“8.12”山陽滑坡視向滑動成因機(jī)理

王佳運(yùn)，石小亞，武立，鄭定國

(1.長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

2015年8月12日0時30分，陜西省山陽縣中村鎮(zhèn)發(fā)生山體滑坡災(zāi)害，滑體經(jīng)2次碰撞折返后的最遠(yuǎn)滑動距離達(dá)600 m，體積約為168×104m3，造成8人死亡，57人失蹤的重大災(zāi)難性滑坡災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失約5億元。該類厚層斜傾山體在中國重慶、湖北、貴州、云南、四川等西南山區(qū)分布較廣(殷躍平，2008), 陜西秦巴山區(qū)也有較廣泛的分布(許仁朝等，1987；楊喜成等，1987)。劉雄(1986)對這類山體滑坡進(jìn)行了研究，認(rèn)為失穩(wěn)模式具有復(fù)合型，通常上部基巖發(fā)生側(cè)向崩落，堆積于次級斜坡上，在崩塌不斷堆積加載和暴雨等因素作用下，轉(zhuǎn)化為堆積層滑坡體。例如湖北的清江茅坪滑坡即是前期產(chǎn)生側(cè)向崩塌，后期轉(zhuǎn)化為堆積層滑坡(嚴(yán)福章等，2003；許立凱等，2006)。劉傳正等(1995，1999)通過對長江鏈子崖危巖體變形機(jī)制、工程防治的研究，提出了視傾向滑動分量的“視滑力”概念，為厚層斜傾巖質(zhì)斜坡產(chǎn)生斜向蠕動變形、平面旋轉(zhuǎn)滑移與視向滑動失穩(wěn)破壞模式的存在可能性提供了理論依據(jù)。趙法鎖等(1999)基于黑河水庫重大工程的系統(tǒng)分析研究，提出了高陡巖質(zhì)斜坡“坡體平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動”的特征與標(biāo)志，并對其形成的地質(zhì)條件、變形破壞模式進(jìn)行了研究。殷躍平(2010)以重慶武隆雞尾山滑坡為例，通過對斜傾厚層山體滑坡視向滑動機(jī)制的研究，提出了斜傾厚層山體滑坡產(chǎn)生視向滑動所應(yīng)具備的條件。通過與重慶武隆雞尾山滑坡的地質(zhì)條件對比，呈厚層陡傾斜向結(jié)構(gòu)的山陽滑坡既具有與雞尾山滑坡類似的地質(zhì)條件，又具有異于雞尾山滑坡地質(zhì)條件的獨(dú)特性。由于山陽滑坡山體植被茂密以及滑坡的隱蔽性與成災(zāi)模式的復(fù)雜性，在2002年的山陽縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃(金有生等，2002)，以及2012年的山陽縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查工作(王滔等，2012)均未發(fā)現(xiàn)該山體存在滑坡隱患。滑坡發(fā)生前期，山體曾出現(xiàn)裂縫、滾石現(xiàn)象，盡管廠礦企業(yè)在滑坡臨滑前采取了轉(zhuǎn)移等措施，但是很難預(yù)測到山體發(fā)生如此規(guī)模巨大、滑動距離遠(yuǎn)且地質(zhì)成因復(fù)雜、獨(dú)特的高速遠(yuǎn)程巖質(zhì)滑坡。筆者以山陽滑坡為例，通過對地質(zhì)條件與滑體堆積體特征的分析，研究厚層陡傾斜向巖層滑坡視向滑動的地質(zhì)成因與運(yùn)動特征，為研究基巖山區(qū)厚層陡傾斜向巖層滑坡失穩(wěn)成因機(jī)制與風(fēng)險規(guī)避措施提供參考。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 自然地理

滑坡區(qū)地處亞熱帶向暖溫帶過渡的季風(fēng)性半濕潤氣候區(qū)，年降雨量為700～900 mm，多年平均降水量為709 mm。年內(nèi)降水量分配不均，5～10月是區(qū)內(nèi)主要降水期，7～9月份是多雨期(圖1)，占全年降水量的50%以上，并多呈暴雨形式出現(xiàn)。

圖1 山陽縣月平均降雨量分布圖Fig.1 Monthly means precipitation in Shanyang

1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

滑坡區(qū)位于基巖中山陡坡地帶，滑坡所發(fā)育的山體三面臨空，前部面向呈深切“V”字形的大西溝，形成陡傾的斜向山梁地貌，整體坡度為38°，山體斜坡高程為1 025～1 300 m，相對高差為275 m，相對滑坡堆積區(qū)前部高程為970 m，高差則達(dá)330 m。

滑坡所處大地構(gòu)造單元屬南秦嶺薄皮逆沖推覆構(gòu)造帶，斷層、褶皺等構(gòu)造極為發(fā)育，滑坡北部毗鄰牛耳川-銀花(F13)(鳳縣-山陽)深大斷裂?；录次挥谝珟X河復(fù)式背斜南翼，地層層序倒轉(zhuǎn)，斜坡出露地層上部為震旦系燈影組(Z2dn)堅(jiān)硬厚層白云巖，單層厚度為0.5～1.0 m，產(chǎn)狀為345°～20°∠43°～60°，下伏寒武系水溝口組(-C1sh)軟弱-較軟弱碳質(zhì)泥巖與硅質(zhì)板巖，產(chǎn)狀為340°～20°∠32°～56°，兩套地層呈平行不整合接觸，形成了上部堅(jiān)硬、下部軟弱的斜坡結(jié)構(gòu)(圖2)。

圖2 山陽滑坡滑源區(qū)斜坡結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Slope structure in sliding zone of Shanyang rockslide

大西溝與煙家溝于滑坡前緣交匯，溝內(nèi)未見有地表徑流。但降雨可通過巖體節(jié)理裂隙以及溶蝕通道補(bǔ)給地下水，在下伏的碳質(zhì)泥巖表部匯聚并形成暫時性地下水，通過潤滑與巖溶侵蝕等作用，降低斜坡的穩(wěn)定性。

2 滑坡特征

2.1 滑坡分離界面特征

滑坡滑動區(qū)近似呈一頂寬底窄、上窄下寬且底部向西斜傾的棱柱體，北部前緣及南部頂端臨空，滑坡西側(cè)受溶蝕結(jié)構(gòu)面分離，右翼及滑床受平行不整合結(jié)構(gòu)面控制(圖3)。

T0結(jié)構(gòu)面：即平行不整合面，由上部震旦系燈影組堅(jiān)硬厚層-巨厚層狀碳酸鹽巖組與下伏的下寒武統(tǒng)水溝口組碳質(zhì)泥巖夾硅質(zhì)板巖組形成的平行不整合面，由于受向北傾斜的單斜構(gòu)造影響形成斜傾結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀15°∠48°，表面因剪切滑動形成光滑鏡面，呈舒緩波狀起伏，并有反坡階步現(xiàn)象(圖4、圖5)，說明滑坡在滑動前期沿平行不整合面經(jīng)歷了在重力作用下的長期蠕動變形過程。

T1結(jié)構(gòu)面：即滑坡西側(cè)溶蝕結(jié)構(gòu)面，由斜坡頂部至剪出口位置，長約為260 m，深為20～35 m不等，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀113°∠76°，構(gòu)成了滑坡的西側(cè)(左翼)天然邊界。結(jié)構(gòu)面巖溶發(fā)育，局部已形成貫通性溶蝕通道，由于受長期的重力卸荷牽引作用，沿結(jié)構(gòu)面形成了明顯下錯斷面(圖6)，下錯斷距為0.8～1.5 m。T1結(jié)構(gòu)面表部整體較為平直，受下滑驅(qū)動塊體剪切作用，表部形成清晰的視傾向擦痕。但其前部表面卻殘次不齊，并呈現(xiàn)張性破壞的特征，說明前部巖體受擠壓并產(chǎn)生潰屈破壞，并沿溶蝕結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生脆性剪斷形成整體剪切滑動。

T2結(jié)構(gòu)面：即橫向反坡陡傾卸荷結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀275°∠66°，由于后部塊體擠壓以及自身重力卸荷作用下，沿平行斜坡的橫向方向形成卸荷節(jié)理面，與白云巖層理面以及節(jié)理裂隙共同作用將山體切割為塊狀結(jié)構(gòu)。因卸荷作用的程度不同從而造成斜坡卸荷節(jié)理密度的發(fā)育差異性，下部密度為3～5 cm/條，上部為10～30 cm/條。在滑坡西側(cè)壁前部臨空地帶可見到多條因卸荷作用而形成的橫向陡傾卸荷張裂縫。

圖3 山陽滑坡結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of Shanyang rockslide

圖4 山陽滑坡滑床呈舒緩波狀起伏圖Fig.4 Gradual wave slide bed of Shanyang rockslide

圖5 山陽滑坡滑床表部反坡階步現(xiàn)象圖Fig.5 Antistep on surface of sliding bed of Shanyang rockslide

圖6 溶蝕及重力卸荷作用形成下錯斷面Fig.6 Leap plane by Karst corrosion and gravity

2.2 滑坡結(jié)構(gòu)特征

山陽滑坡體呈棱錐體結(jié)構(gòu)，具有受控于下伏軟弱夾層的“滑移-剪斷”破壞模式，即上部順層“主動傳力區(qū)”與下部的“被動擠壓區(qū)”，因此，前部巖體受上部巖體擠壓而導(dǎo)致其崩潰解體破壞。受控于陡傾斜向斜坡結(jié)構(gòu)，初始滑動階段具有斜傾性，在滑動特征上，形成了中后部的下滑驅(qū)動塊體與前部的阻滑塊體。

下滑驅(qū)動塊體：位于棱錐體的中部及后部，下滑驅(qū)動塊體后部頂寬為90 m，底寬為40 m，前部頂寬為136 m，底寬為70 m，平均厚度為25 m，南北長約為360 m，體積約為87.6×104m3。下滑驅(qū)動塊體主要由上部堅(jiān)硬厚層-巨厚層白云巖組成，西側(cè)被溶蝕結(jié)構(gòu)面切割，但未與穩(wěn)定山體完全分離，東側(cè)及底部被平行不整合結(jié)合面分離，成為驅(qū)動滑坡體整體滑動的主動下滑塊體。

阻滑塊體：位于棱錐體的前部，塊體后部頂寬為136 m，底寬為70 m，前部寬為100 m，南北長約為40 m，體積約為5×104m3。阻滑關(guān)鍵塊體由堅(jiān)硬厚層-巨厚層白云巖組成，西側(cè)為溶蝕結(jié)構(gòu)面，北部至坡腳臨空，東側(cè)及底部被不整合結(jié)合面分離。阻滑塊體與西部溶蝕結(jié)構(gòu)面的阻滑作用共同提供了下滑驅(qū)動塊體的抗滑力，以維持其平衡。

阻滑塊體阻滑力主要來自于三方面：滑動面上的抗滑力；西側(cè)溶蝕結(jié)構(gòu)面的側(cè)向摩阻力；由坡腳傳遞給阻滑塊體的抗滑力。

2.3 滑坡剪出口特征

根據(jù)山體斜坡滑動前地形特征，下伏滑床碳質(zhì)泥巖與薄層硅質(zhì)板巖沿大西溝向上游逐漸隱沒于上部厚層、巨厚層白云巖之下，即下伏滑動面整體上在前部坡腳未出露，隱伏于白云巖下部。同時，滑體沿視傾角方向滑動剪出的整體坡度(36°)小于滑床坡度(48°)，因此，滑坡體應(yīng)是沿視傾角方向高于坡腳剪出的。

滑坡滑動面為下伏平行不整合面，呈近平面狀向前延伸，根據(jù)滑坡滑動前后的地形對比，滑坡滑床與滑動前地形相交于海拔1 050 m附近，即滑坡剪出口應(yīng)位于海拔1 050 m附近，高于溝底約為25 m滑動剪出。

3 視向滑動成因條件

視向滑動在平面上表現(xiàn)為由真傾角向視傾角方向旋轉(zhuǎn)滑移的過程。劉傳正(1995,1999)通過對鏈子崖工程防治的研究，認(rèn)為產(chǎn)生“視滑力”(指沿視傾角方向的下滑力)的關(guān)鍵因素是下伏軟弱巖層的蠕變效應(yīng)與真傾角方向的山體阻擋作用。趙法鎖等(1999)通過對黑河水庫工程的研究，認(rèn)為坡體物質(zhì)分布的不均勻性、與斜坡走向斜交的底界面以及巖體中結(jié)構(gòu)面的空間展布與組合是斜坡產(chǎn)生平面旋轉(zhuǎn)的內(nèi)在條件，上陡下緩與側(cè)向山梁阻擋的地形地貌條件、地下水、地表水以及人類工程活動是外在條件。殷躍平(2010，2011)以雞尾山滑坡為例，通過對斜傾厚層山體滑坡視向滑動機(jī)制研究，提出了斜傾厚層山體滑坡視向滑動應(yīng)具備層狀塊裂結(jié)構(gòu)、山體傾向阻擋、臨空視向剪出、驅(qū)動塊體下滑以及關(guān)鍵塊體阻滑等5個條件。

山陽滑坡與雞尾山滑坡既具有相似的發(fā)育地質(zhì)條件，同時也具有其獨(dú)特的地質(zhì)條件(表1)。

山陽滑坡與雞尾山滑坡在地形、巖性組合、巖體結(jié)構(gòu)類型、滑坡體結(jié)構(gòu)面組合、山體傾向阻擋以及視向臨空條件等方面具有較強(qiáng)的相似性，但相比之下，山陽滑坡具有更陡的巖層傾角，更大的平面旋轉(zhuǎn)角度，即視傾角與真傾角夾角。正是由于山陽滑坡具有更陡的巖層傾角，才使其能夠形成大角度的平面旋轉(zhuǎn)滑移，并造成前部阻滑巖體的潰屈破壞，而雞尾山滑坡相比之下巖層較緩，旋轉(zhuǎn)滑移角度較小，前部關(guān)鍵塊體則為剪切滑移破壞模式(馮振等，2012)。通過與雞尾山滑坡的對比，山陽滑坡產(chǎn)生視向滑動的成因條件包括以下幾方面。

表1 山陽滑坡與雞尾山滑坡地質(zhì)條件對比表Tab.1 Comparison of geologic conditions of Shanyang rockslide with Jiweishan rockslide

(1)厚層陡傾斜向結(jié)構(gòu)：受構(gòu)造活動影響，山體呈陡傾斜向地層結(jié)構(gòu)，陡傾斜向結(jié)構(gòu)使其產(chǎn)生斜向滑動以及較大角度的平面旋轉(zhuǎn)滑移具備了前提條件。同時，滑坡體在平面上被2組陡傾結(jié)構(gòu)面的切割以及底部被軟弱巖層分離(圖7)，形成塊裂結(jié)構(gòu)，具有良好的離散性，導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性降低。

圖7 山陽滑坡三組結(jié)構(gòu)面赤平投影圖Fig.7 Three groups of joints stereographic projection in Shanyang rockslide

(2)滑動巖體傾向阻擋：滑坡體的左翼，即滑坡體真傾角方向?yàn)槲鱾?cè)溶蝕結(jié)構(gòu)面，其外側(cè)為穩(wěn)定山體，阻擋了滑坡體沿真傾角方向(NNE15°)的順層蠕動滑移，迫使其向視傾角方向(NEE60°)旋轉(zhuǎn)滑移，形成真傾角與視傾角為45°夾角。

(3)視向臨空剪出：滑坡視向剪出方向毗鄰深切呈“V”字形的大西溝，坡頂距溝底相對高差為275 m，為滑坡視向滑動剪出提供了勢能條件與良好的臨空條件。

(4)驅(qū)動塊體下滑：山體具有上陡下緩、上硬下軟的“二元”結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較差，同時，下伏軟弱層在地下水與重力的雙重作用下，造成其抗剪強(qiáng)度逐漸降低，下滑力逐漸增大，導(dǎo)致山體中后部巖體沿軟弱層面長期蠕動變形，并對前部巖體產(chǎn)生擠壓作用。

(5)前部相對穩(wěn)定塊體阻滑：在滑坡體視向滑動方向的前部塊體因坡腳提供的支撐力、溶蝕結(jié)構(gòu)面的側(cè)摩阻力以及滑面上的阻滑力而成為相對穩(wěn)定塊體，起到了暫時阻止驅(qū)動塊體整體下滑的作用。隨著地下水與巖溶等的作用，下滑驅(qū)動塊體的抗滑力不斷下降，下滑力逐漸增大，對前部阻滑塊體的擠壓作用不斷增加；滑坡體具有層狀板裂結(jié)構(gòu)，依據(jù)板裂結(jié)構(gòu)巖體破壞機(jī)制，在下滑驅(qū)動塊體對其擠壓作用不斷增大的情況下，導(dǎo)致阻滑塊體產(chǎn)生板裂潰屈破壞，促使下滑驅(qū)動塊體沿西側(cè)溶蝕結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生脆性剪斷并形成滑坡整體滑動。

4 滑坡運(yùn)動特征

山陽滑坡體在視向高位滑動剪出后，歷經(jīng)了兩次碰撞折返，最遠(yuǎn)滑動距離達(dá)到600 m，具有典型的高速遠(yuǎn)程滑坡特征?；露逊e體平面形態(tài)為斜長的喇叭形，橫溝谷最大寬度為130 m，面積約為7.5×104m3，總體積約為168×104m3。由于滑體在滑動過程中的碰撞解體與巖體碎裂膨脹作用，滑坡堆積體的方量大于滑源區(qū)滑動巖體的方量。依據(jù)山陽滑坡視向高位滑動剪出后的高速遠(yuǎn)程運(yùn)動特征與滑體結(jié)構(gòu)分布特征，將滑坡的整個運(yùn)動過程劃分為：視向剪切滑動區(qū)、整體滑動堆積區(qū)、碰撞折返堆積區(qū)以及前部碎屑拋灑區(qū)等4個過程區(qū)段(圖8、圖9)。

圖8 山陽滑坡運(yùn)動過程分區(qū)圖Fig.8 Motion process zoning of Shanyang rockslide

圖9 山陽滑坡運(yùn)動過程縱剖面圖Fig.9 Profile map of the landslide of Shanyang rockslide

視向剪切滑動區(qū)：即滑坡的滑源區(qū)，滑床右側(cè)裸露，表面光滑，呈舒緩波狀起伏，坡度為48°，為滑坡體沿真傾角方向蠕動變形向視傾角方向旋轉(zhuǎn)剪切滑移區(qū)。滑床前部堆積大量滑坡滑動中形成的碎塊石與泥化物，塊石最大粒徑約為5 cm?；仓胁考白髠?cè)被大量白云巖碎塊石覆蓋，最大粒徑為0.5 m，平均粒徑為20～30 cm?；参鱾?cè)為溶蝕結(jié)構(gòu)面，形成滑坡體與穩(wěn)定山體的分離界面，并阻擋下滑驅(qū)動塊體沿真傾角方向滑動，促使其向視傾角方向旋轉(zhuǎn)滑移，其表部沿視傾角方向形成大量明顯的滑動剪切擦痕。山體的視向剪切滑動導(dǎo)致在滑源區(qū)形成視向整體坡度為36°的凹槽狀滑床。

整體滑動堆積區(qū)：即滑坡體沿視傾角方向(NEE60°)高速滑動剪出后由剪出口至大西溝北坡第一撞擊點(diǎn)區(qū)段，長約為130 m，整體坡度為19°，為滑坡體主體堆積區(qū)?；w以巨塊石為主，碰撞擦痕明顯，平均粒徑為2～3 m，最大礫徑約為15 m?；录舫隹诟浇w整體滑動特征尤其明顯，盡管因滑動導(dǎo)致產(chǎn)狀發(fā)生變化，但巖體整體結(jié)構(gòu)依然清晰可辨。高速滑動剪出的滑坡主體因大西溝對面山體阻擋而驟然停止引發(fā)后部滑體形成崩塌倒石堆，造成滑坡堆積體表部多呈架空結(jié)構(gòu)。

碰撞折返堆積區(qū)：即由滑坡體在大西溝北坡第一撞擊點(diǎn)向SSE145°方向折返至煙家溝東坡的第二撞擊點(diǎn)，與滑坡體視向滑動剪出方位夾角95°。該區(qū)段全程226 m，整體坡度為13.2°，以塊石、碎石為主，部分塊石表部可見高速碰撞擦痕跡象。由于高速滑動的滑坡體歷經(jīng)第一次碰撞后發(fā)生折返并解體，相比整體滑動堆積區(qū)滑體結(jié)構(gòu)更加破碎，空隙增多，粒徑以0.5～1 m為主，最大粒徑2 m，以塊石架空結(jié)構(gòu)為主。

前部碎屑拋灑區(qū)：由位于煙家溝東坡的滑坡體第二次撞擊點(diǎn)至滑坡堆積體前緣，滑動方向NEE50°，與碰撞折返堆積區(qū)滑動方向夾角85°，滑動距離為195 m，整體坡度為14.8°?；麦w歷經(jīng)第二次碰撞后轉(zhuǎn)化為碎屑物質(zhì)，隨著能量的消散，塊石逐漸停止滑動，粒徑相對較小的碎屑物質(zhì)在強(qiáng)大的慣性力作用下順溝谷向前拋灑堆積。

5 結(jié)論

(1)山陽滑坡平面形態(tài)為斜長的喇叭形，總體積約為168×104m3，具有視向滑動剪出的特征，屬于典型的高速遠(yuǎn)程滑坡。

(2)山陽滑坡產(chǎn)生視向滑動的主要成因條件，受多組結(jié)構(gòu)面切割的陡傾層狀斜向結(jié)構(gòu)巖層離散性好，穩(wěn)定性差；滑動巖體傾向受阻，迫使其由真傾角方向順層蠕動滑移向視傾角方向旋轉(zhuǎn)滑移；深切呈“V”字型的大西溝為滑坡視向滑動剪出提供了良好的臨空條件；上陡下緩、上硬下軟的斜坡結(jié)構(gòu)使得山體后部的下滑驅(qū)動塊體沿下伏軟弱巖層長期蠕滑；前部相對穩(wěn)定塊體在下滑驅(qū)動塊體的擠壓作用下產(chǎn)生潰屈破壞，并促使下滑驅(qū)動塊體沿西側(cè)溶蝕結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生脆性剪斷，形成整體滑動。

(3)依據(jù)山陽滑坡視向滑動剪出后的高速遠(yuǎn)程運(yùn)動特征與滑體分布結(jié)構(gòu)特征，滑坡的整個運(yùn)動過程劃分為視向剪切滑動區(qū)、整體滑動堆積區(qū)、碰撞折返堆積區(qū)以及前部碎屑拋灑區(qū)。