关键影响因子作用下三峡库区堆积层滑坡分布规律及变形破坏响应特征*
2021-07-19杨忠平李绪勇张益铭刘新荣
杨忠平 李绪勇 赵 茜 张益铭 刘新荣
(①重庆大学土木工程学院, 重庆 400045, 中国)(②重庆大学库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心, 重庆 400045, 中国)(③重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室, 重庆 400045, 中国)
0 引 言
三峡水库目前是世界最大水利枢纽工程,为国家缓解能源需求、防洪、航运和灌溉等方面作出巨大贡献。但同时,本就脆弱的库区地质环境在水库建设、运行的剧烈影响下发生了显著变化,诱发了大量新、老滑坡的产生与复活(Zhou et al.,2016),严重威胁库区人民的生命财产安全、河道航运和水库正常运行。
堆积层滑坡是发生在第四纪及近代松散堆积物中的一类滑坡,通常具有成分疏松、孔隙度和渗透率高、黏塑性变形明显等特征(He et al.,2008)。在库区各类崩滑灾害中,因其分布最为广泛、发育总规模最大(夏金梧等, 1997; 黄承忠, 2011),且暴发频率高、常形成持续性危害而备受关注(贺可强等, 2009)。厘清滑坡的关键影响因子及其影响机制是有效实施滑坡灾害防治工作的基础。学者们普遍认为滑坡影响因素主要分为内部控制因素和外部诱发因素两类,前者为滑坡自身所处工程地质环境,包括区域构造(Deng et al.,2017; 冯文凯等, 2019)、地层岩性(Miao et al.,2014)、地形地貌(乔建平等, 2006)、斜坡结构(黄润秋, 2007)等,为控制滑坡分布与发育的根本影响因素(Li et al.,2019); 后者包括地震、降雨、人类工程活动和库水波动等,多种外部因素常同时作用于滑坡体。降雨是世界范围内滑坡破坏的直接诱因(周云涛等, 2016),增加孔隙水压力,减小有效应力,并降低岩土体强度是降雨诱发滑坡的主要机理; 在库岸特殊环境下,库水波动影响地下水位,改变坡体渗流场和受力状态,对库岸涉水滑坡稳定性影响大(Paronuzzi et al.,2013)。对于堆积层滑坡,其物质组成与结构特征为雨水和库水作用提供了非常有利的条件,降雨和库水波动共同成为库区堆积层滑坡变形破坏的最主要诱因(Sun et al.,2017; 梁鑫等, 2019; 肖捷夫等, 2020)。此外,库区土地资源稀缺,移民搬迁更加剧了库岸斜坡上的工程建设活动,人类工程活动也成为诱发滑坡的重要因素之一(Yan et al.,2019; 刘震涛等, 2020)。滑坡稳定性因受到以上各种因素影响,随斜坡形态、应力状态和岩土体强度改变而不断演化。
如上所述,尽管目前已有大量针对库区堆积层滑坡的相关研究,但这些研究普遍局限于单个滑坡或较小空间范围,对整个三峡库区堆积层滑坡影响因素及其内在机理,分布发育以及变形破坏特征等的宏观认识有待深入。据此,在前人的研究基础上,整理分析了145处三峡库区库岸堆积层滑坡资料,从滑坡的地形地貌、地质岩性、斜坡构造、主要外部诱发因素以及变形破坏特征等相关资料入手,揭示库区堆积层滑坡在上述关键影响因子下的发育分布规律,阐明内在机理,分析滑坡在不同主导诱因组合下的变形破坏特征。以期对三峡库区堆积层滑坡防治整体规划与侧重提供一定的参考意义。
1 研究区概况与研究方法
1.1 工程地质概况
三峡水库库首位于湖北宜昌三斗坪,库尾至重庆江津,为一狭长河谷。库区河流水系发育,以长江为干流,发育了50余条较大一级支流,干、支流岸坡长度分别为670km和5000km。大部分降雨发生在5月到9月之间,地下水类型主要包括松散堆积层孔隙水、碎屑岩裂隙水和碳酸盐岩溶裂隙水3类。库区前后经历了印支、燕山和喜山运动,地质构造呈现出川东褶皱沉降带、川黔湘鄂隆起褶皱带及北部大巴山弧形褶皱带等一系列褶皱构造组合(徐平, 2011)。在地质构造和水系表生改造等作用下,形成以重庆奉节为界,西侧川东低山丘陵平行岭谷地貌和东侧川东鄂西中山峡谷区侵蚀地貌。库区地层出露较齐全,除部分泥盆系、石炭系、白垩系与第三系缺失外,从震旦系至第四系由老到新沿库首至库尾分布(李松林等, 2020)。
1.2 数据资料
在前人研究基础上,收集三峡库区干、支流两岸145处堆积层滑坡相关资料,提取滑坡地层岩性、斜坡结构、斜坡坡度、滑坡高程等作为滑坡控制因素,分析滑坡在上述影响因素下的分布、发育规律及其内在机理; 考虑各滑坡变形破坏的主要共同诱发因素,选取降雨和库水波动作为关键诱发因素,分析两者诱发滑坡的物理力学机制; 依据滑坡变形破坏特征资料,剖析库区堆积层滑坡的变形破坏总体特点,阐明变形破坏模式; 揭示滑坡在降雨与库水作用的不同组合诱发下的变形破坏响应特征,弥补目前关于库水作用和降雨对滑坡不同部位变形影响研究较少的缺陷(Tan et al.,2018)。
研究样本分布于库区长江干流和支流的14个区县,滑坡总数量是现有针对库区堆积层滑坡的研究中较多的。此外,所研究滑坡样本的空间分布及发育规律与Li et al. (2019)(593处滑坡)和He et al. (2008)(428处滑坡)对大量库区包括堆积层滑坡在内的所有类型滑坡的研究结果较契合。研究样本的合理性较高,研究成果能较准确地反应库区堆积层滑坡的整体分布与发育规律等特征。
2 堆积层滑坡发育空间分布特征
三峡库区堆积层滑坡总体空间分布与发育特征如图1所示。图1a中显示了145处堆积层滑坡所处的具体空间位置,右下角(图1b~图1f)为相关统计数据,其中图1b为库区自西向东各区县内的滑坡数量及包含的斜坡结构类型,图1c~图1f分别为所有滑坡的滑坡规模、滑体厚度、斜坡结构和斜坡坡度分布。
总体上看,滑坡发育在沿长江东西走向上,呈现出明显的空间差异性:滑坡大量分布在万州及其以东区县,占比90.3%(131处),滑坡体积占调查总滑坡体积的97.5%,绝大多数大型(76处)、特大型滑坡(28处)均分布在此区域内; 万州以西滑坡数量较少,滑坡数量仅占9.7%(14处),总体积仅占2.5%(图1a、图1b)。库区堆积层滑坡的空间分布特征显示受地质构造的显著影响:以万州为界,东库段地处上扬子地台褶皱带与大巴山台缘弧形坳褶带的交汇复合地带,构造作用强烈,形成了NEE、NNE、NNW向褶皱断裂综合控制下的区域构造网络,岩体破碎发育,为发育堆积层滑坡提供了充足的滑源物质; 相比之下,西库段位于四川台坳外缘,为近平行状呈NE向展布的右列式褶皱带,区域内大型断裂不甚发育,基岩完整性较好(徐平, 2011)。
位于长江及其各级支流两岸的涉水滑坡分别有73处和50处,干流库岸堆积层滑坡发育较支流明显,流经兴山与秭归的香溪河两岸滑坡发育频次明显高于其余各支流。干、支流左右两岸滑坡数量均相当,显示岸别对堆积层滑坡发育无明显控制作用。
141处已知规模滑坡的总体积达1.03×109m3。如图1c所示,按照三峡库区地质灾害防治工作指挥部发布的《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》,库区堆积层滑坡发育以体积为100×104~1000×104m3大型滑坡为主,共79处,占比56.0%; 其次为10×104~100×104m3中型滑坡与大于1000×104m3的特大型滑坡,两者发育数量相当,分别有32处和29处,占比22.7%和20.6%; 体积小于10×104m3的小型滑坡较少,在所收集的已研究滑坡中仅有一处。按滑体厚度分(图1d),中层滑坡(10~25m)为主要滑坡类型,共81处,占比59.1%; 其次为25~50m的深层滑坡,共34处,占比24.8%; 再次为浅层(≤10m)滑坡,共17处,占比12.4%; 滑坡体厚度大于50m超深层滑坡仅5处,占比3.7%。
3 关键影响因子下的堆积层滑坡分布发育规律及影响机理
选取地层岩性、斜坡结构与地形地貌为控制因素,降雨与库水作用为关键诱发因素,分析三峡库区堆积层滑坡在上述关键影响因子下的分布发育特征及内在机理。
3.1 地层岩性
地层岩性是影响三峡库区滑坡最主要的地质因素。145处堆积层滑坡下伏基岩地层20余种,按照基岩成因、物质组成(硬、弱、软岩百分比)及其工程地质性质,可将基岩地层分为灰岩及白云岩夹砂页岩(LDS)、砂页岩夹煤层(SC)、泥灰岩与砂泥岩互层(MSM)等3种主要岩性组合(殷跃平等, 2004a)。
各地层结构及发育滑坡数量统计如图2所示,可见SC岩组主要由侏罗系地层组成,发育着库区大多数堆积层滑坡,达104处,占样本总量的64.2%; 其中侏罗系中统沙溪庙组(J2s)地层广泛分布在奉节以西区域,发育滑坡超过此岩组滑坡总数的一半(53处),对岩组中滑坡发育起控制作用。此岩组以中厚至厚层或块状砂岩、黏质粉砂岩、长石石英砂岩等与页岩呈互层产出,夹泥岩、碎屑岩,部分夹煤层。砂岩强度较高,但其强度随泥质增加而降低; 泥岩、页岩强度较低,且黏粒含量高,遇水易泥化形成强度极低的软弱夹层。此外,岩组中岩体完整性常较差(李松林等, 2020),故在软弱夹层与结构面共同作用下较易发生滑坡(张家明, 2020)。
图2 不同基岩岩性组合下的堆积层滑坡发育特征
MSM中的滑坡总数相对较少,占比27.8%(共45处)。岩组中地层种类较少,绝大多数滑坡发育在三叠系中统巴东组(T2b)中。此岩组主要以石灰岩、泥质灰岩与泥岩、砂岩、页岩互层产出。地层中泥岩、页岩强度低,而灰岩强度较高,易形成“软-硬”互层二元结构,弹性参数差异导致互层界面产生较大的应力集中,破坏软岩结构,对滑坡稳定极为不利(朱赛楠, 2016)。T2b广泛分布在奉节、巫山、巴东,3个地区的堆积层滑坡基本都发生在这一地层中,是库区典型“易滑”地层。其单轴抗压强度一般在6~25MPa,属软岩,在风化作用下同样易形成“软-硬”二元结构,遇水强度显著降低(殷跃平等, 2004a); 并且印支及以后运动使地层节理裂隙发育,利于地下渗流与水-岩作用,若下伏渗透性较小的泥岩,地下渗流则会沿岩层接触面流动,形成潜在软弱滑动面(带),易造成滑坡失稳。
LDS中仅少量滑坡发育,占比8.0%(13处)。该组以碳酸岩类为主,包括石灰岩、白云岩、泥质灰岩及硅质灰岩等,间夹砂岩、页岩。石灰岩、白云岩均属硬质岩,强度高,岩体完整性好,滑坡稳定性主要受控于软弱垫层。
就滑坡总量而言,发育于SC岩组中的滑坡数量大幅度超过MSM与LDS岩组,但就滑坡线密度而言,MSM岩组滑坡发育线密度远超其余岩组,达0.24个·km-1; 其次为SC岩组,达0.13个·km-1; 再次为LDS岩组, 为0.10个·km-1(岩组岸线长度及后文斜坡结构岸线长度参考Li et al.,2019)。可见MSM为“最易滑”岩组,T2b为“最易滑”地层。
3.2 斜坡结构
斜坡结构用以描述斜坡坡向与下伏基岩产状的空间组合关系,可分为顺向坡、横向坡、逆向坡以及岩层倾角小于10°的近水平坡,具体分布见图1e。在已知斜坡结构的滑坡中,有42.2%发育于顺向坡中,显著超过其他各类斜坡; 近水平地层和逆向坡中滑坡发育数量相当,分别占27.4%和23.0%,近水平地层主要分布在万州地区; 仅7.4%发育在斜向坡中。
但从滑坡发育线密度来看,顺向坡(库岸分布1085km,)与逆向坡(库岸分布776km)滑坡线密度相当,均约为0.05个·km-1,斜向坡(库岸分布360km)约0.03个·km-1。这表明与岩质滑坡在顺向坡中更易发(朱冬雪等, 2020)不同,斜坡结构对堆积层滑坡发育没有明显的控制作用。分析认为,基岩滑坡是发生第三纪及以前地层中的滑坡,滑坡稳定性受基岩产状(斜坡结构)、基岩结构面、软弱夹层及岩体强度等控制,而堆积层滑坡是第四纪及近代松散堆积体沿着基覆界面或在堆积体内部形成滑动面(带),滑坡失稳是下伏基岩界面以上一定厚度的堆积体岩土强度降低、结构破坏造成的,与下伏基岩产状等因素没有直接的联系。
3.3 地形地貌
3.3.1 斜坡坡度
斜坡坡度影响着坡体应力分布、径流与入渗、地下水补给与排泄等斜坡稳定性重要影响因素,对滑坡发育起直接控制作用。由图1f可知,滑坡主要集中发育在10°~30°的斜坡上,尤以10°~20°斜坡为主,占比46.9%; 其次为20°~30°斜坡,占比35.9%。10°以下平缓滑坡和30°以上陡峭滑坡仅少量发育。过陡斜坡不利于结构松散的坡体早期堆积,过缓斜坡又因下滑力小而不容易失稳。
进一步分析发现,库区堆积层滑坡坡度分布也存在一定的空间差异性。万州及以西区域主要分布20°以下坡度滑坡,其中万州地区发育的10°以下近水平坡及10°~20°较平缓滑坡为库区最多; 绝大多数20°以上滑坡发育在万州以东地区。这与东高西低的库区地形相符合。并且滑坡敏感坡度也与区域基岩岩性相关,如侏罗系地层易发生8°~15°的滑坡(李松林等, 2020),与江津—万州段广泛分布侏罗系地层且主要发育20°以下滑坡现象相吻合。
3.3.2 滑坡高程
三峡库区绝大多数老滑坡复活和新滑坡的产生均与库水波动有关,且多数滑坡变形发生在库区蓄水初期(Wang et al.,2014; Zhang et al.,2020),可见库水作用对库区滑坡变形的显著影响。滑坡高程显示坡体与库水位的位置关系,决定着库水对滑坡稳定性的作用水平。通过库岸堆积层滑坡前缘高程(h1)、后缘高程(h2)和最高库水位(hmax=175m)计算滑坡涉水程度:
其分布如图3所示。样本中有约84.8%(123处)的滑坡为涉水滑坡,且有59.3%的滑坡前缘高程低于库水正常运行阶段的最低水位145m。涉水滑坡中有52.8%的滑坡淹没部位位于坡体前部(0
60%),可见库水主要对滑坡的中前部产生冲刷、掏蚀、浸泡,以及静、动水压力等直接作用。
图3 滑坡高程及涉水程度分布
3.4 降 雨
堆积层滑坡坡体一般为含粉质黏土和碎石的土-石混合体,结构松散,大孔隙比和强透水性便于雨水入渗。降雨经物理化学与力学作用增加坡体下滑力,降低抗力致滑(图4)。就物理、化学作用而言,入渗雨水可形成水膜起润滑作用,减小颗粒间滑动阻力; 蒙脱石或伊蒙混生矿物含量较高的膨胀性岩石吸水膨胀和崩解,结构破坏; 泥化软化岩土体,溶解颗粒间黏结物,致使岩土体强度降低; 滑体在循环降雨下承受干湿循环,岩土矿物体积在反复水化与脱水过程中不断变化,引起结构破坏,促进风化作用,引起滑体强度显著劣化(曾胜等, 2013)。力学作用主要体现在:滑体吸水后增重; 基质吸力可强化非饱和土颗粒间的联结,但随雨水入渗,岩土体饱和度提高,孔隙水压力上升、基质吸力消散(Wang et al.,2016); 滑体内部向下渗流产生直指坡下的渗透力,增加了下滑力(Tan et al.,2018); 滑体在雨水作用下变形产生微裂隙或张拉裂隙,更有利于雨水入渗,同时裂隙储水产生水平静水推力,推动滑坡; 地下水位提升,浮托滑体,降低抗滑力。
降雨类型也影响着滑坡变形特征,短时间歇性强降雨由于雨水入渗深度有限,只能使一定深度范围的土层强度明显劣化,稳定性降低,从而容易导致浅层堆积层滑坡; 相反,长时持续性低强度降雨容易引发深层滑坡(Zhou et al.,2016; Wang et al.,2020)。
3.5 库水作用
库岸滑坡频次在每个蓄水阶段变化节点都显著增大,且在一定年限内保持较高滑坡频次,而后由于滑坡经过逐年变形后产生固结与压密应力调整,其稳定性有所恢复,滑坡频次有所降低(He et al.,2008; 李松林等, 2020)。此后库水位在145~175m之间呈周期性变化, 30m的库水位波动成为后续库岸滑坡变形破坏的重要诱发因素,研究样本中有105处(85.4%)涉水滑坡受到库水波动显著影响。
库水入渗补给坡体地下水,对滑体岩土体产生与入渗雨水相同的物理化学作用,降低滑坡稳定性; 水流冲刷、掏蚀库岸,加速库岸再造,形成高陡临空面,显著影响滑坡稳定(刘新荣等, 2020)。库水升降引起的作用于坡体内外的动、静水压力作用对涉水滑坡稳定性影响尤为突出(图4),且大量案例表明,水位的快速变化是库水降低岸坡稳定性主要原因。
图4 降雨与水库蓄水对堆积层滑坡稳定性影响机理示意图
涉水滑坡按其变形破坏时所处的库水位变动阶段可分为浮托减重型、动水压力型和复合型滑坡。库水位在上升过程中产生垂直于坡面静水压力,形成“压脚”效应。此外,在滑体渗透性等因素影响下,地下水浸润线滞后于库水位(Liu et al.,2005; 汤明高等, 2019),形成指向坡内的水力梯度,引起向坡体内部渗流,渗流力直指滑坡体内部,其作用在滑面上的法向分力和切向分力均增大了抗滑力,减小了下滑力; 且随库水位升高滞后越明显,动水压力也随之增大,直至浸润线高度与库水位一致时,动水压力消失,有利作用消失。但随着库水不断入渗,滑体孔隙水压力持续上升,有效应力、基质吸力持续减小,在基覆界面产生静水压力,引发浮托效应,减小滑体抗滑力,削弱坡体稳定性(Zhang et al.,2010)。坡体总体稳定性受上述多种有利或不利作用综合影响,样本中只有少数库水型滑坡(7.6%, 8处)受库水上升的削弱作用主导而发生浮托减重型滑坡,部分滑坡显示受有利作用主导,其稳定性反而有所提高。
库水下降时,滑体容重、孔隙水压力减小,有效应力、基质吸力增大,有利于滑坡稳定。但坡体前缘水位退却,“压脚”效应减弱直至消失; 坡内水位下降相比库水位滞后,形成指向坡外的动水压力; 受高水位长期浸泡,滑带土软化、强度劣化严重等,危害滑坡稳定。样本中大多数库水型滑坡都在库水下降时明显变形(86.7%, 91处),发生动水压力型滑坡。滑坡变形大小和速率受滑体渗透性与库水下降速率显著影响,滑体渗透性较低、库水骤降会增大水力梯度,动水压力增大,更有利于坡体滑动变形(Paronuzzi et al.,2013; Shi, et al.,2018)。复合型滑坡在库水上升与下降过程中都发生较明显变形,兼具浮托减重型与动水压力型滑坡特征,此类型滑坡较少(5.7%, 6处),且仍以表现动水压力型滑坡特点为主。
4 关键诱发因素下的堆积层滑坡变形破坏响应特征
4.1 变形破坏总体特征
变形与破坏是滑坡演变的前后历程,变形达质变即破坏。总体上,库区堆积层滑坡典型累积变形曲线可大致分为5类(图5):匀速型、加速型、阶梯型、震荡型和收敛型(Miao et al.,2018; 杨背背, 2019)。匀速型滑坡变形速度保持基本一致,累计变形呈稳定增长趋势,滑坡可能处于初始变形或等速变形阶段; 加速型滑坡位移呈指数增长,一般处于此阶段的滑坡失稳风险高; 阶梯型变形是库水快速波动导致滑坡在一段时间内的变形比其他时间大,滑坡经历多次明显加速又随后稳定的现象; 震荡型位移曲线中的不规则波动显示位移受人类工程活动或监测误差影响; 收敛型变形显示滑坡由于受外界诱因减弱或工程治理影响,由剧烈变形趋于平稳。
本文研究对象是《物权法》中名词性法律术语英译的一词多译现象。《物权法》是一部规范财产关系的民事基本法律,调整因物的归属和利用而产生的民事关系。这部法律被认为全面准确地体现了国家基本经济制度,“这是中国践行宪法理念、弘扬宪法精神的一座里程碑”[7]。《物权法》涉及大量基础法律概念,具有较强的专门性,译者对其中名词性法律术语的翻译理应相对规范、统一,因而本文选取《物权法》中名词性中文术语及其译文为研究素材,这些中文术语既包含单词结构,也包含多词结构。
图5 三峡库区堆积层滑坡典型累积位移-时间曲线
研究样本中有62处滑坡,共68个监测点的累计位移监测数据。各类型的累积位移时序曲线数量从多到少分别为阶梯型39处、匀速型10处、震荡型9处、收敛型8处、加速型2处。其中:由于大多数堆积层滑坡为涉水滑坡,受库区周期性雨季降雨与库水周期性波动影响,阶梯型变形在库区堆积层滑坡中很常见,又因其特征明显以及多次变形加速而后又趋于平稳,提高了滑坡预测预警难度,受到广泛关注(Zhou et al.,2018; Lu et al., 2020)。
对于堆积层滑坡,堆积体与下伏基岩的物理力学特性差别较大,雨水在基覆界面渗流、积聚,且地下水活动可能产生淋滤作用,带动滑体中的细小黏粒从浅至深运移,在基覆界面形成细小黏粒含量更高的相对软弱带(孙红月等, 2012; 王志兵等, 2017),所以绝大多数堆积层滑坡的主滑动带都沿基覆界面发育。对于堆积体较深厚的堆积层滑坡,由于堆积物形成时期跨度大,沿深度方向上物质性质不连续、边界条件以及地下水活动差异、应力场变化等,坡内易形成软弱带或应力集中带,从而在坡内发育次级滑动带,诱发多级滑动,如新滩滑坡、八字门滑坡、白水河滑坡等。
4.2 变形破坏模式
堆积层滑坡变形破坏模式受渐进破坏主导,按滑坡始滑部位及力学机制,可主要分为牵引式、推移式和混合式3类(图6)。
牵引式滑坡变形始于坡体前缘,渐进向后发展。滑坡前缘首先在降雨、河流冲刷、库水涨落以及人工开挖坡脚等作用下滑移-拉裂,造成后部滑体临空,失去支撑。并且坡体在变形过程中产生的裂缝为降雨、库水入渗和积聚提供通道,静、动水压力助推滑体随前缘失稳后渐进后退破坏(图6a)。此类型滑坡可表现为叠瓦式向前滑移,形成多级台地,直至整体破坏,也可形成多次级滑块的独立滑动(李德营等, 2017)。
图6 三峡库区堆积层滑坡变形破坏模式及主要力学机制
推移式滑坡变形始于滑体中后部,推动滑体前缘,引发滑移-隆起-整体下滑破坏(图6b)。库区广泛发育的靠椅状滑坡地形,后缘陡崖、陡壁利于后缘雨水入渗至基覆界面,崩滑动力和堆积加载推动中后部滑移(吴绵拔等, 1987; 李德营等, 2017),或在人类工程活动、建筑荷载等综合因素下引起失稳; 同时后缘常发育张拉裂缝,加重降雨入渗、积聚对滑体稳定性的不利影响。
混合式滑坡兼具后缘推移与前缘牵引特点,中部在前后缘变形共同作用下形成贯通滑动面,引发滑移-拉裂-剪断破坏(图6c)。
4.3 不同主导诱发因素下滑坡变形破坏响应特征
研究表明,库水波动和降雨对滑坡体的影响范围和程度,以及对坡表和深部变形的影响格局和程度存在明显差异(Wang et al.,2016; 邓茂林等, 2019)。但水库的功能决定了库水位变化往往与雨季降雨具有一定的关联性,难以分辨降雨和库水各自对滑坡变形破坏特征的具体影响,如何区分两者对涉水滑坡变形破坏的影响是一个值得关注的问题。
如图7所示,样本中共有109处已知变形破坏模式的滑坡,总体上看,三峡库区堆积层滑坡的变形破坏模式以牵引式为主,其次为推移式滑坡,再次为混合式滑坡; 整体式滑坡很少,仅有一处(在此不作分析)。在降雨主导(包含部分涉水滑坡,但降雨为主要诱因)、库水波动主导(部分包含降雨因素,但库水波动为主要诱因)以及降雨-库水联合(诱发因素同时包含降雨和库水波动,不区分主次)3种不同诱发因素组合下的滑坡变形破坏响应均与库区总体变形破坏模式响应特征一致。
图7 主导诱发因素下的库区堆积层滑坡变形破坏模式响应
相比其他诱因组合,降雨主导诱发的推移式和混合式滑坡占比更高,尤其在非涉水滑坡中,推移式滑坡数量甚至超过牵引式; 相反,库水波动主导的牵引式滑坡相比降雨主导的牵引式滑坡占比更高,且部分滑坡在受库水影响前后的破坏模式从推移式转变为牵引式,如鹤峰场镇滑坡、簸箕石滑坡、青石滑坡等; 降雨-库水波动联合作用下的牵引式滑坡占比为各诱因组合中最高。结合各变形破坏模式的始滑部位特点,可知降雨主要引发堆积层滑坡的中后缘变形,而对坡体前缘影响相对较小; 库水波动主要对坡体前缘产生影响,且相比降雨影响更大; 降雨-库水波动联合作用在坡体前缘形成耦合影响区,此时坡体前缘受影响程度最强,最易首先发生变形破坏。
总体而言,降雨相对平衡地作用于坡体的各个部位,偏向对滑坡产生整体性的影响,但受地形影响,其重点影响部位有所偏倚; 同时加快浅部和深部变形; 一次降雨的影响持续时间长,甚至达1~2个月(Zhao et al.,2012)。相反,库水主要对滑坡的中、前部产生直接影响; 库水上升加速滑体深部变形,减缓浅部变形,库水下降反之(Wang et al.,2016)。
5 结 论
收集了三峡库区145处堆积层滑坡的地形地貌、地质岩性、斜坡构造、主要外部诱发因素以及变形破坏特征等相关资料,探究了三峡库区堆积层在上述内、外部关键影响因子下的分布发育规律及其作用机理、滑坡变形破坏特征及其对不同主导诱因组合的响应。主要结论如下:
(1)库区堆积层滑坡以大型、中层滑坡为主,受基岩岩性控制,滑坡发育呈现显著空间差异性,万州—秭归段较万州以西滑坡数量更多、规模更大。
(2)砂页岩夹煤层岩组(SC)和泥灰岩与砂泥岩互层岩组(MSM)是库区堆积层滑坡的主要易滑基岩岩组。SC岩组沿岸线分布最长,发育滑坡数量最多,此中侏罗系中统沙溪庙组(J2s)起控制作用; MSM岩组中滑坡发育数量次之,但滑坡密度最高,其中三叠系中统巴东组(T2b)起绝对控制作用。软岩和“软-硬”互层二元结构广泛分布、剧烈水-岩作用是库区岩性条件对滑坡发育的主要影响因素。
(3)斜坡结构对堆积层滑坡发育密度没有明显控制作用; 滑坡主要集中发育在10°~30°的斜坡上,尤以10°~20°斜坡上最多,在过缓和过陡斜坡上较少发育。
(4)库区堆积层滑坡大多为涉水滑坡,降雨和库水波动是主要诱发因素。松散堆积体加剧降雨入渗,雨水通过软化、泥化劣化岩土体物理化学性质,通过增大孔隙水压力、减小基质吸力、提高地下水产生浮托力以及形成渗透力等改变滑体力学状态; 库水波动是涉水滑坡最重要的诱发因素,动水压力型滑坡是库水型滑坡的最主要类型,库水骤降形成较大水力梯度是动水压力型滑坡的主要力学机制,受滑体渗透性与库水下降速率影响显著。
(5)降雨和库水波动各自主导影响下的滑坡变形破坏特征存在明显差异。受库区地形影响,降雨对滑体中后缘影响较大,降雨主导下易形成推移式滑坡; 库水波动着重作用于滑体前缘,易诱发牵引式滑坡; 降雨-库水波动联合作用于滑体前缘,最易形成牵引式滑坡。