金沙江上游貢扎村巖質(zhì)滑坡發(fā)育特征及演化成因分析

郭明珠 劉晃 王歡歡 鄒玉 馬可

摘要：以金沙江上游貢扎村滑坡為研究對象，對滑坡滑床及堆積體進行現(xiàn)場調(diào)查，研究結(jié)果表明：①該區(qū)滑坡主要受巖層層面和兩組共軛節(jié)理控制，巖層傾向與坡向相反，屬于反傾邊坡;堆積體內(nèi)塊石體積較大、形狀規(guī)整，大部分保留母巖產(chǎn)狀，在物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)上與滑床基巖存在較高相似性，判斷貢扎滑坡為整體傾倒滑坡。②滑坡規(guī)模巨大，堆積體體積約4.5×107 m3，結(jié)合川藏地區(qū)金沙江流域地震活動特點，推測造成邊坡大規(guī)模傾倒的主要原因是地震作用。③根據(jù)兩級堆積體分布特點和滑坡后壁結(jié)構(gòu)面發(fā)育特點，認為滑坡變形分為4個階段：坡腳巖土體滑移、陡傾面拉裂、板梁彎曲折斷和碎屑巖塊堆積。地震是誘發(fā)滑坡的重要因素，坡內(nèi)單一的巖性和巖層密集的節(jié)理是發(fā)生傾倒的內(nèi)部原因，坡腳處巖土體滑移是傾倒發(fā)生的必要條件。

關(guān)鍵詞：金沙江上游;反傾巖質(zhì)滑坡;傾倒破壞;地震作用

中圖分類號：P642.22?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2021）02-0242-09

0 引言

青藏高原東南的金沙江流域，在地形地貌上橫跨青藏高原東南的川藏高山峽谷區(qū)與藏北高原區(qū)。該區(qū)活動斷裂發(fā)育，地震活動頻繁，地殼抬升強烈，凍融作用劇烈，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)（鄧建輝等，2019;王盈等，2019）。流域內(nèi)典型的滑坡災(zāi)害有白格滑坡（張永雙等，2020）、必油照滑坡（張旭等，2019）、茂頂河段滑坡（周鑫，2019）等。這些災(zāi)害時刻威脅著在建的川藏鐵路、青藏高原公路、橋梁隧道和工業(yè)民用建筑等國家重大工程的安全建設(shè)。

在眾多不同類型滑坡中，傾倒型巖質(zhì)滑坡是最常見的種類（張倬元，1994），國內(nèi)學者對此已做深入研究。如王飛等（2018）、鄒麗芳等（2009）、張亮華等（2017）和譚儒蛟等（2009）詳細研究反傾滑坡的時空演化和破壞機理;邱俊等（2019）總結(jié)大量傾倒實例，對比分析順傾、反傾變形的形成條件和發(fā)育規(guī)模;謝良甫等（2019）運用SARMA法演算反傾斜坡的安全系數(shù)，得到水位上漲加劇、反傾斜坡變形，但不影響演化方向的結(jié)論;劉海軍等（2017）推導出傾倒折斷破壞深度的臨界公式，證明層面傾角在50°～70°易發(fā)生傾倒破壞;趙華等（2018）用開挖模擬河谷下切作用得到突破穩(wěn)態(tài)蠕變上限值αi，作為邊坡失穩(wěn)預警判據(jù);吳昊等（2018）通過4組離心模型試驗，得到巖質(zhì)傾倒變形發(fā)生在潛在破裂面以上，坡趾有抗傾倒作用的結(jié)論。

目前對于反傾滑坡的研究，多集中在斜坡變形的演化過程、機理和發(fā)育特征等方面。大多學者的研究成果是基于前人對滑坡的詳細調(diào)查和資料整理，也有學者以理想化模型為實驗對象，但因很難找到與之匹配的真實原型，研究結(jié)果無法發(fā)揮應(yīng)有的實際工程價值。本文旨在提供一個真實的大規(guī)模反傾滑坡原型，以貢扎村反傾巖質(zhì)滑坡為研究對象，通過收集堆積體鉆孔資料和現(xiàn)場勘測，總結(jié)滑坡和堆積體特征，分析滑坡形成的主要原因，為邊坡減震研究和防災(zāi)減災(zāi)工程提供參照。

1 貢扎滑坡的工程地質(zhì)條件

貢扎滑坡位于金沙江上游右岸，西藏自治區(qū)昌都地區(qū)芒康縣索多西鄉(xiāng)貢扎村，地理坐標為（99°3′2″N，29°28′42″E），向南5 km是蘇洼龍壩址。滑坡區(qū)域?qū)儆诘湫偷母呱綅{谷地貌，區(qū)內(nèi)山峰陡峻，地形起伏很大，河谷相對高差達400～600 m。研究區(qū)地形切割強烈，兩岸山體坡度45°～70°，切割深度500～800 m，總體呈“V”字型谷。

滑坡附近區(qū)域發(fā)育的斷裂主要有：滑坡以東2 km近SN向的區(qū)域性金沙江主斷裂西支——蘇洼龍—王大龍斷裂（Q2-3）;滑坡西北部的NNE—NE向的最大區(qū)域性斷裂——巴塘斷裂（Q4）;滑坡區(qū)西側(cè)8 km處近SN向偏西40°～70°的西曲河—金州鄉(xiāng)斷裂（Q3），斷裂活動性特征見表1。

滑坡區(qū)內(nèi)歷史上破壞性地震多，地震活動強度大、頻率高，強震發(fā)震位置主要沿活動斷裂帶分布（圖1），其中1870年巴塘7.3級地震震中，距離滑坡約60 km;1948年理塘7.3級地震震中，距離滑坡140 km，兩次地震的震中烈度達到Ⅹ度。

滑坡區(qū)主要出露石英片巖、砂巖以及少量片麻巖和石灰?guī)r等，巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育。石英片巖是坡內(nèi)出露的主要巖性，成層性較好，表面風化強烈。堆積體主要成分為石英片巖夾少量片麻巖，區(qū)域巖性變化不大，如圖2所示。

2 滑坡的發(fā)育特征

2.1 滑坡體結(jié)構(gòu)特征

貢扎滑坡體高度為720 m，滑坡后緣高程3 320 m，前緣坡趾高程2 600 m。巖層傾向坡內(nèi)，傾角為55°～70°，傾向N30°E?；潞缶壸罡唿c至左岸沖擊區(qū)最高點總長度為1 802 m，左右邊界最大寬度為725 m，如圖3所示。

現(xiàn)場調(diào)查共獲得3組控制性巖體結(jié)構(gòu)面，主要產(chǎn)狀如圖4所示：1組傾向185°，平均傾角約78°，近直立，為出露的結(jié)構(gòu)面;2組傾向78°，平均傾角70°～80°，為陡傾的巖層層面;3組傾向355°，傾角40°，節(jié)理發(fā)育方向大致與坡面平行。如圖5a所示，藍、紅色兩組為 “X”形共軛節(jié)理，粉紅色多邊形線框為近乎直立的外露結(jié)構(gòu)面。如圖5b所示，坡內(nèi)巖層面發(fā)育方向與坡表方向相反，巖性為紅褐色片巖夾片麻巖，片理面清晰。因此判定巖層面反傾，傾角范圍為65°～80°。

根據(jù)層狀傾倒滑坡類型的劃分條件（劉海軍等，2017），即坡角β>30°、巖層傾角β>30°和坡高H>350 m的層狀軟硬巖邊坡，判斷貢扎滑坡為反傾向的層狀傾倒滑坡。

2.2 滑坡傾倒特征

2.2.1 堆積體內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)特征

在堆積體現(xiàn)場共測量獲取50組結(jié)構(gòu)面，如圖6所示。經(jīng)統(tǒng)計得出，坡內(nèi)控制節(jié)理分為3組，分別為310°∠80°、356°∠43°和93°∠85°，與研究區(qū)區(qū)域性產(chǎn)狀相近，如圖7所示。堆積體巖性主要為片麻巖，與滑坡邊界和滑床巖性相吻合。堆積體保留了原坡體發(fā)育形式，出露原巖成分也與原邊坡高度相似，因此認為貢扎滑坡為整體傾倒滑坡。

2.2.2 堆積體表面巖體特征

調(diào)查滑坡堆積體發(fā)現(xiàn)，堆積體上可見大量滾石，斷裂面清晰規(guī)整，且大多與巖體片理面垂直，如圖8所示，平均體積為10 m3，最大達30 m3。這些滾石分布于堆積體表面，最遠端直達臨江斷面上部。筆者認為這是原邊坡上部傾倒時，巖層間相互擠壓后破碎的產(chǎn)物。

2.2.3 堆積體橫截面結(jié)構(gòu)特征

堆積體前緣常年受金沙江強烈侵蝕，局部已出現(xiàn)多處垮塌，地表在此明顯不連續(xù)，形成平均坡度為75°的臨空面，在臨空面可見堆積體保留原來的層狀巖體結(jié)構(gòu)，如圖9所示。這也是巖層整體傾倒的證據(jù)。

2.3 地震作用特征

傾倒體的地震作用特征明顯，本文主要從堆積體的規(guī)模、傾倒的最大距離和滑床基巖幾方面分析地震作用對傾倒體的作用特征。

2.3.1 堆積體的規(guī)模

滑坡堆積體后緣高程2 600 m，與滑坡坡腳間存在平坦空缺帶。堆積體前緣高程2 420 m，下部受金沙江切割形成接近直立的臨空面，斷面如圖9所示。堆積體平均寬度690 m，最大寬度720 m。中國電建集團北京勘測有限公司在貢扎滑坡堆積體設(shè)計的3個鉆孔資料（圖3、表2）顯示，堆積體最高處向下50 m為粒徑較大的塊石和孤石，最下部以碎石為主，母巖多為變質(zhì)石英片巖，高處鉆孔未擊穿堆積體。ZK鉆孔在120.1 m處出現(xiàn)明顯地巖性變化，下部為新生和弱風化石英片巖，為原始坡面，上部為滑坡崩積物。因此判定堆積體厚度為120 m左右。估算堆積體總方量為4 500萬m3，體量巨大，屬于巨型滑坡。

2.3.2 滑坡傾倒距離

堆積體分布最遠處距離坡腳1 022 m，已經(jīng)到達金沙江左岸，并覆蓋左岸山體，高達138 m。推斷只有在強烈外力的作用下，才能使堆積體向前長距離移動后堆積到對岸山體。調(diào)查滑坡坡腳發(fā)現(xiàn)，堆積體后緣與滑坡坡腳之間存在一條水平的平均寬度為80 m的空缺帶，橫跨在滑坡與坡腳之間，如圖10所示?？杖眳^(qū)域從坡腳至堆積體后緣逐漸抬高，直至堆積體最高點。推測傾倒體越過這條空缺帶，被整體拋落到堆積體后緣。這一動作需要極大的初始速度，又因研究區(qū)構(gòu)造運動復雜，固筆者認為地震作用是傾倒發(fā)生的主要原因。

2.3.3 滑床結(jié)構(gòu)面特征

滑坡后壁及滑床自上而下斷裂面清晰，如圖11所示，滑床整體光滑且無大體積巖土體堆積。如果僅有重力或卸荷作用等因素，那么對于反傾巖質(zhì)滑坡，滑床上應(yīng)殘留未傾倒的原始坡體，這與目前貢扎滑坡滑床情況相反。因此滑坡發(fā)生時除了有自身卸荷和重力因素外，一定還存在巨大外力使陡傾的巖層完全傾倒?？紤]到該區(qū)地震活動頻繁，筆者認為地震作用也是傾倒發(fā)生的主要原因。

3 滑坡變形破壞模式

貢扎滑坡的變形破壞方式為先滑移后彎曲—拉裂，主要分為坡腳巖土體滑移、陡傾面拉裂、板梁彎曲折斷和碎屑巖塊堆積4個階段，如圖12所示。

（1）坡腳巖土體滑移階段（圖12a）。初始階段，滑坡區(qū)地應(yīng)力較高，隨著邊坡自身卸荷和地震力的輸入，坡內(nèi)應(yīng)力重分布，坡腳處應(yīng)力集中并超過坡體自身抗剪強度，出現(xiàn)自下而上發(fā)育的剪切破壞面。新生成的剪切破壞面向深部擴展，與邊坡中部某一反傾的巖層面接觸，形成近似“L”形折斷，將坡腳的巖土體與原邊坡分隔。坡腳巖體沿剪切破壞面向低高程滑移。邊坡底部短時間出現(xiàn)“鏤空區(qū)”，為上部巖層提供傾倒變形空間?；涞膸r土體體量較小，并未堵江，而是形成初級堆積體。

（2）陡傾面拉裂（圖12b）。由于坡腳處“鏤空區(qū)”的存在，邊坡上部反傾的巖層失去底部支撐，形成懸空的“準傾倒區(qū)”。隨著地震力的持續(xù)輸入，陡傾的板狀巖體在自重彎矩作用下有向臨空方向傾倒的趨勢。板梁之間互相錯動并伴有拉裂，彎曲體后緣出現(xiàn)拉裂縫，伴有坡緣、坡面局部崩落。由于待傾倒區(qū)下部支撐不足，邊坡整體欠穩(wěn)定，因而這一階段持續(xù)時間較短，是板梁彎曲傾倒的準備階段。

（3）板梁彎曲折斷（圖12c）。板梁自下而上根部折斷，巖層互相擠壓碎裂。上部巖塊轉(zhuǎn)動、傾倒，導致崩塌。隨板梁彎曲發(fā)展，作用于板梁的力矩也隨之增大，由于彎曲變形角度很大，最大彎折形成了傾向坡外斷續(xù)的破裂面，巖層中原有的垂直層面的裂隙隨之轉(zhuǎn)為傾向坡外，繼續(xù)變形主要受這些傾向坡外的破裂面所控制。這一過程顯示了累進破壞特征。上部板梁完全斷裂后，滑坡后壁形成平行于層面走向的反坡臺階和溝槽。

（4）碎屑巖塊堆積（圖12d）。板梁完全斷裂并互相擠壓形成碎屑和斷面規(guī)整的巖塊，向低高程高速滑動。由于滑坡前緣存在相對較高的阻滑區(qū)，大部分下沖的碎屑和巖塊碰撞阻滑區(qū)后停止滑動，沉積于初級堆積體上形成兩級堆積體。剩余部分巖土體由于動能未完全消散，沖至金沙江內(nèi)和對岸山體，造成堵江。至此滑坡滑動全過程完成。

4 結(jié)論

本文通過對貢扎滑坡及周邊區(qū)域的調(diào)查，分析了實測數(shù)據(jù)和堆積體鉆孔信息，得出以下主要結(jié)論：

（1）貢扎滑坡為反傾滑坡，具有變形規(guī)模大、影響范圍廣和變形程度劇烈的特點;滑坡區(qū)主要受3組節(jié)理控制，傾向分別為355°∠40°、78°∠82°和185°∠78°，巖層表現(xiàn)為反傾向。從堆積體側(cè)表面和臨江斷面出露原巖結(jié)構(gòu)特征、堆積體表面出露有拉裂痕跡的塊石、堆積體的上表面幾乎被大體積滾石覆蓋、堆積體到達金沙江左岸等，判定貢扎滑坡是傾倒滑坡。

（2）地震作用是傾倒的主要原因?；乱?guī)模巨大，產(chǎn)生的堆積體方量為4 500萬m3，造成金沙江堵江;滑坡堆積體距坡腳最遠達1 022 m，達到金沙江左岸并覆蓋左岸部分山體;堆積體后緣與滑坡坡腳之間存在一條平均寬度為80 m的平整空缺帶;滑床基巖自上而下清晰可見，滑床后緣頂部到坡腳光滑，無堆積物。這些現(xiàn)象都說明滑坡的發(fā)生需要強大外力，考慮到該區(qū)地震活動頻繁，認為地震作用是傾倒發(fā)生的主要原因。

（3）傾倒全過程分為4個階段。邊坡的變形破壞方式為先滑移后彎曲—拉裂。變形初始階段，隨地震力輸入，坡腳巖體首先發(fā)生剪切破壞和滑移，形成初級堆積體，為上部巖層傾倒提供空間。陡傾的板狀巖體有向臨空方向傾倒的趨勢，板梁之間互相錯動拉裂，彎曲體后緣出現(xiàn)拉裂縫。隨后，板梁自下而上根部折斷，巖層互相擠壓碎裂，上部巖塊轉(zhuǎn)動、傾倒，導致崩塌。板梁完全斷裂后，滑坡后壁形成平行于層面走向的反坡臺階和溝槽。最終，板梁根部斷裂，巖層間相互擠壓形成碎屑和巖塊，一部分沉積于初級堆積體之上形成兩級堆積體，剩余部分巖土體由于動能未完全消散，沖至金沙江內(nèi)和對岸山體，造成堵江。

感謝中國電建集團北京勘測設(shè)計研究院有限公司提供貢扎滑坡堆積體（崗達堆積體）的勘探資料和體積估算。

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Analysis of Causes and the Development Characteristics of the Rock Landslide in Gonza Village，the Upper Jinsha River

GUO Mingzhu，LIU Huang，WANG Huanhuan，ZOU Yu，MA Ke

（College of Civil Engineering and Architecture，Beijing University of Technology，Beijing 100084，China）

Abstract

In this paper，we conduct a field investigation of the slide bed and the accumulation body of a landslide in Gonza village in the upper Jinsha River，Tibet and find that the landslide is mainly controlled by the rock layer and two sets of conjugate joints.The dip direction of the rock layer is opposite to the sliding direction，and the slope is anti-inclined.The blocks of the deposit body are large and regular-shaped，and most of them still retain the occurrence of the parent rock.And the composition and structure of the deposit rock are highly-similar with those of the rock of the slide bed.All these suggest that the Gonza landslide is a holistic toppling landslide.The landslide is in huge scale，with a volume of about 4.5×107 m3.In the light of the characteristics of seismic activities in the Jinsha River basin，we speculate that the main reason for the large-scale toppling of the slope is earthquake effect.According to the distribution of the two-stage accumulation bodies and the characteristics of the development of the structural surface on the back wall，we conclude that the landslide deformation consists of four stages：slope toe sliding，steeply-inclined surface cracking，cantilever beam bending and breaking，and clastic rock accumulating.Earthquakes serve as an important factor in inducing landslides.The single lithology and dense joints in the rock layers make up intrinsic factors causing toppling，while the toe slippage is a necessary condition.

Keywords：upper reaches of the Jinsha River;anti-dipping rock landslide;toppling deformation;earthquake effect

收稿日期：2020-07-08.

基金項目：青藏高原重大滑坡孕育的內(nèi)外動力條件及其耦合作用機制“強震作用下斜坡巖體結(jié)構(gòu)動力學響應(yīng)特征”（2018YFC1505001）資助.

第一作者簡介：郭明珠（1963-），教授，博士，主要研究方向為防災(zāi)減災(zāi)工程與防護工程.E-mail：gmz@bjut.edu.cn.

通訊作者簡介：劉晃（1996-），碩士，主要研究方向為防災(zāi)減災(zāi)工程與防護工程.

E-mail：Liuhuang@emails.bjut.edu.cn.