白家包滑坡变形影响因素定性及定量分析

朱 伟 王孔伟 魏 东 靳宝萍

(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)

白家包滑坡变形影响因素定性及定量分析

朱 伟 王孔伟 魏 东 靳宝萍

(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)

确定库岸滑坡变形的主要影响因素，可以为库岸滑坡的防治提供更有效指导．本文以三峡库区白家包滑坡为研究对象，首先收集了白家包滑坡监测资料以及三峡库区库水和降雨资料;然后定性分析白家包滑坡累积位移变形阶段及特征，将该滑坡累积位移主要影响因素分为三类：降雨和库水的共同作用；主要为降雨作用；主要为库水作用；最后利用相对库水位、降雨量和累积位移相关系数，分别建立降雨和库水位对滑坡位移影响系数模型，定量计算出该滑坡变形主要影响因素，与定性分析结果进行对比．研究结果表明，白家包滑坡位移主要影响因素定量计算与定性分析的结果吻合度较高，准确率为84.62%，模型具有一定适用性，其方法也能为相关研究提供参考．

白家包滑坡； 影响因素； 定性分析； 定量分析

自三峡工程蓄水以来，库岸滑坡成为三峡库区一种主要的地质灾害类型，引起了众多学者的广泛关注．滑坡的形成有内力和外力两方面因素，从地质作用来看，三峡库区库岸滑坡变形演化过程及分布与构造活动存在一定关系[1-3]；从外力作用来看，库水位变化和降雨作用对库岸滑坡的变形演化有重要影响[4-8]，不同变形阶段对应不同的主要影响因素和预测依据[9-10]．刘新喜[4]等基于非饱和渗流理论，采用GEO/SEEP研究了库水位变化下三峡库区红石包滑坡体内的地下水渗流场，发现库水位下降导致滑坡的稳定性变化规律；刘广宁[5]等对三峡库区水泥厂滑坡监测资料进行研究，认为个别时间段滑坡变形加剧是降雨和库水位升降共同作用结果；彭令[11]等以白家包滑坡对象研究发现库水位变化和降雨量是导致滑坡季节性变化的主要因素；代贞伟[12]等通过研究三峡库区某滑坡变形特征发现滑坡的变形与库水位下降及集中降雨有明显关系，并运用灰色关联法研究了相关变量之间的响应程度．对三峡库区滑坡变形影响因素的研究，学者主要是以典型滑坡为研究对象进行定性分析[11-14]，而使用定量计算的方法分析滑坡主要变形因素的研究却很少．

本文以三峡库区白家包滑坡为研究对象，在定性分析白家包滑坡主要变形影响因素之上，建立降雨和库水位对滑坡位移影响系数模型，计算出该滑坡变形主要影响因素并将结果与定性分析进行对比，为确定滑坡变形主要影响因素引进一种新思路．

1 白家包滑坡工程地质概况

白家包滑坡位于湖北秭归县归州镇向家店村二组，处于长江支流香溪河右岸，黄陵背斜与秭归向斜的交界地带，整个滑坡展布于香溪河右岸．滑坡前缘直抵香溪河，滑坡的剪出口位于高程125～135 m；滑坡后缘以基岩为界，高程265 m；滑坡左侧以山脊下部基岩为界，右侧以山梁为界，前缘宽500 m，后缘宽300 m，纵长约550 m，滑坡面积22×104m2．深层滑体前缘厚20～30 m，中部厚47 m，后缘厚10～40 m，滑体平均厚度45 m，滑体体积990×104m3．浅层滑体前缘厚10～20 m，中部厚35 m，后缘厚10～40 m，滑体平均厚度30 m，滑体体积730×104m3．滑坡平面形态呈短舌状(如图1所示)．

图1 白家包滑坡全貌图

白家包滑坡物质为崩坡积物，坡积物厚度在空间上分布不均，前缘坡积物厚度较厚．滑体物质成分为碎块石土，崩坡积物与下伏基岩接触带即为滑坡滑带，其滑床为下伏基岩，成分为侏罗系下统长石石英砂岩及泥岩，产状285°∠30°，为逆向岩层．

2 白家包滑坡变形阶段划分及特征分析

2.1 白家包滑坡变形演化阶段定性划分

根据监测资料分析，从时间上，白家包滑坡大致可分成三个阶段进行研究位移变化的特征和规律(如图2所示)．第1阶段(降雨影响阶段)对应155 m水位：2007年1月至2009年5月．这一阶段在图2上看是两个小台阶，是主要受降雨影响的阶段．第2阶段(库水影响阶段)对应175 m水位：2009年5月至2012年5月．第二阶段在图2上看是一个大台阶加两个小台阶，是主要受库水位影响的阶段．第3阶段(库水突变影响阶段)：2012年5月至2014年12月．第三阶段在图2中是一个大台阶加两个小台阶组成的，是受水位突降影响的阶段．

图2 白家包滑坡阶段划分总图

图3 汛期时段连续明显阶跃型变形平均速率图

根据图3对白家包滑坡的阶段划分，计算出白家包滑监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326每个变形阶段在汛期时段连续明显阶跃型变形的平均速率见表1．由表1和图3可知：1)白家包滑坡监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326变形平均速率在第一阶段整体较小；2)白家包滑坡监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326变形平均速率在第二阶段变化过程由大变小再变大；3)白家包滑坡监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326变形平均速率在第二阶段变化过程由大变小再变小．综上所述，监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326位移变形具有同步性；上文定性划分的白家包滑坡三个变形阶段比较合理．

表1 白家包汛期时段连续明显阶跃型变形平均速率表 (单位：mm/月)

2.2 白家包滑坡阶段变形特征

2.2.1 白家包滑坡第一阶段变形特征

由图4可知，每年汛期时段白家包滑坡累积位移明显连续阶跃型变形，受降雨量增加和库水位下降作用影响．

图4 白家包滑坡第一阶段累积位移图

白家包滑坡监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第一阶段第一年汛期2007年5月～8月变形总的平均速率为19.34 mm/月．汛期2007年5月～7月平均降雨量都较大，发生持续大降雨，且期间库水位变动幅度并不大，白家包滑坡被库水淹没范围较小，故认为第一年汛期2007年5月～7月白家包滑坡累积位移受降雨影响．汛期2007年5月～8月三峡库区水位连续4个月下降，而8月降雨量明显减小，故说明第一年汛期2007年8月累积位移主要受库水位影响．

第一阶段第二年汛期2008年5月～8月变形总的平均速率为8.67 mm/月．汛期2008年5、6月平均降雨量较7、8月小很多，但是2008年5、6月库水位下降速度较7、8月快很多，因此说明第一阶段第二年汛期2008年5、6月白家包滑坡受库水和降雨作用的共同影响，但是主要受库水作用影响．汛期2008年7、8月白家包滑坡受库水和降雨作用的共同影响，但是主要受降雨作用影响．

2.2.2 白家包滑坡第二阶段变形特征

由图5可知，每年汛期时段白家包滑坡累积位移明显连续阶跃型变形，受降雨量增加和库水位下降作用影响．

图5 白家包滑坡第二阶段累积位移图

白家包滑坡监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第二阶段第一年汛期2009年5月～8月变形总的平均速率为50.77 mm/月．汛期2009年5月～6月平均降雨量都较大，库水位下降速度也较快，因此可认为第二阶段第一年汛期2009年5月～6月白家包滑坡累积位移受降雨和库水共同作用影响．汛期2009年7月～8月平均降雨量都较大，但三峡库区水位连续有较小的幅度上升，说明第二阶段第一年汛期2009年7月～8月累积位移主要受降雨作用影响．

第二阶段第二年汛期2010年6月～9月变形总的平均速率为19.90 mm/月．汛期2010年6月平均降雨量较小和库水位降雨下降较快，说明第二阶段第二年汛期2010年6月白家包滑坡受库水和降雨作用的共同影响，但是主要受库水作用影响．汛期2010年7、8、9月平均降雨量较大，但库水位7、8、9月连续上升，说明第二阶段第二年汛期2010年7、8、9月白家包滑坡主要受降雨作用影响．

第二阶段第三年汛期2011年6月～8月变形总的平均速率为43.04 mm/月．汛期2011年6月平均降雨量较大且库水位下降快，因此认为第二阶段第三年汛期2011年6月白家包滑坡受库水和降雨作用的共同影响．汛期2011年7月平均降雨量较小但库水位下降较快，说明第二阶段第三年汛期2011年7月白家包滑坡受库水和降雨作用的共同影响，但主要受库水位影响．

汛期2011年8月平均降雨量较大，但库水位8月上升，说明第二阶段第三年汛期2011年8月白家包滑坡主要受降雨作用影响．

2.2.3 白家包滑坡第三阶段变形特征

由图6可知，每年汛期时段白家包滑坡累积位移明显连续阶跃型变形，受降雨量增加和库水位下降作用影响．

图6 白家包滑坡第一阶段累积位移图

白家包滑坡监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第三阶段第一年汛期2012年5月～6月变形总的平均速率为61.25 mm/月．汛期2012年5月～6月平均降雨量小，库水位下降速度快，因此说明第二阶段第一年汛期2012年5月～6月白家包滑坡累积位移受库水作用影响．汛期2012年7月平均降雨量大，库水位上升．说明第二阶段第一年汛期2012年7月白家包滑坡累积位移受降雨影响．

第三阶段第二年汛期2013年5月～7月变形总的平均速率为35.10 mm/月．汛期2013年5月～6月平均降雨量大和库水位降雨下降快，因此说明第三阶段第二年汛期2013年5月～6月白家包滑坡受库水和降雨作用的共同影响．汛期2013年7月平均降雨量较大，但库水位7月上升，说明第三阶段第二年汛期2013年7月白家包滑坡主要受降雨作用影响．

第三阶段第三年汛期2014年5月～7月变形总的平均速率为16.88 mm/月．汛期2014年5～6月平均降雨量较小和库水位降雨下降快，因此认为第三阶段第三年汛期2014年5～6月白家包滑坡受库水和降雨作用的共同影响，但是主要受库水作用影响．汛期2014年7月平均降雨量较大，但库水位7月上升，因此认为第三阶段第三年汛期2014年7月白家包滑坡主要受降雨影响．

根据降雨和库水对滑坡累积位移的影响因素把每个监测点每月的累积位移分为A、B、C三种类型．A类为滑坡的累积位移影响因素为降雨和库水的共同作用；B类为滑坡的累积位移的影响因素主要为降雨作用；C类为滑坡累积位移影响因素为库水作用(见表2)．

表2 白家包滑坡每个阶段每年汛期监测点类型分类表

3 白家包滑坡变形影响因素定量分析

3.1 计算模型建立

滑坡在非汛期时累计位移变化小，汛期时位移变化大，故本文首先针对所有数据进行定量分析计算，然后计算出汛期，主要是研究汛期的位移变化和主要影响因素．利用相对库水位、降雨量和累积位移相关系数分别建立了降雨和库水位对滑坡位移影响系数模型如下：

式中，μt为每月库水位升降和降雨共同作用对滑坡位移的综合影响系数；q为每月库水位升降作用对滑坡位移的最终影响系数；α为每月库水位升降作用对滑坡位移的初步影响系数，计算公式如式(4)；p为每月降雨作用对滑坡位移的最终影响系数；β为每月降雨作用对滑坡位移的初步影响系数，计算公式如式(5)．

式中，wt为每月库水位升降幅度绝对值，其计算公式如式(6)，vt为每月位移变化幅度绝对值，其计算公式如式(7)，xt为本月降雨量，yt为本月平均库水位，yt-1为上月平均库水位，zt为本月累积位移值，zt-1为上月累积位移值．

3.2 汛期每月影响系数结果分析

白家包滑坡累积位移监测资料、降雨、库水位数据代入上述公式，计算出白家包滑坡监测点ZG323、ZG324、ZG325、ZG326每月降雨和库水位作用对位移影响系数．由上文变形特征分析可知，4个监测点ZG323、ZG324、ZG325和ZG326累计位移变形具有同步性，考虑篇幅问题，故下文只选取不同高程监测点ZG323、ZG324的定量计算结果作为代表进行分析(见表3，表4)．

表3 监测点ZG323每阶段汛期库水和降雨对累积位移作用影响系数

续表3 监测点ZG323每阶段汛期库水和降雨对累积位移作用影响系数

根据白家包滑坡监测点ZG323累积位移受降雨和库水作用影响的定量计算结果(表3)分析可知，白家包滑坡汛期监测点ZG323累积位移受降雨和库水作用影响类型为A类的有2011.6、2013.5、2013.6这3个月份，其库水作用的贡献率分别为63.54%、62.09%、71.64%；降雨作用的贡献率分别为36.46%、37.91%、28.36%．

表4 监测点ZG324每阶段汛期库水和降雨对累积位移作用影响系数

续表4 监测点ZG324每阶段汛期库水和降雨对累积位移作用影响系数

根据白家包滑坡监测点ZG324累积位移受降雨和库水作用影响的定量计算结果(表4)分析可知，白家包滑坡汛期监测点ZG324累积位移受降雨和库水作用影响(A类)的有2011.6、2013.5、2013.6这3个月份，其库水作用的贡献率分别为64.03%、62.59%、72.07%；降雨作用的贡献率分别为35.97%、37.41%、27.93%．

由表3、表4可看出白家包滑坡ZG323、ZG324两个监测点在汛期29个月中的26个B类和C类点降雨和库水贡献率的大小，据此可判定出这26个点的类型；再对比定量分析和定性分析白家包ZG323、ZG324两个监测点26个判定类型的结果，可知定量分析白家包ZG323、ZG324两个监测点26个判定类型中均有4个产生误判，且均发生在2007.5、2007.6、2010.8和2010.9这4个月，主要受降雨作用影响误判为主要受库水作用影响．因此，可以计算出白家包ZG323、ZG324两个监测点定量分析主要影响因素的准确率为84.62%．

4 结 论

1)白家包滑坡变形演化定性分为3个阶段：第一阶段2007.01～2009.05(对应155 m水位)，第二阶段2009.05～2012.05(对应175 m水位)，第三阶段2012.05～2014.12(库水突变影响阶段)．

2)白家包滑坡ZG323、ZG324、ZG325、ZG326四个监测点位移变形具有同步性，主要影响因素定性分为降雨和库水位共同作用、主要受降雨作用及主要受库水位作用3种类型．

3)建立了滑坡累计位移影响系数计算模型，通过模型定量选取ZG323、ZG324两个监测点数据计算出白家包滑坡期每月累计位移A、B、C类受降雨和库水作用具体值，对比定性分析结果，定量分析模型计算准确率达84.62%，模型具有一定适用性和准确性．

综上所述，研究成果和方法可为完善滑坡的工程防治提供一定参考．但是，滑坡位移变形影响因素较多，本文主要考虑降雨和库水位，计算存在不准确性，还需要进一步深入研究．

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QualitativeandQuantitativeAnalysisofDeformationInfluencingFactorsofBaijiabaoLandslide

Zhu Wei Wang Kongwei Wei Dong Jin Baoping

(Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area of Ministry of Education, China Three Gorges Univ., Yichang 443002，China)

To determine the main influencing factors of reservoir bank landslide deformation can provide more effective guidance for the prevention and control of landslide. So in this paper, the Baijiabao landslide in the Three Gorges reservoir area is taken as the object of study. First,the monitoring data of Baijiabao landslide and the reservoir water and rainfall data of the Three Gorges reservoir area are collected. Then, the accumulative displacement and deformation characteristics of Baijiabao landslide are analyzed qualitatively. The main influencing factors of cumulative displacement are divided into three categories： A, collective effect of rainfall and reservoir water; B, mainly for the effect of rainfall; C, mainly for the action of reservoir water. Finally, the influence coefficient model of rainfall and reservoir water level on landslide displacement is established by using the relative reservoir water level, rainfall and cumulative displacement correlation coefficient. The main influencing factors of landslide deformation are calculated quantitatively and compared with qualitative analysis results. The results show that the quantitative analysis of the main influencing factors of Baijiabao landslide is consistent with the result of qualitative analysis; the accuracy rate is 84.62%, so sa to show that the model is certainly applicable; and the methods can also provide a reference for relevant researches.

Baijiabao landslide; influencing factors; qualitative analysis; quantitative analysis

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2017.05.002

2017-08-07

国家自然科学基金重点项目(No.51439003)

王孔伟(1966-)，男，副教授，博士，主要从事工程地质及地质灾害形成机理研究．E-mail：wangkongwei@126.com

P642.2

A

1672-948X(2017)05-0006-06

[责任编辑周文凯]