基于新构造应力场的巫山境内滑坡宏观发育规律研究

王 贺，陈洪凯

(重庆交通大学 岩土工程研究所，重庆 400074)

1 引言

重庆市巫山县地处四川盆地褶皱山区的东缘，位于重庆市东部，地处长江三峡腹地，扼长江“黄金水道”，有“渝东大门”之称。自然地质条件极为复杂，地质灾害发育，直接威胁着陡崖前方居民生命财产、道路交通及市政设施等安全。随着三峡水库区高速公路建设大发展，“就地后靠”移民安置的全面实施，频繁的人类工程活动，对原有地质环境产生扰动，使得地质灾害的数量、频率、规模及危害性在进一步增大，对三峡库区人民生命财产安全的影响在进一步加剧。

滑坡(Landslide)是坡地岩土体不稳定性超过极限值时发生的坡地耗散现象和耗散过程，是坡地物质和能量重新分配的地貌过程【1】。滑坡灾害是山地主要灾害之一，具有分布广、频率高、成灾迅速等特点【2】，随着社会的发展，人类活动日益加剧，对环境的破坏日益增强，造成局部地理环境的高熵化，滑坡灾害对人类的威胁也越来越严重，特别是在山区，滑坡的威胁强烈制约着这个区域经济发展和人类活动，给人类的发展带来了严重的不便。但是由于滑坡灾害成灾系统的复杂性，预测滑坡灾害一直是一个巨大的难题【3】。鉴于此，本文对重庆巫山境内的滑坡进行研究，统计了巫山境内部分滑坡的优势滑动方向，再结合巫山境内水系玫瑰图，对巫山境内滑坡的宏观发育规律进行研究。

2 地貌应力场

2.1 地貌应力场的确定

构造应力场是地球动力学研究中一项主要内容，在构造地貌学中的研究具有很重要的意义。目前研究地貌应力场(亦称构造应力场)的方法很多，大致可以分为定性研究法，定量研究法和室内实验法。肖芳锋等【4】通过地质构造演化对准噶尔盆地及周缘二叠纪以来的构造应力场进行了解析，范俊喜等【5】通过震源机制解得到的鄂尔多斯周边构造应力场，田宜平等【6】使用三维构造应力场有限元计算方法对东营凹陷地区进行了三维应力场研究，孙小龙等【7】应用水位资料反演了华北地区构造应力场变化，崔军文等【8】通过区域构造背景对塔里木盆地构造格架和构造应力场分析。

在对区域地貌应力场的研究方面，目前采用比较多的方法是定性研究方法，这种方法是以地貌学方法和地质学方法进行综合探究的方法。在地质历史时期，新构造应力场对地球表面的作用是广泛而持久的，它必然通过地球上的多种自然现象反映出来，因此，以地貌形态入手来研究新构造应力场，是一种重要的研究方法。人们可以通过观察，收集不同的资料，从多个角度来揭示构造应力场。水系格局就是其中之一，区域水系与断裂构造分布是以水平应力为主的区域新构造应力场简洁而客观的地貌学方法，可以客观的确定区域新构造应力场。水系格局跟其它地貌过程一样，同时受到内外地质营力的作用，外部营力使得水系运动方向分布具有随机性，而内部营力却给予了水系运动方向分布的系统性，从而显示出分布上具有一定的优势性，这种系统性正是区域构造应力场作用的结果，这一理论称为A.E.Scheidegger 的对抗性原理(The Principle of antagonism)。经过一定的数学处理，过滤掉它的随机性，从中获取系统性，即可揭示出区域地貌应力场的基本特征。Scheidgger 曾经从全球的角度，讨论了诸如水系、峡谷等传统认为是外营力塑造的地貌形态，与全球的节理一样都受控于区域新构造应力场【9】。

为了确定巫山县区域的地貌应力场，根据巫山县区域1∶ 260 000 水系图，首先将巫山县水系图上河流的自由端点或干支流的交汇处作为结点，然后用线段将这些结点连接起来，将水系折线化，弯曲的河道就变成了折线(图1)。

图1 巫山县水系分布折线图Fig.1 The fold lines of water system distribution of Wu-shan

将各折线段自北顺时针在0°－180°范围内计量，把该线段的长度定义为相应河段的权重。这样，每条线段可用两个参数(方位角θ 和长度L)来表示，全部河段就形成了包含两个变量(θ，L)的序对结合【10】【11】【12】，将巫山县区域内的水系图折线化，巫山县水系共构成414 条折线。按10°一个间隔，将(θ，L)两个参数做出巫山县水系分布方向玫瑰图(图2)。

图2 巫山县水系玫瑰图Fig.2 water system rose diagram of Wu-shan

2.2 主地应力场

由巫山县区域水系玫瑰图可以看出，虽然分布的离散程度不相同，但是都呈现出一定的优势分布方向，即水系的分布不完全是随机的。用A.scheidegger 法求出的两个优势方向为:MaxⅠ18°，MaxⅡ88°，锐角为53°，钝角为143°。

如果将河谷优势方向视为地貌应力场作用下发育的一组剪切面，那么，根据莫尔定律及地质力学，这一组共轭剪切面锐角的平分线对应着主压应力【11】，钝角的角平分线对应着主张应力。由此可见，巫山县地区区域地貌应力场主压应力方向为53°。

3 新构造应力场对滑坡灾害的影响

由力学原理可知，剪切带是最破碎的，更为严重的是，境内主要深大断裂和断层均沿着剪切带的方向发育，形成滑坡周界，为滑坡的发生提供了有利的条件，加上与主地应力方向垂直或近于垂直的临空面，使其具备形成滑坡的条件，而随着剪切带的进一步发育，滑坡的稳定性越来越差，最后形成滑坡。而与主地应力方向垂直或近于垂直的临空面趋于不稳定，使得崩塌和撒落等地质灾害过程易于发生。由于区域主应力场方向为53°，则沿着53°左右方向展布的山体很容易形成滑坡周界，而与之垂直的143°方向展布的山体如果临空，就很容易发生滑坡灾害。与主地应力方向(53°)垂直的方向(143°)或近于垂直方向展布的山体，则因边坡临空不稳而导致危岩崩塌等灾害。

为了探讨重庆市巫山县滑坡发育与新构造应力场的关系，作者对巫山县滑坡资料进行收集分析，通过对巫山境内十二个具有代表性的滑坡资料的研究，发现区域内滑坡的宏观发育不是随机的，滑坡发育的优势方向与新构造应力场的关系很密切。

表1 巫山县境内滑坡主滑方向与本文结果对照表Table 1 Parameters of seepage property for sandstone

由于每个滑坡的主滑方向不是很精确，它们之间存在着一个区间，在这里灾害主要方向为53°和143°，以正负误差10°为分界线，也就是滑动方向在区间［43°，63°］和区间［133°，153°］的灾害都可以认为是符合要求的。通过对以上滑坡体的主滑方向分析可以看出:猴子包滑坡、暮雨路滑坡、净坛支路变形体、冯家坝滑坡、塔坪滑坡、两道沟滑坡的两个滑坡体、巫山中学滑坡、塔坪果园场滑坡的主滑方向，都在这个区间范围内，符合本文讨论的以水系玫瑰图求出的新构造应力场的主压应力场方向和主张应力场方向，其中以沿着主张应力场方向发生滑坡灾害最多，这也证实了沿着主张应力场方向的山体容易发生地质灾害。可见本文确定的主地应力场方向是合理的，本文的研究方法是可行的。以此方向与水系玫瑰图构造的优势方向对比，证明这些该区滑坡灾害的发生总体上主要受控于区域地应力场。

4 结论

综上所述，可以得到以下几点结论:

(1)巫山县区域主应力场方向为53°，两组剪切带为18°和88°，剪切带物质破碎，河流沿此两个方向分布。

(2)巫山县滑坡灾害主要沿53°和143°两个方向展布，与主地应力场的剪切带方向趋近。

(3)滑坡灾害主要受控于区域主地应力场。

(4)巫山县滑坡滑动主方向不是随机的，新构造应力场对其宏观特征影响很大。

(5)确定了巫山县新构造应力场，宏观上对巫山县区域内滑坡的研究及布防支挡结构、以及斜坡稳定性分析和预测等具有指导作用。

(6)位于新构造应力场的主压应力方向和主张应力方向上的岩体稳定性较差，灾害多发，研究成果对于巫山县水土流失、地灾评价以及人口密集区的选址有很重要的指导意义。

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