云南永善县上坝老滑坡复活机制及新滑坡稳定性分析

2020-06-30张彦锋铁永波白永健左林勇

中国地质灾害与防治学报 2020年3期

张彦锋,铁永波,白永健，左林勇

(1.中国地质科学院，北京 100037；2.中国地质大学，北京 100083；3.中国地质调查局成都地质调查中心，四川成都 610081；4.四川川核地质工程有限公司，四川成都 610000)

0 引言

金沙江流域位于青藏高原东南缘，是长江上游最大支流，区内地质环境差，山高坡陡，地形变化大，多为高山峡谷，地质构造活动强烈，地质灾害频发[1]。区内地质灾害多具有类型多、成因机制复杂、突发性强、变形破坏发展趋势难以预测、失稳后破坏性大等特点[2-4]。为此开展该流域地质灾害研究，对该区域的地质灾害预报及防治、人民生命财产保护以及经济发展等都有重要的科学支撑[5-7]。

滑坡复活机制是近几年滑坡研究热点之一。滑坡复活是在滑坡内在因素(物质条件、结构条件)控制作用下, 通过降雨、地震、人类活动等外在因素诱发形成[8-10]。目前关于滑坡复活机制的研究主要集中在滑坡变形特征以及诱发因素的研究[11]。根据滑坡复活变形特征，将滑坡复活形式分为渐变型、稳定型和突变型，而大型滑坡的复活形式多为渐变型[12]。而关于诱导滑坡复活的外界因素，学者们普遍认为降雨、地震和人类工程活动是诱发滑坡复活的主要因素。长时间的降雨或短时暴雨，地表水通过裂缝、溶洞等途径入渗到滑坡体，使滑坡体岩土体饱和，降低了岩土体的物理力学性质，增加了滑坡体重量，导致下滑力增大，同时地表水的渗入增加了裂缝的水压力，导致滑坡体变形，进而诱发滑坡体复活[13]。人工开挖对滑坡的复活也起着重要作用，开挖坡脚过程减小了抗滑力，同时使得坡肩和坡脚应力集中，坡顶出现拉裂缝，坡脚挤压破坏，破题后缘形成多条近似平行的拉裂缝逐渐贯通，加速滑坡的复活[14]。一些学者发现滑坡在天然状态下处于稳定状态，而在地震后出现了复活现象，研究认为地震对滑坡的复活起到促进作用主要表现在：地震造成岩土体结构松散，形成拉裂缝，为降雨入渗提供了有利的通道，对处于复活蠕变的滑坡起到了加剧变形的作用[15]。

上坝滑坡位于金沙江溪洛渡水电站库区右岸斜坡上，为特大型老滑坡。2014年4月老滑坡前缘受到降雨及库区水位变化等因素的影响发生局部复活，形成新滑坡，造成大量农田及房屋受损，且该滑坡在暴雨等条件下还有可能进一步滑动，大量滑体滑入金沙江将对下游的电站造成威胁，引起了高度重视。基于此，本文对该老滑坡的复活机制及新滑坡的稳定性展开研究。

1 滑坡概况

上坝老滑坡平面形态总体呈“撮箕状”(图1)，纵向上表现为台阶状，存在两级缓台，缓台后部为陡壁，壁高约30～50 m，显示了滑坡多期滑动的特征。滑坡体纵向(南北方向)长约1 100 m，横向宽450 m，面积约4.95×105m2，滑体厚35～76.5 m，体积约2.76×107m3，属特大型滑坡。滑坡体前缘高程580 m，后缘高程1 000 m，高差420 m，滑坡纵向平均坡度20°，中前部陡，坡度23°～25°，后部缓，坡度10°～20°，主滑方向340°。滑坡边界明显，东西两侧各为一条冲沟，构成老滑坡侧边界；后缘以后壁陡崖为界；前缘直抵金沙江溪洛渡库区。

图1 上坝滑坡全貌图Fig.1 The overview of Shangba Landslide

新滑坡平面上呈“圈椅状”，为老滑坡前缘复活的浅层滑坡。主滑方向340°，滑坡体纵向(南北方向)长约450 m，横向宽300 m，面积约1.35×105m2，滑体厚8.5～35 m，体积约3×106m3，属大型滑坡。滑坡东北侧及西南侧边界主要以滑坡剪切错动形成的陡坎为界；后缘以陡壁为界，壁高约30 m，出露物质主要老滑坡堆积物；前缘直抵金沙江溪洛渡库区。

2 滑坡区的地质环境条件

2.1 地形地貌

滑坡区位于云贵高原川南丘陵延伸地带，构造侵蚀中高山峡谷区，山势陡峻，地形复杂，地势南高北低，山顶海拔2 200 m，坡脚海拔600 m，最大相对高差1 600 m。斜坡后部(海拔1 100 m以上)基岩出露，为数百米陡坡，局部为陡壁；滑坡位于斜坡中前部(海拔1 100～600 m)，地形陡缓相间，呈不规则台阶状，滑坡后部缓，坡度10°～20°，中前部陡，坡度约25°。

2.2 地质构造

滑坡区位于峨边-金阳断裂、莲峰断裂和马边-盐津隐伏断裂所围限的雷波-永善三角形块体内(图2)，区内地质构造复杂，褶皱和节理裂隙优为发育，其中，石板滩背斜倾伏端部位SE翼从滑坡区通过，滑坡区后缘灰岩陡壁发育一组大裂隙，产状N20°E/NW∠75°～80°，延伸数十米，间距3～5 m，局部小于1 m。该区域新构造运动强烈，历史上曾发生破坏性地震达22次，其中8级以上地震6次。地震频率高、强度大、波及面广是其主要特征。

图2 区域地质构造纲要图Fig.2 Regional geological structure1—断裂及编号；2—向斜轴；3—褶皱编号；4—逆断裂；5—背斜轴①峨边-金阳断裂；②华莹山-莲峰断裂；③马边-盐津隐伏断裂；④翼子坝断层；(1)西宁向斜；(2)城墙岩背斜；(3)锦屏山向；(4)那里沟背斜；(5)五官寨向斜；(6)石板滩背斜；(7)黄泥坡背斜；(8)零落坝向斜；(9)马湖向斜；(10)黄毛坝背斜;(11)长坪穹隆背斜；

2.3 水文条件

滑坡区属中亚热带季风气候区，干湿季节交替明显，年平均降雨量为650.5 mm，最大降雨量为1 000 mm，降水分布不均，降水量总趋势随海拨增加而增多，降雨多集中在每年的6～9月，占全年降水量的71%。滑坡区地下水类型主要为松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水，补给来源主要是大气降雨，地下水主要在滑坡前缘低洼处以泉和渗流形式排泄。

3 滑坡地层及滑带特征

滑坡区内地层结构较为复杂，物质组成种类较多，地层厚度变化较大(图3)，从三维地层效果图中可以看出表层松散覆盖层呈滑坡前部薄、后部厚的特点。

图3 滑坡三维地层侧视图Fig.3 Landslide three-dimensional stratum side view

根据钻探和物探揭露上坝老滑坡及新滑坡控滑带主要为两类，分别为老滑坡的泥页岩软弱夹层破碎带(埋深范围35～82 m)和新滑坡表层松散碎石土与下伏似层状泥页岩接触带(埋深范围8.6～21.3 m)(图5)，滑带见图6。老滑坡滑带物质主要泥页岩中的泥化夹层，厚度约 0.4～0.5 m，泥化夹层岩体破碎，性质较为软弱，具有隔水层的性质，易造成该层附近地下水的富集，并造成其局部泥化的特点。

新滑坡滑带物质主要为滑坡表层松散碎石土与下伏似层状泥页岩接触处的泥页岩角砾夹粉质黏土，厚度约0.2～0.3 m，稍湿，结构松散，角砾石含量为50%～60%，粒径0.5～2 cm，个别角砾表面可见摩擦迹象，滑带内粉质黏土含量明显高于上部滑体，经滑动后揉皱现象明显。

图5 地质雷达探测滑带位置图Fig.5 Geological radar detection slide belt position map

4 滑坡变形特征

据现场调查及综合分析，上坝老滑坡为一个覆盖层内部多级、多期次变形形成的一个复合体[16-18]。该滑坡变形由前到后逐级牵引，变形逐渐变弱，在滑坡体上产生裂缝、滑塌及房屋破坏，地貌上形成多级台阶状。据地表变形程度将滑坡分为强烈变形区和弱变形区。

强烈变形区位于老滑坡前缘即新滑坡区，该新滑坡形成于2014年，造成两侧错动形成陡坎，后缘形成陡壁，滑坡体上8栋民房损毁，农田出现10条裂缝，2条为剪切裂缝，其余均为拉张裂缝，滑塌4处(HT1、HT2、HT3和HT4)(图7)，之后变形破坏速度有所减缓，但地表及房屋开裂现象仍存在，目前处于持续蠕滑变形状态。弱变形区位于老滑坡中后部，其变形主要表现为房屋裂缝及两处滑塌体(HT5和HT6)。裂缝及滑塌体特征见表1、表2。

表2 滑塌体特征统计表

图6 老滑坡及新滑坡滑带Fig.6 Old landslide and new landslide slide belt

5 老滑坡复活机制分析

5.1 地层岩性对老滑坡复活的影响

地层岩性常常是触发滑坡等地质灾害的重要因素[19]。滑坡体物质主要由第四系洪积物、崩坡积物、滑坡堆积物及泥页岩组成，上覆第四系堆积物结构松散～稍密，经地表水常年入渗软化后，物理力学性质差，为易饱水、易软化的易滑土体，大量的松散堆积物为滑坡发展提供了潜在的滑体。下伏泥页岩为老滑坡滑带，岩体破碎，黏聚力及抗剪强度低，物理力学性质差，其中泥岩夹层亲水性强，遇水易软化和崩解。土体与岩体的接触面为滑坡的发生提供了潜在的滑面。因此，地层岩性是老滑坡复活的核心影响因素。

图7 滑坡区工程地质平面图Fig.7 The engineering geological plan sketch of landslide area1—第四系全新统崩坡积堆积；2—第四系全新统滑坡堆积；3—第四系全新统洪积堆积；4—奥陶系巧家组；5—滑坡边界； 6—滑动方向；7—房屋；8—裂缝及编号；9—变形分区界线；10—岩层产状；11—等高线；12—剖面线

5.2 库区水位对老滑坡复活的影响

库区水位周期性涨落，对库岸滑坡的复活有重要的影响。滑坡区位于金沙江溪洛渡库区，每年雨季快要结束时蓄水，正常蓄水位600 m，每年12月至次年5月底开始放水，水位降至死水位540 m。水库蓄水后，该滑坡体坡脚处于浸泡之中，土体容重增大，抗剪强度指标降低；库区水位降低时，滑体内水位下降速度滞后于滑体外库区水位下降速度，高、低水位之间的水体将会产生向坡外渗透的渗透水动力作用，导致滑体向下滑动[14]。据访调查发现走，每年的2—4月滑坡变形最为强烈，老滑坡前缘于2014年4月复活，此时间段库区水位下降速度最快。因此，滑坡变形与水位骤降直接相关，是老滑坡复活的直接触发因素。

5.3 降雨对老滑坡复活的影响

降雨对触发滑坡等地质灾害有重要影响[20-21]。滑坡区地下水补给来源主要为降雨及农田灌溉，降雨产生的地表径流除蒸发外，大部分慢慢的入渗到斜坡体，成为影响老滑坡复活的因素之一。根据2011—2015年研究区降雨资料统计显示(表3)，降雨主要集中在每年6—9月份，2011—2013年全年降雨量呈上升趋势，2013年降雨量达到最大(1 201.6 mm)。老滑坡于2014年4月份前缘复活，但滑前3个月降雨量极少。由此可以看出，降雨是老滑坡复活的影响因素之一，但不是本次滑坡的直接触发因素。

5.4 人类工程活动及其他条件对老滑坡复活的影响

据现场走访调查，在老滑坡复活前，斜坡体上新建有大量的民房，建筑物类型多为二层以上楼房，大部分位于新滑坡的后缘部位。据当地村民介绍，随着民房的修建，农田及民房变形现象越来越严重，说明加载效应是十分明显。因此，建筑物加载是老滑坡复活的影响因素之一。

地震、地质构造对老滑坡复活也有影响。研究区处于Ⅶ度地震区，地震引起滑坡体振动，坡体受到反复冲击，坡体软弱层锁合松动，抗剪强度降低或完全失去结构强度，使老滑坡稳定性降低。研究区位于石板滩背斜南东翼，滑坡所在区域基岩为缓倾单斜岩层，受到构造挤压作用，加上前缘临空，构造裂隙和卸荷裂隙发育，使得老滑坡易于复活。

表3 研究区2011—2015年降雨情况统计表(mm)

6 滑坡稳定性分析

结合岩土体物理力学参数试验结果及反演分析，给出滑坡体各岩土体相关物理力学参数(表4)。

表4 滑坡体岩土体物理力学参数表

6.1 稳定性评价方法

图8 A-A′剖面新老滑坡滑体稳定性计算条块划分图Fig.8 The block division of new landslide stability calculation in A-A′section

综合地面调查及勘察结果分析，新滑坡滑面呈折线型，故采用基于极限平衡理论的折线型滑动法(传递系数法)对新滑坡进行稳定性计算。计算公式如下：

Ri=[Wicosαi-AWisinβi-Pwisin(αi-

βi)]tanφi+CiLi

Ti=Wisinαi+AWicosαi+Pwicos(αi-βi)

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tgφi+1

式中：K——稳定系数；

Wi——第i条块的重量/(kN·m-1)；

αi——第i条块滑面倾角；

βi——第i条块地下水流倾角/(°)；

A——地震加速度/g;

Pwi——第i条块的地下水渗透压力/(kN·m-1);

φi——第i条块滑面内摩擦角/(°)；

Ci——第i条块滑面内聚力/kPa；

Li——第i条滑面长度/m。

6.2 稳定性计算模型及评价工况确定

根据滑坡变形特征及地形地貌特征，选取A-A’作为新滑坡最不利稳定性的剖面进行稳定性计算及条块的划分(图8)。考虑到新滑坡可能遭遇最不利情况，依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》DZ/T 0219—2006，分别考虑滑坡库水位骤降时选取自重+地下水工况组合，处于正常蓄水位(600 m)时选取自重+地下水、自重+暴雨+地下水、自重+地震+地下水三种工况进行稳定性计算。

6.3 稳定性计算结果及分析

通过对新滑坡各种工况条件下稳定性计算及结果分析表明，新滑坡在正常蓄水位(600 m)情况下，天然工况下处于基本稳定状态，暴雨工况和地震工况处于欠稳定状态；在水位骤降(600 m降至540 m)情况下，天然工况处于欠稳定状态(表5)。说明受暴雨、地震和库区水位变动等不利因素的影响，老滑坡体前缘新滑坡体有进一步发生大规模滑动的可能。