三峡库区泥儿湾滑坡成因机制分析及稳定性评价

田正国，卢书强

(1.三峡库区地质灾害防治工作指挥部，湖北宜昌 443000;2.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌 443002)

三峡库区泥儿湾滑坡成因机制分析及稳定性评价

田正国1，卢书强2

(1.三峡库区地质灾害防治工作指挥部，湖北宜昌 443000;2.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌 443002)

泥儿湾滑坡受三峡水库蓄水影响，出现较大变形，危及人民生命财产安全。在分析滑坡基本特征的基础上，对滑坡成因机制与影响因素、变形特征进行了深入研究，采用传递系数法评价了滑坡稳定性。研究表明，泥儿湾滑坡饱水后处于蠕滑或失稳状态，需尽快进行治理。

三峡库区;滑坡;成因机制;稳定性评价

0 引言

泥儿湾滑坡位于三峡库区秭归县水田坝乡集镇的对岸，长江支流袁水河左岸，距入长江河口约8.6 km。该滑坡于2008年11月5日—9日期间出现了较大的变形，后缘滑坡体下沉台坎高达6 m，后缘面斜长约10 m，滑坡体下部公路变形隆起。滑坡体上树木、电线杆歪斜，滑坡前缘不断有岩土体塌入水库。

泥儿湾滑坡灾害险情不断加剧，若发生整体快速下滑，产生的涌浪，将对水田坝集镇沿河道路附近居民和袁水河上下游3 km范围内村民的生命财产安全造成巨大危害。为防灾减灾，本文在阐明滑坡体边界条件、物质组成及滑带土性状等基本特征的基础上，对滑坡成因机制与影响因素进行了分析，评价了滑坡整体稳定性，提出了相应的防治措施建议。

1 滑坡基本特征

1.1 滑坡地形地貌及空间形态

泥儿湾滑坡发育于圈椅状地形，高程150～310 m，总体坡度33°左右，局部地形陡峻。滑坡平面形态呈长舌状，分南北两个滑体(如图1、图2)。北侧1#滑体225 m高程以上顺层滑动，坡度45°左右，顺层段最大长度200 m，滑体厚度最大处约47 m;225m高程以下切层滑动至前缘高程153～150 m剪出口，坡度10°～15°。南侧2#滑体主要为堆积层沿土岩界面滑动，自310 m高程至河岸，坡度10°～20°。滑坡主滑方向为北偏西，与岩层倾向基本一致。滑坡前缘宽度325 m左右，后缘宽度100 m左右，前缘高程150 m，后缘高程310 m，面积约7 ×104m2，体积约180 ×104m3［1］。

图1 滑坡平面示意图Fig.1 Schematic plan of the landslide

1.2 滑坡物质组成特征

滑体：组成物质分为3部分，1#滑体(主滑区)225 m高程以下切层滑动段，滑体物质主要为褐红色粘土岩夹薄—中厚层灰色钙质砂岩、灰褐色细砂岩;1#滑体(主滑区)225 m高程以上顺层滑动段部分切过多层细砂岩、钙质砂岩夹粘土岩，钻孔揭露滑带以上仍存在不连续的较完整岩体;2#滑体及1#滑体上部为第四系残坡积物，结构松散。

图2 泥儿湾滑坡工程地质剖面图Fig.2 Longitudinal geological section of Nierwan landslide

滑带：225 m高程以上顺层滑动段，滑带为褐红色粘土岩碎石土，厚约1 m;225 m高程以下切层滑动段，滑带为细砂岩、钙质砂岩、粘土岩碎石土。

滑床：1#滑体(主滑区)225 m高程以上滑床为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩夹粘土岩，225 m高程以下滑床为粘土岩夹砂岩;2#滑体滑床为粘土岩夹砂岩风化层。岩层产状290°～300°∠40°～45°。

1.3 水文地质条件

袁水河为滑坡区最低侵蚀基准面，滑坡前缘河床底部高程150～152 m，为常年流水。滑坡岸坡为西倾单面山，地表水径流较快，大气降雨主要形成地表径流汇入袁水河。地下水类型主要有滑坡堆积层孔隙水和砂岩裂隙水两类，含水层弱富水，具有山区季节性降雨补给、排泄快的特点，粘土岩为相对隔水层。

2 滑坡成因机制分析

2.1 滑坡形成因素分析

(1)地层岩性及构造作用 滑坡区出露侏罗系上统蓬莱镇组中上部的长石石英砂岩、钙质砂岩与粘土质粉砂岩、粘土岩，呈不等厚互层状，其中，粘土质粉砂岩、粘土岩抗风化能力较弱，遇水易软化，易产生顺层剪切破坏;长石石英砂岩、钙质砂岩硬质岩体将构成对产生滑坡起控制作用的底部边界。

滑坡区处于秭归向斜的NE翼，属单斜地质构造，地层走向 NNE、倾向 285°～300°、倾角 40°～50°，顺坡向，形成顺向坡体结构的斜坡。主要发育NWW、NNW两组长大共轭裂隙，夹角近90°：①NWW组，倾向215°左右，倾角70°;②NNW组，倾向95°左右，倾角75°。滑坡北侧边界正是这两组裂隙相互交错形成的切割面。

(2)地形地貌 滑坡区位于走向近南北山体的西面，地势东高西低，总体坡度33°左右，坡向约280°，属顺向坡。再加上河谷下切形成滑坡前缘较陡地形，使滑坡具备了滑移剪出的条件。据统计，在粘土质粉砂岩、粘土岩地层中，当斜坡 ＞24°时，就容易发生滑坡［2］。所以地形地貌是该滑坡形成的重要因素。

(3)气象水文 区内雨量丰沛，多年平均降雨量915～1 086.1 mm，降雨日数历年平均134天;雨季(5—9月)降雨量占年平均降雨量的69% ～77%;最大日降雨量162.9 mm(1982年7月20日)。泥儿湾滑坡变形滑动前的一段时期内，区内降雨量较小，平均日降雨量只有约2.0 mm，在滑坡滑动前几天以及滑动期间，区内连续几天有较大降雨，最大日降雨量达24.4 mm(11月6日)。降雨除对滑坡表面土体造成冲刷外，雨水通过孔隙、裂隙渗入潜在滑面，将导致滑面软化，力学性质降低，并且由下部基岩形成的相对隔水层导致水体滞留，形成高动水压力致使滑坡体变形加剧。

(4)人类工程活动及库水位的影响 1#滑体(主滑区)前部由于修建公路，以及村民在滑体中、后部开垦农田，对滑坡体进行开挖，形成高陡边坡，严重破坏了原有地质环境的平衡，导致坡体变形加剧，且局部产生垮塌破坏。

三峡水库库水位的抬升对该滑坡的发生起着非常重要的作用。滑坡发生前，三峡水库自2008年9月28日由145 m开始蓄水，到2008年11月5日达到172.4 m，之后水位抬升变缓，到11月8日达到172.8 m。泥儿湾滑坡出现变形的时间正好是11月5日，变形发生时间与库水位达到高水位的时间一致。

2.2 滑坡变形特征

泥儿湾滑坡于2008年11月5日开始出现变形，11月8日变形加剧——前缘局部崩塌，北侧边界裂缝贯通，后缘土体大幅下沉;11月9日，主滑区周边裂缝全部贯通，前缘不断有土石塌落入库;此后20 d，滑坡持续位移变形，周缘裂缝增宽，下沉增大，地表裂缝增多。滑坡内主要变形迹象如下：

(1)北侧后缘滑移，滑移面呈弱风化，可见明显的擦痕，滑移落差约15 m，并可见多层互层砂岩、粘土岩。

(2)滑坡前缘公路(秭归—水田坝)水泥路面严重破损，形成反翘。横向、纵向裂缝增多，横向最长裂缝75 m，平均缝宽3 cm，最大处可达15 cm，并可见最大垂直位移5 cm;纵向裂缝全部将宽4 m的路面拉断，裂缝贯穿路面并延伸至两侧。

滑坡发生后，于2008年11月12日开始实施滑坡位移监测［3］，截止2009年9月12日，监测点最大累积水平位移达到1 332.0 mm(如图3)，最大累积垂直位移达到 1 011.1 mm。

图3 滑坡地表监测水平位移—时间曲线Fig.3 Horizontal displacement-time curves of landslide surface

根据监测曲线，泥儿湾滑坡自11月5日出现变形滑动后，虽然累积位移在不断增大，但其位移速率却在不断减小(如图4)。特别是在11月13日—29日期间，滑坡位移速率从95.2 mm/d下降到5.0 mm/d。因此，滑坡总体上为减速蠕动变形。此外，滑坡变形总体表现为滑坡前缘位移和变形强度较中后部小、弱，后缘变形最为强烈，显示该滑坡具有推移式滑坡特征［4］。

图4 滑坡地表监测水平位移速率—时间曲线Fig.4 Horizontal displacement speed-time curves in landslide surface monitoring

2.3 滑坡破坏机制分析

泥儿湾滑坡属于老滑坡，历史上曾发生崩塌。从滑坡地质特征以及变形破坏的迹象分析，滑坡地段岩层倾向与斜坡一致，为顺向坡。而岩层为砂岩、粘土岩互层，粘土岩为易滑地层，砂岩构成了对产生滑坡起着重要控制作用的底部边界。在自重应力作用下，坡体沿软弱的粘土岩岩层产生剪切变形破坏，向下发生蠕滑变形，坡体后缘产生拉裂缝。降雨(尤其是暴雨)时地表水下渗，使得坡体下部土体软化，加速坡体向下蠕滑变形。更为重要的是，三峡水库蓄水淹没滑坡体前缘约22.8 m，库水沿着滑体连通性较好的裂隙饱和滑体，同时使得滑带岩土进一步软化，从而导致滑坡体前缘抗滑段岩土体悬浮减重，切层阻滑段滑带碎石土力学强度降低。在上部滑体的重力作用下引起滑坡体发生推移式失稳破坏，这属于典型的滑移—拉裂型滑坡。

3 滑坡稳定性分析

3.1 滑坡稳定性计算

北侧1#滑坡计算为Ⅰ-Ⅰ'剖面，南侧2#滑坡计算为Ⅱ-Ⅱ'剖面。1#、2#滑坡的滑动面近似折线型，采用《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)［5］中所推荐的剩余推力法进行计算。

泥儿湾滑坡属涉水滑坡，根据《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》❶三峡库区地质灾害防治工作指挥部，三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘查技术要求，2004。中的规定，该滑坡稳定计算工况及采用的安全系数如下：

工况1 自重+地表荷载+现状地下水位，1.20;

工况2 自重+地表荷载+175 m静水位+20年一遇暴雨，1.20;

工况3 自重+地表荷载+水位从175 m降至145 m，1.15;

工况4 自重+地表荷载+水位从175 m降至145 m+20 年一遇暴雨，1.15。

计算中所采用的物理力学参数根据泥儿湾滑坡勘查的室内试验结果、相同地区类似滑坡的工程地质类比以及参数反演法综合确定，其具体选取值和计算结果见表1。

表1 泥儿湾滑坡稳定性系数计算成果表Table 1 Calculation result of stability coefficient of the Nierwan landslide

3.2 滑坡稳定性评价及预测

根据《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘查技术要求》中的滑坡稳定性分级指标，可得出：

(1)1#滑坡在工况1条件下，稳定性系数为1.015，处于欠稳定状态;在其它3种工况下，稳定性系数均＜1，处于不稳状态。

(2)2#滑体在工况1条件下稳定性系数为1.114，处于基本稳定状态，但安全裕度不高。在库区并耦合暴雨状况下，稳定系数均＜1，处于不稳定状态。

现场调查结果也表明，泥儿湾坡体已发生变形破坏，滑体整体稳定性差。三峡水库未蓄水前，滑坡在天然状态下基本处于临界稳定状态。水库蓄水后，滑坡下部岩土体阻滑作用大大降低，加上库水位抬升与下降的反复作用，滑坡将处于整体不稳定状态。当三峡水库水位在175～145 m之间变动，或达到最高水位175 m时，滑坡体前缘处于半淹没状态或干湿交替状态，将改变滑体和滑带土的物理力学性质，并产生动水压力，大大降低滑坡的稳定性，滑坡体有进一步整体滑移失稳的可能，必须采取防护治理措施。

4 结论

(1)泥儿湾滑坡已经发生变形滑动，稳定性较差，目前处于暂时稳定状态。但在三峡水库运行、人类工程活动及暴雨等不利于滑坡稳定的条件下，该滑坡有可能整体快速失稳。

(2)滑坡在三峡水库运行中稳定性受到严重影响，一旦失稳将危害滑坡对岸人民生命财产安全，因此，必须采取相应的工程防治措施加以治理和防护。

［1］武汉长意岩土工程有限公司.三峡库区湖北省秭归县水田坝乡北泥儿湾滑坡应急抢险工程地质勘察报告［R］.武汉：武汉长意岩土工程有限公司，2009.

［2］徐华，李天斌，肖学沛.三峡库区安渡滑坡成因机制分析与稳定性预测［J］.水文地质工程地质，2005，32(4)：28 －31.

［3］三峡大学地质灾害防治研究院.三峡库区秭归县泥儿湾滑坡变形监测专业简报［R］.宜昌：三峡大学，2008.

［4］易武，孟召平，易庆林.三峡库区滑坡预测理论与方法［M］.北京：科学出版社，2011.

［5］GB50021—2001，岩土工程勘察规范［S］.

Analysis on Formation Mechanism and Stability Evaluation of Nierwan Landslide in the Three Gorges Reservoir Area

TIAN Zhengguo1，LU Shuqiang2
(1.Command Post of the Geological Hazard Prevention in The Three Gorges Reservoir Area，Yichang，Hubei443000;2.Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area，Ministry of Education，China Three Gorges University，Yichang，Hubei443002

Suffering the influence of the Three Gorges Reservoir impounding，Nierwan landslide already has produced very big transmutation，threatening the security of people's life and property.This paper introduces the characteristics of geology，structure and deformation of the landslide.On the basis of the study mentioned above，the formation mechanism and influencing factors of the landslide are deeply analyzed.Finally this paper adopts transfer coefficient method to calculate and evaluate the stability.According to study，the landslide is in the status of creeping or failure.So Nierwan Landslide needs to be controlled recently.

Three Gorges Reservoir Area;landslide;formation mechanism;stability analysis

P642.22

B

1671－1211(2012)03－0236－04

2011－08－16;改回日期：2011－09－02

田正国 (1956－)，男，高级工程师，水文地质与工程地质专业，从事地质灾害防治工作。E－mail：tzg1658@163.com

潘 潇)