阿拉滑坡形成机制及堵江分析

吴新星 邓 敏

（三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北 宜昌 443002）

1 滑坡概况

阿拉滑坡位于四川省凉山州会理县南东黎溪镇金雨乡阿拉村金沙江东岸,滑坡前缘剪出口高程约1320～1335m,直抵金沙江东岸高陡自然边坡后缘,与西侧下方金沙江水平距离约为600～830 m,剪出口位置高出现今金沙江江面约410m左右；下方金沙江江面平均宽约220～260 m,河段呈近南北向,顺直.江对岸为成昆铁路师庄车站,成昆线高出现今金沙江面约20～25m,与滑坡前缘水平距离约350m.

滑坡体纵向长约234～517m,横向宽约1306m,平均厚度约为30m,总体积约为15.5×106m3；按照中华人民共和国国土资源部于2006年9月1日颁布的行业标准《滑坡防治工程勘查规范》的规定,会理县阿拉滑坡为土质中层牵引式特大型滑坡.

滑坡体大致可分为3个滑块（如图1所示）.

图1 阿拉滑坡全貌

北滑块:主滑方向为320°左右,与金沙江岸线斜交,滑块前方为江西岸支沟；滑块纵向长约363m,横向宽约356m,平均厚度约为20m,体积约为2.58×106m3.

中部滑块:主滑方向为270°左右,与金沙江岸线近于正交；滑块纵向长约234 m,横向宽约173m,平均厚度约为20m,体积约为0.81×106m3.

南滑块:主滑方向为230°左右,与金沙江岸线斜交,滑块前方为江西岸支沟（大河坎沟）；滑块纵向长约517m,横向宽约777m,平均厚度约为30 m,总体积约为12.1×106m3.

2 滑坡形成机制分析及影响因素

根据已有资料及现场调查访问,阿拉滑坡为一处古滑坡,2006年会理县国土资源局就专门制定出针对该滑坡体的地质灾害预案.会理“8·30”地震后,滑体地表基本未见变形,当晚至次日凌晨有持续近7 h的中雨,降雨量达50mm左右；8月31日16:30,发生第二次6级强余震,震后滑体前缘及中后部均不同程度地出现地震裂缝,当晚再次出现了持续2 h左右的降雨,降雨量达30mm左右；9月1日10:00左右,先出现地声,然后滑体前缘在30min内出现了明显的滑移,以北侧及南侧滑块变形较大,到17:00左右南滑块及北滑块后缘基本已发展至目前滑体的中部位置,南滑块前缘已明显垮塌,对其侧缘的沟道形成挤压,滑体前均出现了呈阶梯状的拉张裂缝.晚上约20:00左右,滑体后缘出现了断续连通的张裂缝,如图2所示,滑体已具有较明显的失稳现象.

图2 滑坡后缘拉张裂缝

在经过了上述的滑动之后,滑坡体的位能已经得到了较大的释放,滑坡已处于稳定阶段,目前滑坡体上的变形迹象不明显.但由于滑坡前缘的位置较高,在强降雨及地震后,滑体的前部和滑带的前部都将处于饱水状态,其强度降低,滑坡可能出现局部甚至整体滑动,危及滑坡体上村民的生命财产安全并对前体下方的金沙江、江对岸的成昆线形成威胁.该滑坡在“8·30”地震后出现了明显的失稳变形.其变形时间呈缓慢递进式的变形,滑坡变形与地震及降雨均呈正相关.

阿拉滑坡的影响因素主要有以下几个方面:

（1）地层岩性:滑坡区出露的地层为晚更新世老滑坡体,岩性为块碎石土,透水性较强,且具各向异性,地表水易下渗,并形成地下水活跃带,这将明显降低土体的物理力学性质；滑体前缘具临空条件,在地震及降雨作用下产生滑塌,使其后缘坡体失去支撑而受牵引,形成不同程度的拉裂变形,变形不断向东扩展,最终达到目前的后缘贯通裂缝位置,并有向坡后缘发展的趋势.滑床为早元古界河口群及花岗细晶岩,透水性较差,岩质较硬,而上部强风化层抗风化能力弱,风化后的粘土矿物具亲水性、胀缩等特征,易形成软弱带[1-2].

（2）地质构造:滑坡区紧邻区域性活动断裂（昔格达断裂）,是地震频发地区；同时处于一隐伏背斜的轴部附近,次级褶皱及裂隙发育,岩体破碎,构造裂隙与滑坡有密切关系[3].2008年8月30日,会理与攀枝花地区发生里氏6.1级大地震.在强烈的地震作用下阿拉滑坡坡体局部也出现了一定的变形加剧现象,主要表现在:①在地震时及震后降雨后,滑体原来的斜坡前缘形成拉张裂缝.②坡体中后缘较陡临空面的地段受地震影响出现了新的裂缝,但经调查分析认为该类裂缝不属于滑坡整体的变形裂缝,是陡坡地段在地震力的作用下出现的地震裂缝.

（3）地形地貌:滑坡体前缘受新构造运动作用,形成了利于失稳的有效临空面,且坡度陡.滑体剪出口高出江面较多,呈一泄到底之势,在地震及降雨的条件下,将导致滑坡失稳,若从前缘高位剪出,其危害不言而喻[4].

（4）大气降雨:滑坡体为碎石土,堆积体较为松散,因此,在集中降雨的条件下,滑体易饱水,产生一定的动水压力及静水压力,同时降低了滑动岩土体的抗剪强度参数c及φ值.这些均促使滑坡前缘变形,从而导致前缘坡体失稳.该地区降雨在年内分布不均,主要集中在5～8月,该时段为阿拉滑坡的主要变形期.

（5）人类活动:由于村民把滑坡体开垦成耕地,并引水浇灌,从而使地表水渗入滑体；另外,由于在滑坡体前缘修建民房,这在一定条件下,改变了滑坡体的地形及微地貌,为滑坡的失稳创造了条件.

3 堵江分析

3.1 滑距计算

滑坡堵江危害范围,不但包括滑坡本身的危害,而且包括大规模的滑坡下滑后,堵塞河流,进而引起一系列复杂的生态环境问题.堵江滑坡的滑动距离必然大于滑坡到河流的距离,因此滑距的计算就成了分析堵江的基础.

滑坡滑距的计算由于地质条件的复杂性,目前尚无很精确的方法.对此,前人提出了一些经验公式和方法,这些方法基本上可分为两类:一是基于质点运动学、质量运动学原理等来预测滑速、滑距；二是基于统计学原理来预测滑距[4-5].

（1）简单的经验公式

对于一般滑坡,可以参考实际发生滑坡的滑距.根据已经发生的滑坡资料得到,一般情况下,滑动的距离大约是其高差的2～2.5倍.因而以滑坡前后缘高程差为参数,提出滑距计算经验公式如下:

式中,L为滑动滑距（m）；H1为滑坡后缘高程（m）；H2为滑坡前缘高程（m）；k为参数,取值为2～2.5.

（2）沙伊德格尔公式

1973年奥地利学者Scheidegger A E在调查了世界上33个大型滑坡的运动特征后,提出了等价摩擦系数f的概念,并发现动摩擦系数与滑坡体积的关系,见式（2）,其研究的滑坡如图3所示.

式中,f为摩擦系数；V为滑坡体积（m3）；a,b为系数,a=0.15666,b=0.62419.

图3 滑坡滑距计算示意图

滑坡滑动前势能用于克服滑道上摩擦力所做的功,海姆推算出最大滑距Lmax为

则只要知道滑坡体积,即可估算出动摩擦系数,据此得出最大的滑动距离.

3.2 滑坡最大滑距及堵江高度计算

（1）滑距推算法[6]

根据滑距的计算,如果滑坡的滑距超过了对岸的河岸线,则河流就有可能被堵断,按照滑体大致可能整体运动的原则,则堵江高度可采用下式计算.

式中,H为堵江高度（m）；L1为滑坡前缘到江对岸的距离（m）；Lmax为计算滑距（m）；h1为滑体的平均厚度（m）:B为河流的宽度（m）；f为动摩擦系数.

根据前面的论述和相关公式,可以得到表1.

表1 阿拉滑坡最大滑距及堵江高度计算

从表1可以看到,由于阿拉滑坡距离金沙江的高差较大,其距离L1远远大于最大滑动距离Lmax,按最大滑距计算出来的堵江高度均为负值,所以阿拉滑坡发生滑动破坏时不会发生堵断金沙江的情况.

（2）经验公式法[3]（不考虑滑距,考虑完全堵江）

黄润秋、王士天等编著的《中国西南地壳浅表层动力学过程及其工程环境效应研究》中从32个统计资料中发现,天然堆石坝的体积Vd和坝高Hd存在如下的关系[7]:

相关系数r=0.8736.

则根据上面的经验公式,得到阿拉滑坡若滑动时的堵江高度为61m（北滑块）、28m（中滑块）、39m（南滑块）.

A.HAIM证实滑动路线的长度L或者上升到对岸岸坡高度H2,可以通过摩擦角φ用图解法确定,如图4所示.

图4 滑动岩块移动距离和上升到对面斜坡高度示意图

如果滑坡发生的河谷地形为 ABC,可以粗略地认为该滑坡堵江天然坝的最大高度近似为H2.H2的大小由河谷地形,落高 H1和摩擦角φ的大小决定,显然河谷越窄,滑坡形成的天然堆石坝越高.如果滑坡落高越大,则对应的形成的天然堆石坝可能越高.则滑坡的落高Hf与堆石坝高度Hd根据回归统计得到如下的关系:

相关系数:r=0.88；根据上节的块体划分,阿拉滑坡不同区段失稳可能造成的滑坡堵江高度预测见表2.

表2 不同滑块可能造成的堵江高度

值得提出来的是,前两种经验公式的计算只考虑单个因素,而且是统计回归的数据,而且这2种方法没有考虑滑坡的滑动距离,也就是这2种公式的计算,考虑整个滑坡完全滑入金沙江,在坡体上没有残留,这样的计算结果肯定是和现实情况不符合的,计算结果肯定是偏大的,但由于目前国内外尚没有成熟的计算方法,大部分的分析还停留在统计分析之上,所以经验公式的计算只是作为一种参考.

4 结 论

本文在地质勘察的基础上,分析了阿拉滑坡形成机制并对堵江可能性进行了计算分析,最终确定:一是阿拉滑坡目前整体变形位移趋缓,受余震和持续降雨或强降雨等因素影响,滑坡体局部发生滑动的可能性较大；二是即使发生滑坡也不会阻断金沙江；三是滑坡对金沙江对岸成昆铁路思庄火车站的影响也是有限的.

[1]柴贺军,刘汉超,张悼元.滑坡堵江的基本条件[J].地质灾害与环境保护,1996（7）:41-46.

[2]郭海东,庄郁辉.滑坡稳定性分析和综合防护[J].中国水运,2009,8（8）:188-189.

[3]胡卸文,黄润秋,施裕兵.唐家山滑坡堵江机制及堰塞坝溃坝模式分析[J].岩石力学与工程学报,2009,1（28）:182-189.

[4]柴贺军,刘汉超.岷江上游多级多期崩滑堵江事件初步研究[J].山地学报,2002,10:616-620.

[5]肖庆丰,孙连军,王火明.浅谈滑坡成因及防治措施[J].中国水运（学术版）,2005,9（6）:106-107.

[6]吴亚东,肖盛燮.三峡库区李家湾滑坡体稳定性分析及治理[J].中国水运,2009,10（9）:182-184.

[7]柴贺军,刘汉超,张倬元.中国堵江滑坡发育分布特征[J].山地学报,2002,2（18）:51-54.