三峡库区万州金金子滑坡动态变形规律分析

(中国地质调查局 水文地质环境地质调查中心，河北 保定 071051)

金金子滑坡位于三峡库区万州区右岸斜坡，产出于近水平的侏罗系地层[1-3]。大量研究者从地貌特征、工程力学性质和土体强度等方面对研究区滑坡稳定性进行了研究[4-5]，发现万州区侏罗系地层中泥岩等软弱夹层受地下水影响明显[6-7]，降雨和库水位波动引起的地下水变化对松散堆积体滑坡基覆界面的土体强度影响显著[8-10]，进而引起变形失稳。近年来滑坡局部在降雨和人工活动等影响下持续发生变形破坏。

本文基于现场地质调查与地表位移变形监测数据分析，对滑坡变形特征、动态变形演化过程及其影响因素进行了深入分析，研究结果可对该滑坡以及该类型滑坡的防灾减灾工作起到指导作用，具有重要的实践意义。

1 滑坡区概况

1.1 地理位置

金金子滑坡行政区划属重庆市万州燕山乡复兴社区4组，位于长江右岸。距离万州主城区约20 km，地理坐标：108°18′21.96″E，30°33′43.91″N。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1 224.2 mm，年降雨量约70%集中于5 ～ 9 月，日最大降雨量124.5 mm，具有集中降雨分布特征。

1.2 地质概况

研究区位于方斗山冲断背斜北西翼，丰都-忠县向斜未端北部，如图1所示。出露地层总体倾向长江，断层、褶皱不发育，仅在砂岩中发育两组裂隙。

地层岩性为侏罗系新田沟组(J2x)灰黑色含粉砂泥岩、页岩夹灰黑色中-厚层状粉砂-细砂岩屑石英砂岩、长石砂岩、岩屑长石石英砂岩，产状290° ～ 300°∠10°～ 15°(见图2)。上覆厚度不均的第四系崩、滑堆积成因的粉质黏土夹碎块石。

滑坡前缘入长江，长江水位为滑坡所在区域地下水排泄基准面，滑坡区域地下水较为丰富，受降雨入渗和长江水位控制，活动频繁。由于滑坡区地下水埋深较浅，径流途径较短，排泄途径好，雨后滑坡前缘出现多处溢水点。坡体上冲沟的切割深度2～10 m，均为季节性冲沟，迅速排泄大气降水，平时则干涸。斜坡中部平坝上有堰塘，由降水补给。

1.3 滑坡概况

滑坡体平面形态呈横矩形，后缘呈弧形；剖面形态呈阶梯状，主要有两级平台，主滑动方向为290°，斜坡沿NNE向展布。滑坡体前缘入长江，高程110 m，后缘高程225 m，坡度10°～30°。滑体上发育二级平台，高程160 m主平台长200 m，宽1 000 m。滑坡体长500 m，宽1 500 m，厚15～25 m，面积75万m2，体积1 500万m3(见图2)。

图2 滑坡平面示意Fig.2 Sketch map of landslide plan

滑体物质为粉质黏土夹碎块石，碎块石岩性为砂岩、泥岩，常见粒径10～50 cm，含量约35%，粉质黏土呈黄褐色，结构松散-稍密，可塑-硬塑状。滑床为侏罗系中统新田沟组(J2x)灰黑色石英砂岩地层，产状300°∠ 15°。属于近水平覆盖层特大型滑坡。

根据调查，滑带主要为松散堆积物与下伏基岩接触面形成的基覆接触面含泥化物质，表面较光滑平直，遇水易软化，上下物理力学性质的差异易发生滑移变形。滑床倾向与坡向相同，不利于上部堆积体的稳定。滑坡周边易于风化和遇水易于软化的泥岩与砂岩呈互层的软硬相间地层(见图3)，物理力学性质较差，稳定性受影响。

图3 滑坡区地层岩性Fig.3 Formation lithology in landslide area

根据滑坡区地质调查及监测数据分析，判定该滑坡为一古滑坡并具有三级多期次滑动的特征点(见图4)。三级滑坡结构均属于基覆界面滑坡。一级滑坡区位于库水位线消落带影响区，前缘剪出口位于长江110 m，后缘高程175 m，后缘相对较薄，总体形似圈椅状， 滑体纵长240 m，横宽1 500 m，面积36万m2，主滑方向290°。二级滑体为位于滑坡中部，呈横向长条状，滑体纵向长约80 m，横向宽1 000 m，面积8万m2，后缘位于二级平台边缘前部，高程210 m，剪出口位于175 m以上乡村公路边开挖的高陡边坡处，该级滑体分为Ⅰ号变形区和Ⅱ号变形区，为滑坡主要变形区域。三级滑坡位于二级平台上，呈不规则形态，滑坡体横向宽1 100 m，长120 m，面积12万m2，后缘位于滑坡后部陡壁以下，高程为216 m，剪出口位于二级台前缘，高程210 m。

2 滑坡变形规律分析2.1 滑坡变形史

金金子滑坡最早于1996年6月产生局部变形，位于中后部的部分居民房屋墙体开裂，院坝下沉。自2006年专业监测工作开展以来，滑体局部变形仍有发展，整体处于蠕变阶段。2014年以来，受降水影响，滑坡前缘存在多处小规模滑移变形，数十至千余方不等的崩滑体失稳变性后堆积于坡脚平缓平台。2016年，滑坡前缘出现一次2 000 m3范围变形破坏，位于船舶修造厂NE100 m处苗圃场斜坡。地表出现多条横向延展的拉张裂缝和地表沉降现象，其上苗圃树木大量歪斜，前缘陡坎有数百方滑体失稳堆积于其下平台。2017年以来，滑坡二级平台中部及前缘存在持续的地表变形。

图4 滑坡剖面示意Fig.4 Sketch map of Jinjinzi landslide

2.2 滑坡区地表宏观变形分析

对滑坡三级滑动区进行地面调查，各级滑动区变形迹象及特征如下。

I号变形区为现今主要变形区,出现横向延伸拉张裂缝和斜坡滑动变形破坏,拉张裂缝宽20～50 cm，深30～70 cm，局部下错达200 cm(图5)，延伸达30 m。

图5 Ⅰ号变形区变形特征Fig.5 Deformation characteristics of deformation zone Ⅰ

Ⅱ号变形区为斜坡浅表坡面变形区，斜坡岩土体出现拉张变形破坏和局部岩土体向下滑塌。

Ⅲ号变形区位于Ⅰ、Ⅱ号区后部，变形不明显，仅在南北两侧存在地表变形，表现为崩塌和地表拉张变形。

库水消落带影响区为一级平台区,受库水位消落影响,有一定的轻微变形，前缘人工堆砌台(船舶修造工区)和道路受库水消落影响明显，前缘受库水位变化和水流淘蚀，滑坡前缘斜坡均有一定的蚀变破坏。

目前在Ⅰ、Ⅱ号区尚存在大面积的地表变形，拉张的裂缝和下错的变形区均有利于降水的入渗，Ⅲ区前缘的陡斜坡由于前期变形破坏，坡面上存在大量的松散堆积物，在降雨等水的作用下，易于形成新的变形和变形加剧甚至滑移破坏。

2.3 监测设施

目前滑坡体上共布设6个地表位移GPS自动监测点和1个雨量自动监测点，监测平面布置如图2所示。

2.4 监测数据分析

根据地表位移监测变形曲线(见图6)可以得出以下结论。

(1) WZ1105号点，位于二级滑坡Ⅰ号变形区，该点2017变形呈现阶跃式的变形，以2017年5月16日为拐点(见表1)，该区域之前的变形速率在0.30 mm/d，在16日发生突变，当时变形速率达736.84 mm/d，之后变形变缓呈直线型，变形速率为1.69 mm/d。

图6 位移与库水位、降雨时间关系曲线Fig.6 The relationship between displacement,reservoir water level and rainfall

(2) WZ1103位于Ⅱ号变形区，该点变形呈阶跃式变形，16日前的变形速率为0.07 mm/d，在16日突变时的速率为196.05 mm/d，之后呈直线型缓变状态，速率达1.39 mm/d。

(3) WZ1107位于WZ1105右侧，处于二级滑坡区与三级滑坡区交界，该点在2017年8月16日时发生了突变，之前一直保持近线波动变形，变形速率在0.11 mm/d，在8月16日发生突变，变形速率为46.65 mm/d，之后变形速率急剧降低，目前变形速率在0.02 mm/d。

(4) WZ1102位于Ⅲ号变形区左侧，Ⅱ号变形区上方，该点区域变形呈近直线变形状态，变形速率为0.14 mm/d。

(5) WZ1104位于Ⅲ号变形区中部，滑坡后部陡壁之下，变形呈线性蠕变，变形速率为0.08 mm/d。

前部库水位消落带影响区未布置监测点，但根据地面调查发现，该区域后缘简易公路下侧有局部垮塌以及江水淘蚀作用外，未发现明显的大规模变形。

从变形速率可以看出三级滑坡区中，二级滑坡区变形最大，三级变形次之，一级滑坡区最小。其中二级滑坡区变形速率仍然较大，三级滑坡区变形较缓，一级变形区基本稳定状态。

表1 金金子滑坡2017年5月16日地表位移监测成果Tab.1 Monitoring results of surface displacement of Jinjinzi landslide at May,16,2017 mm

3 滑坡变形成因机制

该滑坡产出于长江右岸斜坡，松散的崩坡积物和残坡积物堆积于近水平产出基岩上，地表经自然和局部人工改造形成起伏地形和陡坎，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[11-13]；降雨、库水位变动、人类工程活动等环境因素影响着滑坡的稳定性。

3.1 地貌及岸坡结构

该滑坡位于长江右岸，属涉水滑坡，原始坡形呈前缓后陡，岩层倾向与坡向接近，倾向长江，斜坡结构为顺向坡，坡度10°～ 25°，局部较陡斜坡地带达60°。滑坡边界圈椅状特征明显，滑坡前缘入江，剪出口位于长江水位以下，后缘边界位于上部陡坎(滑坡后缘陡壁)下部，左、右两侧均以季节性冲沟为界，局部深切见基岩。滑坡后缘呈弧形，坡面剖面形态呈阶梯状，从后缘到前缘形成陡-平缓-陡-平缓-陡-斜的斜坡形态，两级平缓平台增大了降水入渗的可能，含水率增加使土体强度降低、陡坎上部和底部应力突变、滑坡产生变形破坏。

3.2 地层岩性

滑坡区出露地层为侏罗系新田沟组(J2x)灰黑色含粉砂泥岩、页岩夹灰黑色中-厚层状粉砂-细砂岩屑石英砂岩、长石砂岩、岩屑长石石英砂岩为主，砂、页岩呈韵律结构，其中含粉砂泥岩、页岩为隔水软弱地层。滑坡松散堆积体下伏基岩为粉砂质泥岩、页岩，在水的作用下易软化和泥化，加之滑坡中部开挖形成高陡边界，形成良好的临空条件，在岩体自重作用下，上覆松散堆积体则沿基覆接触面发生缓慢形变。

3.3 物质组成

滑坡体由第四系崩积、崩滑堆积的粉质黏土夹碎块石组成，滑体物质结构松散，物理力学性质差，透水性好，为滑坡的形成提供了良好的物质条件[14]。

3.4 地质构造

滑坡区位于背斜构造西北翼，斜坡倾向西北，与地层倾向一致，为顺向斜坡，不利于上覆松散堆积体的稳定。

3.5 库水因素的影响

滑坡力学性质受库水波动引起的地下水变化影响[15-16]，根据三峡水库水位监测曲线可以看出，库水位具有规律性涨落的特点(见图6)，每年6月初至8月中水位基本保持最低水位145 m左右，8月中下旬开始蓄水至11月上旬达175 m最高水位；次年1月水位下降至6月初再次回落至145 m左右。水库蓄水致水位抬升后淹没滑坡前缘，造成江水入渗，动水位变化扰动滑体稳定性。根据监测数据可以看出，滑坡变形速率变大时，一般发生在长江水位下降过程中，而库水位上涨时，浮托力有利坡体稳定，变形速率变化较小，但从监数据看，库水波动未使斜坡产生突变。

3.6 降雨因素的影响

降雨入渗对滑坡变形的影响主要包括以下4个方面：① 降雨入渗使滑坡岩土体水分含量增加导致滑坡体容重增大；② 降雨入渗使滑坡体内地下水位增高，导致静水压力增大；③ 降雨入渗对滑坡体和滑带岩土体有软化作用，使滑坡体和滑动带岩土体的强度(c,φ)降低。根据雨量监测数据，滑坡区域5～8月间暴雨较频发，2017年5月10～14日的降雨是致使滑坡于5月16日发生变形破坏的主要诱发因素[17-18]。

3.7 人类工程活动

斜坡上的人工活动主要表现为种植苗圃、切坡筑路、前缘堆砌、灌溉等。中部横向道路切坡导致斜坡局部应力集中，右中前部碎石场堆砌(2016年)改变了斜坡原始应力分布，苗圃种植浇灌入渗加大了斜坡静水压力，三者均对斜坡的稳定性产生了不利影响。变形部位多集中在横向道路内侧，从变形部位来看，横向道路切坡是局部失稳的主要影响因素。

4 结 论

(1) 金金子滑坡属于特大型覆盖层滑坡，2017年5月16日中部区域发生局部失稳，监测数据显示WZ1103突变速率为196.05 mm/d，WZ1105突变速率736.85 mm/d，突变后变形速率急剧回落并趋缓，速率分别为1.39 mm/d和1.69 mm/d。

(2) 顺向坡下伏泥岩页岩软弱易滑地层、上覆松散的堆积层、阶梯状斜坡地形是滑坡5月16日局部失稳的地质基础。降雨和人工活动是主要变形影响因素，二者共同作用造成了滑坡局部失稳。

(3) 金金子滑坡具有多级滑动的特征，且存在不均匀变形。目前该滑坡二级滑坡变形区的稳定性差，该级滑坡前部横向公里切坡为其提供了良好临空条件，在降雨影响下，极易发生新的局部变形，对滑坡整体稳定性不利。