三峽庫區(qū)龍頭山滑坡變形機(jī)制研究

張仲林，胥勛劍，葉振南

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051；2.重慶市地勘局 二〇八水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，重慶 400700）

三峽庫區(qū)龍頭山滑坡變形機(jī)制研究

張仲林1，胥勛劍2，葉振南1

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051；2.重慶市地勘局 二〇八水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，重慶 400700）

以三峽庫區(qū)龍頭山滑坡作為研究對象，研究庫水位及降雨綜合作用下滑坡體的變形機(jī)理及演化趨勢。研究表明，滑坡體變形在空間上存在差異性，滑坡體中部、左側(cè)前緣變形較大，中后部變形逐漸減小，表現(xiàn)出牽引滑動特征；降雨和庫水位波動是滑坡體變形的主要影響因素，2次較大變形均與其疊加作用相關(guān)；從演化趨勢上來看，滑坡體內(nèi)不平衡應(yīng)力得到不斷釋放，滑坡體變形趨勢逐漸減緩，前期滑坡體變形受庫水波動作用強(qiáng)烈，后期變形主要受降雨作用影響。

三峽庫區(qū)；滑坡；庫水波動；降雨；變形

三峽庫區(qū)地理條件特殊，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，降雨量充沛。三峽庫區(qū)自蓄水運(yùn)營以來經(jīng)歷了多期蓄水，蓄水至175 m后庫水位頻繁地在145 ～175 m之間變動，形成了高達(dá)30 m的消落帶，嚴(yán)重破壞了庫區(qū)滑坡體原有的平衡狀態(tài)，影響到滑坡災(zāi)害的發(fā)生與發(fā)展。加之移民遷建等人類工程活動密集，致使庫區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害頻發(fā)，三峽庫區(qū)成為滑坡災(zāi)害多發(fā)區(qū)及重災(zāi)區(qū)[1-4]。庫岸滑坡變形破壞是庫水位波動、降雨等多種因素共同作用經(jīng)歷了長期演化的結(jié)果，影響因素通過改變斜坡的臨空狀況及應(yīng)力場、斜坡巖土體的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性質(zhì)等，控制或影響斜坡的穩(wěn)定性[5-8]?；滦纬蓹C(jī)理是滑坡災(zāi)害預(yù)測、預(yù)防、預(yù)報和有效防治的理論基礎(chǔ)，也是研究滑坡的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一。由于滑坡在破壞之前一般會經(jīng)過較長時間的變形演化，因此采用不同類型儀器監(jiān)測滑坡體表面及其內(nèi)部變形跡象隨時空變化的特征，是研究滑坡變形趨勢和滑坡形成機(jī)理最常用的有效手段之一[9-13]。本文以三峽庫區(qū)龍頭山滑坡為例，依托多年地表位移和深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合滑坡發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境背景及影響因素，分析研究滑坡變形機(jī)理及演化趨勢。龍頭山滑坡在三峽庫區(qū)具有一定的典型性和代表性，對該滑坡的形成機(jī)理開展研究，不僅可為滑坡災(zāi)害的預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)，同時也可對該地區(qū)類似滑坡研究提供借鑒。

1 滑坡概況

龍頭山滑坡位于巫山縣大溪鄉(xiāng)官田村、長江支流大溪河右岸，滑坡前緣涉水，左右兩側(cè)均以沖溝為界，平面形態(tài)呈“近三角形”（圖1）。滑坡前出口標(biāo)高139 m，后緣高程270 m?；麦w長460 m，寬360 m，平均厚度約27 m，面積16．6×104m2，體積447×104m3?；虑熬壿^緩，中部和后緣稍陡，平均坡度20°，坡向332°?；聻樗缮埰路e物堆積層滑坡，滑坡體主要由碎石土組成，土體主要成分為粉質(zhì)粘土，土石比為4∶ 1；滑坡產(chǎn)出以T2b三疊系中統(tǒng)巴東組青灰色薄層泥灰?guī)r，夾雜互層狀的白云質(zhì)灰?guī)r與紫紅泥巖，巖層產(chǎn)狀286°∠10°，與滑坡滑向同向，為順向滑動滑坡。泥灰?guī)r、泥巖強(qiáng)度較低，中間有軟弱夾層，屬典型的易滑動地層。

圖1 龍頭山滑坡全貌

2 滑坡變形時空特征

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)布置

巫山縣龍頭山滑坡監(jiān)測方法有地表位移GPS監(jiān)測、深部位移鉆孔傾斜儀監(jiān)測及長期宏觀地表變形巡查，監(jiān)測點(diǎn)平面布置如圖2。由圖可知：①地表位移監(jiān)測包含了3個監(jiān)測剖面，9個GPS監(jiān)測點(diǎn)（WS14-01～WS14-09），在滑坡體外一定距離穩(wěn)定基巖上布置GPS 監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)（WS14-10和WS14-11）。結(jié)合地表宏觀變形跡象調(diào)查，做到對滑坡體表面的整體監(jiān)控。②深部位移監(jiān)測，在滑坡的3條縱剖面中，在中間剖面（Ⅱ'—Ⅱ，見圖3）上部和中部設(shè)立2個深部位移監(jiān)測鉆孔（ZKQXY-1，ZKQXY-2），用于監(jiān)測滑坡深部滑帶位移情況。此外，在滑坡上設(shè)有自動雨量計，實(shí)時監(jiān)測滑坡上的降雨情況。

圖2 龍頭山滑坡監(jiān)測系統(tǒng)平面布置圖

圖3 滑坡Ⅱ'-Ⅱ剖面監(jiān)測點(diǎn)布置圖

2.2 滑坡變形特征分析

龍頭山滑坡監(jiān)測始于2007年，監(jiān)測頻率1～2次/月。選取2007年3月～2013年12月共82個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，探討和分析滑坡地表和深部的時空變形特征。地表水平累積位移隨時間變化曲線見圖4，每年12月份滑坡深部變形情況見圖5。

圖4 龍頭山滑坡GPS水平位移累計位移時間監(jiān)測曲線

由圖4可知，龍頭山滑坡的地表變形特征在時間和空間上都存在一定的差異性。從時間上來說：①WS14- 03、WS14-05和WS14-06位移量較大且逐年增加，其他監(jiān)測點(diǎn)在整個監(jiān)測過程中變形量微??；②在2007年的5～9月和2011年的9～12月監(jiān)測點(diǎn)位移速率較大，而在其他月份監(jiān)測點(diǎn)累積位移曲線近乎直線，滑坡處于蠕變狀態(tài)，且2011年發(fā)生第2次較大變形后，隨應(yīng)力的釋放滑坡變形速率變緩。從空間上來說：①滑坡各監(jiān)測點(diǎn)位移在空間上有很大的不均勻性和差異性。②橫向上，滑坡下部WS14-06＞W(wǎng)S14-03＞W(wǎng)S14- 09；中部WS14-05＞W(wǎng)S14-02≥WS14-08；上部WS14- 04＞W(wǎng)S14-01≥WS14-07，總地來說，中間變形最大，左側(cè)次之，右側(cè)最小。其中WS14-06點(diǎn)的變形量最大約370 mm。③縱向上，Ⅰ-Ⅰ剖面上WS14- 03＞W(wǎng)S14- 02≥WS14-01；Ⅱ-Ⅱ剖面上WS14-06＞W(wǎng)S14-05＞W(wǎng)S14-04；Ⅲ-Ⅲ剖面上WS14-09＞W(wǎng)S14-08≥WS14-07?？偟膩碚f，滑坡體前緣變形最大，中部次之，后緣最小，滑坡變形具有牽引滑動特征。

圖5 龍頭山滑坡深部位移曲線

由圖5a可以看出：①ZKQXY-1鉆孔滑帶埋深36 m左右，埋深27．5 m存在一次級滑動面，輕微滑移；由圖5b可以看出，ZKQXY-2的滑帶埋深10～12 m，滑帶累計變形量158 mm，埋深6 m以上位移量整體呈遞增趨勢，地表最大變形量每月223 mm。通過對比圖5a和b可知：①孔ZKQXY-2中的位移整體上都大于孔ZKQXY-1，即中下部滑體位移大于上部；②兩鉆孔中2007年、2011年這2 a變形量比其他年份變形大。

綜合地表和深部位移監(jiān)測結(jié)果可知，整個監(jiān)測過程中滑坡一直處于蠕滑階段，除2007年5月～2007年9月和2011年7月～2012年4月滑坡變形速率較大以外，其余月份滑坡位移曲線近乎直線。從空間上來說，橫向上中部變形最大，左側(cè)次之，右側(cè)最??；縱向上下部變形最大，中部次之，上部最小，總體上看滑坡中下部及滑坡左下部為主變形區(qū)；同時在Ⅱ-Ⅱ剖面上地表位移大于深部位移。結(jié)合滑坡宏觀變形情況和滑坡體上裂縫發(fā)育狀況可知，屬于“滑移-拉裂”式破壞，整體表現(xiàn)出“牽引式”破壞特征。

3 庫水位波動和降雨對滑坡的影響

三峽庫區(qū)絕大多數(shù)庫岸滑坡主導(dǎo)誘發(fā)因素為庫水位波動和降雨。龍頭山滑坡在監(jiān)測滑坡地表和深部變形的同時，對滑坡區(qū)庫水位變化情況和降雨進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，為進(jìn)一步研究庫水位波動和降雨對滑坡變形的影響提供了大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為了查明龍頭山滑坡變形的影響條件和形成機(jī)制，將地表變形較大的3個監(jiān)測點(diǎn)（WS14-03、WS14-05和WS14-06）的數(shù)據(jù)與庫水位和降雨繪制在同一張圖上，見圖6。

圖6 地表位移曲線與庫水位和降雨

由圖5可知，滑坡區(qū)雨量充沛，尤其是每年的5～9月，月降雨量較大且常有短時強(qiáng)降雨出現(xiàn)，降雨入滲對滑坡的“增重效應(yīng)”和對滑帶巖土體的“軟化效應(yīng)”不利于滑坡穩(wěn)定。對庫水位來說，2006年庫水位蓄水至156 m，2008年以后進(jìn)入145～175 m正式運(yùn)營階段。庫水位上升產(chǎn)生“浮托力”，庫水位下降滑坡體內(nèi)由于水頭差產(chǎn)生動水壓力，庫水對滑坡體表面的靜水壓力以及庫水入滲對滑坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的改變，改變了滑坡的穩(wěn)定性。這些變化均與降雨及庫水位波動密不可分，滑坡變形的2次“躍升”也與二者有著密切的聯(lián)系。

2007年5月～2007年9月滑坡變形第1次躍升。在2006年10月26日，長江庫區(qū)水位首次從135 m蓄水至156 m，從2007年3月庫水位開始下降，2007年6月10日水位至144 m。庫水位下降時， 由于坡體中地下水位下降相對滯后，導(dǎo)致坡體內(nèi)產(chǎn)生動水壓力。隨著滑體孔隙水壓力逐漸消散， 滑坡體內(nèi)產(chǎn)生指向坡外的動水壓力， 同時滑坡體表面靜水壓力減小，滑坡第1次變形加劇。2007年5月～2007年8月的4個月總降雨量為427．8 mm，平均月降雨量為107 mm，大量雨水滲入地下?；麦w下伏為T2b三疊系青灰色泥灰?guī)r，滲透性差，地下水在滑帶部位匯集，使滑帶抗剪強(qiáng)度降低，再加上降雨入滲的增重效應(yīng)，使這4個月的降雨成為滑坡變形躍升的另一個原因。

2011年7月～2012年4月滑坡變形第2次躍升。這次躍升變形經(jīng)歷了3個變化價段，持續(xù)時間較長。第一階段：2011年5月～2011年7月的3個月降雨量521 mm，月平均降雨量為174 mm。由于中部GPS監(jiān)測點(diǎn)WS14-05部位地形平緩，有利于雨水的匯聚和入滲，使滑坡體內(nèi)孔隙水壓力增大，同時使滑體與滑帶部位巖體軟化，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致WS14-05點(diǎn)從8月份開始滑坡變形加速。第二階段：WS14-05號點(diǎn)變化加速，給滑坡前部WS14-06、WS14-03號點(diǎn)推動力，加上雨水使滑坡體自身加重，引發(fā)這2個點(diǎn)從9月份開始水平變形躍升開始。同時 9～10月降雨仍然較大，這2個月的降雨量292 mm，月平均降雨量146 mm，雨水的滲透加上滑坡中部變形推動力，使得滑坡前緣變形速率加大，降雨是這次變形躍升的主要原因。第三階段：11月份后庫水位升至175 m 后， 庫水上升到最高水位，水位上升時指向坡內(nèi)的滲透力消失， 庫水入滲導(dǎo)致滑坡體內(nèi)孔隙水壓力增加，滑坡巖土體有效應(yīng)力減小和穩(wěn)定性系數(shù)降低。加上2012年1月開始庫水位下降，這時水位下降是誘發(fā)第2次變形加劇的主要原因。

4 結(jié) 語

本文以長期觀測地表、深部監(jiān)測、庫水位降雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合滑坡地質(zhì)環(huán)境背景，綜合分析龍頭山滑坡變形機(jī)理，探討滑坡體時空演化趨勢。

1）滑坡變形在空間上存在較大差異。在橫向上，滑坡體中部前緣及左側(cè)前緣變形最大，右側(cè)變形較?。豢v向上，下部變形大，越往后緣變形越小。整體上說，屬于“滑移-拉裂”式破壞，整體表現(xiàn)出“牽引式”破壞特征。

2）通過滑坡位移與庫水位、降雨之間的相關(guān)性分析，研究了滑坡的變形過程和形成機(jī)制，結(jié)果表明，強(qiáng)降雨和庫水位下降是龍頭山滑坡階躍型變形的主要誘因，2次較大變形均與其相關(guān)，降雨和庫水位下降重合期變形較為嚴(yán)重。

3）2007年首次大規(guī)模蓄水后，庫水位下降期變形較大，滑坡體不平衡狀態(tài)打破后變形響應(yīng)較為強(qiáng)烈；2011年庫水下降與降雨重疊期出現(xiàn)較大變形，滑坡體內(nèi)不平衡應(yīng)力得到有效釋放，后期蠕動變形相對減緩。從演化趨勢來看，大的變形過后變形趨勢均會減緩，后期庫水和降雨對滑坡穩(wěn)定性影響會逐漸削弱。

4）從長序列的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，該類滑坡左右前期受庫水位波動較為明顯，當(dāng)進(jìn)行2個水文年左右蓄水后，庫水進(jìn)行幾個周期庫水入滲及疏干過程，庫水對滑坡體穩(wěn)定性作用減弱；2008年以后降雨對龍頭山滑坡穩(wěn)定性影響逐漸凸顯。

[1] 楊強(qiáng)，丁偉翠，李剛，等．滑坡體水分含量監(jiān)測與降雨入滲響應(yīng)關(guān)系研究[J]．中國水土保持，2013(12):52-55

[2] 羅文強(qiáng)，趙文斌，王亮清．三峽庫區(qū)長江水位變化條件下滑坡穩(wěn)定性二元指標(biāo)體系研究[J]．地球與環(huán)境，2005,33(增刊):42-45

[3] 楊強(qiáng)，丁偉翠，葉振南．多手段實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)在水庫型滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用[J]．人民長江，2013,44(24):66-68

[4] 季偉峰．三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治監(jiān)測預(yù)警的主要方法[J]．探礦工程:巖土鉆掘工程，2008(7):14-17

[5] 徐紹銓，程溫鳴，黃學(xué)斌，等．GPS用于三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測的研究[J]．水利學(xué)報，2003(1):114-118

[6] 殷躍平． 三峽地質(zhì)災(zāi)害與防治[J]．科學(xué)中國人，2002(2):37-39

[7] 中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所．中國泥石流滑坡文獻(xiàn)目錄[Z]．北京: 科學(xué)出版社，1995

[8] 盧書強(qiáng)，易慶林，易武，等．三峽庫區(qū)臥沙溪滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制分析[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2013,24(2):21-25

[9] 李長明．關(guān)鍵致災(zāi)因子對滑坡穩(wěn)定性的影響[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2013,24(4):40-45

[10] 劉廣寧，黃波林，陳小婷，等． 降雨和庫水位升降對巖質(zhì)岸坡的影響[J]．長江流域資源與環(huán)境，2013,22(3):354-358

[11] 劉禮領(lǐng)．庫水位升降對堆積體滑坡穩(wěn)定性影響的研究[J]．西部探礦工程，2011(2):35-42

[12] 劉貴應(yīng)．庫水位變化對三峽庫區(qū)堆積層滑坡穩(wěn)定性的影響[J]．安全與環(huán)境工程，2011,18(5):27-32

[13] 章廣成，唐輝明，胡斌．非飽和滲流對滑坡穩(wěn)定性的影響研究[J]．巖土力學(xué)，2007,28(5):966-970

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1672-4623（2015）06-0138-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.06.046

張仲林，工程師，研究方向地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報。

2014-10-15。

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（41372332）；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害研究資助項目（1212010814012）。