長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)譚家灣滑坡基本變形特征及機(jī)理分析

張富靈，鄧茂林，周 劍，李卓駿，林 琰

（1.三峽大學(xué) 湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 防災(zāi)減災(zāi)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002；3.三峽大學(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）

1 工程背景

三峽庫(kù)區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，為了確保三峽工程安全運(yùn)營(yíng)和庫(kù)區(qū)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，自2003年6月，開(kāi)始實(shí)施了三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，對(duì)庫(kù)區(qū)3 000多處崩塌滑坡災(zāi)害進(jìn)行群測(cè)群防監(jiān)測(cè)預(yù)警，并對(duì)250多處風(fēng)險(xiǎn)性較大的重點(diǎn)崩塌滑坡災(zāi)害體進(jìn)行了專業(yè)監(jiān)測(cè)［1-3］。在監(jiān)測(cè)預(yù)警體系運(yùn)行的近15 a期間，成功預(yù)警多起重大滑坡災(zāi)害，如涼水井滑坡［4］、白水河滑坡［5］、八字門滑坡［6］和樹(shù)坪滑坡［1］等，避免了大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和宏觀巡查為成功預(yù)警提供了依據(jù)。

譚家灣滑坡為三峽庫(kù)區(qū)三期專業(yè)監(jiān)測(cè)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)之一，在近12 a監(jiān)測(cè)期間，坡體一直處于變形狀態(tài)，尤其是近幾年變形量逐年增加，嚴(yán)重威脅庫(kù)區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。本文擬從2007—2019年的監(jiān)測(cè)資料入手，結(jié)合近年來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)宏觀巡查結(jié)果，分析譚家灣滑坡的基本變形特征，闡述庫(kù)水變化及降雨對(duì)滑坡體的影響，分析災(zāi)變機(jī)制，為譚家灣滑坡的穩(wěn)定性判斷及災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和防治提供參考。

2 譚家灣工程地質(zhì)概況及監(jiān)測(cè)情況

2.1 滑坡工程地質(zhì)概況

譚家灣滑坡地屬湖北省宜昌市秭歸縣歸州鎮(zhèn)水田壩鄉(xiāng)上壩村，位于長(zhǎng)江二級(jí)支流吒溪河右岸，距離長(zhǎng)江河口10.8 km?；聟^(qū)的構(gòu)造部位處于秭歸向斜的近核部，區(qū)內(nèi)巖層走向與岸坡走向大致相同；屬侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p），巖性為細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖和紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層，巖層產(chǎn)狀30°∠15°，與坡面傾向一致，主滑方向72°。大氣降水是滑坡松散堆積層中地下水的主要補(bǔ)給源，滑坡體上的積水洼地和沖溝的側(cè)向滲透，也是地下水的補(bǔ)給源之一。滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀，左右兩側(cè)均為沖溝，后緣位于基巖陡壁坡腳，前緣為河谷深切的高陡坎，臨空面較陡，直抵吒溪河，滑坡體展布近東西向，滑坡分布高程為165～425 m，東西向長(zhǎng)約500 m，南北向?qū)捈s350 m，如圖1所示。平均厚度為20 m，體積約為350×104m3。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑體物質(zhì)主要為紫紅色、土黃色碎石土、碎塊石，碎石土為崩坡積、殘坡積產(chǎn)物，碎石粒徑一般為3～15 mm，碎塊石為上巴東統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）長(zhǎng)石砂巖、鈣質(zhì)黏土質(zhì)粉砂巖，碎石粒徑一般為50 cm。據(jù)前人勘察資料，滑面位于基覆面的交界處，滑帶土呈紫紅色，以黏土物質(zhì)為主，并含少量圓礫。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)宏觀巡查

2006年11 月在譚家灣滑坡坡體上共布設(shè)3個(gè)地表位移GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，構(gòu)成1條監(jiān)測(cè)縱剖面，同時(shí)在滑坡兩側(cè)穩(wěn)定基巖處布設(shè)2個(gè)GPS基準(zhǔn)點(diǎn)；2016年5月，在滑坡中部新增ZG396、ZG397共2個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)和LF1、LF2、LF3共3個(gè)裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2016年6月獲取初始數(shù)據(jù)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖及平面圖、剖面圖，如圖1、圖2所示。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)宏觀巡查，譚家灣滑坡在歷史上一直處于蠕滑狀態(tài)，滑坡前緣如圖3（a）所示，2003年6月，滑坡中部左側(cè)出現(xiàn)長(zhǎng)20 m、寬20～30 cm的裂縫，民房墻體出現(xiàn)長(zhǎng)5 m、寬0.5～4 cm的裂縫（圖3（b））；2004年6月，后緣處的部分民房墻體和地面出現(xiàn)裂縫；2014年9月，滑坡前部坡體出現(xiàn)局部坍塌（圖3（c））；2017年9月下旬至10月上旬，譚家灣滑坡地表出現(xiàn)多處變形，滑坡中后部變形最明顯，出現(xiàn)裂縫長(zhǎng)約80 m，寬達(dá)10 cm，最大下錯(cuò)量達(dá)30 cm。前緣和后緣地表均出現(xiàn)不同程度變形（圖3（d）），滑坡區(qū)房屋開(kāi)裂變形；2018年6月，滑坡中部和后緣地表出現(xiàn)明顯變形，主要表現(xiàn)為：滑坡中后部公路外側(cè)出現(xiàn)裂縫，長(zhǎng)約50 m，寬2～15 cm，下錯(cuò)5～25 cm（圖3（e）），滑坡前緣公路擋墻產(chǎn)生鼓脹，墻體開(kāi)裂，滑坡中后部果園多處被拉裂，形成下錯(cuò)臺(tái)坎5～30 cm的裂縫，影響坡體安全。滑坡中部居民房屋形成貫穿性拉張裂縫，墻體開(kāi)裂，已成危房，其中一間房屋坍塌。2019年3月，滑坡中后部公路內(nèi)側(cè)邊溝排水不暢，造成地表水入滲，導(dǎo)致公路及公路外側(cè)坡體變形加劇并形成弧形裂縫（圖3（f）），致使公路路面損壞，并形成小臺(tái)坎。

圖2 A-A′工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Engineering geological profile of Tanjiawan landslide

圖3 滑坡地表主要變形區(qū)Fig.3 Major deformation zones of landslide

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

自2006年12月開(kāi)始實(shí)施專業(yè)監(jiān)測(cè)以來(lái)，截至2019年3月已經(jīng)監(jiān)測(cè)12 a多，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移曲線及降雨量如圖4所示。

圖4 滑坡監(jiān)測(cè)曲線Fig.4 Monitoring curves of landslide

從2007年至2019年9月底，譚家灣滑坡累積位移在108～1 459 mm，總體來(lái)看，在每年的11月份至下一年的6月份（高水位運(yùn)營(yíng)期），位移-時(shí)間曲線趨于平緩，月位移量在10 mm以下，而在7—10月（低水位運(yùn)營(yíng)期），曲線表現(xiàn)不同程度的階躍特征。監(jiān)測(cè)曲線臺(tái)階出現(xiàn)的時(shí)間都是在每年降雨量較大的月份，特別是2015年以來(lái)，階躍程度加劇。同時(shí)后部監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG332累計(jì)位移監(jiān)測(cè)曲線上升較為平緩，中前部幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移監(jiān)測(cè)曲線具有同步性，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG331、ZG333的位移量階躍程度較大，累計(jì)位移分別高達(dá)1 424.12、942.90 mm，其余各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均＜500 mm，表明滑坡體的變形主要集中在中前部（公路以下），后部變形位移較小，具有明顯的牽引式滑坡的特征，這也與現(xiàn)場(chǎng)宏觀變形一致。

后部地表裂縫呈張開(kāi)狀態(tài)，降雨會(huì)造成地表水灌入裂縫，產(chǎn)生的靜水壓力又會(huì)推動(dòng)坡體向臨空面方向滑動(dòng)［7-9］，使得地表裂縫寬度增大，由于坡體物質(zhì)為碎石土，大規(guī)模的降雨入滲又會(huì)飽和前部土體，如此循環(huán)往復(fù)，惡化坡體穩(wěn)定性。

后緣拉裂影響區(qū)的變形主要是受主滑體變形影響所致，中前部發(fā)生較大位移時(shí)拉動(dòng)后緣運(yùn)動(dòng)。由于斜坡體在遭受一定強(qiáng)度的外界因素時(shí)，斜坡會(huì)突然出現(xiàn)明顯的變形，但隨著影響因素的衰減，斜坡在自重作用下又逐漸恢復(fù)其原有穩(wěn)定性［10-12］，如此往復(fù)，使得ZG332曲線呈現(xiàn)小幅波動(dòng)狀態(tài)。

本文以監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG331、ZG333、ZG396、ZG397為例對(duì)譚家灣滑坡變形規(guī)律進(jìn)行研究分析。

由于譚家灣滑坡出現(xiàn)變形階躍均在每年的7—10月份，既是庫(kù)水位上升期又是汛期，故選取幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)來(lái)分析庫(kù)水位波動(dòng)對(duì)其影響。庫(kù)水位、裂縫寬度與降雨量和時(shí)間的關(guān)系如圖5所示。

圖5 庫(kù)水位、裂縫寬度-降雨量-時(shí)間關(guān)系Fig.5 Curves of reservoir water level，surface crack width，rainfall amount against time

由圖4、圖5可知，在庫(kù)水位下降期間，譚家灣滑坡監(jiān)測(cè)曲線較為平緩，坡體未發(fā)生明顯變形，說(shuō)明譚家灣滑坡基本不受庫(kù)水位下降影響。2017年9月10—21日期間，降雨量為39.4 mm，庫(kù)水位由154.63 m升至163.33 m（其中9月10—14日，庫(kù)水位日變幅均在1 m/d以上），而裂縫自動(dòng)監(jiān)測(cè)位移變化僅0.03 mm。由2017年8月21日—9月21日的人工GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步可知，庫(kù)水位在146.7～163.33 m之間波動(dòng)上升，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量較小，分別為-1.86、-0.73、-10.53、-2.15、6.48 mm；同時(shí)，在2017年7月2—18日期間，庫(kù)水位在147.31～153.21 m之間波動(dòng)上升，7月2—5日，庫(kù)水位日變幅均在1.1 m/d以上（圖4（b）），而裂縫位移計(jì)變化量＜0.1 mm（圖6（a）），同時(shí)人工GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)也未對(duì)此次庫(kù)水劇烈變動(dòng)產(chǎn)生明顯響應(yīng)。以上幾次事件說(shuō)明庫(kù)水位上升對(duì)譚家灣滑坡影響較小，2019年7—9月底，未出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，人工GPS和地表裂縫位移曲線在庫(kù)水位上升期間也趨于平緩，進(jìn)一步說(shuō)明了譚家灣滑坡受庫(kù)水影響較小。

2017年7月8 日出現(xiàn)了日降雨量高達(dá)91.9 mm的強(qiáng)降雨天氣，2017年7月14—16日出現(xiàn)了降雨量分別為51.8、18.4、18.8 mm的集中降雨天氣，地表裂縫位移監(jiān)測(cè)曲線在7月8—13日間出現(xiàn)了高達(dá)7 mm的階躍量（圖6（a）），7月13—18日，裂縫新增2.87 mm，說(shuō)明此次的集中降雨和連續(xù)降雨是造成坡體位移變形的主要原因。

圖6 地表裂縫寬度-日降雨量-時(shí)間關(guān)系Fig.6 Curves of surface crack width and daily rain fall against time

2017年自9月18日至10月12日（圖6（b）），持續(xù)降雨，累積降雨量達(dá)258.4mm，尤其是10月2—5日，滑坡區(qū)持續(xù)發(fā)生強(qiáng)降雨，日降雨量均＞20mm，4d累積降雨量達(dá)90.6mm；10月11—14日，滑坡區(qū)持續(xù)發(fā)生強(qiáng)降雨，4日降雨量分別為20.4、29.8、21.8、14.6mm/d，累積達(dá)86.6mm，這場(chǎng)持續(xù)性降雨啟動(dòng)了譚家灣滑坡，導(dǎo)致地表裂縫寬度監(jiān)測(cè)曲線階躍量高達(dá)71.77mm。同樣地，在9月13日—10月26日期間，人工GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也響應(yīng)了此次事件，監(jiān)測(cè)ZG331、ZG333、ZG396、ZG397的位移量分別高達(dá)279.82、104.26、80.71、171.68mm（圖7中橢圓區(qū)域a）；地表裂縫寬度和人工GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形高度吻合，表明譚家灣滑坡此次變形受持續(xù)性的中雨影響。持續(xù)性降雨造成滑坡區(qū)土體飽和，是導(dǎo)致滑坡區(qū)此次產(chǎn)生明顯變形的主要外部因素。

圖7 庫(kù)水位、日降雨量-累計(jì)位移-時(shí)間曲線（2017—2019年）Fig.7 Curves of reservoir water level，daily rainfall，and accumulated displacement against time from 2017 to 2019

2018年1—5 月，未發(fā)生持續(xù)性降雨和強(qiáng)降雨事件，譚家灣滑坡變形減緩，累計(jì)位移曲線近水平；6中下旬—7月上旬，降雨量增大，6月總降雨量為215.8 mm，尤其是6月18日單日降雨量達(dá)121.6 mm，而后又是斷斷續(xù)續(xù)的幾場(chǎng)中雨；6月強(qiáng)降雨發(fā)生之前，累計(jì)位移-時(shí)間曲線平緩，6月20日—7月3日，13 d內(nèi)，人工GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG331、ZG333、ZG396、ZG397位移增量分別高達(dá)319.38、315.10、93.25、28.48 mm（圖7中橢圓區(qū)域b），說(shuō)明此次變形是由6月18日的大暴雨引發(fā)，譚家灣滑坡啟動(dòng)。同時(shí)6月19日、6月30日、7月5日日降雨量分別為17.6、27.4、46 mm，在這期間，坡體變形持續(xù)加劇，7月3—9日6 d內(nèi)，人工GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZG331、ZG333、ZG396、ZG397位移增量分別高達(dá)為434.88、368.61、120.11、28.79 mm。對(duì)比地表裂寬度位移計(jì)，對(duì)于此次降雨的響應(yīng)有所滯后，變形加速拐點(diǎn)在7月6日（圖6（c））、7月6—9日，地表裂縫寬度位移計(jì)拉伸量為52.04 mm，最大速率達(dá)34.15 mm/d，地表裂縫位移特征與地表GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形特征基本吻合（7月4—9日，ZG331、ZG333、ZG396、ZG397位移速率分別為72.84、61.44、20.02、4.80 mm/d）；分析認(rèn)為，地表裂縫寬度位移計(jì)此次變形是由前部變形坡體牽引所致，本次滑坡體產(chǎn)生巨大變形（位移-時(shí)間曲線呈大幅抬升）是由6月18日的大暴雨天氣啟動(dòng)，后期幾次強(qiáng)降雨持續(xù)作用下，再度惡化坡體穩(wěn)定性。

由圖8可發(fā)現(xiàn)，自2015年開(kāi)始，譚家灣中前部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量越來(lái)越大，呈逐年增大趨勢(shì)，尤其在2017年10月、2018年7月坡體變形最為明顯，2017年10月、2018年7月的最大位移量分別265.23、827.8 mm，2017年、2018年累計(jì)降雨量分別為1238.1、964.4 mm，相比2017年，2018年降雨量減小，但位移量增加了，主要是由于2018年出現(xiàn)了大暴雨天氣，也進(jìn)一步表明，譚家灣滑坡受集中大暴雨天氣影響更甚。

圖8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)年位移變化曲線Fig.8 Annual displacement curves

滑坡發(fā)生前的前期累計(jì)降雨強(qiáng)度與滑坡的啟動(dòng)有密切的關(guān)系［13-16］；結(jié)合譚家灣滑坡監(jiān)測(cè)特征，定義連續(xù)3d日降雨量＜2mm，為一次降雨事件的結(jié)束。通過(guò)SPSS軟件分析自2017年6月以來(lái)，50多次降雨事件的前期累計(jì)降雨量與譚家灣滑坡的關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.599。通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：譚家灣滑坡在單日降雨量＞90mm或前3d累計(jì)日降雨量＞50mm，同時(shí)當(dāng)連續(xù)2d的日降雨量都達(dá)到15mm以上，譚家灣滑坡一般會(huì)產(chǎn)生明顯的響應(yīng)（人工GPS監(jiān)測(cè)或裂縫寬度監(jiān)測(cè)）。

4 譚家灣滑坡變形機(jī)制分析

通過(guò)對(duì)譚家灣滑坡多期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析以及多次的現(xiàn)場(chǎng)巡查，將譚家灣滑坡的變形機(jī)制概括為以下兩方面：

（1）坡體結(jié)構(gòu)和巖土體性質(zhì)是滑坡變形的內(nèi)部因素。譚家灣滑坡坡度為 20°～50°，坡體上下較陡，中間較緩，滑坡體中后部?jī)A角較大，屬圈椅狀土質(zhì)滑坡［17-18］，阻滑效果不明顯，坡體形態(tài)對(duì)整個(gè)滑坡起控制作用，前部為河谷深切的高陡坎，為滑坡的形成提供了良好的臨空面［19-20］。斜坡表層為 15～20m厚的堆積層，直接覆蓋于長(zhǎng)石石英砂巖和紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層組成的基巖面之上，坡體物質(zhì)以塊石、碎石土為主，結(jié)構(gòu)松散、滲透性良好；同時(shí)坡體上廣泛分布的拉張裂縫為大氣降水快速滲入滑坡體提供了良好的通道；下部基巖以中至厚層砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，夾泥巖或互層，砂巖裂隙發(fā)育，砂質(zhì)含量下部向上部逐漸減少，泥質(zhì)含量增加，在外界強(qiáng)降雨作用下，地表水快速滲入，軟化基覆交界處的泥巖，加之泥巖易風(fēng)化，在長(zhǎng)期的干濕循環(huán)下進(jìn)一步惡化基覆面強(qiáng)度。

（2）降雨是譚家灣滑坡變形的外部因素。滑坡受庫(kù)水變動(dòng)影響較小，其主導(dǎo)影響因素為集中暴雨天氣和持續(xù)的強(qiáng)降雨，且集中暴雨影響更甚，這一因素誘發(fā)并且加速了滑坡的變形與破壞。在強(qiáng)降雨作用下，①地表水順著裂縫快速下滲，使得坡體自重增加，下滑力增大；②使巖土參數(shù)強(qiáng)度降低，弱化基覆界面強(qiáng)度，抗滑力隨之減??；③受坡體結(jié)構(gòu)影響，地下水總體流向河谷方向并產(chǎn)生向河谷方向的動(dòng)水壓力［21-22］，推著坡體沿河谷臨空面方向滑動(dòng)，同牽動(dòng)后部和兩側(cè)坡體下滑，但位移量小于主滑區(qū)。這種差異又會(huì)造成裂縫不斷加寬和加深，如此循環(huán)往復(fù)，對(duì)坡體穩(wěn)定性構(gòu)成巨大威脅。2017年7月暴雨和9—10月持續(xù)性降雨、2018年6—7月強(qiáng)降雨都造成地表GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移、地表裂縫計(jì)位移顯著加大和宏觀裂縫的增大和加深。

5 結(jié) 論

（1）譚家灣滑坡屬于中厚層圈椅狀凹槽形態(tài)的降雨型土質(zhì)牽引式滑坡，上下陡，中間緩，中后部?jī)A角較大，長(zhǎng)約600 m，對(duì)整個(gè)滑坡起驅(qū)動(dòng)作用，前緣臨空條件較好，阻滑效果不明顯；前部長(zhǎng)受靠椅狀土質(zhì)滑坡結(jié)構(gòu)特征及巖土組合等內(nèi)部因素制約，在季節(jié)性降雨等因素下，其變形時(shí)間曲線呈階梯狀，滑坡變形表現(xiàn)出“階躍型”的動(dòng)態(tài)演化特征。

（2）降雨是目前坡體變形的主導(dǎo)因素，庫(kù)水位升降變化對(duì)坡體變形影響較小。譚家灣滑坡在單日降雨量＞90 mm或前3 d累計(jì)日降雨量＞50 mm，同時(shí)當(dāng)連續(xù)2 d的日降雨量都達(dá)到15 mm以上，坡體一般會(huì)產(chǎn)生明顯的響應(yīng)。

（3）譚家灣滑坡變形趨勢(shì)自2015年以來(lái)逐年增大，目前邊界裂縫基本形成，在強(qiáng)降雨等極端氣候條件下，降雨更容易入滲到坡體內(nèi)部，導(dǎo)致坡體抗剪強(qiáng)度降低，從而失穩(wěn)形成整體破壞。須進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和機(jī)理研究。