甘肅舟曲泄流坡滑坡變形破壞機制研究

焦振華，杜 飛

(陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西咸陽 712000)

甘肅舟曲縣泄流坡滑坡上世紀發生八次堵江災害，嚴重危害到舟曲、武都兩城市及沿江鄉鎮［1］。自1981年泄流坡滑坡大滑動之后，30多年內雖再未發生大規模的滑動，但是仍在長期緩慢地變形和蠕動，如果發生大規?；瑒樱瑢⒋輾Ч?、堵塞白龍江，嚴重危及舟曲縣城及其上游沿江村鎮的安全［2］。該滑坡是典型受斷裂帶控制的老滑坡，具有長期蠕動變形、多次復活滑動等特點，處于坪定—化馬斷裂帶內，是甘肅省乃至全國規模、范圍最大，成因機理最復雜，造成危害最嚴重的老滑坡之一，有其較高的研究價值［3］。

1 滑坡區地質條件

1.1 區域地質構造

研究區構造線方向呈NWW-SEE展布，區內隴南地處南北地震帶中段天水—武都地震帶，并受鄰近松潘—平武地震帶的強烈影響，屬地震多發區，其地震基本烈度為Ⅶ度，僅史料記載的7級以上地震就達16次。尤其“5·12”汶川地震更是引發多處滑坡、崩塌以及老滑坡和古滑坡的復活，溝岸小型崩塌不計其數。該區域構造穩定性屬于較差地區。根據GB 18306—2001《中國地震動參數區劃圖》及第一號修改單，工程區地震動峰值加速度仍為0.2 g，相應地震基本烈度為Ⅷ度。

1.2 基本地質條件

滑坡位于甘肅省舟曲白龍江流域的高山峽谷區左岸。在河流Ⅰ級基座階地以下呈河槽地貌，岸坡50°～60°。在構造上位于白龍江復背斜的北東翼，斷裂構造局部比較發育，出露基巖主要為泥盆系中統西漢水群古道嶺組，以千枚巖和板巖為主。巖層產狀 349°∠70°，為陡傾斜向層狀結構(圖1、圖2)。

2 泄流坡滑坡基本特征

2.1 形態、規模及其邊界特征

泄流坡滑坡體整體呈長舌狀，滑坡后緣呈“擴大頭”形狀，滑坡整體沿東—西向展布，整體上呈現上陡下緩，前后緣相對高差1 000 m，全長2 800 m，平均寬度470 m，體積約8.5×107m3(圖2)。前緣邊界下至白龍江江邊、后緣上至官家山—真節村后分水嶺，后緣無明顯滑坡壁，下游邊界以山脊為界，上游邊界比較特殊，1 900 m以下以沖溝為界，以上以山脊為界。

2.2 滑坡分區

根據泄流坡滑坡地形及其本身的變形破壞特征將泄流坡滑坡分為4區:滑坡Ⅰ區、滑坡Ⅱ區、滑坡Ⅲ區、滑坡Ⅳ區(圖2)。各個分區的分析具體如下:

圖1 泄流坡滑坡剖面圖Fig.1 Sluice channel slide section

圖2 泄流坡滑坡分區圖Fig.2 Sluice channel slide zones

滑坡Ⅰ區 長約1 300 m，高程介于1 700～2 050 m之間，高差350 m，寬450～600 m、平均520 m，坡度25°～40°，平均坡度33°。該段上下游以兩側山脊為界，上下游滑痕清晰可見，該區緊鄰下游邊界有一洼地，洼地高程2 000 m，洼地面積約10 000 m2，現已被當地群眾作為耕地用于種植;緊臨下游邊界，有一小型滑坡，前后緣高程1 750～1 900 m，高差150 m，坡度23°左右。

滑坡Ⅱ區 長約700 m，寬380～460 m，平均420 m。該段的滑移方向286°，滑體高程1 500～1 700 m，高差200 m，平均坡度18°，上游側以沖溝為界，由于長期蠕動變形，下游側有明顯的滑痕。該區發育一小型滑坡，位于上游邊界處，高程1 550 m，滑移方向10°，與泄流坡滑坡的主滑方向垂直。

滑坡Ⅲ區 寬460～480 m，平均470 m，長約580 m。該段的主滑方向為270°，滑體高程1 280～1 500 m，高差220 m，平均坡度15°，前緣以白龍江為界，上游邊界以沖溝為界，由于長期慢速滑動而使早期滑動時形成的地形特征變得較為模糊，坡體中發育有小型沖溝。該段前緣緊鄰白龍江，受到白龍江的嚴重侵蝕下切作用，在前緣靠近下游邊界處形成一小型滑坡，呈扇形，高程1 350～1 450 m，主滑方向230°，與泄流坡滑坡主滑方向相近。

滑坡Ⅳ區 長約2 60 m，寬600～760 m，平均680 m，高程2 050～2 250 m，后緣為官家山—真節村分水嶺，在此處形成三個小型滑坡，分別是黑山咀滑坡、新滑坡、I1(圖2)，主滑方向依次為:330°、305°、220°，三個小型滑坡的形成致使泄流坡滑坡后緣邊界呈現“擴大頭”狀。

圖3 炭質板巖碎屑Fig.3 Carbonaceos slate debris

圖4 灰色千枚巖Fig.4 Grey phyllite

2.3 滑坡物質組成

滑體主要由兩層巖土體組成:下部為風化較為破碎的千枚巖、炭質板巖的碎塊石體，整體破碎;上部表層為黃土狀亞砂土、碎石土，局部地區略見基巖出露?；麦w表層及上下游邊界主要分布更新統土黃色黃土狀亞砂土、雜色的碎石土、土黃色粉質粘土(圖3、圖4);滑床的巖性主要為千枚巖和炭質板巖，巖層產狀349°∠70°，為陡傾斜向層狀結構(圖1);滑帶主要為青灰色千枚巖、黑灰色炭質板巖碎屑［4］。

3 滑坡變形破壞機制及數值模擬分析

3.1 滑坡變形破壞機制

根據現場調查以及現有的監測資料可知(圖 5)［5］，泄流坡滑坡一直處于蠕滑變形階段［6］。泄流坡滑坡規模巨大，各個分區的變形破壞機制不盡相同。

3.1.1 蠕滑拉裂型推移式

滑坡Ⅰ區屬于強烈變形區，坡體中拉裂縫較為發育，該區兩側陡壁崩落嚴重;滑坡Ⅳ區即泄流坡滑坡后緣區，該區變形也較為明顯。根據現場調查，緊密相連的這兩個區處于累積性不斷加載的過程，從而促使滑坡體形成滑移推動;在自重作用下，不斷地擠壓下部產生變形，使得坡表面呈波狀起伏，導致在坡體表面形成數條明顯的拉裂縫。在這種“推力”下，該區下部坡體便出現了滑移。綜上所得，該段的滑移拉裂是在自身重力作用下，外加地震作用或者降雨等外因綜合作用條件下，長時間形成的變形破壞，最終表現為蠕滑拉裂型推移式。

3.1.2 蠕滑拉裂型牽引式

滑坡Ⅲ區變形破壞除了自身重力作用，滑坡前緣主要長期受白龍江流的沖蝕作用，同時由于河流強烈的沖蝕作用導致滑坡前緣臨空面加速變陡，這種條件為泄流坡滑坡體前緣的滑動造就了理想的條件，進而使得滑坡體出現數條明顯的拉裂縫，發育的拉裂縫走向基本與泄流坡滑坡滑動的方向垂直，并在滑坡前緣緊鄰公路地方出現滑移和垮塌。根據現場勘測，泄流坡滑坡體前緣明顯的宏觀表現是:緊鄰白龍江的最前緣開始滑動，隨著前緣的滑動，這種滑動跡象逐漸向后延伸，反復循環，最終整體以牽引式滑塌為主;由于牽引式的滑塌，泄流坡滑坡前緣臨空面橫向的拉張裂非常發育。

圖5 泄流坡2000—2010年地表累積位移圖Fig.5 Displacement accumulation of sluice channel during year 2000 to 2010

3.1.3 蠕滑拉裂型推移—牽引復合式

滑坡Ⅱ區受滑坡Ⅰ區強烈的推擠作用，該區變形破壞嚴重，根據現場勘查，該區坡體強烈變形，坡體開裂明顯，該區上部主要表現為推移式，受地形及滑坡Ⅱ區滑移方向改變而受阻，從而造成應力集中和逐漸積累，滑坡體厚度不斷增大的現象;同時，與該區緊鄰的滑坡Ⅲ區主要以牽引式蠕滑拉裂為主，這種“牽引力”牽引著滑坡Ⅱ區的下部發生滑動。在外力作用下，易發生碎屑流沿滑坡坡向產生淺層滑動，并加劇滑坡體變形破壞。通過現場調查，受滑坡Ⅰ區“推力”作用影響，滑坡Ⅱ區淺表層變形破壞特征明顯，坡體中拉張裂縫發育，次級滑坡圈椅狀后壁明顯，上下游邊界的滑痕清晰可見。

綜上所述，受外力作用影響較大，滑坡整體處于緩慢蠕滑——拉裂階段;各個分區的變形破壞機制不盡相同:滑坡Ⅰ區、滑坡Ⅳ區主要以蠕滑拉裂型推移式為主，滑坡Ⅲ區主要以蠕滑拉裂型牽引式為主，滑坡Ⅱ區為蠕滑拉裂型牽引—推移復合式。

3.2 數值模擬分析研究

3.2.1 計算模型的建立

根據現場工程地質調查、實測大比例尺平面圖以及前文對泄流坡滑坡詳細的分析，建立泄流坡滑坡數值計算模型。泄流坡滑坡模型材料組成包括:基巖、滑帶(面)、斷層、滑體，模型中基巖不考慮變形(視為剛體)，未考慮構造應力的影響。

3.2.2 邊界條件設置

根據研究對象泄流坡滑坡的特點，以其主剖面為依據，模型如圖6所示，進行分析研究。不考慮構造應力的作用，模型的邊界條件采用固定模型底部的位移，邊界條件采用X、Y方向位移約束，滑坡表面為自由邊界。

圖6 主剖面數值計算模型Fig.6 Numerical calculation model of the main section

3.2.3 模型參數的選取

模型各類材料的計算參數值，是根據泄流坡滑坡勘察資料［4，7］、相似工程類比［8］及反算法，并結合模型本身的簡化綜合得到，如表1所示。

表1 模型中各類材料的計算參數值Table 1 Material calculation results inside the model

3.2.4 數值模擬監測點布設

為了監測泄流坡滑坡在各個條件下的變形情況，分別在其后緣、中部、下部、前緣布置8個監測點(下文以符號JC表示監測點)(圖7)。

圖7 數值模擬監測點布置圖Fig.7 Layout of numerical simulation monitoring points

3.2.5 數值模擬結果分析

由圖8得知在自身重力長期作用下，巖土體本身的抗剪強度被克服，從而導致剪切破壞，剪應力主要集中于泄流坡滑坡Ⅰ區、Ⅳ區以及Ⅲ區;滑坡Ⅱ區的剪應變增量相對不明顯，坡體中雖形成多處剪應力集中帶，但并未連續貫通，沒有形成連續的剪切面，這與前面定性分析基本相符。由泄流坡滑坡塑性區分布圖(圖9)可知泄流坡滑坡在滑動過程中的剪切變形破壞部位和野外現場調查的現象基本吻合，滑坡Ⅲ區出現明顯的滑移，滑坡Ⅰ區、Ⅳ區變形強烈，坡表的拉裂縫極為發育。

由圖10-圖12得知，泄流坡滑坡Ⅰ區、Ⅳ區的位移量最大，在自身重力作用下，隨著時間的累積和推移，坡表比較容易發生較大的位移，本次數值模擬位移量最大介于7.0～7.28 m之間;滑坡Ⅲ區的位移量為4.0～6.0 m。根據數值模擬監測結果可知，坡體表層的位移量明顯比坡體內部位移量大(圖11、圖12)。數值模擬結果與前文對泄流坡滑坡變形破壞機制定性分析基本一致。

圖8 坡體剪應變增量云圖Fig.8 Nephogram of landslide body's shearing strain increase

圖9 坡體塑性區分布圖Fig.9 Plasticity of landslide body

圖10 泄流坡滑坡總位移分布圖Fig.10 Total displacement of sluice channel slide

圖11 泄流坡滑坡坡表監測位移圖Fig.11 Displacement monitoring of sluice channel slide surface

現場踏勘和已有的監測資料可知(圖3)，坡體的累計位移一直在增加，泄流坡滑坡整體一直處于蠕變階段，趨于穩定前的模擬監測數據與實際監測累計位移增加趨勢基本一致。

圖12 泄流坡滑坡坡體內監測位移圖Fig.12 Displacement monitoring inside sluice channel slide

4 結語

(1)泄流坡滑坡受坪定—化馬斷裂次級分支斷裂的控制，屬于典型的斷裂帶巨型滑坡;該滑坡不具備圈椅狀地貌，滑坡體呈長舌狀，全長2 800 m，前后緣高差1 000 m左右，平均寬度470 m，體積約8.5×107m3。

(2)根據泄流坡滑坡地形及變形破壞將滑坡分為4個區:滑坡Ⅰ區、滑坡Ⅱ區、滑坡Ⅲ區、滑坡Ⅳ區。其中，滑坡Ⅰ區，坡體拉裂縫發育，邊界滑痕明顯;滑坡Ⅱ區，坡體中出現明顯的鼓脹，主要受滑坡Ⅰ區變形的影響;滑坡Ⅲ區，坡體中橫向拉裂縫發育，主要由白龍江沖蝕作用;滑坡Ⅳ區，受邊界影響，發育小的滑坡群。

(3)根據定性分析和數值模擬得知，泄流坡滑坡整體以蠕滑拉裂為主?；垄駞^、Ⅳ區主要表現為蠕滑拉裂型推移式，而滑坡Ⅲ區主要表現為蠕滑拉裂型牽引式，滑坡Ⅱ區主要表現為蠕滑拉裂型牽引—推移復合式，主要是滑坡Ⅰ區和滑坡Ⅳ區推移式以及滑坡Ⅲ區的牽引式共同影響所致。

［1］ 吳瑋江，王念秦.甘肅滑坡災害［M］.蘭州:蘭州大學出版社，2006.

［2］ 薛振勇.人類活動誘發的地質災害—天水鍛壓機床廠滑坡［J］.中國地質災害與防治學報，1991，2(4):52－53.

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［4］ 常士驃，張蘇民.工程地質手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2006:168－170.

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［6］ 張倬元，王士天，王蘭生.工程地質分析原理［M］.北京:地質出版社，2009:148 －158，303 －316.

［7］ 馬富存.舟曲縣泄流坡滑坡勘查報告［R］.蘭州:甘肅地質工程勘察院，2009:14－15.

［8］ 張翔.甘肅舟曲鎖兒頭滑坡變形破壞機制及穩定性研究［D］.成都:成都理工大學，2012:39－41.