四川省峨眉山市王山—抓口寺滑坡成因机理研究*

魏云杰　褚宏亮　庄茂国　王灿峰　柏永岩

(①中国地质环境监测院(国土资源部地质灾害应急技术指导中心)　北京　100081)(②四川省地质环境监测总站　成都　610071)



四川省峨眉山市王山
—抓口寺滑坡成因机理研究*

魏云杰①褚宏亮①庄茂国①王灿峰①柏永岩②

(①中国地质环境监测院(国土资源部地质灾害应急技术指导中心)北京100081)(②四川省地质环境监测总站成都610071)

2015年6月14日，受连续强降雨影响，峨眉山市九里镇兴阳村王山—抓口寺不稳定斜坡发生滑动，威胁27户52人的安全，由于当地政府提前组织人员紧急撤离，滑坡未造成人员伤亡，直接经济损失约为500万元，间接经济损失3000余万元。通过现场调查和模拟计算，结果表明：(1)滑坡稳定性受凝灰岩夹层控制，受早期采矿开挖和 “5·12” 汶川地震影响，岩体结构破碎，其稳定性处于临界状态，属于滑移-拉裂型； (2)降雨是导致滑坡形成的直接因素，降雨入渗后并转化为地下水，沿凝灰岩夹层上层面流动，滑坡稳定性系数逐渐降低，在重力作用下发生失稳破坏； (3)通过现场调查和分析，总结了滑坡应急避险成功经验及措施。

玄武岩滑坡岩体结构成因机理应急避险

0　引　言

2015年6月14日，受连续强降雨影响，峨眉山市九里镇兴阳村王山—抓口寺滑坡发生滑动，威胁27户52人的安全。由于当地政府提前组织人员紧急撤离，滑坡未造成人员伤亡，直接经济损失约为500万元，间接经济损失3000余万元。

王山—抓口寺滑坡为岩质滑坡，岩性为西南地区广泛分布的峨眉山玄武岩。相关研究表明我国西南峨眉山玄武岩主要由扬子地台范围内二叠纪玄武岩构成，其分布面积约30×105km2，峨眉山玄武岩是形成于岩浆喷溢、火山爆发重复轮替地质演化过程，从地质结构特征角度而言可以分成多个岩性层，通常每一个岩性层下部以熔岩为主，而上部以单层厚0.4～0.6m凝灰岩物质为主(张云湘等， 1988)。由于凝灰岩中有大量伊利石、蒙脱石，这些矿物易于吸水或失水使凝灰岩夹层泥化，从而使其强度急剧降低(魏云杰等， 2012)。因此，玄武岩地区分布的斜坡，容易沿凝灰岩夹层发生时效变形(孙书勤等， 2015)，能量不停的积聚，从而在降雨作用下发生滑动，具有滞后性、速度快等特点，避险难度大。国内外许多学者对峨眉山玄武岩的生成机理、岩体结构特性及变形模式等方面进行了大量研究(Snow， 1968； Carlsson et al.，1978； Gale， 1982； 殷跃平， 2003； 魏云杰等， 2008； 徐则民等， 2013； 殷跃平等， 2013)。本文以王山—抓口寺滑坡为实例，在现场调查的基础上，从应急避险方法的角度，对滑坡体结构特征、成因机理进行深入分析，总结此类滑坡的应急避险经验，为我国西南玄武岩地区滑坡的科学减灾和应急避险提供科学经验和理论依据。

1　滑坡区工程地质环境条件

1.1地理位置

王山—抓口寺滑坡行政区划隶属峨眉山市九里镇兴阳村4组，滑坡中心点地理坐标为：东经103°28′39″～103°28′58″，北纬29°28′20″～29°28′46″，位于九沙河南岸，滑坡右侧有一条至佛光矿山的公路，可到达滑坡后缘附近，中部有便道通干岩子矿山，左侧有便道通漂石岩矿山。滑坡距离九里镇约8.0km，峨眉山市10km。

图1　滑坡位置图Fig. 1　Location of the landslide1. 乡镇所在地； 2. 村所在地； 3. 滑坡区域； 4. 水系； 5. 公路； 6. 成昆铁路

1.2工程地质环境条件

王山—抓口寺滑坡区位于扬子准地台(Ⅰ级)西部边缘的峨边穹断束4级构造单元东北侧，属上扬子台褶带(Ⅱ级)的峨眉山断拱(Ⅲ级)与四川台拗(Ⅱ级)的川西台陷(Ⅲ级)2个3级构造单元的交接部位。滑坡研究区内广泛发育层间错动带、层内错动带、构造裂隙等，其中，层间错动带主要是由亲水性的凝灰岩经构造破碎、软化泥化作用而形成的软弱结构面错动滑移所致(魏云杰等， 2008)。

滑坡区域地处四川盆地北部亚热带季风气候区，年均降水量1489.3mm，雨量多集中于5～9月，占全年降雨量的78.5%，常以大雨或暴雨的形式集中降。2015年5月份、6月份上半月多日连续降雨(图2)。出露地层岩性主要为二叠系上统沙湾组页岩、夹砂质页岩、炭质页岩、含铜砂页岩、峨眉山玄武岩组(P2β)、下统灰色中-厚层状灰岩(P1)。

图2　滑坡区降雨量统计(2015年5月1日～2015年6月14日)Fig. 2　Rainfall distribution statistics during May 1， 2015 to June 14， 2015

滑坡区内水文地质条件较为简单，主要由赋存于第四系松散堆积层之中的孔隙水以及赋存于二叠系上统峨眉山玄武岩组裂隙中基岩裂隙水组成。玄武岩垂向裂隙发育，节理裂隙连通性好，在陡崖和斜坡山脊地带，上覆土层较薄，部分段基岩直接出露，大气降水和地表水通过垂向裂隙直接入渗，沿凝灰岩夹层上界面流动，部分以泉的形式或在低洼地段溢出，汇入滑坡前缘的九沙河。

2　滑坡基本特征

2.1滑坡形态特征

王山—抓口寺滑坡平面上呈箕形 (图3、图4)，滑坡坡度约26°，主滑方向334°。滑坡左侧边界以冲沟为界，边界走向约310°，在中下部因受山梁阻挡，部分滑体超覆在冲沟左岸斜坡上，使边界稍微转向为正北。右侧边界位于矿山传送带西侧40～80m处，边界走向大致343°，右侧下部边界稍偏为310°，右侧上部边界形成高10.0～15.0m的陡坎。前缘为滑坡高速下滑至九沙河南侧山体遇阻时形成的反翘鼓丘，至原河底高约50.0m。滑坡周界明显，后缘高程约815.0m，前缘抵于九沙河高程在540m以上，整个滑坡高差在270m以上。滑坡上下窄中部宽，中部最宽达445m，前缘最窄为245m，滑体最大纵长约710m，面积约30×104m2，滑体厚度20～40m，平均厚度30m以上，总方量约600×104m3，滑距约40m。

2.2滑坡地质结构特征

根据岩性及结构特点，滑坡物质组成自上而下可分为3层 (图5)：

紫红、灰褐色，主要由粉质黏土、碎砾石和大块石组成，较松散，透水性较好，厚度1～2m，分布于滑体上部。

2.2.2峨眉山玄武岩(P2β)

滑坡研究区域峨眉山玄武岩地质构造形成演化历史是以火山爆发、岩浆喷溢重复轮替为背景，基于现场地质调查发现该地质演化过程共形成了多达11层之多的岩层。通常每一个岩性层下部以熔岩为主，上部以凝灰岩物质为主，而熔岩与凝灰岩之间过渡区域主要以角砾熔岩物质构成。滑坡所处部位为P2β11，厚度15～30m，青灰、灰黑色等，杏仁状、致密块状构造，发育有两组节理裂隙： ①组结构面，产状40°∠70°， ②组结构面，产状315°∠70°，近似垂直，且张开度较好，裂隙面光滑，延伸度好，裂面上均充填少量泥质及钙质。

2.2.3凝灰岩夹层

滑坡体底部为玻屑凝灰岩，厚度0.1～0.3m，凝灰岩夹层的矿物成分研究表明其通常具有相对含量较多的亲水性基性火山玻璃，由于亲水性基性火山玻璃遇水发生一系列复杂的物理化学反应，易形成黏土化的软弱夹层(蒙脱石含量相对较多)，从而致使其强度大大降低。

图3　滑坡工程地质平面图Fig. 3　Scheme of engineering geology of landslide

图4　王山—抓口寺滑坡体全貌Fig. 4　Bird′s-eye view of the Wang shan-Zhuakousi landslide

图5　滑坡工程地质Ⅱ-Ⅱ′剖面图(剖面方向334°)Fig. 5　Engineering geology profile Ⅱ-Ⅱ′

2.3滑坡体变形破坏特征

王山—抓口寺滑坡分两次滑动。第1次是2011年5月15日，王山—抓口寺一带斜坡出现地表拉裂缝。7月25～28日，出现连续强降雨(7月25日和26日附近的沙溪乡站点雨量分别为65.3mm和58.9mm)，引发王山—抓口寺滑坡变形加剧。7月31日上午斜坡体局部滑塌，村民房屋开裂，九沙公路路面开裂。8月初，滑坡再次出现明显变形，后缘拉裂缝贯通，滑坡后壁高度约15～35m。第2次滑动是2015年6月14日在降雨作用下(九里镇6月11～13日雨量47.6mm)，滑坡后缘、左右侧边界均变形明显，滑坡体滑动后出现了滑坡壁、滑坡台阶、左右侧拉裂坎、前缘逆冲反翘等现象，滑体内树木歪斜，出现“醉汉林”。滑坡后壁未发生明显变形，但后缘平台加宽，靠西侧陡坎之下的滑坡壁形成较陡的基岩光面，其产状为326°∠27°，光面上部为峨眉山玄武岩，下部为凝灰岩，部分已泥化，有清晰擦痕，方向为330°。滑坡右侧边界出现拉裂坎，坎高约10～15m，右侧边界变形加剧。在距右侧边界附近，滑坡体上出现3条裂缝，长度约5～7m，宽度约3～8cm，深度大于1.0m，裂缝走向320°～330°，临空面高度约10～15m，坡向270°； 距右侧边界30m处小路上出现一条剪切裂缝，走向22°，宽度约10～20cm，长度约35m，深度约3m。滑坡后缘发育两组裂隙，呈近60°斜交，呈羽状。本次滑动使滑体前缘冲过九沙河，将九沙河阻塞，阻塞河床长度约150m，比原河床高约50m，在高速冲过九沙河后被对侧陡崖阻挡，形成逆冲反翘，反翘区坡度较缓。

3　滑坡变形失稳机理

3.1滑坡变形演化机制

基于上述地质调查及滑坡地质结构特征研究，现以地质力学、地貌学为理论基础，建立王山—抓口寺滑坡地质结构概念模型，对结构面形成演化机制开展系统分析，由此提出了滑坡体的形成演化机制 (图6)：

图6　滑坡体变形演化过程示意图Fig. 6　Evolution process of the landslidea. 垂向裂隙形成阶段； b. 局部蠕滑变形； c. 强烈变形阶段； d.局部滑动阶段； e. 型体滑动阶段

(1)垂向裂隙形成阶段：随着地壳抬升，河谷下切，斜坡应力释放，坡体向临空方向卸荷回弹，形成近平行坡面的卸荷裂隙，并发生时效变形(图6a)。

(2)局部蠕滑变形：由于滑坡体中部人工开采矿石，滑坡体上部前缘临空，支撑力减小，坡体局部发生时效变形，裂隙增多(图6b)。

(3)强烈变形阶段：在 “5·12” 地震动力作用下，垂向裂隙进一步延伸贯通，坡体碎裂化发生蠕滑，坡体后缘拉裂(图6c)。

(4)局部滑动阶段： 2011年8月25日～28日连续降雨，雨水沿裂隙入渗，由于凝灰岩隔水，地下水沿凝灰岩上层面流动，凝灰岩泥化，强度迅速降低，斜坡上部局部岩土体沿凝灰岩软弱夹层滑动，滑面局部出露地表(图6d)。

(5)整体滑动阶段：由于多日降雨，雨水沿后缘裂缝入渗汇聚，后缘孔隙水压力增加，沿凝灰岩夹层向下流动，软弱夹层力学参数急剧降低，发生整体滑动，堵塞河道(图6e)。

上述分析表明，早期采矿开挖和 “5·12” 汶川地震影响，滑坡体岩体结构破碎，入渗系数增加，降水入渗后，后缘裂缝处孔隙水压力增加，沿凝灰岩夹层上层面流动 (图7)，凝灰岩夹层强度参数急剧降低，在重力作用下坡体沿着凝灰岩软弱夹层剪切蠕滑，随着坡体变形的加剧，下部坡体产生变形破裂。在底滑面上，由于上部坡体的挤推作用，下部受阻，能力积聚，开始产生层间扩容，更利于地下水汇集，随着时间的延长，扩容区开始累进性向坡体下部延伸，这一扩容区累进性贯穿滑面，产生“水垫效应”，坡体大规模高速滑出，堵塞河道。因此，该滑坡破坏形式表现为沿中缓倾角结构面的滑移和伴随的沿陡倾角结构面的拉裂，是典型的滑移-拉裂型。

图7　滑坡体中部沿滑面涌水现象Fig. 7　Water phenomenon along the sliding surface in the central part of landslide

3.2降雨对滑坡稳定性的影响

运用Geoslope软件，模型共划分5个区域，分别为玄武岩基岩、凝灰岩滑带、受扰动玄武岩滑体、滑坡堆积体、覆盖层以及页岩。假设坡体表面为自由渗流面，底边界与左右两边界均为不排水边界(图8)。

图8　滑坡渗流计算模型Fig. 8　Landslide model of seepage calculation

为了研究降雨作用对滑坡稳定性的影响，根据饱和-非饱和渗流数值模拟，得到滑坡中暂态孔隙水压力，运用SLOPE/W计算滑坡稳定性，采用Mohgenstem-Prince法对滑坡稳定性进行评价，滑坡体物理力学参数(表1)。根据滑坡区域降雨数据(2015年5月1日～6月14日)历时45d，不同降雨天数与滑坡稳定性系数关系曲线(图9)。

表1　滑坡体物理力学参数取值Table1　Mechanical parameters of landslide rock

材料重度γ/kN·m-3内聚力c/kPa内摩擦角φ/(°)天然饱和天然饱和天然饱和滑体19.220.341323627滑带20.121.253.438.52721

图9　降雨历时天数与滑坡稳定性系数关系曲线(2005.5.1～2016.6.14)Fig. 9　Relationship curves of safety factor and rainfall time

由图9可见，在持续降雨影响下，滑坡稳定性系数从1.044降低至0.998。在5月2～3日未发生降雨，地下水位线回落，稳定性系数略有上升； 在经历6月11日～13日持续3d降雨，随着雨水下渗，地下水沿滑面流动，稳定性系数下降至0.998， 2015年6月14日滑坡失稳，发生失稳破坏。

4　应急避险措施

通过上述现场调查和成因机理分析，以王山—抓口寺滑坡为例，总结滑坡灾害避险成功经验如下：

(1)开展地质灾害调查排查。发现滑坡隐患点后，划定危险区域，确定受威胁群众的数量和范围。

(2)群专结合，精准监测。峨眉山市国土资源局根据强降雨天气预报，及时发出地质灾害预警信息，要求一线防灾责任人和专职监测人员加强监测。

(3)定期演练，有序撤离。峨眉山市国土资源局定期举行培训演练，安排技术人员到现场指导群众疏散和应急避险。通知乡政府迅速启动应急预案，并组织基层干部逐户通知受威胁群众紧急撤离。

(4)搬迁避让，消除隐患。接到预警信息后，撤离了灾害周边的27户52人，预警信息及时传递，政府果断决策，群众及时撤离，“三避让”措施落实到位，实现了地质灾害成功避险。

5　结　论

(1)滑坡稳定性受凝灰岩夹层控制，受早期采矿开挖和“5·12”汶川地震影响，岩体结构破碎，后缘拉裂，属于滑移-拉裂型，其稳定性处于临界状态。

(2)降雨是导致滑坡形成的直接诱发因素，滑坡发生滑动的时间与降雨历时存在着一定的延迟效应，主要是由于降雨入渗过程，并转化为地下水，沿滑面上部流动； 随着雨水入渗，后缘裂缝处孔隙水压力增加，沿凝灰岩夹层上层面流动，滑坡稳定性系数逐渐降低，最终整体失稳破坏。

(3)通过现场调查和分析，总结滑坡应急避险成功经验：一是开展地质灾害调查排查； 二是群专结合、精准监测； 三是定期演练，有序撤离； 四是搬迁避让，消除隐患，从而可为类似滑坡应急避险提供参考。

致谢在现场调查和资料收集过程中，得到四川省地质环境监测总站、四川省峨眉山市国土资源局的大力支持，在此表示感谢。

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FORMATION MECHANISM OF WANGSHAN-ZHUAKOUSHI LANDSLIDE IN EMEI CITY， SICHUAN PROVINCE

WEI Yunjie①CHU Hongliang①ZHUANG Maoguo①WANG Canfeng①BAI Yongyan②

(①ChinaInstituteofGeologicalEnvironmentMonitoring(theMinistryofLandandResourcesofGeologicalDisastersEmergencyTechnicalGuidanceCenterChina)，Beijing100081)(②SichuanGeologicalEnvironmentalMonitoringStation，Chengdu610071)

On June 14， 2015， an unstable slope in Xingyang village Jiuli town Ermeishan city begun to slide after continuous rainfall. It was named as Wangshan-zhuakousi landslide. It threatened more than 52 people and their property. It also caused a direct economic loss of about 5million RMB， and an indirect economic loss of more than 30million RMB. Due to timely and effective emergency evacuation by the local government organization， the landslide had no casualties. On the basis of field investigation and simulation calculation， the conclusions are as follows：(1)the landslide is belonged to the slip-cracking type. Its stability is governed by tuff interlayers. In meanwhile， the rock mass structure of landslide was crushed by the early mining excavation and "5.12″ Wenchuan earthquake， which made the stability of landslide in critical condition.(2)Rainfall was the direct triggering factor of landslide formation. The rainfall mainly infiltrated the rock mass and became the groundwater which flowed along the tuff layer. With its weight increasing， stability coefficient of landslide was gradually reduced until high-speed landslide happened.(3)According to the characteristics of landslide in basalt area， the corresponding landslide emergency safety measures are summarizes．

Basalt， Landslide， Rock mass structure， Formation mechanism， Emergency hedge

10.13544/j.cnki.jeg.2016.03.018

2016-01-15;

2016-05-24.

“十二五”国家科技支撑项目(2012BAK10B01)，国家自然科学基金项目(41172254)，中国地质调查局基金项目(1212011220124)资助.

魏云杰(1973-)，男，博士，教授级高工，主要从事地质灾害、岩土工程等相关领域研究. Email: wyj1973@126.com

P642.22

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