八字门滑坡变形演化特征分析

2018-10-15杨东廷曾怀恩胡安龙

三峡大学学报(自然科学版) 2018年5期

杨东廷伍岳曾怀恩胡安龙

(1. 三峡大学三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002； 2. 国家电网甘肃经济技术研究院，兰州 730000)

滑坡的变形发展及破坏是一个复杂的过程，许多专家学者对此进行了专门的研究[1-4]．仵彦卿等[5-7]专门研究了裂隙岩体的渗流与引力场的耦合分析；刘新喜等[8-13]专门研究了库水位升降对滑坡体稳定性的影响；刘广宁等[14]专门研究了降雨对滑坡变形演化的影响．综上所述，人们对于滑坡体稳定性影响因素等已经有了很多研究，而使用定性划分滑坡变形演化阶段和分析每个阶段累积位移变化特征研究却很少．

1 八字门滑坡地质概况

八字门滑坡体位于香溪河右岸，地势呈阶梯状，西高东低，高程分布为139～280 m，高差大约为151 m，滑体地面坡度10～30°．滑坡体由二级平台组成，分为前缘平台和后缘平台，分布高程139～165 m，220～230 m．滑坡体南北两侧及后缘边界为岩土接触面，前缘临空面为香溪河，水上部分滑坡体长380 m，宽100～500 m，平均厚度为20 m，总体积约235万m3．滑坡体发育于侏罗纪早期的逆层向斜坡中，主要为结构松散的崩坡积物、残坡积物．岩层组成成分主要为紫红色砂页岩、棕色砂岩及燧石砾石，该岩层构成滑体滑床，岩层产状为倾向292°∠29°(如图1所示)．

图1 八字门滑坡体平面略图

2 八字门滑坡变形特征分析

八字门滑坡体上现有ZG110、ZG111、GSC1、GSC1、GSC2、GSC3、GSC4、GSC5、GSC7、GSC8、GSC9等10个GPS监测点，其中ZG110、ZG111为2003年开始监测，其余的监测点从2013年9月才开始监测．本文在收集2007年1月到2014年12月八字门滑坡监测资料、库水位和降雨数据的基础上，首先利用Matlab软件整理数据，然后利用作图软件Origin 9.0作出八字门滑坡累积位移-月降雨量-库水位关系曲线1(如图2所示)、八字门滑坡累积位移-月降雨量-库水位关系曲线2(如图3所示)．

图2 八字门滑坡累积位移-月降雨量-库水位关系曲线1

图3 八字门滑坡累积位移-月降雨量-库水位关系曲线2

由图2～3可知：①八字门滑坡监测点ZG110、ZG111、GSC1、GSC1、GSC2、GSC3、GSC4、GSC5、GSC7、GSC8、GSC9等10个GPS监测点累积位移监测曲线均为阶梯形状和随着时间呈增长趋势，因此说明八字门滑坡整体位移呈阶梯形状和随着时间增长．②监测点ZG110、ZG111的位移具有同步性，但其变化幅度各异，各监测点累积位移从小到大依次为ZG111、ZG110．③每年5～7月滑坡4个GPS监测点快速变形，其中2009年5～7月、2012年5～7月变形最为剧烈．每年8月到第2年的4月4个GPS监测点缓慢变形．

3 八字门滑坡变形演化阶段定性划分

通过上文的分析，可知对于八字门滑坡来说，每年的4～9月(尤其是6～7月)，时间上正好位于三峡库水位下降并叠加多降雨的汛期时段，因此每年的该时段都会出现滑坡的明显阶跃型变形，位移量值和速率均快速变大，而其他时段由于库水位和降雨的作用减弱，滑坡的变形也趋于平缓．由图2可知，滑坡总体位移曲线为阶梯状递增．在2006年1月至2009年5月滑坡累积位移小幅度增长，位移增长速率呈逐步减小趋势；到达2009年5月时，各监测点的移动速率突然增大，经历了3个月的位移陡增，形成一个较大的台阶；在2009年5月至2012年6月间滑坡累积位移增长速率整体上又呈逐步减小趋势；到达2012年6月时，各监测点的移动速率又突然增大，经历了1个月的位移陡增，形成一个较小的台阶；2012年6月至2014年12月，滑坡累积位移增长速率整体上减小趋势更加明显．从局部上看，监测点在每年的5～7月份变形较大，这主要是由于同期长江库水位大幅下降及强降雨致使滑坡加速变形，而8月份后随着库水逐渐上升，对坡体起到一定保护作用，加之降雨量减少，滑坡累计位移基本保持稳定．

根据以上特征可将滑坡累积位移曲线分为3个阶段研究，第1阶段累计位移的整体特征趋于平缓；第2阶段累计位移的整体特征呈阶梯状递增，随着时间的增长由大阶梯逐渐向小阶梯转变；第3阶段累计位移的整体特征与第2阶段相同，唯一不同的是累计位移的位移速率较第2阶段明显减少．总的阶段划分图如图4所示．

图4 八字门滑坡阶段划分图

由图4可知八字门滑坡3个变形阶段划分：

第1阶段(低位蓄水变形阶段)：2006年1月至2009年5月．这一阶段在图4上看是3个小台阶，是由155 m水位影响的阶段．

第2阶段(高位蓄水变形阶段)：2009年5月至2012年6月．第2阶段在图4上看是两个大台阶加一个小台阶，是由175 m水位影响的阶段．

第3阶段(高位蓄水后续变形阶段)：2012年6月至2014年12月．第3阶段也是一个大台阶加两个小台阶组成的，是由水位突降影响的阶段．

根据图4对八字门滑坡的阶段划分，计算出白家包滑监测点ZG110、ZG111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．

表1 八字门滑坡汛期时段连续明显阶跃型变形的平均速率表

由表1和图5可知：①八字门滑坡监测点ZG110、ZG111的第1个阶段3年的变形平均速率在每个阶段都是整体较小；②八字门滑坡监测点ZG110、ZG111的第2个阶段3年的变形平均速率由大变小再变大的过程；③八字门滑坡监测点ZG110、ZG111的第3个阶段3年的变形平均速率由大变小再变小的过程．故综上分析可以说明上文定性划分的八字门滑坡3个变形阶段比较合理．

图5 八字门汛期时段连续明显阶跃型变形的平均速率图

本文利用oringn做出八字门滑坡汛期累积位移速率与库水位下降时库水平均幅度和平均降雨量对比分析图如图6所示．本文利用oringn做出八字门滑坡汛期累积位移速率与库水位上升时库水平均幅度和平均降雨量对比分析图如图7所示．

图6 八字门滑坡汛期累积位移速率与库水位下降对比分析图

图7 八字门滑坡汛期累积位移速率与库水位下降对比分析图

对比分析图4、图6和图7可以得出白家包滑坡监测点累积位移每个阶段每年汛期台阶状累积位移变化的特征．

1)第1阶段累积位移变化特征

分析图6和图7可知第1阶段第1年汛期库水位平均下降幅度小于第2年汛期库水位平均下降幅度，第1阶段第1年汛期库水位下降平均降雨小于第2年库水位下降平均降雨．第1阶段第1年汛期八字门滑坡两个监测点的累积位移平均速率大于第2年汛期．因此可以认为第1阶段第2年汛期库水位连续下降时段的连续降雨和库水位下降导致第1阶段第2年汛期八字门滑坡的累积位移较第1年更陡．

分析图6和图7可知第1阶段第1年汛期库水位平均下降幅度小于第3年汛期库水位平均下降幅度，第1阶段第1年汛期库水位下降平均降雨与第3年库水位下降平均降雨相差不大．第1阶段第3年汛期八字门滑坡监测点的累积位移平均速率大于第1年汛期．因此可以认为第1阶段第3年汛期库水位下降导致第1阶段第3年汛期八字门滑坡的累积位移较第1年更陡．

2)第2阶段累积位移变化特征

分析图6和图7可知第2阶段第1年汛期库水位的平均下降幅度小于第2年汛期库水位的平均下降幅度，第1阶段第1年汛期库水位下降平均降雨大于第2年库水位下降平均降雨．第2阶段第1年汛期八字门滑坡两个监测点的累积位移平均速率大于第2年汛期．因此可以认为第2阶段第1年库水下降时段的降雨导致累积位移第2阶段第1年汛期八字门滑坡的累积位移较第2年更陡．

分析图6和图7可知第2阶段第2年汛期库水位的平均下降幅度大于第3年汛期库水位的平均下降幅度，第1阶段第2年汛期库水位下降平均降雨小于第3年库水位下降平均降雨．第2阶段第2年汛期白家包滑坡两个监测点的累积位移平均速率小于第3年汛期．因此可以认为第2阶段第3年库水下降时段的降雨导致累积位移第2阶段第3年汛期八字门滑坡的累积位移较第2年更陡．

3)第3阶段累积位移变化特征

分析图6和图7可知第3阶段第1年汛期库水位的平均下降幅度大于第2年汛期库水位的平均下降幅度，第3阶段第1年汛期库水位下降平均降雨小于第2年库水位下降平均降雨．第3阶段第1年汛期八字门滑坡两个监测点的累积位移平均速率大于第2年汛期．因此可以认为第3阶段第1年库水下降导致累积位移第3阶段第1年汛期八字门滑坡的累积位移较第2年更陡．

分析图6和图7可知第3阶段第2年汛期库水位的平均下降幅度小于第3年汛期库水位的平均下降幅度，第3阶段第3年汛期库水位下降平均降雨大于第2年库水位下降平均降雨．第3阶段第2年汛期八字门滑坡两个监测点的累积位移平均速率大于第3年汛期．因此可以认为第3阶段第2年库水位下降时降雨量导致累积位移第3阶段第2年汛期八字门滑坡的累积位移较第3年更陡．