三峽庫區巴東某滑坡基于監測數據的變形特征與因素分析

侯時平, 王水華, 郭 峰

(湖北省地質局 水文地質工程地質大隊,湖北 宜昌 443000)

三峽庫區巴東某滑坡基于監測數據的變形特征與因素分析

侯時平, 王水華, 郭 峰

(湖北省地質局 水文地質工程地質大隊,湖北 宜昌 443000)

利用湖北省三峽庫區巴東某滑坡監測數據,分析其變形特征,并根據滑坡內地下水位變化,分別分析滑坡變形與大氣降水和庫水位變動的關聯,確定其相關性。結果表明,降雨量和庫水位變化是引起滑坡階躍型變形的主要因素,滑坡前緣地下水位受庫水位波動影響明顯,地下水位與庫水位間高度相關；地下水位變動明顯滯后于庫水位變動,滯后時間10—15天。

滑坡;變形特征;三峽庫區

三峽庫區巴東縣位于湖北省西部,地處長江三峽的巫峽和西陵峽之間,屬川鄂褶皺山地,山勢陡峭,溝壑縱橫,地質、地形地貌條件復雜,地質災害易發、多發。三峽工程建設過程中,國內外許多學者對湖北省三峽庫區地質災害,特別是滑坡的變形特征、發育規律等進行了不同程度的研究[1]。以三峽庫區巴東某滑坡為例,匯總多年監測成果,歸納分析滑坡變形特征。

1 滑坡概況

該滑坡地處長江左岸岸坡地帶,平面形態呈橫長形,剖面形態總體呈凸形,上緩下陡,平均坡度34°。滑坡前緣高程136 m,部分滑體已淹沒于庫水下;后緣高程365 m,相對高差約230 m。

滑坡東側以近南北向淺沖溝為界,后緣以及西側以完整基巖與碎、塊裂巖巖性界線為界。滑坡縱長380 m,橫寬1 200 m,平均厚度63 m,總面積50×104m3,總體積3 150×104m3,為一深層巖質滑坡,主滑方向近南[2]。

受沖溝切割作用,自西向東滑坡可分成Ⅰ#崩滑體、Ⅱ#崩滑體、Ⅲ#滑坡三部分。Ⅰ#、Ⅱ#崩滑體為土質滑坡,滑坡體物質由含塊碎石粉質粘土組成,部分為塊碎石夾粉質粘土;Ⅲ#滑坡為巖質滑坡,滑體物質由碎裂巖、散裂巖和碎塊石組成,以碎裂巖為主,結構松散。滑坡周邊出露地層為三疊系中統巴東組第二段—第四段,巴東組第二段(T2b2)為紫紅色泥質粉砂巖,第三段(T2b3)主要為薄—中厚層狀泥灰巖,第四段(T2b4)為紫紅色粉砂質泥巖。巖層傾向355°～34°,傾角15°～37°,坡體結構類型為逆向坡。

滑帶由碎石、角礫和粘性土組成,土石比為2∶8～7∶3,滑帶物質成分和顏色受母巖的影響較明顯,滑帶土有紫紅色和黃褐色,角礫成分有泥灰巖、灰巖和紫紅色粉砂巖、泥巖,角礫呈次棱角—渾圓狀。主滑帶的厚度一般0.2 m左右,局部厚度可達1.87～3.63 m。

滑坡區地下水主要類型為松散堆積物孔隙水和基巖裂隙水。孔隙水賦存于滑坡堆積巖土體孔隙內,受大氣降水及上部斜坡區地下水滲透補給,通過土體空隙順坡向排泄,部分下滲補給基巖裂隙水。基巖裂隙水主要賦存于泥灰巖裂隙內,泥巖內相對較少,受大氣降雨及上部區域基巖裂隙水滲透補給,并順坡向排泄入長江。松散土體孔隙水與基巖裂隙水之間并無穩定的隔水層,兩者存在相互滲透補給關系。

地下水最低排泄基準面為長江,受其控制,地下水位隨長江水位的漲落而波動,亦隨降雨量影響而變動。

該滑坡于2007年3月首測,布設有GPS位移監測、地下水位監測和深部位移監測等(圖1)。滑坡主要誘發因素為庫水位波動和季節性降雨。在外部誘發條件和觸發因素改變情況下,滑坡體可能產生變形破壞,直接威脅滑坡體上23戶93人的生命財產安全,威脅長江航運及巴秭北線公路的安全。

圖1 滑坡專業監測布置示意圖Fig.1 Sketch map of landslide monitoring layout1.GPS監測墩及編號;2.GPS基準墩及編號;3.鉆孔傾斜監測孔及編號;4.地下水位監測孔及編號。

2 滑坡監測成果

該滑坡上共布設14個GPS監測點,其中2個監測基準點,6個深部位移監測孔、6個地下水位監測孔。本文主要利用從2007年3月—2014年3月近7年時間內,共105期監測資料,從滑坡地表位移、深部位移、地下水位等監測數據,主要分析滑坡變形的初始變形時間,地表變形與深部變形的同步性與差異性,滑坡各部位變形的特征等。

圖2 滑坡累計位移—時間曲線Fig.2 Cuinulative displacement-time curve of landslide

2.1 地表位移監測

該滑坡布設了12個形變點(編號BD1-BD12),GPS累計位移監測曲線如圖2所示,位移方向如圖3所示。圖2顯示:BD2-BD6形變監測點累計位移比BD7-BD12形變監測點明顯偏大,表明滑坡體內西側變形較滑坡東側更為劇烈;BD-3較BD-4、BD-5、BD-6變化幅度更大,表明滑坡前緣西側變形與中部及后緣相比更為強烈。圖3顯示:滑坡內各監測點位移方位基本穩定在170°～190°,單點位移方向變化幅度在5°之內,滑坡已具有統一的滑移方向,表明滑坡已進行蠕動變形階段[3]。

2.2 深部位移監測

該滑坡上共布設6個深部位移監測孔,編號從CX1到CX6,其中CX1、CX2、CX3布置于2-2′監測剖面,CX4、CX5、CX6布置于3-3′監測剖面(圖1)。監測孔基本情況見表1,各深部位移監測曲線見圖4-圖9。

圖3 滑坡位移方向—時間曲線Fig.3 Displacement direction-time curve of landslide

名稱孔口高程/m孔深/m滑帶位置孔深/m對應GPSCX1273.1050.4939.80～40.80BD-4CX2225.0970.4361.75～62.20BD-5CX3188.6078.6069.10～69.30BD-6CX4298.0361.3654.10～54.30BD-7CX5260.1680.6173.40～74.00BD-8CX6221.7081.4474.00～74.20BD-9

圖4顯示:CX1監測孔2008年6月在深度27 m附近位移量較大(274.51 mm),與孔口位移量(267.19 mm)基本一致,表明滑坡27 m以上為同步移動,證明在滑坡深度27 m附近存在次級滑帶(塊碎石土與含塊碎石粉質粘土交界部位)。

圖4 CX1深部位移曲線(A向)Fig.4 Deep displacement curve of CX1

圖5 CX2深部位移曲線(A向)Fig.5 Deep displacement cure of CX2

圖6 CX3深部位移曲線(A向)Fig.6 Deep displacement cure of CX3

圖7 CX4深部位移曲線(A向)Fig.7 Deep displacement cure of CX4

圖8 CX5深部位移曲線(A向)Fig.8 Deep displacement cure of CX5

圖9 CX6深部位移曲線(A向)Fig.9 Deep displacement cure of CX6

圖5顯示:CX2監測孔2008年9月在深度42 m處位移量(264.17 mm)與孔口位移量(269.62 mm)基本一致,表明滑坡42 m以上滑體為同步變形,證明在滑坡深度42 m附近存在次級滑帶(含塊碎石粉質粘土)。

圖6顯示:CX3監測孔僅有的3次監測成果反映在深度50 m附近存在層內錯動帶(碎石土),滑坡深部位移量(70.8 mm)與孔口位移量(67.55 mm)基本一致,表明上部滑體(0～50 m)為同步變形。證明在滑坡深度50 m附近存在次級滑帶。

圖7顯示:CX4監測孔2009年6月在滑坡深部(52 m)位移量(104.14 mm)與孔口位移量(104.53 mm)基本一致,表明滑坡52 m以上滑體為同步變形。

圖8、圖9顯示:CX5、CX6監測孔無明顯位移突變部位,但CX5監測孔深部位移自深度73.4 m(滑帶處)向上緩慢增加,表明坡體仍然存在由表及里向長江方向的傾覆變形,孔位處滑體雖未見明顯次級滑帶加速位移跡象,但處于持續蠕動變形階段。

綜合地表位移和深部位移監測數據的匯總分析認為,滑坡體內西側變形較東側位移量更大,變形更明顯,但其變形主要集中在上部滑體內,東側變形量略小,但其為滑坡整體的蠕滑變形。

2.3 地下水位監測

滑坡上共布設6個地下水位監測孔,編號從SW1到SW6,其中SW1、SW2、SW3布置于2-2′監測剖面,SW4、SW5、SW6布置于3-3′監測剖面(圖1),地下水位監測孔多年監測成果見圖10。

圖10 該滑坡地下水位高程—時間曲線Fig.10 Underground water level elevation-time curve of landslide

圖10顯示:位于滑坡前緣的SW3和SW6水文孔,受庫水位變動影響,水位變動較明顯,位于滑坡中后部的水文孔變化不明顯。

3 滑坡變形特征分析

3.1 地表位移速率與降雨量

根據該滑坡累計位移—時間曲線,滑坡東側各GPS累計位移曲線呈現緩慢增加趨勢,總體變化不大。在每年6—10月表現出一定的變化特征,但變幅不大且很快又恢復常態,滑坡累計位移曲線總體呈現振蕩型特征,滑坡處于蠕動變形階段。

滑坡體內西側除BD-1監測點無明顯位移外,其它各監測點至2014年7月累計位移達到633～1 250 mm,各監測點平均位移速率見圖11。

圖11顯示:該滑坡體內西側各監測點位移速率—時間曲線具有振蕩型特征。在2007年7月、2009年6月、2010年7月、2012年6月、2013年7月,各監測點位移速率均處于波峰,即每年6月、7月滑坡變形最為劇烈。以1-1′監測剖面前緣的BD-3為例,2007年7月最大位移速率達10.733 mm/d,2009年6月達1.834 mm/d,2012年達3.316 mm/d,位移速率最大值均出現在6、7月,此時正為汛期與庫水位快速波動期,該點位受降雨或庫區水位變動等因素影響較大。

圖11 滑坡西側各GPS監測點位移速率—時間曲線Fig.11 Displacement rate-time curve of GPS monitoring points on the west side of the landslide

將滑坡體內西側各GPS監測點位移速率與庫水位、降雨進行綜合分析(圖12)可以看出,滑坡所在區域降雨明顯具有季節性特征,每年的5—9月(汛期)雨量急劇增加,占全年降雨量的70%以上,滑坡位移速率在此時間段內亦明顯增加,表明降雨強度與滑坡位移速率具有一定的相關性。排除庫水位波動等其他因素對滑坡位移速率的影響,采用一元線性回歸方程對降雨量與BD-2～BD-6位移速率分別進行相關性分析,其相關系數分別為0.221、0.380、0.146、0.018、0,表明滑坡體內西側各GPS監測點位移速率與降雨量呈正相關關系,但相關程度均較弱[4]。

3.2 地下水與庫水位

圖12 位移速率—庫水位—降雨量—時間曲線(滑坡西側)Fig.12 Displacement rate-reservoir water level-rainfall-time curve(west side of landsilde)

三峽庫區降雨具有明顯的季節性特征,每年汛期降雨急劇增加,為發揮三峽大壩防洪功能,庫區水位調度也具有明顯的季節性特征。每年1—5月庫水位自175 m緩慢消落至145 m,5月底—6月初因防洪調度快速消落至145 m,10—12月為蓄水期,水位平穩抬升至175 m。

該滑坡為涉水滑坡,滑坡變形特征及穩定性與地下水的關系非常密切,因此分析滑坡地下水位與庫水位的相關性以及地下水位與滑坡位移速率的相關性具有重要意義。

SW6監測孔孔口高程221.7 m,孔底高程80.5 m,低于長江最低調洪水位145 m。圖13為SW6監測孔地下水位—庫水位—時間曲線。從圖中可看出,庫水位變化時地下水位隨之相應變化,庫水位下降時,地下水位相應降低,庫水位抬升時,地下水位抬升,地下水位與庫水位間存在明顯的相依關系。在其他外在影響因素降低狀況下(如2011年2—5月),地下水位變化曲線與庫水位波動曲線的時間差值(滯后時間)約為10—15 d。

圖13 地下水位—庫水位—時間曲線(SW6)Fig.13 Groundwater level-reservoir water level-time curve

對滑坡區內各地下水位監測孔監測成果與對應時間的庫水位高程建立對應關系,采用皮爾森相關系數的方法,求解地下水位與庫水位的關聯程度,計算結果見表2,相關程度按表3劃分。

從表2可以看出,位于滑坡前緣的SW3、SW6監測孔中地下水位與庫水位相關程度最高,隨著孔位遠離長江,地下水位與庫水位相關程度逐步降低,孔位高程值越大,相關程度越低。

3.3 地下水位、庫水位變動速率與地表位移速率

地表位移速率表征的是地表形變的快慢,圖14為SW3監測孔地下水變動速率、庫水位波動速率及對應GPS地表位移速率時間曲線,其中水位波動速率負值表示水位下降,正值表示水位上升。

表2 地下水位監測孔與庫水位相關程度計算結果表Table 2 The calculation result table of the correlation degree of the groundwater level monitoring hole and the reservoir water level

表3 相關程度劃分表Table 3 Partition table of correlation degree

圖14 地下水位、庫水位變動速率—地表位移速率—時間曲線Fig.14 Variation rate of groundwater level and reservoir water level-surfacedisplacement rate-time curve

從圖中可以看出,SW3監測孔地下水變動速率與庫水位變動速率具有明顯的相關性,庫水位消落越快地下水位降落越快。如在2007年3—6月、2008年3—6月、2009年2—9月,相應監測周期內庫水位平均位移速率最大-0.134 m/d、-0.196 m/d、-0.311 m/d,相對應的地下水平均變動速率為-0.138 m/d、-0.223 m/d、-0.295 m/d,庫水位消落后地下水位相應下降,其變化趨勢基本一致。

從圖中還可以看出,地下水位快速下降時,BD-6監測點位移速率增大如2008年5月和2009年2—6月。但降低程度與該點位處地表位移速率并無明顯相關,計算所得其相關程度僅為0.342,為低度相關。特別是在2007年6—7月,地下水位在170 m左右小幅波動,其位移速率達到最大1.822 mm/d。結合降雨監測數據綜合分析,2007年6月降雨量達到367.90 mm,為近年來該區域月降雨強度最大月份,認為該點位地表變形應為地下水位降低與降雨的雙重影響形成。一方面強降雨沖刷坡體造成淺表變形(居民房屋前出現長30～40 m、寬20～30 cm的橫向裂縫),另一方面地下水位的快速下降造成深部位移(2007年6月,點位處CX3測斜孔因強烈變形不能施測),兩方面綜合作用下地表位移速率急劇增大。

4 結論

基于多年滑坡地表位移、深部位移、地下水位監測數據,結合滑坡環境,對三峽庫區巴東某滑坡進行變形特征分析,得出該滑坡變形(地表累計位移、位移速率)與降雨、庫水位、地下水相互之間的作用與關系。

(1) 該滑坡自2007年7月劇烈變形后應力進行了調整,統一了運動模式,滑坡進入了蠕動變形階段。

(2) 滑坡累計位移曲線總體表現出振蕩型變形特征,滑坡內西側變形較東側變形更為劇烈,已上層滑體的變形為主,前緣變形較中部及后緣更為強烈,具有牽引式變形特征。

(3) 降雨量和庫水位變化是引起滑坡階躍型變形的主要因素,滑坡前緣地下水位受庫水位波動影響明顯,地下水位與庫水位間高度相關;地下水位波動明顯滯后于庫水位波動,滯后時間10—15 d。

(4) 中部及后緣地下水位與庫水位間呈微弱相關或低度相關。

(5) 滑坡受庫水位波動與降雨雙重疊加作用影響,強烈變形主要集中于每年度6—7月。此期間正處于三峽庫區主汛期,庫水位快速下降,應加強庫區滑坡的監測工作。

[1] 彭令.三峽庫區白家包滑坡變形特征與影響因素分析[J].中國地質災害與防治學報,2011,22(4):1-4.

[2] 湖北省水文地質工程地質勘察院.三峽庫區巴東縣地質災害監測預警工程專業監測年報[R].武漢:湖北省水文地質工程地質勘察院,2014.

[3] 易慶林.基于GPS監測數據的某滑坡變形分析[J].地質科技情報,2010,29(6):106-109.

[4] 高華喜.降雨與滑坡災害相關性分析及預警預報閥值之探討[J].巖土力學,2007,28(5):1055-1060.

Deformation Characteristics and Factor Analysis of a Landslide Based onMonitoring Data in Three Gorges Reservoir Area

HOU Shiping, WANG Shuihua, GUO Feng

(HubeiInstituteofHydrogeologyandEngineeringGeology,Jinzhou,Hubei443000)

Taking advantage of a landslide monitoring data of the Three Gorges Reservoir area in Badong county,Hubei province,its deformation characteristics is analyzed,and according to the change of the underground water level,the relevance of landslide deformation,atmospheric precipitation and reservoir water level fluctuation was analyzed respectively.At last,their correlation were determined.The results show the change of rainfall and reservoir water level is the main factor that causes the step-type deformation of the landslide.The groundwater level at the leading edge of the landslide is obviously affected by the fluctuation of reservoir water level.The groundwater level is highly correlated with the reservoir water level.The variation of groundwater level is obviously lagged behind the change of reservoir water level,and the delay time is 10—15 days.

landslide; deformation characteristics; Three Gorges Reservoir aera

P642.22

A

1671-1211(2017)06-0752-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.016

2017-08-21;改回日期2017-09-30

侯時平(1988-),男,工程師,水文與水資源工程專業,從事水工環地質工作。E-mail:279819116@qq.com

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171026.1009.036.html數字出版日期2017-10-26 10:09

李雯)