三峡库区藕塘滑坡变形失稳机制研究*
2016-10-18代贞伟殷跃平魏云杰罗建华
代贞伟 殷跃平 魏云杰 吕 韬 罗建华 姚 望
(①长安大学地质工程与测绘学院 西安 710054) (②中国地质环境监测院 北京 100081) (③重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队 重庆 401121)
三峡库区藕塘滑坡变形失稳机制研究*
代贞伟①殷跃平②魏云杰②吕韬③罗建华③姚望③
(①长安大学地质工程与测绘学院西安710054) (②中国地质环境监测院北京100081) (③重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队重庆401121)
三峡库区藕塘滑坡是巨型顺层基岩古滑坡，滑坡面积1.78km2，体积约9.0×107m3，威胁3900余人的生命财产安全，涉及场镇整体搬迁，同时对长江航道形成潜在堵塞隐患，是近年来三峡库区重大滑坡灾害之一。基于大量的现场地质调查及工程地质勘探，详细介绍了滑坡地质地貌及地质结构特征； 充分利用现场监测数据，深入分析了滑坡变形特征； 在此基础上，从地质成因和环境成因两方面对滑坡变形失稳机制展开系统研究，并结合滑坡稳定性计算对其变形发展的趋势进行了预测。相关的结论主要包括：(1)该滑坡具有多级多期次滑动特征，主要表现为三级滑动，且空间形态具有视向倾斜滑动的特征； (2)特殊的地形地貌、地层岩性及地质构造等因素是滑坡长期孕育形成的地质内因； (3)库水位周期性波动及集中降雨是诱发滑坡复活变形的环境外因，研究表明该滑坡变形与库水位下降及集中降雨的相关性显著； 库水位下降导致坡体内外地下水落差形成指向坡外的渗透压力，促进滑坡体变形； 集中降雨则增加滑坡体自重和下滑力，并使得大量的水富集于易滑软层，软化滑带土，促使滑坡蠕动变形加速； (4)三级滑坡体与西侧变形区在极端工况下存在欠稳定状态可能性，推断现阶段滑坡以局部失稳破坏形式为主。鉴于此，建议进一步加强监测，采取相应的工程防治措施。
三峡库区藕塘滑坡变形特征失稳机制稳定性预测
0 引 言
滑坡是一个复杂的地质综合体，内外影响因素各异，处于滑坡变形破坏不同阶段，各因素的影响程度呈现动态变化的特征，致使滑坡变形失稳机制十分复杂(黄波林等， 2007； 卢书强等， 2014a)。而滑坡监测目的是获取滑坡的变形特征和演变过程，因此基于滑坡地形地貌与地质结构，如何充分有效利用监测数据是研究滑坡动态变形过程的一种重要方法与手段，对于滑坡评价和防治意义重大。
三峡库区是我国地质灾害易发区，历史上曾发生过多次灾难性滑坡，尤其是自2003年蓄水以来，由于水库水位周期性的变化，使得大量老滑坡复活并诱发新的滑坡(殷跃平， 2004； 彭涛等， 2004； 刘传正， 2007)。近年来，国内外相关专家对三峡库区滑坡开展了系统研究，取得了丰富的研究成果，其中滑坡变形破坏机制研究一直备受关注(Dai et al.，2004； Wang et al.，2004； 黄润秋等， 2005； 黄润秋， 2007； 汪发武等， 2007； 殷跃平等， 2007； 卢书强等， 2013； 卢书强等， 2014a， 2014b)。
受三峡工程175m试验性蓄水影响，三峡库区藕塘滑坡近年来发生较大变形，同时监测数据表明该滑坡由浅层土质滑坡逐渐演化成为整体深层基岩滑坡，滑坡一旦失稳复活，将会威胁整个安坪镇的居民生命财产安全，同时对长江航道形成潜在堵塞隐患，是三峡库区新近发生的规模巨大的滑坡灾害之一。鉴于以往涉及藕塘滑坡的研究成果较少，信息的缺乏使得对该巨型滑坡的变形失稳机制认识不足，因此，本文基于现场工程地质勘探与位移变形监测数据，对滑坡变形特征、滑坡变形演化过程及其影响因素进行深入分析，旨在为滑坡稳定性科学评价和预测预报提供一定参考，可对后续治理工程起到指导作用，具有较重要的理论研究价值。
1 滑坡区工程地质概况
三峡库区藕塘滑坡位于长江南岸(图1)，藕塘滑坡距奉节县城12km，距万州98km、重庆425km，距三峡大坝177km、宜昌223km，属于重庆奉节县安坪镇。
图1 研究区域地理位置示意图Fig. 1 Geographical location of the study area
藕塘滑坡地处扬子准地台之次级构造单元——四川台坳与上扬子台褶带(亦称八面山台褶带)交汇处； 属构造-浅切割河谷单斜顺向岸坡地貌，地形南高北低，呈三角形板状累叠，地形呈上陡下缓特点； 研究区域地质构造纲要如图2 所示，滑坡位于故陵向斜扬起端附近东南翼，无区域性大断裂通过，亦无小断层通过(重庆市地质矿产勘察开发局南江水文地质工程地质队， 2014)。
图2 研究区域构造纲要示意图Fig. 2 Tectonic plan of the study area
滑坡平面形态总体呈斜歪倒立“古钟”状，前宽后窄，滑坡前部沿长江河道处最宽，达1100m，滑坡后缘则仅宽580m左右，滑体最大纵长约1800m，面积约1.78×km2； 滑坡后缘高程约705m，前缘高程约95m，相对高差约为610m，地表平均坡度为25°，陡缓相间，总体呈折线型斜坡地形； 滑体平均厚度约50.8m，体积约9000×104m3，属于特大型顺层基岩滑坡，主滑方向340°～350°； 集镇建于高程180～220m之间宽缓平台上，村庄分布于后缘山体(图3)。
图3 藕塘滑坡工程地质平面图Fig. 3 Scheme of engineering geology of Outang landslide1.第四系全新统冲积层； 2.第四系全新统崩坡积层； 3.第四系全新统滑坡堆积层； 4.侏罗系下统珍珠冲组砂岩； 5.三叠系上统须家河组； 6.一级滑坡边界； 7.二级滑坡边界； 8.三级滑坡边界； 9.滑坡剪出口； 10.地层分界线； 11.水位线； 12.地表GPS监测点及编号； 13.深部测斜孔及编号； 14.岩层产状； 15.前期治理抗滑桩； 16.房屋建筑
滑坡区属亚热带暖温季风气候，雨量丰沛，四季分明。多年平均降水量1147.9mm，年降雨量约70%集中于5～9月，年最大降雨量1636.3mm，日最大降雨量158.6mm，具有集中降雨分布特征。
依据前期多次勘察资料判定，藕塘滑坡为古滑坡，具有多级多期次滑动特点，主要分为三级滑动形式。如典型工程地质剖面图 (图4)所示：一级、二级滑坡主要沿R3软弱层滑动，三级滑坡则主要沿R1软弱层滑动。
图4 藕塘滑坡工程地质B-B′剖面图Fig. 4 Engineering geology profile B-B’of Outang landslide1.第四系全新统冲积层； 2.第四系全新统崩坡积层； 3.第四系全新统滑坡堆积层； 4.侏罗系下统珍珠冲组砂岩； 5.岩土分界线； 6.一级滑坡体滑带及滑动方向； 7.二级滑坡体滑带及滑动方向； 8.三级滑坡体滑带及滑动方向； 9.房屋建筑； 10.钻孔编号
一级滑坡的后缘位于鹅颈项沟—中间屋一带，高程300～370m，前缘剪出口位于长江145m水位之下，前缘呈切层反翘剪出，前缘滑体厚度超115m，后缘相对较薄，总体形似勺状； 滑体纵长约880m，横宽约1100m，面积92.2×104m2，主滑方向345°。此外，一级滑坡前部东西两侧存在两个强变形区。
二级滑体为藕塘滑坡中部，呈不规则状，滑体纵向长约440m，横向宽约650m，面积约31.6×104m2，主滑方向约345°； 后缘从东侧刘家包平台前缘起，沿老油坊一带，高程为400～530m； 前缘冲覆在一级滑坡体后缘之上，呈切层剪出后略反翘，剪出口高程250～300m。
三级滑体在平面形态也呈斜歪倒立的古钟状，后缘以狮子包垭口为界，高程约705m左右； 前缘剪出口覆盖于第二级滑坡体后缘之上，分布高程400～530m； 前缘为近水平至反翘状剪出； 受二级滑体后缘的阻滑，在草屋包北东侧、老祠堂一带、刘家包一带平缓剪出形成台地地貌； 滑坡体纵长约640m，横宽约830m，面积54.3m×104m2，主滑方向约345°。
据地质调查揭露：滑坡的西边界外侧存在稳定山脊，山脊及东侧岩层产状突变，呈现向东偏转的迹象，而山脊西侧岩体的岩层产状正常。基于三维空间视角分析：由于滑坡主滑方向与坡向呈15°～20°斜交，一、二级滑坡体在滑动过程中推挤西侧山脊，未推挤开，致使滑体一定程度上产生了向东扭转变形迹象，因此，滑坡在滑动方向受阻而发生一定偏转，具有视向倾斜滑动特征(殷跃平， 2010； 冯振等， 2012)。
据地面调查、钻孔和平硐揭露，藕塘滑坡滑带主要位于侏罗系下统珍珠冲组(J1z)下部所夹黏土岩或页岩层之中，分为深层滑带R1层和浅层滑带R3层。深部滑带R1层为厚40～60cm的黑色炭质黏性土层，呈软塑-可塑状，粉粒和黏粒含量占59.7%～79.8%； 浅层滑带R3层为灰白色黏性土层，厚5～8cm，多呈软-可塑状，黏性强，粉粒和黏粒含量占93.5%。
通过选取藕塘滑坡典型区域的滑带土进行了ESR测年，实验分析结果显示其滑带土形成的时间大致呈现一定规律：三级滑坡4.7～4.9万年，二级滑坡4.9～6.8万年，一级滑坡约13.0万年，由此可见该滑坡为一古滑坡并具有多期次滑动特征。
2 滑坡变形特征分析
2.1地表变形特征
藕塘滑坡为巨型顺层古滑坡，受三峡工程175m试验性蓄水影响，近年来发生较大变形迹象，据不完全统计，自三峡水库2003年蓄水以来，滑坡区已发现因蓄水诱发的大小裂缝超过160条。基于藕塘滑坡三级滑坡结构，以各级滑体范围分述变形破坏迹象及特征如下：
2.1.1一级滑坡体范围
2008年9月30日首次175m试验性蓄水之前，一级滑体范围基本无地表变形，地表变形主要集中发生于2008～2009年间，除东侧强变形区外，其余区域地表变形在2012年后普遍减弱，至今未见明显发展； 东侧变形区受大沟切割作用形成高陡临空面，现场调查揭露变形区范围碎裂岩体呈散裂状，结构破碎，在库区蓄水影响下，东侧变形区松散岩土体向大沟临空面发生变形，由于变形严重，于2013年6月对东部变形区进行了回填压脚+格构护坡的应急治理。自应急治理工程实施之后，该区域变形明显趋缓。
2012年之后明显发展或新生的地表变形集中于公路一带，主要是由于2013年6月东侧强变形区应急治理工程的施工重车碾压震动所致沉降或鼓胀变形。其中，一级滑体前缘庙包一带临江陡岸坍塌，自二期蓄水期间就开始出现，至今一直发展，相较蓄水前，库岸已后退约5m。
2.1.2二级滑坡体范围
据现场调查，二级滑体范围内的地表变形数量较少(12处)，规模小，分布分散，其变形原因主要是局部陡坡浅表松散土体滑移或不均匀沉降所致。
2.1.3三级滑坡体范围
据现场调查获悉，三级滑体的后缘狮子包垭口近50a以来向前蠕变近6m。据探槽揭露，狮子包垭口处上部的碎裂岩体部分可见成层性，但产状与下伏基岩不一致，并可见拉张裂缝较发育，底部为泥化的R1软弱层，有地下水从后缘坡体沿泥化R1软弱层渗出，泥化R1软弱层呈现软塑-可塑状。
三级滑体局部区域每年雨季地表均会出现缓慢蠕变现象(公路下沉、田地拉裂等)，据探槽及钻探揭露，上部滑体系沿R1泥化而形成的滑面在每年雨季向下蠕变。
2.1.4滑坡区地表宏观变形分析
(1)分布范围：变形迹象严重的区域分别位于滑体东侧前缘和西侧前缘一带(即东、西两侧强变形区，两者175m水位以上面积，约占滑坡总面积4%)； 一级滑体前部变形裂缝较多和密集，二级、三级滑体变形裂缝较稀少和分散为特点。统计数据显示，滑坡区共发现因蓄水诱发的大小裂缝超过160条，其中安坪镇所在的前部滑体区域变形裂缝约130条，占80.7%； 滑坡中后部约30条，占19.3%。
(2)生成时间： 2008年试验性蓄水之前出现的变形裂缝数量少，频率低，从2008年开始出现了较多变形裂缝(约30条)， 2009年裂缝生成数量达到高峰(约45条)， 2012年以后明显减弱，新生裂缝仅20条左右。同时滑坡区的地表宏观变形呈现出雨季宏观地表变形与库水位、大气降雨关联度较高的特点。
(3)宏观变形形式：滑坡区主要的变形形式以地表或建筑物的缓慢或匀速蠕滑拉裂与沉降为主，垮塌、崩解、坐落、坠落、滑坡等剧烈、快速变形现象或形式较为少见。
2.2监测数据分析
为了及时有效地开展滑坡监测预警，藕塘滑坡综合采用深部位移监测、地表位移监测的立体监测方案，自2010年12月起开始长期的现场专业监测。
2.2.1基于高精度GPS测量的地表位移监测
依据综合监测方案，藕塘滑坡水平位移监测点总计37个(MJ01～MJ22、LJ01～LJ10、2、6、13、JC05-1、TN03)，各监测点分布如图3 所示，图5 为藕塘滑坡典型区域监测点的累积位移曲线。其中，MJ01位于滑坡西侧强变形区； 13则位于滑坡东侧强变形区； MJ05、MJ06位于一级滑坡区； MJ07、MJ08位于二级滑坡区； TN03位于三级滑坡区。
由图5 典型监测点的累积位移曲线分析可知，藕塘滑坡变形迹象较为显著，最大位移变形量达到约400mm，且变形量总体仍在不断增长。2011年和2012年每年5～9月，滑坡累积位移具有明显的向上抬升现象， 10月～次年4月则呈缓慢增加的趋势； 2012年之后，除西侧变形区以外，滑坡整体变形均趋稳。
截止2014年8月，滑坡前缘西侧强变形区累计变形量已达到400mm，东侧强变形区累计变形量已达到了230mm， 2013年6月实施东侧区域应急治理工程之后，东侧变形区的位移曲线呈显著放缓趋势。从三级滑坡结构分析，一级滑坡体累计位移量最小，仅113～130mm； 其次是二级滑坡体，累计变形量为179～201mm； 而三级滑坡体累计位移变形量最大，为298mm，超过了东侧变形区，仅次于西侧变形区； 三级滑坡位移变形的监测点TN03作为监测基准点之一，于2012年4月进行水平位移基准点复测时发现存在较大的顺向变形，经进一步现场查勘，将滑坡边界扩大至现今的三级滑坡体，并将TN03纳入监测体系，因此，TN03监测点2011年期间监测数据存在部分缺失。
图5 藕塘滑坡典型地表监测点的GPS累积位移曲线Fig. 5 Cumulative displacement at typical surface GPS monitoring sites of Outang landslide
图6为藕塘滑坡典型区域监测点位移速率曲线。整体而言滑坡位移速率具有上下波动的变形特点，而且与累积位移曲线特征相似，易见2012年之后除西侧变形区以外，其余监测点变形速率显著减少，且三级滑坡的变形速率超过了东侧变形区，仅次于西侧变形区。
图6 藕塘滑坡位移变形速率曲线Fig. 6 Displacement rate curves of Outang landslide
2.2.2基于钻孔测斜的深部位移监测
为了掌握滑坡深部侧向位移的变形趋势，藕塘滑坡设置了17个测斜监测孔 (图3)，滑坡典型区域的监测曲线如图7 所示，其中M25位于滑坡西侧强变形区； M09位于滑坡东侧强变形区； M29位于一级滑坡区； M38位于二级滑坡区； M43则位于三级滑坡区。
图7 藕塘滑坡深部侧向位移变形监测曲线Fig. 7 Curves of displacement versus depth indicated by inclinometer in Outang landslidea. M25； b. M09； c. M29； d. M38； e. M43
由图7 分析可知：西侧强变形区M25孔于孔深29m处出现明显剪切错位变形，同时在孔深74m处也存在一定程度的剪切错位现象 (图7a)，说明其主要是29m处以上浅层坡体产生了变形迹象； 而东侧强变形区M09孔深部位移曲线与46m产生突变，对应于侏罗系下统珍珠冲组(J1z)下部的黏土岩软弱夹层R3层 (图7b)； 一级、二级、三级滑坡深部位移曲线突变位置的深度与现场平硐、探槽、钻孔揭露滑带的埋深基本吻合 (图7c，图7d，图7e)。随着滑坡持续的蠕动变形，测斜孔由于超过其量程，致使部分测斜孔深部位移失测。
3 滑坡变形机制分析
依据滑带土ESR测年分析可知藕塘滑坡为形成年代久远的古滑坡。相关研究资料表明，古滑坡的形成及复活失稳成因可分为地质因素和环境因素两方面，地质因素包括其特有的地形地貌、地层岩性、地质结构等，控制着滑坡的形成和演化发展过程； 环境因素主要包括降雨、库水位变动等(向玲等， 2014；殷志强等， 2014)，对于藕塘滑坡而言，库水位周期波动及三峡库区集中降雨时域分布是促使滑坡复活至局部失稳的主要环境诱发因素。
3.1滑坡形成的控制因素-地质成因
3.1.1地貌及岸坡结构
藕塘滑坡区域属长江横截单面山系，呈纵横向叠压不对称三角形岸坡，原始岸坡坡形陡直，切割深度较大，岩层走向与长江近于平行，倾向长江呈顺向坡，是易形成顺层滑坡的地貌及岸坡结构。而现阶段滑坡区地形呈上陡下缓特点，坡角12°～38°，局部较陡斜坡地带达40°～62°，长江横穿坡体前缘，滑体两侧边界冲沟发育，临空条件好。因此，特殊的岸坡结构及地形地貌控制着藕塘滑坡变形发展。
3.1.2地层岩性
水库滑坡的发生主要受易滑软弱夹层的控制，三峡库区珍珠冲组(J1z)下段砂岩、粉砂岩，夹有灰黑色炭质页岩及薄煤层，其炭质页岩及薄煤层为典型的易滑软弱夹层。藕塘滑坡正是发育于侏罗纪下统珍珠冲组(J1z)地层，以炭质页岩及薄煤层为易滑软弱夹层，其上覆岩层和下伏岩层均以砂岩、粉砂岩等硬岩为主，形成了上硬下软和硬岩夹软岩的组合特征，加之临空条件好，在岩体自重作用下，斜坡则易沿着软弱夹层发生蠕动变形。
3.1.3地质构造
云阳—奉节地段，长江纵切故陵向斜盆地，故陵向斜在该区段主要呈梳状开阔向斜，两翼较陡，受长江切割的顺向岸坡地带发育众多的顺层滑坡，如宝塔滑坡、白衣庵滑坡、西城滑坡等。藕塘滑坡位于故陵向斜的南东翼，岩体节理裂隙发育，软弱层面和节理切割面破坏了原岩的整体性和完整性，促进岩体风化，为地表水渗入岸坡提供了通道，也为岸坡变形破坏创造有利条件。
3.2滑坡复活变形的诱发因素-环境成因
据有关资料显示三峡水库水位波动具有一定的时间分布规律，每年6～9月，为了适应汛期的防洪需要，库水位通常保持在145m左右低水位； 9月中旬开始蓄水， 10月底达到175m； 直至第二年的1月库水位开始下降，至6月初库水位再次回落到145m左右(卢书强等， 2013， 2014a)。
基于已有的专业监测数据对该滑坡位移变形(累积位移和变形速率)与水位波动、降雨量分布规律之间关系进行如下初步统计。
图8 藕塘滑坡累积位移与库水位周期变化之间的关系曲线Fig. 8 Relationship between Outang landslide cumulative displacement and periodical water level variation
图8为藕塘滑坡水平累积位移与库水位变化的对应关系。从图中可以看出，藕塘滑坡出现了明显的变形迹象，且随着时间的推移累计位移量也不断增大。自2010年实施专业监测以来至2012年期间，累积位移监测曲线在每年5～9月向上呈不同程度的抬升，而此期间正好是三峡库水位由高水位下降至低水位时，其变形呈明显的加快趋势； 而每年10月～次年4月变形增加趋势相对缓慢。2012年至今，西侧变形区以及三级滑坡的变形增长趋势较明显，而其余的监测点变形趋缓。此外，滑坡位于以万州为中心的川东暴雨带的边缘，降雨较充沛，年平均降雨量1147.9mm，年降雨量约70%集中在5～9月，具有集中降雨的时域分布特征(图9)，滑坡变形与集中降雨存在明显的正相关关系。这说明了库水位下降以及集中降雨时域分布对藕塘滑坡变形影响较大。
图10显示为藕塘滑坡变形速率与库水位升降的速率之间对应关系，分析可知自2010年实施专业监测以来，每年5～6月份库水位下降的速率最大，通常为0.3～0.4m·d-1水平，而每年6～7月份滑坡位移变化速率也将达到年度最大值，出现波峰的特征； 每年10～11月(除2011年以外)，库水位的平均上升速率达到最大，但滑坡平均位移速率变化较小，波动性不大； 2011年10～11月滑坡位移变化速率达到了年度第二的波动值，由图9 可以看出， 2011年10～11月期间的降雨分别达到了102.1mm， 112.4mm，远高于历年同期降雨量值，这也进一步说明了库水位下降、集中降雨时域分布对滑坡位移速率的影响显著，此外，滑坡变形速率最大波动值较库水位最大下降值，具有一定程度的延迟。
图9 藕塘滑坡区域降雨量时域分布Fig. 9 Rainfall distribution with time of Outang landslide
图10 藕塘滑坡变形速率与库水位升降速率之间的关系曲线Fig. 10 Relationship between the rate of Outang landslide displacement and water level variation
综合分析可知：一方面，藕塘滑坡体物质主要为由粉质黏土夹砂岩、粉砂岩及黏土岩碎块石，渗透性较差，库水位周期性波动对滑坡体不利影响主要表现库水位的快速回落导致坡体内外地下水落差而形成一定的渗透压力，渗透力指向坡体外侧，促进滑坡体变形加剧，其根本原因在于坡体中地下水位下降速度相对滞后与库水位下降速度； 另一方面，集中降雨使得大量降水经地表渗透转入滑坡体中，增加滑坡体的自重和下滑力，而以炭质黏性土层为易滑软层相对隔水将导致水在该层面富集，进而使泥化物的含水量大大增加，软化滑带土，抗滑强度降低，致使滑坡蠕动变形加速。因此，库水位下降和集中降雨诱发并加速了滑坡变形，对该滑坡变形起着重要的作用。尤其是在库水位下降和集中降雨相互叠加双重影响下，变形加剧的现象更为明显。但从2012年之后，该滑坡的累积位移及其变形速率呈现整体趋缓的变化特征，究其原因，一方面由于三期蓄水初期，水位144.87～175.05m变动，库水位抬高较大，引起地下水位上升，受浸泡的松散土体及滑体前缘一带散裂状碎裂岩体软化、泥化，力学强度降低。库岸消落带抬高对滑坡体影响范围增大，集镇一带地表变形集中发生，尤其西侧前缘因集镇建设回填了大量松散填土的广场及学校一带及东侧因大沟切割而形成临空陡坡一带，蓄水初期变形量大，变形持续。随着库区多次蓄水过程，集镇(包括西侧)一带松散土体逐渐密实，变形量逐渐减少，变形逐渐减弱，地面变形迹象2011年后至今基本未见明显发展。东侧变形区的地表变形在2013年回填压脚后逐渐趋缓。此外，滑坡中后部位斜坡局部陡坡段的浅表松散土体，在暴雨影响下，向临空面发生局部浅表滑移，出现零星地表变形迹象，发生后多趋于稳定。集镇一带零星地表变形迹象，主要是浅表松散土体的不均匀沉降所致，自发生后趋稳，至今未见明显发展。另一方面是由于2008年至今，三峡水库已进行了6次175m试验性蓄水，斜坡由库水位变化引起的最初应力不平衡逐步通过应力重分布调整至趋稳状态。
鉴于滑坡专业监测资料仅3个水文年，因此，上述初步统计分析规律仍需进一步跟踪调查验证。
4 滑坡稳定性分析及预测
选取藕塘滑坡典型的工程地质剖面，运用极限平衡法进行分析。由于一级滑坡为涉水滑坡，二级、三级滑坡为不涉水滑坡，依据《三峡库区地灾勘查技术要求》(三峡库区地质灾害防治工作指挥部， 2012)，该滑坡稳定性计算工况及相应的安全系数如表1所示。
表1 藕塘滑坡稳定性计算工况及安全系数Table1 Different conditions of stability calculation and corresponding safety coefficient for Outang landslide
滑坡类型工况编号荷载组合安全系数涉水滑坡Ⅰ自重+地表荷载+145m+50年一遇暴雨1.25Ⅱ自重+地表荷载+175m+50年一遇暴雨1.25Ⅲ自重+地表荷载+水库水位从175.0m降至145.0m+50年一遇暴雨1.20不涉水滑坡Ⅳ自重+地表荷载1.25Ⅴ自重+地表荷载+50年一遇暴雨1.20
如图3 所示一级、二级滑坡体均沿软弱层R3滑动，二级滑体将向一级滑体传递下滑推力，但是三级滑坡体主要沿软弱层R1滑动，与一级、二级滑体处于不同软弱层滑动面，因此将滑坡计算模型划分为一、二级滑坡区和三级滑坡区作为滑坡主要验算依据。滑坡区局部变形迹象显著的区域主要为西侧变形区和东侧变形区，其工程地质剖面图分别如图11 和图12 所示。
图11 藕塘滑坡工程地质D-D′剖面图Fig. 11 Engineering geology profile D-D’of Outang landslide
图12 藕塘滑坡工程地质E-E′剖面图Fig. 12 Engineering geology profile E-E’of Outang landslide
由图11 和图12 分析可知，西侧变形区主要是沿岩土分界线滑动的局部浅层变形体，而东侧变形区则是沿软弱层R3滑动，在其前缘进行了填筑土的堆载压脚以及护坡治理工程。
根据藕塘滑坡工程勘察报告(重庆市地质矿产勘察开发局南江水文地质工程地质队， 2014)计算结果 (表2)分析可知：一、二级滑坡各剖面在各工况均处于基本稳定-稳定状态，工况Ⅲ条件下稳定性系数最低，说明库水位下降对其稳定性有一定影响； 三级滑坡体在工况Ⅳ条件下处于稳定状态，但是在工况Ⅴ条件下处于欠稳定-基本稳定状态，稳定性系数迅猛下降，则说明暴雨或集中降雨对其稳定性影响巨大； 西侧变形区在工况Ⅲ条件下处于欠稳定状态，安全储备明显不足，存在单独成为新的次级滑体发生滑动的可能性； 而东侧强变形区采取应急治理工程措施完成以后的滑体形态及地形条件进行稳定性验算，结果表明经回填压脚+格构护坡治理之后该侧变形区整体处于稳定状态。
表2 藕塘滑坡稳定性分析成果Table2 Stability analysis results of Outang landslide
工况稳定性系数一级、二级滑坡三级滑坡西侧强变形区东侧强变形区剖面B-B'C-C'A-A'B-B'D-D'E-E'Ⅰ1.1801.388——1.2271.536Ⅱ1.1831.388——1.1111.282Ⅲ1.1461.324——1.0431.321Ⅳ——1.3031.365——Ⅴ——1.0161.070——
综上分析，现阶段藕塘滑坡一级、二级滑坡以及治理以后的东侧变形区整体有一定的安全裕度； 而三级滑坡与西侧变形区在极端工况下存在欠稳定状态可能性，安全储备明显不足。据此推测在持续暴雨和周期性的库区水位升涨、降落影响下，西侧变形区及三级滑坡区的拉张裂缝将进一步扩张、加宽，变形加剧，继而诱发滑坡的局部地带变形失稳，从而可能产生局部滑动破坏，这与滑坡监测数据所呈现出的整体变形趋势基本一致。
5 结 论
(1)藕塘滑坡为巨型顺层岩质滑坡，平面形态具有多级多期次滑动特征，主要表现为三级滑动； 空间形态具有视向倾斜滑动特征。
(2)地质成因是滑坡形成的内因。藕塘滑坡区属长江横截单面山系，岸坡坡形陡直，岩层走向与长江近于平行，受控于侏罗纪下统珍珠冲组(J1z)下段基岩内易滑软弱层控制，具有上硬下软和硬岩夹软岩组合特征； 此外，岩体节理裂隙发育，冲沟发育，临空条件好，有利于斜坡的变形破坏。
(3)库水位周期性波动及集中降雨的时域分布特征是诱发滑坡复活变形的环境外因，而该滑坡的变形(累计位移、变形速率)与库水位下降及集中降雨的相关性显著。一方面，库水位快速回落导致坡体内外地下水落差而形成的渗透压力，一方面，集中降雨将增加滑坡体的自重和下滑力，使得大量的水富集于易滑软层，软化滑带土，抗滑强度降低，促进滑坡体变形加剧。
(4)滑坡稳定性分析结果表明三级滑坡与西侧变形区在极端工况下存在欠稳定状态可能性，推测现阶段滑坡以局部失稳破坏形式为主。
致谢在野外调查和资料收集过程中，得到了重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队的帮助，在此表示感谢。
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DEFORMATION AND FAILURE MECHANISM OF OUTANG LANDSLIDE IN THREE GORGES RESERVOIR AREA
DAI Zhenwei①YIN Yueping②WEI Yunjie②LÜ Tao③LUO Jianhua③YAO Wang③
(①SchoolofGeologyEngineeringandGeomatics，Chang’anUniversity，Xi’an710054) (②ChinaInstituteofGeologicalEnvironmentMonitoring，Beijing100081) (③NanjiangHydrogeological&EngineeringGeologyBrigade，Chongqing401121)
The Outang landslide is a giant ancient consequent bedding rockslide of about 9.0×107m3in volume and1.78km2in area. It is a huge threat to the safety of lives and property of more than 3900 people. It involves the entire town relocation， which can be one of the serious landslide disasters in this area. On the basis of field investigation and engineering-geological exploration， the special geologic environment and characters of Outang landslide are examined in detail. The deformation characteristics of the landslide are studied in-depth with field monitoring data. On this basis the deformation and failure mechanism of Outang landslide are analyzed from the two following aspects. They are the geologic origin and the environment origin. The deformation trend of the landslide is also predicted using the stability calculation result. The result shows that：(1)The Outang landslide is a multi-phase consequent bedding rockslide with three landslide phases. It has the characteristics of apparent dip slide in 3D spatial form. (2)The particular geological factors include the landform， stratum lithology， geological structure and are the internal factors of landslide formation. (3)The cyclical fluctuation of the reservoir water and the concentrated rainfall are the external environment factors inducing the landslide deformation. Analysis shows that the landslide deformation is significantly related to the water level reduction and the concentrated rainfall. Because the reducing speed of reservoir water level is much faster than that of the underground water， it forms seepage force in the landslide body apparently， and promotes the landslide deformation. The concentrated rainfall increases the self-weight and reduces the strength of slope mass， which makes a lot of water enrichment in easy sliding soft layer， softens sliding zone and hastens the landslide creep deformation. (4)The third phase landslide mass and the western side strong deformation zone have the possibility of unstable statement under extreme conditions. So it is inferred that the major failure mode of the landslide is a local buckling failure. In view of this， it is suggested to strengthen monitoring and to take corresponding engineering measures．
Three Gorges Reservoir， Outang landslide， Deformation characteristics， Failure mechanism， Stability prediction
10.13544/j.cnki.jeg.2016.01.006
2015-02-01;
2015-05-12.
“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.
代贞伟(1986-)，男，博士生，主要从事工程地质与地质灾害研究工作. Email: daizhenwei@163.com
P642.22
A
