于平行展布，是近南北向的構(gòu)造，區(qū)內(nèi)斷裂主要有3組：1)北北東-近南北向斷裂組；2)近東西向斷裂；3)北西向斷裂[4]．

鹽關(guān)滑坡地處長江北岸一級支流香溪河的右岸．根據(jù)調(diào)查，除該滑坡外，目前香溪河右岸還分布著一些正在變形的大型滑坡，如白家包滑坡，八字門滑坡等．八字門滑坡自1989年起，局部開始出現(xiàn)坍塌和滑移，滑坡體開始有復(fù)活的跡象，且于2003年開始進行變形位移專業(yè)監(jiān)測，數(shù)據(jù)顯示滑坡目前的變形特征是中后部朝南推移擠壓和前部牽引式下滑；白家包滑坡每到雨季就會發(fā)生變形、坡面坍塌和拉裂；滑坡中部公路附近也會發(fā)生地表變形，公路路面拉裂下沉、坍塌以及民房開裂，總體方向顯示坡體物質(zhì)下滑變形[5]．

2 鹽關(guān)滑坡地質(zhì)概況

鹽關(guān)滑坡位于中國湖北省秭歸縣歸州鎮(zhèn)鹽關(guān)村，長江北岸一級支流香溪河右岸的岸坡上，香溪河河口以北12 km處．陸路和水路交通均較便利．

滑坡處于秭歸向斜東翼的逆層斜坡上，屬中低山槽谷地貌．滑坡前緣邊界為香溪河，剪出口高程低于140 m，主滑方向為115°．南側(cè)和北側(cè)以沖溝為界，后緣高程約320 m，其壁坎最高可達(dá)10 m，從地貌形態(tài)上判斷，以陡峭裸露的基巖山體為界．滑坡的平面形態(tài)呈喇叭狀，后緣呈圈椅狀，前部寬約171 m，后部寬約120 m，縱長476 m，滑坡體兩側(cè)山坡平均坡角為24.5°，滑體的平均厚度達(dá)18 m，面積69 191 m2，體積約125×104m3．滑坡所在斜坡坡面呈凸形，剖面呈陡緩相間折線形，滑坡坡高約260 m，滑坡位于斜坡下部，分布高程100～340 m．

1.侏羅系地層；2.第四系崩坡積物；3.滑坡滑動方向；4.S225省道；5.滑坡邊界；6.175水位線；7.155水位線；8.民房圖3 鹽關(guān)滑坡平面圖

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況以及所獲得的勘察資料，鹽關(guān)滑坡的滑體主要是由碎塊石土、殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土組成，其物質(zhì)成分主要由紫紅色至灰黃色粉砂質(zhì)粘土巖及泥巖組成，土石比為6∶4～7∶3，碎石粒徑大小約為2～8 cm，呈棱角狀，滑體土厚度在10.90～26.00 m范圍內(nèi)，整體呈現(xiàn)前、后緣薄，中部厚，兩側(cè)薄的變化特征；從縱斷面上看，滑體表面呈折線，底面呈弧線，滑體整體特點為中部厚，向兩端發(fā)展逐漸變薄，中部最大厚度24.7 m；橫斷面上，滑體表面和底面均呈弧線，中部厚度大，向兩側(cè)逐漸變薄，中部最大厚度為23.50 m．

1.第四系滑坡成因含礫粘土；2.第四系滑坡堆積碎塊石土；3.侏羅系中統(tǒng)聶家山組地層；4.侏羅系下統(tǒng)桐竹園組地層；5.鉆孔編號/孔口標(biāo)高(m)；6.地層產(chǎn)狀圖4 鹽關(guān)滑坡工程地質(zhì)剖面圖

滑帶主要物質(zhì)成分為紫紅、灰白、灰黃色含礫粉質(zhì)粘土及含礫粘土，軟塑，礫石含量5～15%，粒徑一般2～5 mm為主，呈渾圓狀至次棱角狀，母巖成分以紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、灰綠色鈣質(zhì)砂巖及石英粉細(xì)砂巖為主；滑床物質(zhì)為侏羅系下統(tǒng)桐竹園組(J1t)深灰色至灰綠色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖和侏羅系聶家山組(J1n)紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾中厚層灰黃色石英細(xì)砂巖．滑體從前往后呈現(xiàn)三級平臺：一級平臺標(biāo)高173 m左右；二級平臺標(biāo)高192 m左右；三級平臺標(biāo)高230 m左右．

3 滑坡滑動過程

2017年10月26日上午，該滑坡內(nèi)出現(xiàn)多處局部變形現(xiàn)象，滑坡右側(cè)房屋右邊界處的排水溝發(fā)生垮塌，屋前擋墻出現(xiàn)變形，房屋屋后出現(xiàn)裂縫；10月27日，滑坡整體變形非常明顯，處于加速變形階段，出現(xiàn)臨滑跡象，主要表現(xiàn)為：在滑坡前緣出現(xiàn)鼓脹裂縫；兩側(cè)邊界剪切裂縫較明顯；貫通的弧形拉裂縫在滑坡后緣形成．2017年10月27日凌晨5時，前緣下座2～5 m，滑坡后緣變形加劇，出現(xiàn)貫通性弧形拉張裂縫，長約120 m，張開寬度0.2～0.5 m．17時巡查時，滑坡前緣外側(cè)出現(xiàn)多條縱向鼓脹裂縫，裂縫長度約為30 m，張開寬度約為0.3～0.5 m，可見深度大于3 m．后緣裂縫再次下座，下座高度達(dá)到6～10 m．滑坡兩側(cè)剪切裂縫也已形成，主要順兩側(cè)沖溝展布，沖溝內(nèi)排水溝已垮塌，右側(cè)邊界處附屬房屋倒塌，滑坡變形速度明顯加快，整體變形特征明顯；10月30日7時，滑坡體完全破壞，發(fā)生滑移變形．滑坡滑動前后邊界及對比如圖5所示．

圖5 滑坡破壞前后衛(wèi)星圖對比

圖6 鹽關(guān)滑坡破壞過程示意圖

4 滑坡變形特征

圖7(a)和(b)顯示滑坡破壞前期，位于滑坡前緣區(qū)域的S255省道路面開裂、鼓脹現(xiàn)象明顯．隨后，滑坡后緣出現(xiàn)貫通性弧形拉張裂縫，兩側(cè)剪切裂縫也已形成，右側(cè)邊界處的居民房屋附屬房屋倒塌．圖7(c)滑坡破壞時發(fā)生大規(guī)模的滑移變形，前緣省道滑移距離60 m，后緣下座，位于后緣的村道滑移距離約120 m，滑坡左邊界沖溝入江口處的鹽關(guān)橋徹底被破壞，推入江中，同時摧毀當(dāng)?shù)亟ㄖ铮?/p>

圖7 現(xiàn)場位移變形調(diào)查

5 滑坡失穩(wěn)影響因素

5.1 地質(zhì)構(gòu)造

香溪河流域在構(gòu)造上地處黃陵背斜和秭歸向斜的過渡帶．黃陵背斜與秭歸向斜是同一個構(gòu)造體系中不同的構(gòu)造單元，所以它們大體上是以東西向構(gòu)造為基礎(chǔ)發(fā)育起來的．秭歸向斜本質(zhì)上是一個前陸盆地，賈家店周圍正好是其沉降幅度最大的位置，而且剛好位于長江北岸，在該區(qū)域內(nèi)，位于秭歸向斜中的侏羅系地層南北向產(chǎn)狀傾角最大，向兩側(cè)發(fā)展傾角逐漸變小，然而滑坡總是發(fā)生在有斜坡的地方，其發(fā)生幾率最大的地形坡度在10°～45°之間．鹽關(guān)滑坡恰好位于香溪河右岸的斜坡上，賈家店南部3 km處，坡度大概25°．坡體總體形態(tài)為圈椅狀，坡體前緣直抵香溪河，兩側(cè)都發(fā)育有沖溝，臨空條件好，這些地形條件對鹽關(guān)滑坡的形成和發(fā)展都起到了控制作用．同時，賈家店附近的滑坡具有的共同特征是以反向堆積為主要類型，局部區(qū)域的特征為多期疊加(八字門滑坡)．所以鹽關(guān)滑坡由于區(qū)域構(gòu)造的原因，是一典型的反向堆積滑坡[6]．

5.2 降雨

2017年9月中旬至10月滑坡破壞前，秭歸縣遭遇連續(xù)的降雨天氣，期間還出現(xiàn)過多次強降雨．降雨過后，由于雨水滲透進入滑帶，軟化了滑帶土，降低了抗剪強度；另外很大程度上增加了滑體的重度和土體內(nèi)的動、靜水壓力，從而導(dǎo)致了滑坡穩(wěn)定性的下降，易發(fā)生破壞，如圖8所示．因此，持續(xù)的降雨是促使滑坡破壞變形的觸發(fā)因素[7-8]．

圖8 歸州鎮(zhèn)9月至10月間降雨及累計降雨量

5.3 庫水位

鹽關(guān)滑坡的破壞發(fā)生在三峽庫區(qū)庫水位調(diào)度的蓄水期，庫區(qū)內(nèi)水位保持高位運行，長江三峽水庫水位每年都會實施從最低水位145 m到最高水位175 m的調(diào)度，10月份庫水位升高至175 m滿庫運行，圖9為2017年三峽庫區(qū)庫水位的漲落趨勢，由此可見，滑坡的破壞發(fā)生于庫水高位運行時期，庫水位的升高并且保持高位運行也是誘發(fā)滑坡破壞的重要因素[9-10]．

圖9 2017年三峽庫區(qū)水位調(diào)度曲線

6 滑坡失穩(wěn)破壞機理

滑坡所賦地層為侏羅系中、下統(tǒng)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及石英砂巖，該處周邊目前大部份基巖處于裸露狀態(tài)，雨季固水能力差；而滑坡兩側(cè)的沖溝為周邊地下水排泄的必經(jīng)之道；暴雨期間，周邊地下水匯集從滑坡兩側(cè)的沖溝排出，這就給滑體地下水及地表水的順暢排泄造成了一定的障礙．在地表水、地下水不能夠及時排出的情況下，滑體的飽水重度迅速增大；滑帶達(dá)到飽水軟化狀態(tài)，阻滑能力就大大降低；滑坡的下滑力迅速增大，加之地下、地表水向外排泄時產(chǎn)生的推力、拉力等，在諸多不利于滑坡穩(wěn)定因素的共同作用下，滑體沿著滑床向臨空方向移動變形，達(dá)到平衡極限值時便發(fā)生破壞．自20世紀(jì)末開始，滑坡就多次出現(xiàn)變形跡象．據(jù)資料記載，三峽庫區(qū)蓄水以前，1984～2001年間，該滑坡曾經(jīng)多次發(fā)生變形．蓄水前的最后一次變形發(fā)生于2001年2月21日，當(dāng)時房屋開裂，地面鼓脹，公路橋梁拉裂，并且該滑坡蓄水前的變形均發(fā)生在暴雨季間．變形區(qū)域集中在滑體后部及移民復(fù)建公路及下側(cè)一帶，目前鹽關(guān)橋附近公路及滑體的前部仍可見變形坍塌的痕跡．

由于滑坡滑帶位于高程140～345 m范圍內(nèi)，在庫水上升至156 m時，滑體前緣浸入水中的范圍不大；升至162、175 m時，滑坡的前部浸泡入水中，致使有利滑坡穩(wěn)定的阻滑段全部浸泡于水中，前緣土體在短時間內(nèi)趨于飽和，阻滑力大大降低，在江水的淘蝕、浪蝕作用下，特別是在暴雨期間的水位漲落情況下，滑坡將會向最大臨空面方向(香溪河)產(chǎn)生蠕動變形．庫水位上升并保持高位運行，坡腳被浸泡，這也對滑坡穩(wěn)定性造成了一些不利影響[11-15]．

7 結(jié) 論

由于該區(qū)域受秭歸向斜沉降的幅度和東西向、南北向構(gòu)造影響，在八字門-向家店一段形成了一個滑坡聚集區(qū)、鹽關(guān)滑坡就位于該滑坡聚集區(qū)內(nèi)，該滑坡前、后緣薄，中部厚，兩側(cè)薄，是典型的反向堆積型滑坡．根據(jù)調(diào)查和分析，所得結(jié)論如下：

1)2017年10月30日在三峽庫區(qū)發(fā)生一體積約為125×104m3的大型滑坡(鹽關(guān)滑坡)．滑坡前緣首先發(fā)生變形，前緣下座導(dǎo)致后緣出現(xiàn)張拉性裂縫，前緣變形逐漸增大、后緣出現(xiàn)貫通性裂縫，滑坡發(fā)生整體滑動變形．故鹽關(guān)滑坡為牽引式滑坡．

2)分析認(rèn)為長時間的持續(xù)降雨和短時間段內(nèi)的強降雨是觸發(fā)滑坡破壞的主要因素．由于長時間的降雨，坡體內(nèi)的孔隙水壓力升高，滑體重度增加，降低了滑體的穩(wěn)定性．同時，庫水位上升導(dǎo)致坡腳被浸潤，庫水對坡腳向上的浮托力也是滑坡前緣首先變形的重要原因，最后使滑坡整體發(fā)生變形破壞．

3)滑坡左邊界沖溝入江口處修建有鹽關(guān)橋，該橋的修建大大減小了排水溝出口的寬度，致使坡體排水不暢，尤其遇到大雨久雨的情況，坡體表面和坡體內(nèi)部的水不能在短時間內(nèi)排出，滯留于坡體，加速了滑坡的破壞．深入分析和認(rèn)識這些滑坡破壞的因素對于預(yù)測滑坡破壞以及降低人員傷亡和財產(chǎn)損失有著重要的指導(dǎo)意義．