降雨和庫水位升降對滑坡的影響

劉廣寧，陳立德，伏永朋，董好剛，邵長生

（1.中國地質大學 環境學院，武漢 430074；2.中國地質調查局 武漢地質調查中心，武漢 430223）

降雨和庫水位升降對滑坡的影響

劉廣寧1，2，陳立德2，伏永朋2，董好剛2，邵長生1，2

（1.中國地質大學 環境學院，武漢 430074；2.中國地質調查局 武漢地質調查中心，武漢 430223）

滑坡是三峽庫區重要地質災害之一，影響滑坡穩定性的因素有很多。針對降雨和庫水位升降以水泥廠滑坡為例，運用自動化遠程監測其變形和該區域降雨量，通過數據整理、分析，掌握降雨和庫水位升降對滑坡變形的影響狀況。結果表明：在監測期間，個別時間段滑坡變形加劇是降雨和庫水位升降共同作用的結果，個別時間段降雨、庫水位升降分別為滑坡變形加劇的主導因素，降雨對滑坡變形的影響表現出一定的滯后效應，滯后期一般為7～15d。監測表明，目前滑坡仍處于變形階段，且向SE方向旋轉滑移，但趨勢有所減緩。通過對該滑坡的變形監測，可以定量分析和描述滑坡的運動狀態，對三峽庫區其它類似滑坡的研究具有重要的指導意義。

降雨；庫水位升降；監測；滑坡

水泥廠滑坡位于長江左岸巫山縣兩坪鄉望霞村，上距巫山城11km，下距青石3.5km。2008年9月28日24：00，三峽庫區開始試驗性蓄水，至11月4日壩前水位達到172.3m，庫區重慶市、宜昌市個別地段發生滑坡和崩塌險情，為確保三峽水庫試驗性蓄水過程中人民生命財產安全，“長江上游宜昌－江津段環境工程地質調查”項目組指派技術人員對工作區地質災害進行了大范圍核查，對重要災害點派人蹲守，加強監測。11月23日16：40左右，重慶巫山巫峽口長江北岸龔家坊發生體積約38萬m3崩塌，11月27日，本項目組在該崩塌下游調查發現水泥廠滑坡地表變形強烈，27日夜該處即發生滑坡。項目組及時趕往現場，并向當地海事部門進行了口頭通報。

1 水泥廠滑坡概況

水泥廠滑坡發育在長江中山峽谷地貌區，坡頂為猴子包危巖體，高程558.0m，滑坡南北兩側受地形控制，南側呈凸形，縱長360m，橫寬300m，前緣位于175m水位以下，后緣最高點高程約400m，高差265m。平面形態呈雙駝峰反“W”狀，整體向南西傾斜，總面積約10.8萬m2，平均厚度按30m估算，總方量達324萬m3。根據地表調查，滑坡周界情況為：斜坡地表地形起伏大，后緣以坡度40°以上的陡坡、陡崖為界，中前部坡度20°左右，北側邊界受走向260°的基巖山脊控制，斜坡上部出露粉砂巖，易風化，以下地表覆蓋殘坡積碎石土，厚度5m左右。滑坡體后緣猴子包危巖體，出露二疊系棲霞組（P2q）灰巖、瘤狀灰巖；泥盆系云臺觀組（D2y）白云巖、石英砂巖，歷史發生崩塌，滑體中部為崩積物，滑坡前緣局部可見志留系紗帽組（S2s）砂巖、泥質粉砂巖出露，風化強烈，呈碎屑狀（圖1）。

圖1 水泥廠滑坡工程地質圖和監測點布置圖

區域構造上位于橫石溪背斜核部，老鼠錯斷層上盤，滑坡后緣上方猴子包危巖體，節理、裂隙及其發育，巖體破碎，主要以走向100°～150°和走向65°～80°兩組構成，與巖層共同切割巖體，危巖體呈潛在不穩定狀態，若發生崩塌，將進一步增大滑坡體荷載。

水泥廠滑坡為碎塊石土質滑坡，后緣滑帶土為碎石角礫土，軟塑－流塑狀。物質組成從分布上可分為兩部分：北側主要為崩坡積碎、塊石土，結構較密實，江邊附近泥質含量增多，系崩坡、殘坡積混雜堆積；南側多為崩積塊石堆積物，松散、局部架空，滑坡前緣可見直徑大于5m的大塊石。滑床基巖為粉砂巖、泥質粉砂巖。力學強度較低，受節理裂隙切割，巖體破碎，多呈強風化狀，強透水性。巖層傾向北東，傾角20°，為橫向坡。基巖面呈上陡下緩的凹形，坡度上部30°，下部10°～15°，不利于地下水的排泄。此外，基巖與上覆土層接觸面處節理、裂隙發育，巖體破碎，易形成滯水，有利于滑坡的形成。

2 變形活動特征

2006－2008年項目組一直關注巫峽該段的岸坡穩定性狀況，變形特征及其明顯，2006年、2007年調查時，滑坡變形微弱，只是在滑坡前緣局部出現拉裂縫，多見3～10cm的羽狀拉裂，由于降雨及江水的沖蝕，在前緣江邊有兩處小規模滑塌，滑坡中部、后緣經過調查沒有變形。2008年9月28日24：00，三峽庫區開始蓄水，滑坡前部開始出現明顯變形，11月27日調查時，高程240m以下變形加劇，地表出現多條垂直坡向的拉張裂縫，伴有明顯的下錯現象，11月27日夜前部發生滑塌，寬度140m，長100m，體積達到40余萬m3，后緣受到牽引，變形下挫、滑移達到1m以上，在地表沿滑坡邊界形成明顯的下挫條帶，滑坡體上多處發生拉張開裂和小型垮塌。

3 滑坡的變形監測

3.1 監測儀器和方法原理

（1）監測儀器及原理。水泥廠滑坡監測應用北京微瑪特科技有限公司設計、開發的無線位移計（SMARTDATA－3000E1）和無線雨量計（SMARTDATA－3000C）進行實時監測。無線位移計采用機電一體式結構，利用旋轉的磁鋼驅動干簧產生位移脈沖，并對位移脈沖進行加減計數，采用32位高性能微處理器和最新的無線網絡技術，將測量的數據用無線方式傳輸。量程為－3 000～3 000mm，精度為1mm。

（2）監測方法。針對水泥廠滑坡的地形地貌、滑動變形特征、變形趨勢，采用地表位移、雨量聯合實時監測，首先建立一套完整的監測預警系統，系統由武漢地質調查中心項目組、遠程通訊網絡（GSM/GPRS通訊）、滑坡體無線傳感器網絡3部分組成。該系統優化了傳統的位移監測法，能夠及時的反映巖土體變形破壞特征，同時反映出降雨對滑坡變形的影響程度，迅速獲得的滑坡體的特征變量、數據資料，且監測工作可以貫穿滑坡變形的全過程。

3.2 監測點布置

2008年12月中旬，分別在滑坡后緣、側緣變形跡象最為明顯的區域安裝三臺無線位移計WYJ01、WYJ02、WYJ03及一臺無線雨量計YLJ。將微處理器數據采集站固定在后緣上方穩固的基巖上（鋼筋混凝土澆筑基座）保證其為固定端，移動站則安裝在滑坡體上（鋼筋混凝土澆筑基座）保證其與滑坡體相對靜止狀態，兩站由特制細鋼絲（消除因溫度變化引起的變形）連接，鋼絲隨滑坡體的變形異動而伸縮，微處理器數據采集站將即時讀取數據并由無線網絡協調器進行傳輸。無線雨量計安裝在穩定的向西突出穩固的基巖山嘴上，有利于兩臺位移計信號的傳導和數據的發送、接收。

3.3 監測數據分析

自2008年12月至今取得了連續的監測數據，經過數據整理得到變形分析結果（見表1），為掌握滑坡體變形狀況，進行即時預警保障航道安全提供了重要的依據。因受到地形、地貌因素影響，該滑坡所處位置區域性氣候明顯，降雨并無顯著規律，雨量計數據分析結果見圖2。

表1 監測點變形分析

結合表1、圖2分析，雖然變形速率逐年減小，但滑坡整體變形較活躍、變形量較大，其中側緣監測點WYJ03變形量最大，變形累計位移達1 449mm，總體位移呈逐步增大趨勢，表現為拉張，在監測期間個別時間段加速變形跡象顯著，以2009年10月下旬至2010年1月上旬、2010年7月初至2010年11月初最為突出；后緣監測點WYJ01變形累計位移達833 mm，總體位移呈逐步增大趨勢，表現為拉張，其中2009年6月下旬至2010年1月上旬為變形加速顯著階段；側緣WYJ02累計位移達422mm，總體表現為位移逐漸增大趨勢，其中2009年10月下旬至2010年1月上旬為變形加速尤為顯著階段，但在增大的過程中位移有位移減小階段（從2010年4月下旬至2010年10月下旬），表現為壓縮狀態，其后位移又為勻速增大趨勢，監測點WYJ02表現為拉張－壓縮－拉張。

監測期間經過不間斷實地再核查，以更好與監測結果進行對比，調查結果與監測結果能夠較好吻合，實地發現滑坡NW區域變形最為嚴重，為滑坡拉裂區，而E側緣也證實了拉張－壓縮－拉張過程，監測結果表明水泥廠滑坡向SE方向旋轉滑移。

圖2 各點位移曲線－降雨量關系

4 位移變化與降雨量、庫水位關系

4.1 位移變化與降雨量關系

水泥廠滑坡體上除局部塊石堆積外植被相對發育，滑體表層為結構松散碎塊石土，易于接受大氣降水，加之滑坡中后部排水較差，雨水多沿滑體裂縫入滲，這不僅增加了滑體自重，又使滑帶土體軟化，抗滑力減小，進而加劇滑坡變形。從位移和降雨量關系圖可以看到（圖2），每當出現降雨密集時段或降雨量量出現峰值時，各測點位移均加速增長，出現突變，但是這種突變均有同步或、滯后現象，滯后期一般為7～15d，如監測點WYJ01、降雨密集區及峰值出現在2009年5月份，而滑坡加速變形始于6月，位移突變量達110mm，監測點 WYJ02在2009年10月至2010年1月、2010年4－10月表現最為明顯，在不間斷降雨后位移分別增加150mm（拉張）和減小100 mm（壓縮），監測點 WYJ03同樣有雨后位移量驟增現象，如2009年12月和2010年7月，位移突變量達200mm。故該滑坡的變形和降雨密切相關。

圖3 庫水位升降－位移關系

4.2 位移變化與庫水位變動關系

通過現場觀測及資料搜集，滑坡前沿庫水位變動曲線見圖3，結合位移曲線，可以判斷出庫水位上漲時，一方面滑坡體地下水位升高，孔隙水壓力增加，滑帶抗剪強度降低，對滑坡體穩定構成不利影響；另一方面庫水向滑坡體內部滲透，存在自外向內的滲透壓力，有利于滑坡的穩定，該滑坡在兩方面共同作用下，前者強勢，滑坡表現為變形明顯加劇，如圖3中2009年9－11月、2010年6－9月，位移變化曲線呈陡然上揚趨勢，即各監測點位移速率增大。當庫水位下降時，滑坡的動水壓力增大，滑坡體下滑力增加，加上庫水向下的拖拽作用，加速滑坡的變形，又由于坡體中地下水位的下降有相對的滯后現象，導致坡體內將產生超孔隙水壓力作用，同時，庫水位下降會對滑坡產生卸荷作用，從而在邊坡裂隙中產生水錘效應，這對滑坡是極其不利的。如圖3中2009年12月至2010年1月下旬、2010年4－5月、2011年1－2月現象顯著，位移變化曲線呈陡然上揚趨勢，即各監測點位移速率增大。

4.3 位移變化與降雨、庫水位關系

通過監測以來三個監測點位移計、雨量計數據結合庫水位在此期間的變動狀況，分析、歸納了滑坡“變形加速”時段的各項統計數值（表2）。

由表2可知：滑坡其它因素條件均相同的情況下，（1）當一時間段（2個月內）降雨量大于100mm時滑坡變形加速；（2）當庫水位升降大于10m時滑坡變形加速。當兩條件同時滿足時，降雨、庫水位均為主導因素；當滿足（1）不滿足（2）時，降雨為主導因素，庫水位次之，當滿足（2）不滿足（1）時，庫水位為主導因素，降雨次之。

表2 滑坡變形加速時期數據分析

5 結論

（1）滑坡后緣變形最大，且監測點 WYJ01、WYJ03區域總體變形過程表現為拉張、WYJ02區域為拉張－壓縮－拉張。

（2）其他因素條件相同時，降雨和庫水位升降將導致水泥廠滑坡變形加劇。

（3）降雨對滑坡變形的影響表現出一定的滯后效應，滯后期一般為7～15d。

（4）目前滑坡仍處于變形階段，但趨勢有所減緩，需要進一步持續監測。

（4）自動化遠程監測方法優點突出，效果明顯，在今后的滑坡監測預警中值得借鑒。

［1］廖秋林，李曉，李守定，等.三峽庫區千將坪滑坡的發生、地質地貌特征、成因及滑坡判據研究［J］.巖石力學與工程學報，2005，24（17）：3146－3153.

［2］朱冬林，任光明，聶德，等.庫水位變化下對水庫滑坡穩定性影響的預測［J］.水文地質與工程地質，2002，23（3）：378－381.

［3］王志旺，楊健，張保軍，等.水庫庫岸滑坡穩定性研究［J］.巖石力學，2004，25（11）：1837－1840.

［4］李曉，張年學，廖秋林，等.庫水位漲落與降雨聯合作用下滑坡地下水動力場分析［J］.巖石力學與工程學報，2004，23（21）：3714－3720.

［5］孫冬梅，朱岳明，張明進.庫水位下降時的岸坡非穩定滲流問題研究［J］.巖土力學，2008，29（7）：1807－1812.

［6］馮文凱，石豫川，柴賀軍，等.降雨及庫水升降作用下地下水浸潤線簡化求解［J］.成都理工大學學報：自然科學版，2006，33（1）：90－94.

［7］劉新喜，夏元友，張顯書，等.庫水位下降對滑坡穩定性的影響［J］.巖土力學與工程學報，2005，24（8）：1439－1444.

［8］殷躍平.三峽庫區地下水滲透壓力對滑坡穩定性影響研究［J］.中國地質災害與防治學報，2003，14（3）：1－8.

［9］蔡耀軍，崔政權，Cojean R.水庫誘發岸坡變形失穩的機理［C］∥中國巖石力學與工程學會第六次學術大會論文集.北京：中國科學技術出版社，2000：618－622.

［10］劉才華，陳從新，馮夏庭.庫水位上升誘發邊坡失穩機制研究［J］.巖土力學，2005，26（5）：769－773.

［11］張華偉，王世梅，霍志濤，等.白家包滑坡變形監測分析［J］.人民長江，2006，37（4）：95－98.

［12］Zhang Yeming，Peng Xuanming，Wang Fawu，et al.Current status and challenge of landslide monitoring in Three Gorge reservoir area，China［C］∥Proceedings of the Symposium on application of real－time information in disaster managemnet，2004：165－170.

［13］Warrick A W，Wierenga P J，Pan L.Downward water flow through sloping layers in the vadose zone：analytical solutions for diversions［J］.Journal of Hydrology，1997，192：321－337.

［14］Jiao J J.A confined groundwater zone in weathered igneous rocks and its impact on slope stability［C］∥Proc.of the Int.Symp.On Hydrogeology and the Environment.Beijing：China Enviroment Science Press，2000：602－608.

［15］Zhang N X，Seng Z P.Probability analysis of rain－related occurrence and revival of landslides in Yunyang－Fengjie area in East Sichuan［C］∥Proc.of the 6th Int.Symp.New Zealand：Christchurch，1992：1077－1083.

Influence of Rainfall and Reservoir Water Level Fluctuation on Landslide

LIU Guang－ning1，2，CHEN Li－de2，FU Yong－peng2，DONG Hao－gang2，SHAO Chang－sheng1，2
（1.School of Environmental Studies China University of Geosciences Wuhan430074，China；2.Wuhan Centre of China Geological Survey，Wuhan430223，China）

Landslide is one of important geohazards in Three Gorges Reservoir，which was affected by many factors.Taking Shuinichang landslide for example，the authors adopted automated remote monitoring system to monitor rainfall and water level fluctuation，analyze the relationship between rainfall ＆water level fluctuation and landslide deformation.It shows that some serious deformation period is resulted from rainfall ＆water level fluctuation.Rainfall ＆ water level fluctuations are the main factors affecting landslide stability.The influence of rainfall on landslide deformation presents some hysteresis effect，and the hysteresis period lasts 7～15days.Monitored data also shows that this landslide is still in the deformed period，which is rotated to SE direction，but its trend slows slowness down.This monitoring system in the landslide can describe the movement of landslide quantitatively，which shows important guide signification on other similar landslides in Three Gorges Reservoir.

rainfall；reservior water level fluctuation；monitoring；landslide

P642.22；P426.615

A

1005－3409（2011）06－0200－04

2011－04－27

2011－06－08

中國地質調查局災害預警項目（1212011014027）

劉廣寧（1980－），男，河北省大城縣人，工程師，碩士，主要從事環境地質災害研究。E－mail：guangning1123＠163.com