贵州瓮安县高水乡筲箕湾滑坡隐患特征与成因机理研究

胡屿,刘勇

(贵州省地质环境监测院，贵阳 550081)

乌江构皮滩水电站位于贵州省余庆县境内乌江干流河段，是干流梯级电站，相应总库容55.62×108m3，调节库容31.50×108m3，属年调节水库，水电站于2008年底开始下闸蓄水，2009年7月，位于构皮滩电站库区沿岸筲箕湾斜坡开始出现变形裂缝(图1)。

图1 筲箕湾滑坡素描示意图

2011年5月，裂缝有进一步发展扩大的趋势，滑坡隐患规模为77×104m3，处于蠕动变形阶段，已严重影响了斜坡上群众生产生活，受贵州乌江水电开发有限责任公司委托，贵州省地质环境监测院组织勘查团队立即赶赴隐患现场开展成因调查工作[1]。通过开展隐患区基础地形、地质资料的收集分析以及现场测绘、观测数据的分析处理，为现场勘查和分析研判提供技术支撑。本文在勘查研究的基础上，取得了滑坡隐患特征和成因机理的初步认识。

1 地质环境条件

筲箕湾滑坡隐患位于瓮安县高水乡蜂岩村北东侧的斜坡上，周边以林地为主，斜坡所在山体最高点高程为1 091.3 m，最低点位于乌江构皮滩水电站库区，高程为598.7 m，高差近493 m，地形坡度16°～37°，局部地段坡度达到45°以上。地势由东南向西北倾斜，属构造溶蚀、侵蚀型低山地貌[2-4]。年平均气温13.6 ℃，极端最高气温34.3 ℃(1971年7月27日)，极端最低气温-9.2℃(1970年1月6日)，全年平均降水量1 148.2 mm，且主要集中在6～8月份，年最大降雨量1 369.7 mm(1977年)，年最小降雨量714.8 mm(1973年)。属中亚热带湿润季风气候区。周边多见季节性冲沟，前缘为乌江大型地表河流构皮滩水电站库区，蓄水最低水位590 m，最高水位630 m，调查时水位598.7 m(2011年6月18日)。

滑坡隐患区周边出露地层由新到老为有第四系(Q4el+dl)残坡积层、三叠系下统夜郎组(T1y)、二叠系上统长兴组(P3c)、二叠系上统吴家坪组(P3w)、二叠系中统栖霞-茅口组(P2q-m)(图2)。三叠系下统夜郎组(T1y)第一段为绿黄色粘土页岩夹薄层石灰岩，中下部为灰黄、灰绿、黄绿色粘土页岩；第二段为灰、青灰色中厚层至厚层石灰岩，灰白色厚层鲕状灰岩；第三段为紫色粘土页岩，局部为黄色或灰绿色页岩，上部为浅灰、灰色中厚层、厚层石灰岩。二叠系上统长兴组(P3c)为灰色、深灰色中厚至厚层燧石灰岩。二叠系上统吴家坪组(P3w)为灰岩、燧石灰岩、页岩和泥质粉砂岩互层，含劣煤层。灰岩、燧石灰岩为深灰色，中厚层状，细晶结构，属硬质岩，岩石的力学强度较高。页岩及泥质粉砂岩为黄色、灰黄色，薄层至中厚层状，岩石的力学强度较低[5-6]。二叠系中统栖霞-茅口组(P2q-m)为灰色、浅灰、深灰色中厚至厚层状灰岩，含少量燧石结核、泥质、沥青质，夹少量钙质、硅质页岩。

1.滑坡范围；2.滑坡影响范围；3.地质分界线；4.地层产状；T1y.三叠系下统夜郎组；P3c.二叠系上统长兴组；P3w.二叠系上统吴家坪组；P2q+m.二叠系中统栖霞-茅口组图2 筲箕湾滑坡区周边地质图

滑坡隐患位于二叠系上统吴家坪组(P3w)，为灰岩、燧石灰岩夹页岩和泥质粉砂岩，地层厚150～250 m。灰岩、燧石灰岩为深灰色，中厚层状，细晶结构，属硬质岩，岩石的力学强度较高，多呈短柱状，有方解石填充(图3)。页岩及泥质粉砂岩为黄色、灰黄色，薄层至中厚层状，属软质岩，岩石的力学强度较低，风化强烈，节理、裂缝发育，主要有两组呈X状发育，一组为倾向135°～150°，倾角30°～40°，另一组倾向30°～40°，倾角60°～70°，两组X节理将岩体切割成方块状，碎裂结构体，出露于滑坡前缘右侧(图4)。滑坡区富含岩溶水和基岩裂隙水，岩溶水出露泉点一(QD1)和泉点三(QD3)，赋存于吴家坪组灰岩中。泉点一出露于滑坡体左侧缘外20 m处，该泉点出露高程为636 m，水质清澈，流量为0.2 l/s(测流时间2011年6月18日)；泉点三出露于滑坡体中部冲沟顶部(夜猫洞)溶洞，该泉点出露高程627 m，水质清澈，流量为0.05 l/s(测流时间2011年6月18日)。基岩裂隙水出露泉点二(QD2)，赋存于吴家坪组泥质粉砂岩中，泉点二出露于滑坡体右侧缘冲沟中，出露高程为603.6 m，水质清澈，水温约16°，流量1 l/s(测流时间2011年6月18日)，下伏岩石为页岩，相对隔水层[7]。区域地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度值小于0.05 g，对应基本烈度值小于Ⅵ度，区域地壳稳定，属震级较低、震率不频繁区域地质环境。

图3 滑坡体中后部出露灰岩

图4 滑坡体前缘外侧出露泥质粉砂岩

2 滑坡隐患特征分析

筲箕湾滑坡隐患主滑方向约320°，滑坡后缘高程698 m，滑坡前缘高程578 m，相对高差120 m，滑坡平均纵长350 m，平均横宽220 m，滑体平均厚度约10 m，面积约7.70×104m2，体积约77×104m3，平面形态呈“圈椅”状，纵向形态呈前陡后缓的“阶梯”状，横向形态呈中间高两侧低的“凸形”状，滑坡两侧缘分布两条较大的冲沟，属中型滑坡隐患。根据滑坡变形及运动特征，结合滑坡的边界条件、物质组成、变形时间等将整个滑坡体分为H1滑块和H2滑块两个滑块[8](图5、图6)。

图5 筲箕湾滑坡分区及变形裂缝分布示意图

1.二叠系上统吴家坪组；2.残坡积层；3.灰岩；4.泥质粉砂岩；5.页岩；6.含碎石粘土；7.地层产状；8.滑动面图6 筲箕湾滑坡工程地质剖面图

2.1 H1滑块特征

H1滑块位于整个滑坡中下部，乌江构皮滩水电站库区上游岸坡，滑坡后壁顶部高程约664 m；前缘剪出口位于库区最低水位(590 m)以下高程约577 m斜坡处， 滑块平均宽度200～255 m，整个滑块变形强烈，共发育12条裂缝，主要分布在滑块后缘和前缘位置，分别为DL1～DL12(见图5、表1)。

表1 H1滑块变形裂缝统计表

滑块后缘共分布有8条裂缝，分别为DL1～DL8，分布长度6～160 m，分布宽度1～30 cm，可见深度0.3～1 m，主要以拉张裂缝为主，分布形状有弧形和直线型，裂缝最初发育时间为2009年7月至10月[9]，村民耕作土地时进行了填埋处理，最近出现时间为2011年5月，其中DL1裂缝几乎横向贯穿整个滑块后缘,为后缘边界控制性裂缝，最大下错深度0.5 m(图7、图8)。

图7 H1滑块后缘DL1下错裂缝

图8 H1滑块后缘DL3裂缝

滑块前部共分布有4条裂缝，分别为DL9～DL12，分布长度6.5～35 m，分布宽度1.5～15 cm，可见深度0.15～1.5 m，拉张裂缝和剪切裂缝均有分布，分布形状有直线型和弧形，裂缝最初发育时间为2009年7月至10月，村民耕作土地时进行了填埋处理，最近出现时间为2011年5月。在接近水面标高598.7 m处见有2处小规模滑塌现象，滑体组成为碎石土，碎石粒径0.2～0.5 mm，含量60%，滑向为245°，纵长2～15 m，横宽2～6 m,滑体厚2～3 m(图9)。调查时滑坡前缘被水库淹没，水面标高590.3 m，通过查阅原始地形地质资料，结合剖面分析，水面以下高处577 m处为滑坡前缘剪出口[10-14]。

图9 H1滑块前缘特征

滑坡左侧缘边界位于冲沟边缘一带，冲沟深5～12 m，以冲沟底部基岩和土体分界线划分左侧滑体厚度。滑坡右侧缘边界位于冲沟边缘斜坡一带，冲沟深4～13 m，以冲沟底部基岩和土体分界线划分右侧滑体厚度。

2.2 H2滑块特征

H2滑块位于整个滑坡中上部，滑块后壁顶部高程约697.5 m；前缘剪出口位于H1滑块后缘，高程约661.5 m处，滑块平均宽度153～200 m。

滑块后缘目前未见有变形迹象，通过地形及浅井山地工程揭露的地质情况等综合研判，后缘边界为高2～4 m的陡坎下方边缘一带，地表以下1.3 m见有基岩灰岩出露，后缘边界呈弧形(图10)。滑块前缘位于H1滑块后缘处，当H1滑块滑动后H2滑块前缘处于临空状态，使H2滑块处于不稳定状态。左右侧缘为H1滑块两侧冲沟向上延伸段。

图10 H2滑块后缘边界特征

3 滑坡隐患成因分析

3.1 斜坡地形地貌和岩土体结构条件

(1) 地形地貌条件有利于滑坡隐患发育。隐患所在斜坡地形上缓下陡，纵向上呈阶梯状，斜坡平均坡度25°，隐患后缘边界为高2～4 m陡坎下方边缘位置，前缘位于库区水面以下两条冲沟的交汇处，形成高为5～8 m的临空面，以上有利的地形起伏特征和地形坡度为滑坡隐患的形成创造了必要的条件。斜坡横向上两侧缘分布的两条4～18 m深的大冲沟，冲沟中间起伏不平，两侧分布一些小的分支冲沟，斜坡在横向上为中间高两侧低，两条冲沟形成了滑坡隐患两侧缘的天然分界线。斜坡前缘形成的临空面、两侧缘形成的天然冲沟以及25°的纵坡坡度，为滑坡隐患的形成创造了有利的地形地貌条件。

(2) 斜坡上松散岩土体为滑坡隐患形成创造了物质条件。根据地质剖面测绘、钻孔、浅井、物探等资料揭示，滑体为残坡积层碎石土，碎石含量和粒径无分选性，结构松散，排列杂乱[15-16]。隐患前缘到后缘灰岩风化差异较大，前缘和后缘风化较弱，风化带较浅，厚度约2～4 m，岩层层理清晰，岩石断面“X”型节理发育，中部风化较强，风化带较深，厚度约5～10 m(图11)，强风化层与碎石土接触带形成了潜在滑动面，吴家坪组微风化和未风化的深灰色灰岩、燧石灰岩为滑坡的滑床。斜坡上堆积较厚的碎石土为滑坡隐患的发育创造了物质条件。

图11 隐患区纵向边界特征

3.2 斜坡气象条件和水文地质特征

降雨和库区水位升降变化引起滑坡隐患变形。隐患区气候湿润、四季分明、雨量充沛，雨水主要集中在汛期的6～8月，降雨量达286～550 mm，约占全年的40%左右。从斜坡两次变形前后一段时间降雨量及库水位升降变化曲线可看出，库区从2008年12月在590 m水位线开始蓄水，期间降雨量为25 mm，斜坡未发生变形。2009年7月库区蓄水位为610 m，期间降雨量为120 mm，斜坡开始变形，出现滑坡隐患。2011年1月蓄水到最高水位620 m，随后开始放水，这个时期降雨量为20 mm，到2011年5月库区放水到610 m水位，此时期降雨量为70 mm，滑坡隐患开始出现第二次变形加剧现象(图12、图13)。

图12 库水位变化特征

图13 降雨量变化特征

隐患区地下水为第四系残坡积层孔隙水、灰岩岩溶水和泥质粉砂岩基岩裂隙水，补给源为大气降水。在滑坡隐患左侧缘边界和中部出露的泉点(QD1、QD3)为灰岩岩溶水，滑坡隐患右侧缘边界处出露泉点(QD2)为泥质粉砂岩基岩裂隙水(图14、图15)，第四系残坡积层孔隙水为滑体碎石土。大气降水入渗滑体中，一方面加大滑体自重，增大滑带土含水量，降低滑带土的抗剪强度[17-18]；另一方面由于滑体前缘处在水库淹没区，库水位降落时，将对滑坡产生动水压力，增大滑体下滑力，库水位上升时，地下水将对边坡产生软化和泥化作用，库水位升降使岩土体的抗剪强度大为降低，从而引起滑坡体变形。

图14 基岩裂隙水泉点(QD1)

图15 岩溶水泉点(QD2)

3.3 隐患区附近人类工程活动条件

滑坡中上部人类工程活动较弱，主要为耕种旱地，对滑坡稳定性影响小。滑坡前缘为构皮滩水电站库区(乌江)，构皮滩水电站从2008年底开始下闸蓄水，到达高水位620 m后库区放水，水库水位的升降对两岸斜坡发生再造作用，对区内原始地质环境改造较为强烈。

4 滑坡隐患变形过程分析

(1) 筲箕湾滑坡隐患在微地貌上表现为滑坡体前缘至中部地貌分布以较陡斜坡为主，后部形成较缓的斜坡，坡向与岩层倾向为顺向关系。斜坡体上大量松散堆积层为滑坡隐患的形成提供了有利的几何空间分布，在重力作用下发生变形。

(2) 通过实地调查，从H1滑块变形迹象来看，由于滑坡前缘透水性较强，在库区水浸泡作用下滑坡体将承受水的浮托力，在滑坡被淹没后，地下水将对斜坡产生软化和泥化作用，库水位下降时地下水将对滑坡产生动水压力，使岩土体的抗剪强度大为降低。前缘出现变形，变形发生后引起滑坡中后部变形，在降雨作用下中后部变形进一步加剧，表明该块体为牵引式破坏机制。

(3) H1滑块尚无防渗措施，降水形成的冲沟、坡面水流肆意渗入已形成的裂缝，长此以往，加速基岩上部风化及软化基岩以上土体。在水的软化作用下软弱带抗剪强度进一步降低，坡体内形成较为连续的软弱带，特别是库区水对滑坡体前缘的浸泡作用，将加剧连续软弱带的形成，促进了滑坡的发展发生。将来，H1滑块变形破坏后后缘形成临空面，H2滑块前缘失去支撑后仍将以牵引式发生变形破坏。

5 结论与认识

通过开展筲箕湾滑坡隐患应急勘查，分析了滑坡的具体特征和成因机制，初步得出以下结论和认识：

(1) 筲箕湾滑坡隐患纵向为平均25°的斜坡，两侧缘形成的天然冲沟在前缘交汇形成较陡的临空面，为滑坡隐患的形成提供了有利的地形地貌条件。

(2) 筲箕湾滑坡隐患斜坡上的滑体物质为碎石土，与基岩的强风化层接触带形成了潜在滑动面，斜坡上大量较厚的碎石土为滑坡隐患的形成创造了物质条件。

(3) 库区水位上升时，斜坡体前缘被淹没，地下水将对边坡产生软化和泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低，加之汛期强降水叠加作用，从而使斜坡体含水量增加，斜坡体下滑力增大，使斜坡体开始出现变形。库区水位下降时，将对滑坡体产生动水压力，增大滑体下滑力，汛期降雨随着形成的裂缝入渗斜坡体，从而进一步加强滑坡体变形。库区蓄放水引起的水位变化及大气降水是筲箕湾滑坡隐患变形的主要影响因素。