甘肅舟曲埡豁口滑坡復活機理及成因探討

竇曉東，張澤林

（1.甘肅省地質環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730000；2.中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，北京 100083）

0 前言

老滑坡是斜坡長期變形穩(wěn)定后的產(chǎn)物，通常處于穩(wěn)定狀態(tài)，但不排除在其他外部因素誘發(fā)下復活[1-2]。老滑坡的復活多是受降雨、地震、河流侵蝕、冰雪凍融、人類工程活動引起，目前尤為常見。隴海鐵路沿線、川藏公路沿線、關中天水盆地以及舟曲縣均存在多處老滑坡，這些老滑坡的活動跡象一直是工程建設關注的主要問題[2-8]。

舟曲縣位于甘肅省南部，處于中國西藏高原隆起的東北緣，屬西秦嶺南部構造帶。舟曲縣因其特殊的地形、巖性和地質構造，是長江中上游著名的滑坡易發(fā)區(qū)域。由于氣候多變、地震頻繁、山體脆弱等因素，滑坡和泥石流多發(fā)。它也是甘肅省乃至全國地質災害最嚴重的地區(qū)之一。據(jù)1993年調查統(tǒng)計，舟曲縣發(fā)生山體滑坡100 多起，其中災害性山體滑坡超過30 處[9]。區(qū)內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生多起老滑坡復活事件，例如，舟曲縣峰迭鄉(xiāng)水泉溝西南滑坡受2010年泥石流影響，局部發(fā)生變形，滑坡前緣受到降雨沖刷，具有一定危險性[10]。舟曲南橋滑坡，屬碎屑流滑坡，近二十年來有活動跡象，受降雨和地震影響，有蠕動變形特征[11]。舟曲鎖兒頭滑坡一直在發(fā)生變形，受降雨影響活動性明顯，目前的已對該滑坡進行了長期監(jiān)測，監(jiān)測顯示滑坡位移與降雨量呈增長趨勢[12]。舟曲泄流坡滑在2008年汶川地震后開始活躍，該滑坡屬順層頁巖滑坡，緩慢蠕動變形，近年來受到降雨的影響，有復活趨勢[13]。舟曲南峪江頂崖滑坡在長期的降雨影響下，以及河流侵蝕坡腳，經(jīng)過持續(xù)的活動變形，在2018年7月12日發(fā)生復活[1]。以上滑坡均受到了2008 汶川地震影響，導致該地區(qū)脆弱的地質環(huán)境急劇惡化，加劇了地層結構的破壞，增加了松散的巖屑和沉積物?？h城老滑坡所在坡體有變形產(chǎn)生，隨后一些滑坡發(fā)生復活，尤其是降雨季節(jié)滑坡的穩(wěn)定性問題顯得尤為重要。

北京時間2019年7月19日晚18 時，埡豁口滑坡復活，約3.92 × 106m3滑體順坡而下，堵塞河道，造成河水位上升，交通中斷。這次滑坡只是局部以流滑形式產(chǎn)出，整體還處于變形階段。該滑坡的關鍵問題在于：(1)它的復活原因；(2)特殊的動力學機制；(3)特殊的地貌和地層特征。鑒于此，本文主要報道2019年7月埡豁口滑坡事件的發(fā)生原因，并探討滑坡的形成機制，以期為工程應急處置和具體工程防治提供借鑒。

1 地質環(huán)境特征

埡豁口滑坡區(qū)位于甘肅省舟曲縣境內(nèi)，舟曲縣屬于構造侵蝕地貌，山高谷深，溝壑縱橫，該區(qū)的地質特征和巖性單元主要受構造活動和地震活動影響較大。舟曲縣歷史上常發(fā)生強烈地震，歷史記錄中曾發(fā)生過16 次Ms≥7.0 級的地震。埡豁口滑坡位于在兩條走滑斷層之間，研究區(qū)內(nèi)的兩條走滑斷層分別呈近東西向和北東向（圖1）。舟曲縣年平均降雨量為435.8 mm，汛期6——9月降雨量通常高于平均值。汛期時最大日降水量63.3 mm，最大小時降水量47.0 mm。

圖1 滑坡工程地質平面圖Fig.1 Landslide engineering geological plan figure

研究區(qū)可見地層為下石炭統(tǒng)板巖、中——上石炭統(tǒng)灰?guī)r、泥盆系千枚巖板巖和第四系沖洪積物。埡豁口滑坡周邊基巖主要為下石炭紀的泥質板巖。這類巖體風化嚴重，易于形成黏土質風化層，并且遇水時膨脹，抗剪性能極差?；虑熬墳獒航?，由南向北流動?；轮苓?、坡腳處以及滑坡對岸有部分建筑物（圖1）。研究區(qū)內(nèi)坡體破碎，結構松散，斜坡較陡?？傮w而言舟曲縣地質環(huán)境脆弱，水土流失較為嚴重。地層一直遭受斷層活動、歷史強震、降雨以及人類工程活動的影響。因此，舟曲縣是甘肅乃至全國地質災害發(fā)育的地區(qū)。

埡豁口滑坡1989年首次發(fā)生時，形成了堰塞湖，造成過嚴重災害。本次通過遙感解譯，并結合野外詳細勘察，查明了原始滑坡以及新復活滑坡的邊界。圖2為攝于2019年6月30日的埡豁口老滑坡全景圖。

圖2 埡豁口滑坡地貌景觀Fig.2 The panorama of Yahuokou landslide

2 2019年復活的埡豁口滑坡

根據(jù)滑坡工程地質圖（圖1），處于休眠期的埡豁口滑坡前后緣海拔分別為1 300 m 和1 960 m，滑坡東西長約1.3 km，滑坡覆蓋面積約0.197 km2。而2019年復活后的埡豁口滑坡覆蓋面積約0.33 km2。圖3（a）和圖3（b）分別為埡豁口滑坡2019年復活前后的遙感影像圖，表1為埡豁口滑坡歷史變形破壞事件統(tǒng)計。

圖3 滑坡發(fā)生前后遙感影像圖及工程地質剖面圖Fig.3 Remote sensing images and profile of the Yahuokou landslide

表1 埡豁口滑坡變形破壞事件統(tǒng)計Table 1 Approximate timeline of slope deformation and failure at the Yahuokou landslide

歷經(jīng)多日連續(xù)降雨后，2019年7月19日埡豁口滑坡發(fā)生復活，約3.92×106m3滑體一滑而下，堆積坡腳堵塞河道，向坡前推移約45 m，300 m 長的公路被滑坡摧毀?；驴梢姼叨负蟊?，滑動方向約為120°，坡體平均坡度30°，坡度較緩，滑體平均厚度約為20 m（圖3）。坡腳堆積的滑體墜入岷江，滑坡前緣剪出口清晰可見，剪出口巖體為揉皺的灰質板巖，層理清晰，局部覆蓋碎石土。滑坡下部開口寬度約400 m，中部較窄200 m。中部滑坡流滑區(qū)域狹長，前緣堆積體從平面圖上看呈現(xiàn)出近似扇形堆積體?；律喜繀^(qū)域分為南北兩塊，見圖3（b），此次滑坡發(fā)生主要來源于南部區(qū)域。

在2019年7月19日之前，滑坡就存在變形跡象。2019年7月16日至19日期間，滑坡上部可見明顯裂隙，而在滑坡下部，路基也有鼓脹現(xiàn)象。在7月19日滑坡下滑后，第二天，上部滑體仍然有變形，滑體又向前推移了10 m，毀壞道路及農(nóng)田。并且滑坡下部排水渠道也被破壞，部分滑體涌入河道，見圖4（a）——圖4（c）。

圖4 2 019.07.16——22日埡豁口滑坡變形的證據(jù)Fig.4 Field evidences and damages caused by the landslide reactivation in 16——22 July 2019

埡豁口滑坡自復活后，變形持續(xù)發(fā)生，滑坡整體還有可能滑動，因此，對該滑坡進行詳細的應急調查，清理了河道淤積滑體，并且通過鉆探查明了滑坡地層，并在鉆孔中布設了滑坡滑速監(jiān)測儀，見圖3（b）。

自7月至8月滑坡一直有活動跡象，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示（圖5），自7月21 至8月3日，滑坡上部塊體滑速逐漸降低，并趨于穩(wěn)定。但是，自7月21日至7月30日，滑坡中部和下部塊體的滑速達到了0.9 m/h。

8月9日至8月12日，滑坡又發(fā)生變形，坡體中下部小路已被沖毀。滑坡體處于蠕動狀態(tài)，前緣變形區(qū)向岷江擴展（圖6）。到8月14日至8月16日，滑體前緣南側裂縫增大、逐漸拓寬，隆起高度增加，偶有碎屑流墜入河中。滑體松散堆積物逐漸墜入河中，堵塞部分河道，原先8～10 m 寬的河道變窄至4.8 m。8月15日15 時至8月16日7 時，滑坡后緣產(chǎn)生1.6 cm 裂隙?；轮胁慨a(chǎn)生了1 m 滑動，平均速度為0.1 m/h。而滑坡下部滑塌了1.83 m，平均速度為0.2 m/h，滑坡前緣向河流推進0.8 m。隨后監(jiān)測到滑體滑動速度有所下降，至8月16日午時后，滑體的滑速度下降到0.1 m/h 以下。圖5也說明了7月30日至8月14日之間，降雨確實對滑坡活動產(chǎn)生了一定的影響。

滑坡前緣河床輕微隆起，河道上下游水位差約0.4 m。此時開展了第二輪應急搶救，使用挖掘機清理河道及道路滑坡堆積體。8月16日后，滑體中部滑速小范圍內(nèi)波動，滑坡仍處于蠕變階段。值得慶幸的是，復活的滑坡只造成了部分經(jīng)濟損失，未造成人員傷亡。

3 滑坡機理探討

埡豁口滑坡屬碎屑流，滑距較長，見圖3（c）。滑坡基巖為反傾的碳質板巖，滑坡體主要為板巖碎屑以及部分黏土。鉆孔揭示滑坡體巖性由上至下依次為：上層為碎石土和卵礫石，中部為灰黑色礫石及黏土，礫石多為板巖巖屑；下部為含水較高的風化灰色板巖。鉆孔巖心可見，滑動面具有明顯的擦痕，與水平向夾角8°～19°（圖7），且滑動帶平均厚度0.6 m，滑體上部較薄，下部逐漸增厚，上部滑動面深度在1.5～8.8 m，中部滑動帶深度在15.8～16 m，而下部滑動帶深度可達22.6～24 m。

滑坡探槽（圖8）揭示該滑坡屬緩慢流滑形式，滑帶上的擦痕清晰順直，相對較為光滑。上部滑體為松散的碎屑，下部滑體為軟黏土（圖8、圖9），且滑帶厚約0.6～1.0 m。

埡豁口滑坡誘發(fā)因素有降雨、地震、人類工程活動、河流侵蝕和斷層活動等。該區(qū)域內(nèi)新構造運動非常活躍，區(qū)域斷層水平滑動速率約1.3 ± 0.1 mm/a，垂向滑動速率約0.39 ± 0.04 mm/a[14]。由于該滑坡位于兩條斷層之間（圖1），近30年來，在該區(qū)域附件震級大于Ms5.0 的地震多有發(fā)生[7,14-20]，地震及滑坡的活動性均受控于區(qū)域內(nèi)的走向斷層。

因此，該滑坡的活動性與活動斷裂關系密切。根據(jù)此次滑坡的應急調查，以及滑速監(jiān)測，初步判定滑坡復活的主要因素是降雨。強降雨沖刷坡面，連續(xù)降雨通過裂隙滲透至滑坡內(nèi)部，導致滑帶軟化，抗剪強度急劇降低。降雨及滑速監(jiān)測數(shù)據(jù)表明(圖5)，在集中降雨日，滑坡上中下塊體滑動速度呈波動狀態(tài)，滑坡持續(xù)蠕變，且變形逐漸增加。河流對滑坡的侵蝕主要表現(xiàn)為前緣坡腳的側向侵蝕和沖刷，削弱了滑坡前緣支撐。在滑坡體上修路建房，開挖或加載均對滑坡穩(wěn)定性造成一定影響。

圖5 滑坡位移及降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.5 Data of landslide displacement monitoring and regional rainfall

圖6 2019.08.09——16日滑坡再次變形破壞的證據(jù)Fig.6 Field evidences and damages by the landslide reactivation in 9——16 August 2019

圖7 滑坡鉆孔圖Fig.7 Evidences from the boreholes on the landslide

表1統(tǒng)計了埡豁口滑坡的變形發(fā)展歷史，此次滑坡復活后，通過詳細勘察，初步將滑坡的發(fā)生機制總結為（圖10）：

（1）滑坡發(fā)生的主要原因是滑體內(nèi)部含水量過高，來不及排出，導致滑體發(fā)生塑性擠出和緩慢滑動。在滑坡上部(圖3和圖10)，北部塊體首先發(fā)生滑動。隨后，上部南側塊體受到牽引作用，逐漸滑動。上部塊體先發(fā)生緩慢的塑性流動，在陡坡段滑速加劇。最終，滑坡上部整體滑塌，失穩(wěn)。上部滑體堆積在中部平臺地段，形成“滑移-加載效應”。因而在滑坡中部(圖10)，受上部堆積體的加載和推擠作用。逐漸產(chǎn)生塑性流動，在中部滑體后緣形成拉槽。該滑坡的變形模式可概括為：蠕變-拉裂-流滑。最終，在滑坡體下部（圖10），也以此方式復活?？傊?，滑坡的上、中、下三部分均以此方式傳遞應力，逐步被激活，緩慢滑入江中。同時，在蠕變和產(chǎn)生張拉裂縫的作用下，形成了三個相對獨立的滑體。

圖9 2019 埡豁口滑坡變形特征Fig.9 Field evidences and damages by the landslide reactivation in 2019

（2）目前滑坡仍處于活躍期，威脅滑坡對岸居民安全（圖11）。應急處置只是疏通河道，周邊居民部分搬遷撤離。已經(jīng)實施了滑坡的滑速監(jiān)測，急需進一步開展具體的防治工程。

4 結論

2019年7月19日，埡豁口滑坡復活，約3.92 × 106m3滑體順坡而下，堵塞河道，造成河道水位上升，交通中斷。為查明滑坡的發(fā)生機制，判斷滑坡后期的活動性，本文基于現(xiàn)場詳細勘察、物探工程，以及滑坡監(jiān)測等手段，探討了滑坡的動力學過程，主要得到以下結論：

（1）滑帶證據(jù)顯示該滑坡屬于流滑運動機制?；碌闹饕T因是降雨，降水入滲至滑體內(nèi)部，造成滑帶含水率劇增，導致的塑性擠出和緩慢蠕動，最終發(fā)生流滑?；掳l(fā)生過程可概括為：首先是上部滑體發(fā)生緩慢的塑性流動和滑移，滑坡上部總體滑塌，失穩(wěn)。其次，上部滑體堆積在滑坡中部，然后對中部原始塊體進行預加載和推壓。中部塊體開始變形，至中部塊體后緣形成拉槽，發(fā)生塑性流動，失穩(wěn)。最后，中部塊體堆載至滑坡下部，又連帶下部滑體復活，三部分滑體一起流入江中，上部塊體和中部塊體依次對其下部滑體造成堆載，即“滑移——加載效應”?？偟淖冃芜^程為蠕變——拉裂——流滑。特殊之處在于，滑坡的上、中、下三部分均以這種方式傳遞應力，逐步被激活，同時形成了三塊相對獨立的滑體，緩慢地滑入江中。

（2）經(jīng)過持續(xù)降雨后，2019年7月20日至8月16日，埡豁口滑坡歷經(jīng)初期的復活，只是局部以流滑形式產(chǎn)出，而整體仍然處于蠕變階段，威脅著河對岸的居民。初步的應急處置措施已經(jīng)實施，包括立警示牌，疏通河道，開展滑坡的監(jiān)測，后期需要具體的工程防治措施以確保滑坡的穩(wěn)定。

圖10 滑坡變形過程及發(fā)生機理示意圖Fig.10 Schematic diagram of landslide event process and mechanism

圖11 滑坡潛在影響范圍Fig.11 Schematic diagram of landslide potential impact area