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三峡水库运行期地质灾害变形特征及机制分析*

2021-07-19叶润青付小林易庆林张俊义李长明侯时平

工程地质学报 2021年3期
关键词:库水三峡库区阶跃

叶润青 付小林 郭 飞 易庆林 张俊义 李长明 侯时平 刘 娜

(①中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心), 武汉 430205, 中国)(②三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学), 宜昌 443002, 中国)(③中国地质调查局水文地质环境地质调查中心, 保定 071051, 中国)(④中国地质调查局探矿工艺研究所, 成都 611734, 中国)(⑤湖北省水文地质工程地质勘察院, 宜昌 443000, 中国)(⑥重庆市地质矿产测试中心, 重庆 400042, 中国)

0 引 言

三峡库区地质复杂,地形陡峻,暴雨频繁,地质灾害广泛发育,是我国地质灾害多发、频发区,以滑坡、崩塌灾害最为突出(李晓等, 2008)。据史料记载,湖北省秭归县长江三峡之一的西陵峡的兵书宝剑峡出口处,新滩附近曾多次发生滑坡、崩塌,危害百姓,击沉过往船只,数次堵江碍流,曾经阻断长江达82年(孙广忠等, 1988)。1985年6月12日凌晨3点,新滩再次发生滑坡,广家崖—姜家坡—新滩斜坡上发生了体积约3×107m3的特大型滑坡,将新滩古镇推没于长江(王治华等, 2017)。

三峡工程建设以来,在库区实施了大规模移民迁建与基础设施复建,水库蓄水也使得库区水位大幅抬升并每年以30m的水位升降,打破了数万年以来自然塑造的地质环境平衡。特别是水库消落带附近斜坡岩土体,受到库水周期性大幅波动影响,易出现变形失稳而产生滑坡、崩塌现象,严重影响库区经济和社会发展,危害沿岸人民生命财产和长江航运安全(Guo et al.,2016; 周家文等, 2019)。据不完全统计,三峡水库高水位蓄水运行后,库区涉水滑坡达2000多处。水库蓄水后导致大量古、老滑坡复活变形及新生滑坡产生(李松林等, 2018)。仅在2003年蓄水至135m时,三峡库区有200余处滑坡产生变形(朱大鹏, 2010)。三峡水库135m蓄水后,长江支流青干河左岸发生了千将坪特大型滑坡,造成14人死亡、10人失踪和1200人受灾,并毁坏4家工厂和129栋房屋(Jian et al.,2014; Yin et al.,2015)。诸多学者对三峡库区地质灾害的成因机理、变形特征及影响因素、预测预报等方面开展了大量研究(刘传正, 2007; 卢书强等, 2014; 代贞伟等, 2016; 邓茂林等, 2019),主要针对单体滑坡或者某一类型滑坡开展相关研究。

三峡水库175m高水位试验性蓄水至今,已完成了12次高水位蓄水及30m水位的大幅循环波动,水库已由试验蓄水阶段转入了正常运行阶段。与三峡水库蓄水初期相比较,水库运行期地质灾害在变形特征、主导外动力因素等有明显差异。从诱发地质灾害变形的外动力因素上看,库水对库区地质灾害变形影响逐渐减弱。在三峡水库蓄水初期, 2003~2008年期间,库水是三峡库区地质灾害变形的主要诱发因素。而近年高水位运行期间,降雨成为主导诱发因素。2014年渝东北地区8·31暴雨期间,云阳、奉节、巫山3个县地质灾害灾(险)情最为严重,共发生灾(险)情1977处,其中三峡库区范围内的共88处。2017年秋汛出现久雨天气,库区超过1个月的持续阴雨天气,降雨量是往年的2~3倍,导致了库区大量滑坡发生变形和失稳破坏,发生了秭归盐关滑坡和柏堡滑坡、兴山彭家槽滑坡以及巫溪的广安村滑坡等。

三峡库区2001年启动了地质灾害监测预警工程,开展了三期次地质灾害规模性专业监测建设,对三峡库区200余处重大崩塌、滑坡地质灾害开展了持续专业监测,成功预警了奉节曾家棚滑坡、黄莲树滑坡等地质灾害险情,避免了人员伤亡,获取了海量监测数据。目前针对三峡库区地质灾害专业监测分析研究,主要集中在地质灾害单体的监测数据分析,如单体滑坡的位移预测、工程治理效果分析等(Xu et al.,2018; 易庆林等, 2018)。但针对三峡水库运行期地质灾害的变形特征的系统分析尚不足,尚未从监测数据的角度对三峡水库运行期地质灾害的变形特征进行系统总结和分类,分析不同类型地质灾害变形特征及变形机制。

随着2016年三峡库区已建成了地质灾害自动化专业监测网络,能够实时获取地质灾害监测数据,具有监测频次高、数据量大,变形与库水、降雨等影响因素之间的相关性更明显等特点,为地质灾害变形特征及其影响因素关系分析提供了良好数据基础。因此本文以三峡后续规划实施专业监测的189处地质灾害为研究对象,结合2003年以来专业监测数据,重点分析了2016年以来的自动化监测数据,研究地质灾害近年的变形特征、变形影响因素及其作用机制,并基于监测数据进行地质灾害变形分类研究,为三峡库区地质灾害分类预警预报提供依据。

1 地质灾害专业监测概况

三峡库区地质灾害监测预警工作始于新滩滑坡, 1985年成功预报,被誉为我国滑坡防灾预报研究史上罕见的奇迹(岩土所新滩滑坡研究组, 1985)。1998~2000年,在三峡库区开展地质灾害监测与预警预报试验示范研究,建立了链子崖危岩体、黄土坡滑坡等大型崩塌、滑坡地质灾害专业监测网。2001年三峡库区开始了地质灾害规模性集中防治工作,实施地质灾害监测预警工程规划与建设。2003年初步建立了三峡库区地质灾害监测预警体系并投入运行(侯俊东等, 2012)。随后在2007年和2016年对地质灾害监测预警体系进行了补充建设和升级改造。因此,可以将三峡库区地质灾害监测预警工作划分为4个阶段(表1)。2001年以前为地质灾害监测预警试验研究阶段,主要是开展斜坡地质灾害监测技术方法的试验应用和监测仪器研发,包括首次将GPS应用于山区斜坡地质灾害监测应用。2001年以后为区域性、规模性、集中监测运行阶段,通过三峡库区二期、三期和三峡后续规划的地质灾害监测预警建设和运行,构建了集专业监测、群测群防和信息系统为一体的地质灾害监测预警网络。

表1 三峡库区地质灾害监测预警阶段

据统计, 2019年开展专业监测运行的地质灾害点有189处(不含应急监测),其中湖北省、重庆市三峡库区分别是66处和123处,涉及16个区县(图1)。专业监测地质灾害点主要分布在万州及下游长江干流,分别是秭归、巴东、兴山、巫山、奉节、云阳、万州。专业监测的地质灾害中,有184处滑坡(其中堆积层滑坡172个,顺层岩质滑坡12个)、2处危岩体、2处不稳定斜坡和1处库岸。

图1 三峡库区地质灾害专业监测点分布图

2 专业监测地质灾害变形特征分析

2.1 变形量分析

通过地表宏观变形迹象与变形量对比分析,可得出当GNSS监测年度变形量小于50mm时,即处于缓慢变形和微变形,其地表一般不会出现裂缝等明显变形迹象。当年变形量小于20mm时,GNSS监测累计位移-时间曲线一般表现为振荡特征,以监测曲线是否存在变形趋势为判断依据,振荡型又进一步分为不变形和微变形两种类型。多年监测曲线呈现出有趋势性变形的划为微变形,无趋势性变形的划为不变形。当GNSS监测年度变形量大于50mm时,地表宏观变形迹象开始显现。当GNSS监测年度位移大于100mm时,地表宏观变形明显。因此,可将库区专业监测滑坡变形划分为不变形或微变形、缓慢变形、较明显变形、明显变形4类(表2)。

表2 三峡库区专业监测地质灾害变形情况分析(2016~2019年)

按照上述变形分级, 2016年以来出现缓慢及以上变形的专业监测地质灾害点共95处,包括13处发生较明显和44处明显变形,其中有29处整体变形和66处局部变形(图2)。44处明显变形的地质灾害点中,有19处最大年变形量大于200mm,变形较显著。此期间以秭归县谭家湾滑坡变形最大,其中2018年的最大变形量达894mm。总体上专业监测点多以渐进式变形为主,极少出现大规模滑动,水库蓄水以来仅在2012年奉节县发生2处滑坡。

图2 专业监测地质灾害变形分级特征

2.2 变形时间分析

2016~2019年期间,发生缓慢及以上变形的地质灾害点中,其变形时间主要集中在5月至9月,每个月有约60个专业监测点发现变形,表明地质灾害变形主要发生在汛期(图3)。有34处专业监测点在10月出现变形。其余的月份发生变形的地质灾害点在10处左右。

图3 专业监测地质灾害变形时间统计

2.3 变形趋势分析

2016~2019年期间,以2017年专业监测地质灾害点变形最为严重,发生缓慢及以上变形的地质灾害有87处,其中出现明显变形的地质灾害有45处。2017~2019年发生缓慢及以上变形的,尤其是发生较明显变形和明显变形的地质灾害数量呈现逐渐减少趋势(图4)。

图4 2016~2019年缓慢及以上变形地质灾害统计

依据地质灾害点年变形量大小,将地质灾害变形趋势划分为增大、持平和变形趋缓。当年度变形量呈现明显变化,尤其是2017年以来变形明显增大或减少,划分为变形增大或者趋缓,而未出现明显变化或者基本在同一变形区间内波动的划分为变形基本持平或持平。以此划分, 95处缓慢及以上的地质灾害点中,呈现变形增大、持平和趋缓的数量分别是5处、39处和51处(图5)。表明2017年以来,三峡库区专业监测地质灾害变形总体趋缓,出现明显变形的灾害点数量在逐年减少。

图5 2017~2019年专业监测地质灾害变形趋势分析

2.4 变形影响因素分析

三峡水库蓄水后,影响库区地质灾害变形的外界影响因素主要有库水、降雨、人类工程活动。根据对缓慢及以上变形的地质灾害点的变形与影响因素相关分析(图6),可以得到库区专业监测点中,受降雨、库水和人工活动的地质灾害点分别有63处、10处和2处。受库水和降雨共同作用而产生变形的地质灾害有14处,受人工活动和降雨共同作用产生变形的地质灾害点有3处。另外有3处是在自身重力作用下持续匀速变形。还有自2003年专业监测处于不变形、微变形的地质灾害,经历了水库蓄水和库水位周期性大幅波动,以及2014年8·31暴雨和2017年秋汛久雨等极端天气,可以得出这些地质灾害受降雨、库水等外动力作用影响不明显。

图6 专业监测地质灾害变形影响因素分析

图6中显示,降雨成为了当前诱发三峡库区地质灾害变形的主要因素。95处缓慢及以上变形的地质灾害点中,有80处变形与降雨有关,占比84.21%,包括降雨和库水、人类工程活动共同影响变形的17处。其次是受库水波动作用影响的地质灾害有24处,含14处地质灾害受库水和降雨共同作用影响。近年来人类工程活动对地质灾害变形的影响作用有增长的趋势, 5处专业监测地质灾害的变形直接与人类工程活动直接相关,主要是受人工切坡和建房、弃渣等加载的影响。

2.5 变形曲线特征分析

通过对GNSS累计位移-时间曲线分析,地质灾害变形曲线特征划分为振荡型、直线型和阶跃型3种形态类型。

2.5.1 振荡型

表现为GNSS累计位移-时间曲线呈上下波动,年变形量一般在20mm以下。依照累计位移-时间曲线能否反映变形,进一步分为2类:一类是累计位移-时间曲线在一定范围内上下振荡,不能反映出地质灾害变形趋势,表明这类地质灾害基本上处于不变形状态,称为振荡稳定型滑坡,如秭归上孝仁村滑坡(图7); 另一类是累积位移-时间曲线振荡,呈现缓慢逐步上升趋势,即振荡缓慢上升趋势,能够反映出地质灾害存在一定的微变形,其年变形量一般大于10mm,称为振荡趋势型滑坡,如秭归淹锅沙坝滑坡(图8)。

图7 振荡型累积位移-时间关系曲线(秭归县上孝仁村滑坡)

图8 累积位移-时间关系曲线振荡型(秭归县淹锅沙坝滑坡)

分析显示,GNSS累计位移-时间曲线呈振荡型的地质灾害变形量一般比较小,以不变形和微变形为主,少部分表现为变形逐步上升特征。189处专业监测地质灾害点中,累计位移-时间曲线呈振荡型的97处,占51.32%。

2.5.2 直线型

表现为累计位移-时间曲线为直线上升特征。三峡GNSS累计位移-时间曲线为直线型的地质灾害,其年变形量不大,一般在十余毫米至数十毫米之间,地质灾害处于匀速变形阶段,如巴东李家湾滑坡(图9)。189处专业监测地质灾害点中,累计位移-时间曲线呈直线型的13处,占6.88%。

图9 累积位移-时间曲线呈直线型的滑坡位移监测点曲线(巴东县李家湾滑坡)

2.5.3 阶跃型

表现为累计位移-时间曲线在某些时间段内出现一个明显的台阶,呈现阶跃性上升特征。阶跃型地质灾害年变形量一般在数十毫米至数百毫米,处于较明显变形和明显变形状态,甚至更大或者失稳破坏,如秭归白家包滑坡(图10)。

图10 累积位移-时间曲线呈阶跃型的滑坡位移监测点曲线(秭归县白家包滑坡)

189处专业监测地质灾害点中,累计位移-时间曲线呈阶跃式变形特征79处,占41.80%。

3 地质灾害变形影响因素作用机制分析

3.1 变形影响因素作用机制分类

从GNSS监测累计位移-时间曲线形态特征和外动力因素及其作用机理的角度,对三峡库区地质灾害进行分类:首先从GNSS监测点累计位移-时间曲线形态上,可分为振荡型、直线型、阶跃型3种类型; 其次是考虑诱发变形外动力因素(包括库水、降雨、人类工程活动)及其作用机理,进一步细分为11种类型(表3)。库水对地质灾害变形的影响作用主要是库水位波动(水库运行期间),将库水作用机制分为2类,分别是动水压力型和浮托减重型。动水压力型地质灾害在库水位下降时,尤其是快速消落期发生明显变形; 而浮托减重型地质灾害在库水抬升及高水位运行期发生明显变形。降雨对库区地质灾害变形的作用机制可分为暴雨型、久雨型和雨季型3种类型。受自身重力作用产生的变形,其累计位移-时间曲线为直线型或者近直线型,处于匀速蠕动变形阶段。多年累计位移-时间曲线为振荡型的地质灾害,因其变形缓慢或不变形,难以反映外动力因素对地质灾害变形的影响作用,即外动力因素作用不明显,具体见图11。

表3 地质灾害变形及影响因素作用机制分类

图11 三峡水库调度运行方式下不同类型滑坡变形曲线

3.2 影响因素作用下地质灾害变形机制分析

3.2.1 库水作用下变形机制分析

库水位升降过程中,会引起边坡体内孔隙水压力分布的变化,对边坡的稳定性产生影响(沈银斌等, 2010)。按照三峡水库的运行调度,高水位试验性蓄水后,每年在5月底至6月初,库水位从159m快速消落至145m。对于受库水位下降作用影响的动水压力型地质灾害,在此段时间会变形加快,累计位移-时间曲线会出现一个变形台阶,且变形速率和变形量主要受库水位和水位下降速率影响。水位下降至145m一段时间后,变形趋缓。每年9月底或10月,三峡水库开始蓄水,至11月水位蓄至175m,此后会维持高水位一段时间至次年3月开始缓慢下降。对于浮托减重型滑坡,当蓄水至一定水位高度时,变形加快。而在水位至高水位及其后1个月内(地质灾害变形对于库水抬升响应在时间上具有一定的滞后性)变形速率达到最大。随后的高水位运行期间,变形速率逐渐趋缓。浮托减重型地质灾害变形主要发生在每年10月至次年3月,且变形速率前期快、后期慢,因此累计位移-时间曲线出现一个变形台阶,且台阶形态呈现向上凸起的弧形状,具体见图11。

总体上讲,库水型滑坡,不管是动水压力型还是浮托减重型滑坡,其变形相对于库水位下降或者抬升,具有一定滞后性。换而言之,就是滑坡变形不仅关乎库水位日变幅,而且还与库水位有关系。也就是只有当库水降至或升至一定水位时,滑坡才会出现变形加快,此时其变形速率与水位日变幅呈正相关。

变形机制上,当库水从高水位快速消落至低水位的过程中,受渗透性影响,动水压力型地质灾害体内地下水排泄滞后,形成地下水渗透压力,不利于地质灾害稳定性。而且库水位下降速度越快,其渗透压力作用越大,地质灾害体稳定性变差,变形加快,监测位移-时间曲线的变形台阶高度也增大。且库水位下降的速度越大,滑体厚度越大(郭志华等, 2005)。因此动水压力型滑坡的变形影响的关键因素是库水位下降速率及水位降幅大小。

对于浮托减重型滑坡,水位抬升期,库水向岸坡体内渗透,滑坡体前缘阻滑段岩土体受库水淹没,地下水位急剧上升,产生浮托效应,前缘岩土体抗滑阻力下降而出现变形。该类型滑坡的最主要特点是在库水位上升阶段,滑坡稳定性下降,出现较大变形甚至失稳破坏,而库水位下降阶段滑坡稳定性有所提升(赵代鹏等, 2013)。

3.2.2 降雨作用下地质灾害变形机制分析

强降雨能诱发大量的滑坡发生,在不同地区存在不同的临界降雨值,每当雨强大于该值时,滑坡就会大面积发生(刘礼领等, 2008),如渝东北地区2017年8·31暴雨。2017年秋汛华西降雨,三峡库区也出现较多滑坡发生变形破坏,如秭归盐关滑坡和巫溪广安村滑坡。降雨对滑坡的影响主要取决于降雨入渗,即有效降雨量。对于特定的斜坡,只有降雨入渗使得土体达到一定饱和度时,才可能出现失稳破坏(简文彬等, 2013)。对于不同斜坡,受地质结构影响,渗透性存在明显差异,其降雨入渗存在较大差异。研究认为,三峡库区滑坡体渗透系数与物源特征相关,渗透性随着物源岩性强度及碎块石含量的增加而增大(汤明高等, 2019)。当斜坡地质结构较为松散,碎块石含量高,或者存在节理或裂缝时,在强降雨作用下,斜坡体内渗流场瞬态变化,其稳定性系数迅速降低(尚敏等, 2019)。对于基岩为泥岩、页岩区域,滑坡体泥质含量高,渗透性差,短时间暴雨入渗量较少,大部分通过地表径流排泄,短时强降雨对滑坡稳定性影响不大,而久雨对其稳定性影响较大,长时间降雨入渗,使得岩土体达到饱和状态。如三峡库区长江支流香溪河右岸发生的盐关滑坡,物质成分主要由紫红色至灰黄色粉砂质黏土岩及泥岩组成, 2017年9月至10月,三峡库区出现持续久雨天气,期间有多次强降雨,导致滑坡稳定性下降而滑动(尚敏等, 2019)。暴雨阶跃型滑坡变形主要受暴雨强度及一次暴雨过程的降雨量影响,主要变形发生在暴雨期间或暴雨过后1~2d内,变形破坏具有较强的突发性。三峡库区112个降雨诱发滑坡进行统计分析,得出最大24h雨强可作为降雨诱发滑坡的有效预报因子(陈剑等, 2005)。久雨阶跃型变形主要受降雨时长的影响,大规模滑动一般发生在长时间降雨的中后期。且久雨型滑坡从明显变形至破坏过程相对较长,一般会经历数天时间变形。雨季阶跃型滑坡主要变形时间一般在汛期,变形时间跨度较大,变形曲线“台阶”高度受汛期雨量的影响。当汛期出现一次较大降雨量,雨季型地质灾害累计位移-时间曲线上有一个次级变形小台阶(图12)。

图12 不同类型降雨的滑坡变形特征

3.2.3 降雨与库水位波动联合作用影响分析

部分阶跃型地质灾害出现变形或失稳破坏,受到两种因素共同作用影响。由于库水位快速下降发生在汛期,易出现暴雨和库水下降的叠加作用,因此成为库区地质灾害最不利组合工况。按照水库运行调度,每年的5月底至6月初是库水位快速消落期,此段时间也正值汛期如果发生暴雨,易导致滑坡变形甚至破坏。如2012年5月底库水位快速消落期,奉节县境内出现强降雨天气,导致黄莲树滑坡与曾家棚滑坡2处滑坡于6月1日发生大规模滑移,强降雨叠加库水位快速下降是诱发滑坡主要因素(李长明, 2013)。黄莲树滑坡与曾家棚滑坡变形监测结果显示, 2处滑坡的变形特征与江强强等(2019)的降雨和库水位联合作用下库岸滑坡模型试验研究结果一致,即库水位下降和强降雨联合作用下坡体前缘产生局部破坏(塌岸),并溯源发展至前缘整体破坏,为典型的牵引式破坏模式。从前期累计位移-时间曲线上看, 2处滑坡变形显示出明显的阶跃特征,每年的5~6月,均会出现一个变形台阶。

3.3 阶跃型地质灾害变形特征及机制分析

阶跃型地质灾害是三峡库区监测预警的重点关注对象,大部分发生明显变形的地质灾害点累计位移-时间曲线属于阶跃型。根据累计位移-时间曲线分析,共有61处缓慢及以上地质灾害呈现明显的阶跃变形特征,其中缓慢变形、较明显变形和明显变形的地质灾害分别为13处、8处和38处。对不同变形机制的阶跃型地质灾害数量统计(图13)得出,以雨季阶跃变形为主,其次是久雨阶跃型。当对应的外动力因素变化或作用强烈时,阶跃型地质灾害的稳定性明显降低,变形速度明显增大,出现阶跃式变形,处于欠稳定或不稳定状态。其余工况条件下,一般为缓慢匀速(蠕动)变形,地质灾害处于基本稳定状态。对于8种类型的阶跃型地质灾害,通过对库区地质灾害累计位移-时间曲线与库水位、降雨相关分析得出,从阶跃型曲线的变形“台阶”的形态特征、影响阶跃变形因素(或变形“台阶”高度影响因素)、变形“台阶”出现时间及其变形“台阶”的重复规律性等4个方面,能够很好区分或判识不同阶跃型地质灾害(表4)。

图13 不同变形机制的阶跃型地质灾害统计分析

表4 不同作用机制下地质灾害累计位移-时间曲线特征

不同影响因素作用机制下地质灾害累计位移-时间曲线特征的总结分析,可以得出:

变形“台阶”的形态特征上,动水压力型、暴雨阶跃型、久雨阶跃型、人工活动型滑坡的变形监测曲线“台阶”具有相似性,均呈陡立形态,主要是影响因素作用时间短、强度大,导致地质灾害在较短时间出现较大变形,形成陡直“台阶”状累计位移-时间曲线。浮托减重型在水位抬升和高水位运行期出现变形,变形时间相对较长,变形“台阶”相对较缓。雨季阶跃型在汛期降雨一般都会出现变形,变形“台阶”由数个高低不同的次级“台阶”组成,时间跨度数个月。

从变形“台阶”高度的影响因素上,动水压力型地质灾害变形主要受库水下降速率及库水位,浮托减重型变形主要受库水位及水位上升速率影响。暴雨阶跃型滑坡受暴雨强度及一次降雨过程累计降雨量,久雨阶跃型变形主要受降雨时长的影响。雨季阶跃型地质灾害变形台阶高度主要受汛期雨量的影响。人工活动型地质灾害变形“台阶”高度与人类工程活动强度呈正相关,如切坡位置、高度或堆填加载量。

变形“台阶”出现时间上,动水压力型地质灾害变形主要发生在库水位下降时期,尤其是每年5月底至6月初库水水位快速消落期。浮托减重型滑坡变形主要发生在水位抬升及高水位运行期,即每年10月至次年2月期间。暴雨阶跃型变形主要发生在汛期5~8月的暴雨期间或暴雨过后1~2d内。久雨阶跃型滑坡主要发生在长时间降雨的中后期,主要发生在2017年9~10月。雨季阶跃型变形发生在汛期降雨过程中,体现在一旦降雨,滑坡出现变形,且变形量随着降雨量的增大而增大。

变形曲线“台阶”的重复性存在差异。受三峡水库调度影响,库水位每年会出现一次175m至145m水位下降过程和由145m至175m的水位抬升过程,因此动水压力型、浮托减重型地质灾害每年会出现一次阶跃变形。雨季阶跃型亦如此,每年汛期会出现一个变形台阶。因此动水压力型、浮托减重型和雨季阶跃型地质灾害在每年同一时期均会出现一个变形“台阶”。暴雨阶跃型、久雨阶跃型和人工活动型滑坡,只是在外界影响因素的作用强度达到一定值时,出现变形台阶,不具重复性。

4 结 论

本文从地质灾害的变形特征入手,重点对三峡库区后续规划实施专业监测的189处地质灾害的GNSS监测数据进行了分析和总结,并结合监测曲线形态、变形影响因素及作用机理,从监测数据分析的角度,提出了三峡库区地质灾害的变形特征及变形机制分类。

(1)三峡后续规划地质灾害自动化专业监测建设运行以来, 2017~2019年间库区实施专业监测的地质灾害点,其变形总体上趋缓,变形主要时间在5月至9月。就变形影响因素而言,水库进入高水位运行期后,降雨成为了专业监测地质灾害变形的主要影响因素,其次是库水影响,库水位快速消落期叠加强降雨是库区滑坡不利工况条件。按照地质灾害年度变形量的大小,结合宏观变形迹象,将库区专业监测地质灾害变形划分为4个等级,分别是不变形或微变形、缓慢变形、较明显变形和明显变形。

(2)根据对GNSS监测的累计位移-时间曲线分析,将三峡库区地质灾害变形曲线划分为振荡型、直线型和阶跃型3种类型。其中:滑坡振荡型变形具有随机性,没有明确的诱发因素; 直线型变形主要受滑体自身重力控制; 阶跃型变形是库区大部分较明显变形和明显变形的地质灾害累计位移曲线特征,受降雨、库水等水动力影响作用明显,是库区地质灾害监测预警重点关注对象,但多处于蠕滑变形阶段,以渐进式变形为主,极少数出现大规模滑动变形。

(3)考虑变形影响因素及作用机制,提出了库区地质灾害变形特征及机理分类,将三峡水库运行期的阶跃型地质灾害变形机制细分为8类,分为动水压力型、浮托减重型、暴雨阶跃型、久雨阶跃型、雨季阶跃型、人工活动型以及受库水和降雨、人工活动和降雨共同作用影响的复合型。基于监测分析,总结了不同阶跃型地质灾害累计位移-时间曲线的变形“台阶”的形态特征、高度影响因素、出现时间及重复规律性等4个方面特征,为分析滑坡变形影响因素提供判识依据。

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