陜西山陽“8·12”大型山體滑坡運(yùn)動(dòng)特征及數(shù)值模擬分析*

孟桓羽 占潔偉② 盧全中②③ 俞朝悅 亢佳樂 孫月敏

(①長(zhǎng)安大學(xué),地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,西安 710054,中國(guó))(②西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710054,中國(guó))(③自然資源部陜西西安地裂縫與地面沉降野外科學(xué)觀測(cè)研究站,西安 710054,中國(guó))

0 引 言

2015年8月12日0時(shí)30分左右,陜西省山陽縣中村鎮(zhèn)煙家溝村發(fā)生大規(guī)模山體滑坡,約1.60×106m3山體沿著下伏軟弱層面突然發(fā)生整體順層滑動(dòng),屬于典型的順層巖質(zhì)滑坡(殷躍平,2007)。滑體滑動(dòng)過程中產(chǎn)生巨大動(dòng)能,但受前部穩(wěn)定山體的阻擋而發(fā)生兩次碰撞折返,最終在溝道中形成了長(zhǎng)435m,最大堆積厚度為63m的折線狀堆積體。滑坡摧毀并掩埋了18間房屋,造成7人死亡,64人失蹤,直接經(jīng)濟(jì)損失約5億元(王佳運(yùn)等,2018,2019)。

順層巖質(zhì)滑坡是沿著層面或追蹤層面發(fā)生整體滑動(dòng)的一類巖質(zhì)滑坡,該類滑坡在世界上廣泛發(fā)育,且往往造成災(zāi)難性的后果。1963年10月意大利瓦依昂水庫發(fā)生順層巖質(zhì)滑坡,激起的涌浪摧毀了下游多個(gè)村鎮(zhèn),造成了近2000人死亡(Müller-Salzburg,1987; 鐘立勛,1994); 2003年7月三峽庫區(qū)千將坪順層巖質(zhì)滑坡,造成10人死亡、14人失蹤(廖秋林等,2005); 2009年6月重慶武隆雞尾山發(fā)生順層巖質(zhì)滑坡,造成74人死亡,8人受傷(許強(qiáng)等,2009)。由于順層巖質(zhì)滑坡具有突發(fā)性強(qiáng)、危害性大、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)困難等特點(diǎn),國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)此類滑坡開展了系統(tǒng)研究。鄒宗興等(2012)在總結(jié)前人對(duì)順層巖質(zhì)滑坡研究的基礎(chǔ)上,提出了4類順層巖質(zhì)滑坡的變形破壞地質(zhì)力學(xué)模式,給出了相應(yīng)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法,并直接應(yīng)用于雞尾山滑坡?？紤]到順層巖質(zhì)滑坡常受多層軟弱夾層的控制,龍建輝等(2019)揭示了雙軟弱夾層巖質(zhì)滑坡的滑動(dòng)模式及其變形規(guī)律。周劍等(2020)認(rèn)為順層巖質(zhì)滑坡產(chǎn)生視傾向滑動(dòng)的關(guān)鍵因素是真傾向方向滑動(dòng)受阻且視傾向具有良好的臨空條件。成永剛等(2011)采用貢獻(xiàn)率法確定巖層傾角與順層巖質(zhì)滑坡的相關(guān)性,提出順層巖質(zhì)滑坡最為發(fā)育的巖層傾角區(qū)間為10°～25°。Li et al.(2021)基于巖石蠕變理論建立了順層巖質(zhì)滑坡蠕變加速變形階段位移的預(yù)測(cè)模型,并成功應(yīng)用于撫順西露天礦南幫滑坡與雞鳴寺滑坡。Mcgovern et al.(2021)詳細(xì)描述了2018年新西蘭發(fā)生的Mangapoike順層巖質(zhì)滑坡地貌特征,并探討了該滑坡的成因機(jī)制。

模型試驗(yàn)被廣泛應(yīng)用于研究巖質(zhì)滑坡的運(yùn)動(dòng)、堆積特征,潘歡迎等(2013)通過物理模型試驗(yàn)手段,確定了7類不同結(jié)構(gòu)順層巖質(zhì)滑坡的滑動(dòng)速度、沖擊強(qiáng)度和堆積范圍特征; 王玉峰等(2016)設(shè)計(jì)并建立謝家店子滑坡真實(shí)三維物理模型實(shí)驗(yàn)裝置,分析了該滑坡的運(yùn)動(dòng)過程與堆積特征。但模型試驗(yàn)造價(jià)昂貴、試驗(yàn)周期長(zhǎng)。數(shù)值模擬分析因其成本低、應(yīng)用方便、可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為研究滑坡運(yùn)動(dòng)過程的重要手段(Lu et al.,2014; Delaney et al.,2015; 劉春等,2019; Wei et al.,2019)。殷躍平(2010)采用差分軟件FLAC3D提出了斜傾厚層山體視向滑動(dòng)并轉(zhuǎn)化為高速遠(yuǎn)程碎屑流的失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)模式。Zhang et al.(2013)借助不連續(xù)變形分析(DDA)方法揭示了近斷層處的強(qiáng)地震動(dòng)對(duì)大光包滑坡滑帶形成和遠(yuǎn)距離滑動(dòng)的控制作用。離散元軟件3DEC被成功應(yīng)用于模擬再現(xiàn)集集地震影響下的九份二山滑坡運(yùn)動(dòng)特征以及堆積過程(Wu et al.,2021)。Zhao et al.(2016)采用DEM-CFD耦合方法解釋了瓦依昂水庫滑坡運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的涌浪現(xiàn)象。Zhu et al.(2021)通過PFC2D軟件反演分析了徐扎高速遠(yuǎn)程滑坡-碎屑流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征以及滑坡巖體的解體破碎情況。張龍等(2012)利用PFC3D軟件分析了摩擦因數(shù)與黏結(jié)強(qiáng)度的變化對(duì)雞尾山滑坡的運(yùn)動(dòng)、堆積特征的影響。周禮等(2019)采用PFC3D軟件模擬再現(xiàn)了金沙江白格滑坡運(yùn)動(dòng)全過程,并對(duì)滑源區(qū)潛在不穩(wěn)定巖土體開展了危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)研究。Scaringi et al.(2018)綜合運(yùn)用PFC3D、MatDEM、Massflow和MassMov2D軟件對(duì)新磨村滑坡運(yùn)動(dòng)全過程進(jìn)行模擬再現(xiàn),并對(duì)比分析了各個(gè)模擬軟件的特點(diǎn)。其中:PFC3D軟件憑借技術(shù)成熟和豐富的接觸模型,被廣泛應(yīng)用于滑坡運(yùn)動(dòng)、碰撞、堆積等過程的精細(xì)化模擬。

本文基于對(duì)陜西山陽“8·12”大型山體滑坡(以下簡(jiǎn)稱山陽滑坡)的詳細(xì)野外工程地質(zhì)調(diào)查與分析,對(duì)滑坡體運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的分析闡述,并利用離散元模擬軟件PFC3D反演再現(xiàn)了山陽滑坡運(yùn)動(dòng)堆積過程及特征,在此基礎(chǔ)上,揭示了山陽滑坡的演化過程和失穩(wěn)機(jī)理。希望對(duì)類似滑坡的形成機(jī)理、運(yùn)動(dòng)特征和動(dòng)力過程研究提供一定參考。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 自然地理

山陽滑坡地處陜西省山陽縣中村鎮(zhèn),區(qū)內(nèi)山高溝深,地勢(shì)險(xiǎn)峻,總體地勢(shì)呈西高東低,屬基巖中山陡坡地貌類型?；滤谏襟w為三面臨空的陡峭山脊(圖1),平均坡度38°,山頂海拔1300m,最低點(diǎn)海拔970m,相對(duì)高差達(dá)330m; 北側(cè)深切大西溝,南側(cè)臨空為較寬闊的主溝煙家溝,為滑坡的形成提供了有利的臨空條件。

圖1 山陽滑坡滑前和滑后全貌圖

滑坡區(qū)屬亞熱帶向暖溫帶過渡的季風(fēng)性半濕潤(rùn)山地氣候,四季分明。多年平均氣溫13.1℃,相對(duì)濕度年平均值為68%,年降雨量約為700～900mm,7～9月份為多雨月份,占全年降雨量的50%以上。

山陽滑坡發(fā)生前后降雨量情況如圖2所示。由圖可知,滑前8月9日有一較強(qiáng)降雨過程,降雨量達(dá)到19.1mm; 滑坡當(dāng)天無降雨; 滑后第2天8月13日也發(fā)生一次強(qiáng)降雨過程(23.9mm),對(duì)災(zāi)后救援工作造成了不利影響。

圖2 滑坡區(qū)日降雨與月降雨數(shù)據(jù)(山陽站數(shù)據(jù))

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)地處南秦嶺薄皮逆沖推覆構(gòu)造帶一級(jí)構(gòu)造單元,屬于鎮(zhèn)安逆沖推覆構(gòu)造帶,并與劉嶺逆沖推覆構(gòu)造帶相鄰(圖3)。逆沖-推覆是區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的一大特點(diǎn)。鎮(zhèn)安逆沖推覆構(gòu)造帶北界是鳳縣-山陽大斷裂,該斷裂帶在推覆過程中形成了一系列褶皺,滑坡區(qū)即位于耀嶺河倒轉(zhuǎn)背斜倒轉(zhuǎn)翼。倒轉(zhuǎn)地層呈一北傾的單斜構(gòu)造,構(gòu)成順層巖質(zhì)斜坡,因而易出現(xiàn)層間滑脫面,為滑坡失穩(wěn)提供了天然滑動(dòng)面(圖4)。

圖3 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖(熊煒,2012)

圖4 山陽滑坡區(qū)地質(zhì)圖及剖面圖

1.3 地層巖性

山陽滑坡區(qū)地處耀嶺河倒轉(zhuǎn)背斜倒轉(zhuǎn)翼,地層層序倒轉(zhuǎn),地層產(chǎn)狀受構(gòu)造作用影響顯著。如圖4和圖5所示,滑坡區(qū)主要出露地層有震旦系燈影組(Z2dn)白云巖、下寒武統(tǒng)水溝口組(∈1sg)硅質(zhì)板巖和黏土巖、中寒武統(tǒng)岳家坪組(∈2y)灰?guī)r和第四系(Q4)沖、洪積砂礫石。

圖5 滑源區(qū)地層分布情況

(1)震旦系燈影組(Z2dn):是構(gòu)成滑坡體的主要地層,呈東西向帶狀展布,與下伏水溝頭組呈平行不整合接觸,總體產(chǎn)狀為0°～25°∠43°～50°。可分為兩個(gè)巖性段(圖5),其中滑源區(qū)地層主要為震旦系燈影組下段(Z2dn2),巖性為灰色厚層微晶白云巖,節(jié)理裂隙發(fā)育,為表水溶蝕提供了良好通道。

(2)下寒武統(tǒng)水溝口組(∈1sg):出露于滑坡南側(cè),總體產(chǎn)狀為0°～24°∠32°～56°。可細(xì)分為3個(gè)巖性段(圖5),其中:上段(∈1sg1)為紫紅色夾薄層黏土硅質(zhì)板巖,層理分明,該段地層強(qiáng)度較低,與上伏震旦系燈影組堅(jiān)硬白云巖形成一個(gè)上硬下軟的平行不整合接觸面,故該段地層構(gòu)成有利于上伏白云巖滑動(dòng)的天然軟弱滑床。

1.4 地下水活動(dòng)

滑坡區(qū)內(nèi)兩條河道,分別是大西溝與煙家溝,兩者在滑坡前緣交匯?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)枯水期無明顯地表徑流,雨季降雨時(shí)有短暫地表徑流。降雨形成的地表水可通過地表松散層和基巖裂隙下滲,形成地下基巖裂隙水。地表水的長(zhǎng)期侵蝕使滑源區(qū)白云巖形成了許多溶蝕通道,為進(jìn)一步侵蝕創(chuàng)造了條件,同時(shí)補(bǔ)給地下水,也是造成坡體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低的主要因素。當(dāng)?shù)乇硭ㄟ^溶蝕通道進(jìn)入下部水溝口組夾薄層黏土硅質(zhì)板巖,黏土薄層遇水易軟化,而硅質(zhì)板巖為相對(duì)隔水層,使地下水容易富集在薄層黏土層中,導(dǎo)致其強(qiáng)度加劇降低,為滑坡的形成提供了有利的水文地質(zhì)條件。

1.5 巖體結(jié)構(gòu)

對(duì)山陽滑坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知,其滑坡體控制性邊界結(jié)構(gòu)面主要為中緩傾的南側(cè)斷壁(15°∠48°)、陡傾的北側(cè)斷壁(112°∠82°)和陡傾的后緣斷壁(278°∠66°)(圖6b)?；麦w被上述2組陡傾結(jié)構(gòu)面切割,中緩傾結(jié)構(gòu)面構(gòu)成下伏的軟弱分離面,從而形成順坡向塊裂結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)面連通性較好,斜坡整體穩(wěn)定性較差。

圖6 山陽滑坡區(qū)巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況

采用窗口統(tǒng)計(jì)法(占潔偉,2019)分別對(duì)滑體北側(cè)斷壁、后緣斷壁以及煙家溝第二碰撞點(diǎn)附近出露的節(jié)理裂隙開展調(diào)查(圖6c、圖6d、圖6e)。可以看出滑坡區(qū)結(jié)構(gòu)面發(fā)育,其中:北部斷壁面(112°∠82°)、后緣斷壁面(278°∠66°)以及南部平行不整合面(15°∠48°)為滑坡體的3組控制性結(jié)構(gòu)面,其余優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面促進(jìn)了3組控制結(jié)構(gòu)面的發(fā)育、貫通,構(gòu)成了山陽滑坡邊界條件形成的巖體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

2 滑坡發(fā)育基本特征

2.1 滑坡基本特征

通過對(duì)山陽滑坡區(qū)進(jìn)行無人機(jī)航拍以及后期DEM數(shù)據(jù)處理,獲得滑坡基本特征參數(shù):滑坡區(qū)正射投影面積為8.4×104m2,其中滑源區(qū)正射投影面積為2.54×104m2,平面形態(tài)呈斜長(zhǎng)的喇叭狀,長(zhǎng)291m,寬130m,最大厚度94m; 堆積體正射投影面積為5.86×104m2,總體積為1.60×106m3,沿大西溝、煙家溝呈折線型分布。堆積體長(zhǎng)435m,寬152m,最大堆積厚度63m,位于大西溝內(nèi)第一碰撞點(diǎn)附近(圖7),平均堆積厚度36m?；逻\(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)歷兩次運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn),總體滑動(dòng)方向?yàn)镹EE60°→SEE115°→NEE50°(圖7),最大運(yùn)動(dòng)距離500m。

圖7 山陽滑坡滑前和滑后地形變化

2.2 滑坡區(qū)坡向和坡度

利用山陽滑坡滑后DEM數(shù)據(jù),在ArcGIS軟件中可獲得山陽滑坡區(qū)域內(nèi)的坡向和坡度分布圖(圖8和圖9)。坡向分析結(jié)果顯示:山陽滑坡堆積區(qū)沒有明顯的優(yōu)勢(shì)坡向,并且坡向在各滑坡地貌分界處多呈現(xiàn)出顯著變化,特別以第一碰撞點(diǎn)、滑源區(qū)(Ⅰ)和主滑堆積區(qū)(Ⅱ)邊界、主滑堆積區(qū)(Ⅱ)和前緣流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ)邊界最為明顯。坡度分析結(jié)果顯示:山陽滑坡堆積體坡度以0°～40°的斜、陡坡為主,約占90%; 滑源區(qū)以北側(cè)斷壁最為陡峭,與凹陷區(qū)構(gòu)成了明顯的分界線; 整體來說,沿著滑動(dòng)方向,堆積體坡度在逐漸減小,說明滑坡堆積體地形沿著滑動(dòng)方向愈來愈平坦。

圖8 山陽滑坡區(qū)坡向分布圖

圖9 山陽滑坡區(qū)坡度分布圖

2.3 滑坡地貌

滑坡堆積體的地貌形態(tài)一直都是滑坡研究的重要內(nèi)容之一,山陽滑坡因其獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)特征具有一些特殊的滑坡地貌(圖10),主要包括滑坡體整體滑出后形成的巨大“凹”形滑坡凹地、兩次偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成的滑坡洼地、兩個(gè)碰撞點(diǎn)附近因擠壓阻擋而形成的滑坡擠壓丘以及位于大西溝上游、煙家溝上、下游的3個(gè)滑坡舌等。

圖10 山陽滑坡堆積體全貌圖

2.4 滑坡結(jié)構(gòu)

山陽滑坡為典型的二次偏轉(zhuǎn)型滑坡,滑坡體在運(yùn)動(dòng)過程中與穩(wěn)定山體發(fā)生兩次碰撞(圖7)。使得山陽滑坡堆積體具有“多元”結(jié)構(gòu)特征,主要表現(xiàn)為沿著運(yùn)動(dòng)路徑,堆積塊石直徑逐漸變小(圖11)。根據(jù)堆積塊石粒徑大小和巖體結(jié)構(gòu)破壞程度,將滑坡堆積體結(jié)構(gòu)沿著滑動(dòng)方向分為4類(圖11a):① Ⅰ類:基本上保持原始巖體結(jié)構(gòu)特征,呈整體滑移堆積在剪出口位置形成“滑坡核堆積體”(圖10); ② Ⅱ類:在滑動(dòng)碰撞過程中原始巖體結(jié)構(gòu)遭到破壞的“塊狀堆積體”,其塊石直徑0.5～6m,主要分布在第一碰撞點(diǎn)以及大西溝上游區(qū)域(圖11c); ③ Ⅲ類:在滑動(dòng)碰撞過程中原始巖體結(jié)構(gòu)基本上遭受到顯著破壞的“破碎狀堆積體”,其塊石直徑0.5～3.5m,主要堆積在大西溝內(nèi)(圖11b); ④ Ⅳ類:在滑動(dòng)碰撞過程中原始巖體結(jié)構(gòu)遭到徹底破壞的“散體狀堆積體”,其塊石直徑0.1～2.5m,主要堆積于煙家溝以及滑坡凹地內(nèi)(圖11d)。

圖11 山陽滑坡堆積體結(jié)構(gòu)類型分布圖以及現(xiàn)場(chǎng)照片

3 山陽滑坡工程地質(zhì)分區(qū)

如圖11a所示,根據(jù)山陽滑坡的運(yùn)動(dòng)-堆積過程,結(jié)合滑坡發(fā)生后的地貌特征,對(duì)山陽滑坡進(jìn)行工程地質(zhì)分區(qū)。共分為4個(gè)大區(qū),11個(gè)小區(qū),具體如下:

3.1 滑源區(qū)(Ⅰ區(qū))

滑源區(qū)是滑坡體滑出后,在滑坡發(fā)育山體上所形成的“凹”形巨大凹陷區(qū),高程分布范圍為1045～1223m,相對(duì)高差178m,在其上部可見清晰的滑坡圈椅狀構(gòu)造(圖10和圖12)。斷壁區(qū)域基巖裸露,規(guī)模較大,斷壁脊線長(zhǎng)595m,平面投影面積約2.54×104m2。根據(jù)滑后地貌及相對(duì)位置,滑源區(qū)可進(jìn)一步劃分為后部凹陷區(qū)(Ⅰ1)、后緣斷壁區(qū)(Ⅰ2)、南側(cè)斷壁區(qū)(Ⅰ3)和北側(cè)斷壁區(qū)(Ⅰ4)。

圖12 山陽滑坡滑源區(qū)(Ⅰ)全貌

3.1.1 后部凹陷區(qū)(Ⅰ1)

如圖12所示,后部凹陷區(qū)(Ⅰ1)處于滑源區(qū)的中部區(qū)域,包含一緩傾斜坡以及1#滑坡洼地(圖10)。其受后緣斷壁、北側(cè)斷壁和南側(cè)斷壁三面圍限。后部凹陷區(qū)平面形態(tài)呈長(zhǎng)條狀,長(zhǎng)170～210m,寬40～64m。凹陷區(qū)地形起伏較小,以斜坡為主,坡度為30°。斜坡區(qū)域主要堆積著主滑體在滑動(dòng)過程殘留的白云巖碎石,其厚度1～6m,粒徑0.1～2.5m。此外,在南北兩側(cè)斷壁下分布有后期次級(jí)崩滑所形成的松散坡積物,厚度約1m。1#滑坡洼地是在凹陷區(qū)下部形成的四周高、中間低的“弓形”滑坡洼地(圖10)。

3.1.2 后緣斷壁區(qū)(Ⅰ2)

該區(qū)為山陽滑坡后緣主拉裂邊界,出露地層為震旦系燈影組(Z2dn)白云巖。如圖12所示,斷壁近乎直立,頂部脊線長(zhǎng)102m,坡度約66°。由于滑坡體長(zhǎng)期沿下伏軟弱地層蠕滑,且后緣斷壁區(qū)受4組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面控制(圖6d和圖13),結(jié)構(gòu)面切割、貫通基巖,最終在滑坡體滑出后形成了一陡立的拉張破裂面。

圖13 后緣斷壁區(qū)(Ⅰ2)巖體結(jié)構(gòu)

3.1.3 南側(cè)斷壁區(qū)(Ⅰ3)

受到倒轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造的影響,滑坡區(qū)原始地層發(fā)生倒轉(zhuǎn),其中下寒武統(tǒng)水溝頭組軟弱夾薄層黏土硅質(zhì)板巖與上伏的震旦系燈影組堅(jiān)硬白云巖構(gòu)成了上硬下軟的地層結(jié)構(gòu),為上部堅(jiān)硬地層在重力作用下沿層面產(chǎn)生蠕變滑動(dòng)提供了條件; 兩組地層之間形成的平行不整合面構(gòu)成了天然滑動(dòng)面(15°∠48°),為山陽滑坡的發(fā)生提供了地質(zhì)條件。如圖12所示,滑坡發(fā)生后,該平行不整合面裸露出來,在滑源區(qū)南側(cè)形成了一大光面,其總體起伏較小,產(chǎn)狀延伸穩(wěn)定,頂部脊線長(zhǎng)230m。由于軟弱下臥層受到上伏地層長(zhǎng)期蠕滑擠壓,因而在斷壁面上可見擦痕和階步(圖14a),并形成了舒緩起伏的地形(圖14b和圖14c); 由于層間強(qiáng)烈的擠壓錯(cuò)動(dòng),在滑床下部出現(xiàn)泥化現(xiàn)象(圖14b)。

圖14 南側(cè)斷壁(Ⅰ3)和出露的滑動(dòng)面情況

3.1.4 北側(cè)斷壁區(qū)(Ⅰ4)

該區(qū)為山陽滑坡北側(cè)斷壁,長(zhǎng)約260m,產(chǎn)狀112°∠82°,其構(gòu)成了山陽滑坡的北側(cè)天然邊界(圖15a)。根據(jù)北側(cè)斷壁形成因素,可由上到下細(xì)分為3個(gè)亞區(qū):上部拉張溶蝕區(qū)(Ⅰ4-1)、中部溶蝕貫通區(qū)(Ⅰ4-2)和下部壓剪破壞區(qū)(Ⅰ4-3)。上部拉張溶蝕區(qū)長(zhǎng)約45m,高約8m,溶蝕現(xiàn)象較為發(fā)育,表面參差不齊,結(jié)構(gòu)面張開度較大,呈現(xiàn)張性破裂特征(圖15b),說明上部巖體發(fā)生了拉張破壞。中部溶蝕貫通區(qū)長(zhǎng)約106m,高20～26m,總體上相對(duì)平直,近乎直立。巖溶現(xiàn)象發(fā)育,局部已形成貫通性溶蝕通道(圖15a、圖15c)。壓剪破壞區(qū)長(zhǎng)約49m,高3～13m。該區(qū)斷面與中部溶蝕貫通區(qū)相比,基巖裸露呈現(xiàn)凹凸不平,并有明顯的錯(cuò)動(dòng)臺(tái)階(圖15c),說明該區(qū)域?yàn)榛w鎖固段?；掳l(fā)生前該處剪應(yīng)力不斷集中增大,導(dǎo)致鎖固段巖體受擠壓并最終沿溶蝕結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生脆性剪斷。

圖15 北側(cè)斷壁(Ⅰ4)全貌圖及局部圖

3.2 主滑堆積區(qū)(Ⅱ區(qū))

3.2.1 主堆積區(qū)(Ⅱ1)

主堆積區(qū)位于滑坡堆積體的上部(圖16a),平面投影面積為2.05×104m2。該區(qū)域是由于滑體運(yùn)動(dòng)過程中迎面與大西溝北坡發(fā)生碰撞受阻而“緊急制動(dòng)”堆積在剪出口附近的滑坡堆積物。主堆積區(qū)主要由兩部分構(gòu)成,主體為巖體結(jié)構(gòu)保持較為完好的“滑坡核”(圖11a),另一部分是滑體與大西溝北坡發(fā)生碰撞而留下的滑坡擠壓丘堆積。

圖16 主堆積區(qū)(Ⅱ1)全貌圖以及拆離現(xiàn)象

滑坡核(黃潤(rùn)秋等,2014; 張偉峰,2015)是滑坡體在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生整體滑移、巖體結(jié)構(gòu)基本沒有遭受破壞的部分。根據(jù)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),山陽滑坡主堆積區(qū)具有較為完整的滑坡核,長(zhǎng)136m,寬56m,面積約8.2×103m2,整體高出四周碎石堆積體約5m?；潞嗽诨瑒?dòng)過程中僅產(chǎn)生了少量的次生滑坡裂隙,其在運(yùn)動(dòng)過程中由于底部運(yùn)動(dòng)受阻,加之結(jié)構(gòu)面發(fā)育,因而其上部在慣性力作用下沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生拆解分離,呈現(xiàn)出階梯狀地形(圖16b),說明滑坡核在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生了“緊急制動(dòng)”。如圖15a所示,滑坡核頂部可以觀察到原始坡面植被,下部可見一個(gè)明顯的垂直分離面,形成一個(gè)坡度陡變區(qū)(圖9)。

滑坡擠壓丘(黃潤(rùn)秋等,2014; 張偉峰,2015)是指在運(yùn)動(dòng)滑體與穩(wěn)定山體碰撞點(diǎn)附近,由于擠壓阻擋,加之后方運(yùn)動(dòng)滑體對(duì)受到阻擋停積的滑體產(chǎn)生的推擠作用,在碰撞區(qū)域形成的隆起鼓丘?；聰D壓丘與后方堆積體之間常形成一條明顯溝道分界線。山陽滑坡體在運(yùn)動(dòng)過程中受到兩次穩(wěn)定山體的阻擋作用,故在兩個(gè)碰撞點(diǎn)附近形成了兩個(gè)小型滑坡擠壓丘(圖10),其中1#滑坡擠壓丘位于大西溝東坡第一碰撞點(diǎn),長(zhǎng)69m,寬43m(圖16a),在該處也發(fā)現(xiàn)了一處拆解分離現(xiàn)象(圖16c),說明滑坡體在該位置發(fā)生碰撞制動(dòng)。

3.2.2 上游擠滑堆積區(qū)(Ⅱ2)

上游擠滑堆積區(qū)位于主堆積區(qū)西側(cè),大西溝上游,平面分布呈三角形,面積約2.9×103m2(圖17)。上游擠滑堆積區(qū)是滑坡體在高速運(yùn)動(dòng)過程中與大西溝北坡發(fā)生碰撞后,向大西溝上游擠滑的滑坡體由于大西溝坡度大,受到重力、爬坡的影響,很快停積下來形成的。

圖17 大西溝上游擠滑堆積區(qū)(Ⅱ2)全貌圖

3.2.3 下游拆離-擠滑堆積區(qū)(Ⅱ3)

下游拆離-擠滑堆積區(qū)位于第一碰撞點(diǎn)下游,平面分布近似呈方形,投影面積約8.0×103m2。滑體與大西溝北坡發(fā)生碰撞后大部分滑體向大西溝下游做拆離滑動(dòng),形成一個(gè)坡度約30°的斜坡堆積(圖9),且在該區(qū)中下部形成了2#滑坡洼地(圖10),2#滑坡洼地是由于滑坡體運(yùn)動(dòng)受到大西溝北坡的阻擋,滑坡體發(fā)生解體、拆離,拆離體向大西溝下游方向滑移,滑移過程中又受到煙家溝東坡山體阻擋,從而停積下來形成的。如圖18所示,該區(qū)可見許多有溶蝕跡象的白云巖塊石,表面可見明顯的溶蝕通道,同時(shí)可見因溶蝕作用而析出的鈣質(zhì)結(jié)核,從側(cè)面說明滑坡區(qū)溶蝕作用強(qiáng)烈。

圖18 白云巖塊石溶蝕現(xiàn)象

3.3 前緣流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ區(qū))

如圖19所示,前緣流動(dòng)堆積區(qū)位于主滑堆積區(qū)東側(cè),主要在煙家溝內(nèi)呈帶狀分布,投影面積約2.4×104m2。山陽滑坡體經(jīng)過第一次碰撞向大西溝下游做拆離運(yùn)動(dòng)至煙家溝后,與煙家溝東坡發(fā)生二次碰撞。由于煙家溝形態(tài)較為開闊、坡度較小,因而碰撞滑體向兩側(cè)擠滑現(xiàn)象明顯。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向不同,將前緣流動(dòng)堆積區(qū)劃分為2個(gè)亞區(qū),分別是上游流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ1)和下游流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ2)。

圖19 滑坡前緣流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ)全貌圖

上游流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ1)位于煙家溝第二碰撞點(diǎn)的上游區(qū)域,平面分布近似呈長(zhǎng)條形,投影面積約6.0×103m2。該部分是滑體與煙家溝東坡發(fā)生二次碰撞后,由于受到煙家溝地形的約束,少部分巖土體向煙家溝上游方向(SWW295°)滑動(dòng),最后停積下來而形成的; 大部分巖土體向煙家溝下游方向(NEE50°)滑動(dòng),最后停積形成了下游流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ2),該區(qū)域平面分布近似呈錐形,投影面積約1.8×104m2。由于滑坡體與煙家溝東坡發(fā)生第二次碰撞,故在第二碰撞點(diǎn)附近形成了2#滑坡擠壓丘,長(zhǎng)度為42m,寬度為30m(圖19)。

3.4 后緣擾動(dòng)崩塌區(qū)(Ⅳ區(qū))

后緣擾動(dòng)崩塌區(qū)是由于滑坡運(yùn)動(dòng)擾動(dòng),導(dǎo)致滑坡后緣南側(cè)部分巖體發(fā)生失穩(wěn)破壞,最終堆積在山陽滑坡南側(cè)沖溝內(nèi)。后緣擾動(dòng)崩塌區(qū)平面形態(tài)呈靴形,平面投影面積約3.2×103m2(圖20)?？杉?xì)分為兩部分,一部分為后緣流動(dòng)刮鏟區(qū)(Ⅳ1),呈長(zhǎng)條形,面積約為1.8×103m2,該部分在山陽滑坡發(fā)生前為一沖溝,滑坡發(fā)生后成為滑體滑移的天然通道; 另一部分為后緣堆積區(qū)(Ⅳ2),呈水滴形,面積約1.4×103m2,堆積塊石粒徑為0.2～1m,堆積厚度約2m。

圖20 滑坡后緣擾動(dòng)崩塌區(qū)(Ⅳ)全貌圖

4 滑坡運(yùn)動(dòng)過程數(shù)值模擬分析

4.1 滑坡模型構(gòu)建

山陽滑坡滑前地形數(shù)據(jù)采用1︰1000地形圖,滑后地形數(shù)據(jù)采用飛馬智能航測(cè)系統(tǒng)E2000無人機(jī)獲取的1︰1000地形數(shù)據(jù),根據(jù)上述數(shù)據(jù)制成的高精度DEM數(shù)據(jù)完成山陽滑坡三維地質(zhì)模型的構(gòu)建。如圖21所示,本次滑坡模型采用PFC3D中的ball-wall模型,采用brick顆粒生成法生成ball模擬滑坡巖土體,將滑床地形生成wall剛性面作為PFC3D模型的邊界條件。

圖21 山陽滑坡PFC3D 模型

4.2 模型細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定

參考巖石力學(xué)參數(shù)手冊(cè)(水利水電科學(xué)研究院等,1991),并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)荷載實(shí)驗(yàn)綜合確定滑體白云巖的強(qiáng)度參數(shù)(表1)。本文采用模擬單軸壓縮試驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定(圖22),然后將模擬結(jié)果和實(shí)際滑坡運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行對(duì)比反演分析,不斷優(yōu)化調(diào)整細(xì)觀參數(shù),最終實(shí)現(xiàn)模擬滑坡運(yùn)動(dòng)與實(shí)際運(yùn)動(dòng)特征基本一致。由此最終確定模擬山陽滑坡的細(xì)觀參數(shù)見表2。

表1 白云巖宏觀參數(shù)

表2 PFC3D 模型采用的微觀參數(shù)

圖22 PFC3D 單軸壓縮試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

4.3 滑坡運(yùn)動(dòng)全過程數(shù)值模擬

4.3.1 滑坡體動(dòng)態(tài)過程

為了分析不同時(shí)間、不同位置的滑坡體運(yùn)動(dòng)和堆積特征,本文將滑坡體由上到下分為組1滑體、組2滑體和組3滑體3塊區(qū)域(圖23a)。由圖23和圖24可以看出滑坡體具體運(yùn)動(dòng)過程如下:

圖23 山陽滑坡分組運(yùn)動(dòng)模擬圖

圖24 山陽滑坡速度-時(shí)間模擬圖

(1)0～5s:滑體在0s時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)(圖24a),滑坡體在重力作用下開始沿視傾向方向(NEE60°)滑動(dòng),滑坡體頂部出現(xiàn)橫向斷裂,另外組1滑體部分巖土體開始向后山滾落(圖23a和圖23b)。

(2)5～10s:滑坡體在重力作用下加速滑動(dòng)(圖24b),組3滑體在7s左右與大西溝北坡發(fā)生碰撞,該組平均速度達(dá)到峰值18m·s-1,然后隨之降低(圖25)。第1次碰撞后,滑坡體沿大西溝分離滑動(dòng),組2滑體由于慣性作用繼續(xù)加速下滑,超覆在組1滑體之上(圖23b),在10s左右滑體平均速度達(dá)到峰值21.5m·s-1,動(dòng)能3.23×1011J(圖25)。這說明此時(shí)滑體整體上已經(jīng)受到大西溝北坡穩(wěn)定山體的阻擋,平均速度將開始逐漸減小。同時(shí)組2滑體平均速度在10s時(shí)達(dá)到峰值22.8m·s-1,隨后開始降低(圖25)。

(3)10～15s:由于前部滑動(dòng)受阻,因而主滑方向被迫改變?yōu)闊熂覝舷掠畏较?SEE115°),向大西溝上游滑移的巖土體在15s左右停積下來形成了上游擠滑堆積體(圖24c)。組2滑體已基本超覆在組1滑體之上。此外,組1平均速度在12s時(shí)達(dá)到峰值24.6m·s-1(圖25)。

(4)15～25s:滑坡體繼續(xù)向SEE115°方向滑動(dòng)(圖23d),平均速度呈線性減小(圖25),在20s時(shí)滑坡體與煙家溝東坡碰撞,故在碰撞位置滑坡體最先停積下來(圖24e和圖24f),而且碰撞位置與現(xiàn)場(chǎng)勘察一致(圖19),隨后滑體開始向煙家溝上、下游分離滑動(dòng),在受煙家溝地形影響,滑體主滑動(dòng)方向?yàn)闊熂覝舷掠畏较?NEE50°)。

(5)25～35s:滑坡上部堆積體已經(jīng)基本停止活動(dòng)(圖24e); 向煙家溝上游滑移的滑坡體在30s左右停積下來形成上游流動(dòng)堆積區(qū)(圖24g),向煙家溝下游滑移的滑坡體動(dòng)能不斷消耗,滑體平均速度繼續(xù)減小,在30s時(shí)滑坡平均速度基本降為零(圖25),滑坡前緣部分顆粒仍以5～10m·s-1的速度向前拋撒(圖24g),最后滑坡體在35s停止運(yùn)動(dòng)形成下游流動(dòng)堆積區(qū)。

如圖23h所示,最終的滑坡堆積體由南向北依次為組1滑體、組2滑體、組3滑體,3組滑體顆粒整體呈現(xiàn)東西向帶狀展布,并沿著滑動(dòng)方向呈現(xiàn)明顯的層層超覆、側(cè)向擠滑現(xiàn)象?；w在與大西溝北坡發(fā)生碰撞時(shí),由于速度大,故超覆現(xiàn)象尤為明顯。由于大西溝整體坡度較大,雖向大西溝上、下游產(chǎn)生擠滑現(xiàn)象,但只有少部分向大西溝上游滑移。在與煙家溝東坡發(fā)生二次碰撞時(shí),滑體速度相對(duì)較小,因而滑體超覆現(xiàn)象不明顯。由于煙家溝整體坡度較小,因而向溝道兩側(cè)產(chǎn)生擠滑現(xiàn)象,但主滑方向?yàn)闊熂覝舷掠畏较??；w停止運(yùn)動(dòng)后,組3滑體主要分布于大西溝溝底北坡與煙家溝; 組2滑體主要沿大西溝、煙家溝堆積,覆蓋在組3滑體之上,南部被組1滑體覆蓋; 組1滑體主要堆積在山脊南側(cè)沖溝和大西溝南側(cè),覆蓋在組2、組3滑體之上。

通過對(duì)比3組顆粒的平均速度隨時(shí)間的變化(圖25),發(fā)現(xiàn)3組顆粒速度初期都呈現(xiàn)快速增加。其中:組3滑體顆粒由于先與大西溝北坡發(fā)生碰撞并耗能,故該組速度最早在7s達(dá)到峰值18m·s-1; 接著組2滑體顆粒在10s時(shí)達(dá)到峰值22.8m·s-1; 最后組1滑體顆粒在12s時(shí)達(dá)到峰值24.6m·s-1。組3滑體顆粒速度在達(dá)到峰值后迅速下降,然后在大約10～15s該組顆?；揪S持在14m·s-1,說明組3滑體顆粒在與大西溝北坡發(fā)生碰撞后,繼續(xù)向大西溝下游滑移,由于組2滑體顆粒在運(yùn)動(dòng)過程中覆蓋在組3滑體顆粒之上,限制了其運(yùn)動(dòng)速度,故組3滑體顆粒平均速度沒有出現(xiàn)第二個(gè)峰值。同理,組2滑體顆粒也有相似的現(xiàn)象,只是不太明顯。

4.3.2 速度及運(yùn)動(dòng)軌跡特征

如圖26所示,為了監(jiān)測(cè)滑坡體速度、位移特征以及運(yùn)動(dòng)軌跡,在模型中設(shè)置了4組20個(gè)監(jiān)測(cè)顆粒,分別是滑體上部1～6號(hào)、中部7～12號(hào)、下部13～18號(hào),后緣19號(hào)和前緣20號(hào)監(jiān)測(cè)顆粒。

圖26 監(jiān)測(cè)顆粒分布圖

從監(jiān)測(cè)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上可以反映山陽滑坡的兩次偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)堆積過程(圖27),通過統(tǒng)計(jì)分析,20個(gè)監(jiān)測(cè)顆粒的運(yùn)動(dòng)方向總體為NEE60°→ SEE115°→ NEE50°,與現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果一致,證明本次模擬結(jié)果的可靠性。從表3和圖28中可以看出:上部監(jiān)測(cè)顆粒運(yùn)動(dòng)距離相對(duì)最遠(yuǎn),平均349m; 中部次之,平均298m; 下部運(yùn)動(dòng)距離最小,平均250m。顆粒速度與運(yùn)動(dòng)距離呈現(xiàn)相同的趨勢(shì),上部監(jiān)測(cè)顆粒速度峰值最大,為32m·s-1; 中部次之,為29.4m·s-1; 下部監(jiān)測(cè)顆粒速度峰值最小,為23.3m·s-1。此外,同組北側(cè)監(jiān)測(cè)顆粒在同組中運(yùn)動(dòng)距離相對(duì)較小(圖28),這主要是由于北側(cè)滑體與大西溝北坡發(fā)生碰撞后,經(jīng)過短暫的側(cè)向滑移后即停止運(yùn)動(dòng)堆積在大西溝內(nèi),因而滑移距離較短。

表3 顆粒運(yùn)動(dòng)距離及速度監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖27 監(jiān)測(cè)顆粒軌跡圖

5 山陽滑坡演化過程與形成機(jī)理

綜合山陽滑坡現(xiàn)場(chǎng)堆積特征與運(yùn)動(dòng)過程數(shù)值模擬分析,可將山陽滑坡變形運(yùn)動(dòng)破壞過程劃分為7個(gè)階段:滑坡體裂縫發(fā)展-貫通階段、鎖固段剪斷-滑體啟動(dòng)階段、整體高速滑動(dòng)階段、碰撞“急剎車”制動(dòng)階段、拆離-側(cè)向擠滑階段、二次碰撞拋撒流動(dòng)階段和斷壁區(qū)崩滑階段(圖29)。

圖29 山陽滑坡演化過程與形成機(jī)理示意圖

(1)滑坡體裂縫發(fā)展-貫通階段(圖29b)。下寒武統(tǒng)水溝頭組軟弱夾薄層黏土硅質(zhì)板巖與上伏的震旦系燈影組堅(jiān)硬白云巖構(gòu)成了上硬下軟的地層結(jié)構(gòu),兩組地層之間形成的平行不整合面構(gòu)成了天然滑床,北側(cè)結(jié)構(gòu)面受溶蝕作用逐漸貫通(圖15),后緣開始出現(xiàn)橫向陡傾拉張裂縫,上述3組邊界結(jié)構(gòu)面切割斜坡形成不穩(wěn)定的喇叭狀潛在滑動(dòng)塊體?；w在重力作用下沿真傾角方向(NNE15°)發(fā)生緩慢蠕動(dòng)變形,這也可從滑床受到擠壓變形而產(chǎn)生的舒緩起伏地形得到反映(圖14)。

(2)鎖固段剪斷-滑體啟動(dòng)階段(圖29c)?；麦w的啟動(dòng)主要受控于北側(cè)溶蝕結(jié)構(gòu)面下部未貫通部分。隨著滑坡體在重力作用下持續(xù)向真傾向方向順層蠕滑,北側(cè)結(jié)構(gòu)面溶蝕結(jié)構(gòu)面進(jìn)一步擴(kuò)展貫通,后緣拉張裂縫也持續(xù)擴(kuò)展,同時(shí)地下水對(duì)下伏軟弱地層長(zhǎng)期軟化作用,導(dǎo)致滑體抗滑力進(jìn)一步減小?；骆i固段的破壞對(duì)滑坡的發(fā)生往往具有決定性作用(陳竑然等,2019; 趙元平等,2021),隨著山陽滑坡體持續(xù)蠕滑變形,下部鎖固段剪應(yīng)力逐漸集中,最后鎖固段被剪斷發(fā)生整體滑動(dòng),在壓剪破壞面可見明顯剪切面(圖15)。

(3)整體高速滑動(dòng)階段(圖29d)?；麦w在鎖固段被剪斷后,整體迅速啟動(dòng),由于真傾向方向(NNE15°)穩(wěn)定山體的阻擋,滑體向視傾向NEE60°方向滑移。啟滑后滑坡體勢(shì)能快速轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,進(jìn)入高速滑動(dòng)階段(圖24)。由于主滑體在該階段近似順層運(yùn)動(dòng),且滑體厚度大、強(qiáng)度高,因而該階段主滑體的巖體結(jié)構(gòu)保持較完好,僅在滑體前后部發(fā)生了小規(guī)模的崩解和滑塌(圖12)。

(4)碰撞“急剎車”制動(dòng)階段(圖29e)?；麦w高速滑動(dòng),與大西溝北坡發(fā)生碰撞后,滑體前部受到阻擋而緊急制動(dòng),滑體中部由于沒有受到阻擋且具有較好的臨空條件,在慣性力作用下,繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)并覆蓋在前部滑體之上,發(fā)生超覆滑動(dòng)。中部滑體在向前運(yùn)動(dòng)一段距離后,同樣受到穩(wěn)定山體阻擋停止運(yùn)動(dòng),其滑體后部由于慣性力也繼續(xù)向前超覆滑動(dòng),最終形成層層超覆堆積狀態(tài)(圖23)。

(5)拆離-側(cè)向擠滑階段(圖29f)?；麦w前部滑動(dòng)受阻后,后方滑坡體在巨大的慣性力作用下對(duì)前部受阻滑體產(chǎn)生擠壓作用,不僅在碰撞區(qū)域形成隆起的1#擠壓丘(圖16a),而且導(dǎo)致后方滑體被迫改變運(yùn)動(dòng)方向。由于大西溝整體坡度較大,只有少部分北側(cè)滑體向大西溝上游(NWW295°)擠滑,大部分滑坡體向大西溝下游(SEE115°)方向拆離滑動(dòng),野外可見明顯的拆離光面(圖16a)。

(6)二次碰撞拋撒流動(dòng)階段(圖29g)?；麦w受到第一次碰撞改變運(yùn)動(dòng)方向并運(yùn)動(dòng)至煙家溝后,又受到煙家溝東坡穩(wěn)定山體阻擋,發(fā)生二次碰撞,滑坡巖體進(jìn)一步解體,巖體更加破碎。由于煙家溝坡度較小,滑體運(yùn)動(dòng)受阻進(jìn)而向煙家溝兩側(cè)產(chǎn)生擠滑流動(dòng)現(xiàn)象(圖23),最后逐漸停積下來。在滑坡體基本上停止運(yùn)動(dòng)時(shí),少數(shù)塊石由于速度較大,繼續(xù)向煙家溝下游拋撒。

(7)斷壁區(qū)崩滑階段(圖29h)。山陽滑坡主滑體滑出后,滑源區(qū)形成陡峭的斷壁,由于受到滑坡體啟滑-運(yùn)動(dòng)-堆積過程的擾動(dòng),形成了一系列不穩(wěn)定塊體,在重力與降水的雙重作用下,導(dǎo)致不穩(wěn)定塊體不斷向滑坡凹陷區(qū)內(nèi)崩滑,堆積在斷壁底部,形成松散坡積物(圖12)。

6 討 論

(1)由于山陽滑坡區(qū)植被茂密,地質(zhì)災(zāi)害隱蔽性強(qiáng),因而在前期地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)排查時(shí)未發(fā)現(xiàn)該隱患點(diǎn),因而未開展變形監(jiān)測(cè)工作。雖在滑坡發(fā)生前(8月11日)有頻繁掉落滾石的前兆,但未意識(shí)到發(fā)生大規(guī)模山體滑坡的可能性,發(fā)生了慘痛的教訓(xùn)。針對(duì)上述隱蔽性的滑坡災(zāi)害隱患,可基于空天地一體化探測(cè)開展滑坡災(zāi)害早期識(shí)別工作。

(2)從滑體碰撞運(yùn)動(dòng)過程以及堆積體形態(tài)來看,數(shù)值模擬都與實(shí)際調(diào)查情況相符,但關(guān)于計(jì)算參數(shù)的選取仍存在一定的局限性。尤其目前計(jì)算參數(shù)的選取主要是參考巖石力學(xué)參數(shù)手冊(cè)(水利水電科學(xué)研究院等,1991),并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)白云巖點(diǎn)荷載實(shí)驗(yàn)綜合確定的,可能與實(shí)際情況存在差異。因而以此為基礎(chǔ)進(jìn)行的數(shù)值模擬結(jié)果存在一定局限性。擬在后續(xù)的研究中,豐富巖體試驗(yàn)內(nèi)容。

(3)本文主要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和數(shù)值模擬手段,開展山陽滑坡的成因機(jī)制分析推測(cè),擬在后續(xù)研究中,進(jìn)一步開展滑帶流變?cè)囼?yàn)和大型物理模型試驗(yàn),進(jìn)一步闡明山陽滑坡成因機(jī)制。

7 結(jié) 論

本文以山陽滑坡為研究對(duì)象,以詳細(xì)的野外地質(zhì)工作為基礎(chǔ),通過對(duì)山陽滑坡開展系統(tǒng)工程地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)分析和數(shù)值模擬等研究工作,獲得以下主要認(rèn)識(shí):

(1)滑坡區(qū)正射投影面積為8.4×104m2,其中滑源區(qū)正射投影面積為2.54×104m2,平面形態(tài)呈斜長(zhǎng)的喇叭狀,長(zhǎng)291m,寬130m,最大厚度94m; 堆積體正射投影面積為5.86×104m2,總體積為1.6×106m3,沿大西溝、煙家溝呈折線型分布,堆積體長(zhǎng)435m,寬152m,平均堆積厚度36m,位于大西溝內(nèi)第一碰撞點(diǎn)附近最大堆積厚度達(dá)到63m?；逻\(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)歷兩次運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn),總體滑動(dòng)方向?yàn)镹EE60°→ SEE115°→ NEE50°,最大運(yùn)動(dòng)距離500m。

(2)山陽滑坡區(qū)位于倒轉(zhuǎn)背斜的倒轉(zhuǎn)翼,形成上硬下軟的軟弱夾層型順層巖質(zhì)坡體; 地貌上具有有利于滑坡發(fā)生的良好臨空條件; 并且該地區(qū)巖溶發(fā)育,將滑坡體北側(cè)基本貫通,切割山體形成順坡向的不穩(wěn)定塊體; 山陽滑坡區(qū)各種不利地質(zhì)構(gòu)造條件為滑坡災(zāi)害的發(fā)生埋下了隱患。

(3)山陽滑坡屬于典型的順層巖質(zhì)斜坡視傾向失穩(wěn)。早期滑體沿真傾向方向持續(xù)發(fā)生順層蠕滑變形,滑坡后緣出現(xiàn)拉張裂隙,滑體前部鎖固段應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯?；w北側(cè)陡傾溶蝕結(jié)構(gòu)面持續(xù)擴(kuò)展貫通,構(gòu)成表水入滲通道,表水入滲對(duì)滑帶軟弱地層產(chǎn)生持續(xù)軟化作用,使之強(qiáng)度降低,導(dǎo)致滑體整體抗滑力逐漸下降。最終鎖固段發(fā)生突發(fā)性剪切破壞,滑坡啟動(dòng)。但由于受到真傾向方向穩(wěn)定山體阻擋,導(dǎo)致滑體向視傾向方向整體滑出。

(4)根據(jù)山陽滑坡的運(yùn)動(dòng)過程,并結(jié)合堆積體的地貌特征,將山陽滑坡分為4個(gè)大區(qū),11個(gè)小區(qū),具體如下:滑源區(qū)(Ⅰ區(qū)),包含后部凹陷區(qū)(Ⅰ1)、后緣斷壁區(qū)(Ⅰ2)、南側(cè)斷壁區(qū)(Ⅰ3)和北側(cè)斷壁區(qū)(Ⅰ4); 主滑堆積區(qū)(Ⅱ區(qū)),包含主堆積區(qū)(Ⅲ1)、上游擠滑堆積區(qū)(Ⅱ2)和下游拆離-擠滑堆積區(qū)(Ⅱ3); 前緣流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ區(qū)),包含上游流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ1)和下游流動(dòng)堆積區(qū)(Ⅲ2); 后緣擾動(dòng)崩塌區(qū)(Ⅳ區(qū)),包括后緣流動(dòng)刮鏟區(qū)(Ⅳ1)和后緣堆積區(qū)(Ⅳ2)。

(5)利用離散元軟件PFC3D軟件模擬再現(xiàn)了山陽滑坡啟滑后的運(yùn)動(dòng)全過程,模擬結(jié)果顯示:山陽滑坡歷時(shí)35s,最大速度為36.2m·s-1,平均速度峰值21.5m·s-1,動(dòng)能3.23×1011J。并再現(xiàn)了滑體在運(yùn)動(dòng)過程中逐漸解體以及層層超覆現(xiàn)象。通過監(jiān)測(cè)顆粒速度、位移可以發(fā)現(xiàn),滑體上部的整體速度最大,并且滑移距離最遠(yuǎn),中部次之,下部最小。模擬結(jié)果展示出PFC3D軟件對(duì)于此類高速遠(yuǎn)程滑坡具有較好的適用性,尤其是其對(duì)三維堆積形態(tài)及影響范圍的初步確定可以對(duì)劃定安全避讓范圍等防災(zāi)減災(zāi)工作提供有益參考。

(6)山陽滑坡的前期變形破壞過程和啟滑后的運(yùn)動(dòng)、堆積特征具有明顯的階段性,具體可細(xì)分為7個(gè)階段,即滑坡體裂縫發(fā)展-貫通階段、鎖固段剪斷-滑體啟動(dòng)階段、整體高速滑動(dòng)階段、碰撞“急剎車”制動(dòng)階段、拆離-側(cè)向擠滑階段、二次碰撞拋撒流動(dòng)階段和斷壁區(qū)崩滑階段。