大渡河松坪滑坡形成機制及穩定性分析

吳亞子，傅榮華，王 健，張元才，楊人凡，蔡 明

（1.西南石油大學 資源與環境學院，成都610500；2.成都理工大學 環境與土木工程學院，成都610059）

松坪滑坡位于金川水電站壩址下游側新扎溝與大渡河的交匯處松坪斜坡上，距壩址直線距離約700m，滑坡下部為新扎溝口傾倒變形巖體，新扎溝口緊鄰金川水電站右岸導流洞等泄水建筑物出口，下部河水位高程2 150m，滑坡剪出口高出泄水建筑物出水口600～650m。該滑坡自20世紀90年代以來，其后緣、中部出現拉裂變形，滑坡上的居民房屋出現嚴重開裂，滑坡目前以淺表層蠕滑變形為主，且變形有逐年增長趨勢，威脅到當地居民的生命財產。研究松坪滑坡的地質特征、形成機理和評價其穩定性，防治地質災害的發生，對松坪村居民的安全有重要意義，且對金川水電站工程的環境評價與工程安全也有實際意義。

1 滑坡區地質環境概況

1.1 地形地貌

該區屬中高山地區，地形高差大，溝谷深切，山勢陡峻。松坪斜坡位于三面臨空的高陡斜坡上，相對高差在1 000m以上，斜坡自低往高坡度變緩。高處高程2 750～3 020m，為松坪滑坡地帶，地形坡度20°～30°。在滑坡周邊斜坡有多條沖溝發育，左側有永忠溝，前部有張家溝、磨房溝，右側有蔣家溝，滑坡正面為新扎溝河，右前部為大渡河。

1.2 地層巖性

1.3 地質構造與地震

金川水電站庫壩區內及外圍構造較簡單，主要為一系列大致平行規模不一的NW向、局部EW向線狀緊密復式褶曲。滑坡區位于金川倒轉復背斜南西翼，次級褶皺及揉皺發育，形態復雜。工程區新構造運動主要表現為大面積間歇性整體抬升。外圍強震帶強震對工程場地波及影響較小，工程場地歷史地震活動水平相對較低，處于構造活動相對穩定區。金川壩址區50a超越概率10%的基巖地震動峰值加速度為0.097g，相應地震基本烈度為Ⅶ度。

1.4 地應力場特征

中國西部青藏高原及環高原地帶的地應力場受印度板塊向北俯沖的強大力源控制，區域應力場最大主應力方向在川西、云南區域，大致為NW、SE向。新扎溝口地應力場最大主應力方向為NW向，方位為NW310°～320°，與新扎溝的流向基本一致，即最小主應力垂直新扎溝方位。

2 滑坡特征

2.1 滑坡規模、形態

松坪滑坡位于新扎溝與大渡河交匯處松坪斜坡上（圖1），分布高程2 750～3 020m，長度500m，寬度400～500m，滑體厚度50～75m，滑坡體積約1 200萬m3，屬大型土質滑坡。

滑坡區地形呈圈椅狀，前部地形較平緩，中部地形呈椅狀，滑坡后部地形較陡，由于滑坡差異性滑動形成多級平臺以及滑坡陡坎，平臺寬度20～50m，長度100～200m。

圖1 松坪滑坡及新扎溝口傾倒變形體

2.2 滑坡的結構特征

（1）松坪滑坡物質組成基本上為第四系松散堆積物，分區特征明顯，其后部與中下部物質組成有所不同。滑坡后部地形坡度稍緩，物質組成主要為淡黃色粉土夾少量碎石。滑坡中下部物質成分主要為碎石、碎塊石，淺表部多以碎石為主，淺部及深部塊石增多，結構較為松散，局部地段有架空現象。

（2）滑坡附近的天然剖面觀察表明：滑坡物質組成具有一定的分帶性，表部為土層，往下為碎石、塊石，底部為變形拉裂破碎基巖，基巖與碎塊石間呈弧形的界面。

（3）滑坡中下部碎塊石的形成與松坪斜坡傾倒變形巖體有關，變形拉裂巖體破壞界面為拉裂面或組合拉裂面，碎塊石沿某一弱面蠕滑破壞形成弧形滑動面，蠕滑推移物成為滑坡堆積物。

（4）勘察資料顯示（圖2），覆蓋層下厚上薄，前緣厚度最大達75m，平均厚度約65m。

沈復在《浮生六記》中記載了園林“大中見小，小中見大，虛中有實，實中有虛”的意境。計成則認為園林中的虛實結合是“陰陽互生”法則的應用。在余蔭山房的布局中，“虛”與“實”這一對立統一的關系可拓撲為藏露、大小、疏密等關系，顯、密、大為“實”，隱、疏、小則為“虛”。虛實產生于相互比較之中，通過虛實對比，欲露先藏，以小見大、虛實相生（圖3）。

（5）滑坡勘探過程中未發現大規模貫通性的蠕滑破壞面，前緣的平硐勘探揭露滑坡底面不存在貫通性的滑動帶，說明目前滑坡變形主要為表層蠕變調整，覆蓋層內尚未有貫通性的深部滑面存在。

圖2 松坪滑坡工程地質縱剖面圖1.殘坡積碎石土；2.滑坡堆積塊碎石土；3.薄－中厚層狀變質細砂巖；4.地層不整合界線（虛線為推測）；5.推測弱風化上段下限；6.推測弱風化下段下限；7.推測卸荷下限；8.滑坡體界線及其滑動方向；9.傾倒變形體界線；10.鉆孔編號

2.3 滑坡的變形特征

1992年持續一個月的暴雨，誘發了松坪滑坡，此后每年雨季滑坡都有不同程度的變形。坡體拉裂變形主要表現在滑坡后緣和中部。滑坡后緣拉裂縫的走向為 NE12°～42°，寬度20～40cm，深度40～50 cm，最深達60cm以上。拉裂縫的存在表明滑坡現階段淺表部的活動頻繁。后緣滑體拉裂、錯落形成臺階狀的陡坎地形，陡坎的高度在1.5～2.5m，延伸長20～100m不等，走向為NE38°。滑坡中部松坪村房屋自在20世紀90年代開始出現規模不等的拉裂縫，2000年后拉裂縫大量出現，寬度從幾厘米到幾十厘米不等，延伸長度1～5m，在墻壁和地面均有分布。另外，滑坡前緣上游側醉漢林和滑坡后緣馬刀樹，樹木直徑粗達20～30cm，主要為坡體發生蠕滑導致表部樹木的傾倒。

3 滑坡形成機制

松坪滑坡的成因機制為蠕滑－拉裂模式，最早由孔隙水壓力誘發，為第四紀堆積物滑坡。滑坡的形成既取決于特定的地形、結構條件，又與斜坡反傾層狀巖體的傾倒變形有一定關系，更與暴雨的激發有關。

3.1 滑坡形成條件

（1）有利于滑坡發育的地形地貌和地質構造條件。松坪滑坡位于三面臨空的高陡斜坡上，相對高差在1 000m以上，在滑坡周邊斜坡有多條沖溝發育，這種三面臨空的單薄斜坡其穩定性必然受到其所處的地質環境的限制，在重力作用下引起斜坡局部應力集中，出現剪切變形。區域地質構造位于金川倒轉復背斜翼部，新構造運動表現為大面積間歇性整體抬升，河谷強烈下切，形成高陡的河谷岸坡。新扎溝口地應力場最小主應力方向與新扎溝方位垂直，這將導致新扎溝形成過程中，斜坡底部應力不會出現集中現象，而是出現量值較低的環帶，為新扎溝口層狀巖體的傾倒提供了較為典型的應力場環境。加上松坪斜坡的三向臨空狀態，為應力卸荷、巖體松弛創造了條件。

（2）坡體結構及物質組成是滑坡孕育的基礎。松坪斜坡上部是層狀巖體最早發生彎曲拉裂－傾倒變形的部位，谷坡下部應力呈現降低趨勢，岸坡巖體處于低應力狀態而易于松弛，在斜坡二次應力作用下，層狀巖體發生彎曲拉裂變形，斜坡表部的彎曲碎裂巖體因風化、卸荷以至逐漸松弛、解體堆積在斜坡上，隨著厚度的加大，當滿足一定內外動力條件時便會孕育、蠕滑拉裂以至潛在剪切面剪斷貫通滑動而形成滑坡。堆積體平均厚65m左右，厚大的堆積物中工程地質條件的差異性是滑坡形成的物質基礎。滑坡體下部巖性主要為砂巖夾板巖或千枚巖，這種軟弱互層的巖體在卸荷作用和上部滑坡推力作用下易發生傾倒變形，并且變形幅度較大。作為滑坡的基座，其發生變形對于滑坡的穩定造成不利影響。

（3）人類工程活動。斜坡上地面建筑的切坡、農田開墾、公路的修建，破壞了原巖土體平衡，使滑坡向不利方向發展，可促使滑坡發育。

（4）水的作用。地表水及降雨入滲，特別是連續降雨或暴雨，水滲入地下使巖土體軟化，降低軟弱帶巖土體抗剪強度，從而誘發滑坡初始蠕滑后，孕育了潛在的滑面和中、后部的拉裂縫，為以后每年暴雨時形成孔隙水壓力提供了條件。

3.2 松坪滑坡主控因素

（1）未貫通的潛在滑面。滑面貫通與否，直接控制滑坡體由蠕滑向滑動災變過程的轉化。滑坡變形主要表現為滑坡后部蠕變拉裂和滑坡前緣的蠕滑，堆積層內尚未有貫通性的深部滑面存在，滑帶全面貫通是整個滑體是否發生大規模滑動的關鍵。

（2）水是誘發滑坡的主導因素。現場調查表明，滑坡區內出現的拉裂縫、房屋開裂等現象多發生在暴雨過后，說明水對滑坡變形起著直接影響。特別是大暴雨的降水滲入巖土體使其抗剪強度降低，加之斜坡的卸荷作用和前緣的臨空條件不利因素，在孔隙水壓力作用下，土體沿滑帶蠕滑變形。所以降水對滑坡的誘發控制作用是不容忽視的。

4 穩定性分析

4.1 地質分析

從坡體裂縫的發生、發展及分布規律來看，松坪滑坡目前以淺表層蠕滑變形為主，變形有逐年增長趨勢，變形幅度或速率主要受大氣降雨所控制。滑坡變形過程中的解體跡象明顯，影響范圍具明顯的淺層及局部特征。因此，松坪滑坡整體一次性失穩的可能性不大，滑坡在天然狀態下整體尚處于基本穩定狀態。由于因中部及后緣拉裂縫至今仍在繼續發展，在自然條件下坡體局部處于臨界不穩定狀態。隨著前緣抗滑段的削弱，后部蠕滑變形進一步加劇，整體穩定性會逐漸減弱。尤其是持續暴雨后，滑坡整體穩定性將會降低。

4.2 量化評價

在工程地質類比法與反分析法基礎上，結合已有的現場巖土體物理力學性質試驗結果，提出天然狀態下滑帶土的強度指標采用φ＝27.2°，c＝12kPa，飽和情況下φ＝21.4，c＝10kPa，計算剖面如圖2所示，選用正常、暴雨（孔壓系數0.2）、地震工況條件按照條分法理論及方法進行計算，計算結果見表1。

表1 松坪滑坡潛在深部滑動穩定性計算

計算結果反映：①在天然狀態下，滑坡體處于穩定狀態 ，而考慮地震作用時 ，滑坡體的穩定性降低；②在特大暴雨條件下，無地震作用時，滑坡體處于不穩定狀態。由此表明，降水對于松坪滑坡的穩定性影響較大。

5 結論與建議

松坪滑坡為土質滑坡，其變形模式是一種蠕滑拉裂。穩定性計算表明：在天然＋暴雨作用條件下，滑坡體處于不穩定狀態，有失穩的可能，影響坡體穩定性的主導因素為暴雨。滑坡破壞形式為解體式蠕滑，整體一次性失穩的可能性不大；即使局部失穩下滑，對電站的正常運營影響不大。鑒于滑坡區居民房屋嚴重開裂，雨季時危險性很大，建議采取以下措施：

（1）加強松坪滑坡的監測，為進一步分析滑坡穩定性和預警預報以及防范決策提供科學依據。

（2）建立防災減災預案，防止滑坡失穩造成人員傷亡，降低滑坡造成的經濟損失。

（3）在坡體后緣及坡面加強排水、防滲，控制誘滑因素，以及必要的抗滑支護措施。

［1］ 張倬元，王士天，王蘭生.工程地質分析原理 ［M］.2版.北京：地質出版社，1994.

［2］ 張永興，文海家，歐敏.滑坡災變智能預測理論及其應用［M］.北京：科學出版社，2005.

［3］ 喬建平.滑坡減災理論與實踐［M］.北京：科學出版社，1997.

［4］ 呂生弟，陸棟梁，李樹武，等.四川大渡河金川水電站工程松坪斜坡穩定性專題研究［R］.西安：中國水電顧問集團西北勘測設計研究院，2008.