三峽庫區秭歸縣杉樹槽滑坡成因分析及地災監測體系應用

雷深涵, 陳 雪, 廖偉杰, 邊朝金

(湖北省地質局 水文地質工程地質大隊,湖北 宜昌 443000)

2014年9日2日下午13:19,地處三峽庫區的秭歸縣杉樹槽滑坡快速滑入鑼鼓洞河中,造成大嶺電站和G348國道200 m損毀,部分電力、通訊線路損壞,直接經濟損失3 220萬元。因群測群防工作到位、發現險情預警及時,在滑坡臨滑10 min前將滑坡體上23人迅速撤離,未造成人員傷亡[1]。

秭歸縣自三峽水庫蓄水以來,已發生過多次滑坡,均因監測工作及群測群防體系的建立而避免了人員傷亡。三峽庫區地質災害也因受到各級相關部門的重視而得到了較好的監測。

1 滑坡區概況

1.1 地理位置

杉樹槽滑坡位于秭歸縣沙鎮溪鎮三星店村3組鑼鼓洞河左岸,距沙鎮溪集鎮約0.5 km,下距三峽工程大壩壩址約40 km,中心坐標為東經110°36′25.77″,北緯30°57′27.27″。G348國道從滑坡中部穿過,交通較為方便(圖1)。

1.2 地質概況

杉樹槽滑坡處于新華夏構造體系鄂西隆起帶北端和淮陽山字型構造體系的復合部位,軸部巖層平緩,傾角<20°,兩翼為30°～45°,東翼緊鄰黃陵背斜,形態明顯受大巴山弧、川東弧和山字型構造的聯合作用。

滑坡所處位置近年來最大地震為2014年3月27日0:20,秭歸縣屈原鎮(北緯30.9°,東經110.84°)發生4.2級地震,震源深度5 km。

杉樹槽滑坡區出露地層主要為:

(1) 第四系殘積物(Qel)。棕紅色,松散,為砂巖和泥巖風化殘積物,厚度一般為0.5～2.0 m,分布于山脊、滑坡后緣、滑坡周界等。

(2) 全新統崩坡積碎石土(Qcol+dl)。為陡崖重力崩、墜積物坡積形成,巖性組成主要為粘性土混雜碎石或碎塊石土,厚度一般為1.0～5.0 m,廣泛分布于滑坡區。

(3) 侏羅系中統下沙溪廟組砂巖夾泥巖(J2x)。灰綠色,較硬巖,砂質結構,泥質膠結,薄—中厚層層狀構造,產狀122°∠20°,表部巖層風化嚴重,強風化,在滑坡區內分布廣泛。

2 滑坡過程及滑坡特征

2.1 滑坡的前兆特征和過程

2014年9月2日,受前期強降雨影響,杉樹槽滑坡體前緣出現局部明顯變形,當天10:00大嶺電站引水管發現漏水,13:00滑坡體前緣G348國道公路外側發生擠壓,公路路面出現裂縫,公路邊坡出現鼓脹,13:19滑坡體整體失穩并快速下滑,滑移平距約120 m,滑動過程歷時約1 min。

杉樹槽滑坡變形滑移后,滑體呈長條形展布于陡崖下部,前緣直抵鑼鼓洞河,后緣至省道以上約80 m,堆積體寬約60 m,面積1.73×104m2,規模約42×104m3。陡崖北側高程283 m處村級公路損毀,局部隨滑體滑移形成新的陡崖,崖壁走向182°,長約31 m,高20～25 m。在新陡崖頂部距崖壁約15 m可見卸荷裂縫平行崖頂線展布。

2.2 滑坡形態特征

杉樹槽滑坡邊界條件清晰,滑坡前緣直抵鑼鼓洞河河床,后緣為鄉村公路(海拔283 m),北側以杉樹槽滑坡體與北部大嶺電站滑坡牽引區交接部位為界,南側以大嶺不穩定斜坡走向116°轉97°的陡壁為界(照片1)。

照片1 杉樹槽滑坡全貌Photo 1 Landslide panorama of Shashucao

杉樹槽滑坡主滑方向與其南西側陡壁走向基本一致為116°轉97°,滑坡整體在平面上呈條形,滑坡中前部滑向發生偏轉呈弧形,發生滑坡后總體地形坡度與原地形坡度一致為18°～20°,原滑坡前部170～172 m以下為陡坡和陡壁,高度為25～30 m,剖面形態呈線型,高程204 m為國道G348,國道寬7～8 m,內側為高5～10 m的陡坎,外側為一傾向北東的斜坡,斜坡坡度25°～30°,坡腳北側為大嶺電站發電機房及職工宿舍。杉樹槽滑坡縱(斜)長415 m,橫寬35～65 m,總面積1.9×104m2。

杉樹槽滑坡為巖質滑坡,陡崖部位侏羅系中統下沙溪廟組(J2x)灰綠色砂巖、紫紅色泥巖出露。9月2日滑動后滑體整體移動約150 m,前緣臨河段堆積物為巖體錯動碎裂形成碎裂巖,中部及后部巖體整體性較好,仍一定程度保留原巖層序特征,為塊裂巖,滑體運動后陡崖部位臨空,崖壁巖體松動崩落在陡崖部位,呈松散塊狀,塊徑0.3～2.0 m不等。

2.3 滑坡變形特征

杉樹槽滑坡為新形成的巖質滑坡,前期地表未見明顯的變形跡象,調查發現:在崖頂高程290 m一帶居民房屋后基巖陡坎下見一走向280°的裂縫,為沿構造裂隙產生的側向卸荷作用產生,滑坡后緣受該裂縫控制,裂縫西側的巖層與上部泥巖巖層形成脫層現象,縫寬20～30 cm,切割深不可測,該方向的裂隙在杉樹槽滑坡所在基巖山體巖層中密集分布。

2.4 滑體

杉樹槽滑坡由后部巖體先發生滑動,推移前部巖體產生整體滑動,滑移至大嶺不穩定斜坡北側坡體前部時受阻而向北發生偏轉。滑坡堆積體規模約35.1×104m3;滑坡下滑后滑坡側壁及后壁局部在重力卸荷作用下又發生了二次崩塌及滑移,在主滑坡體后部滑床以上堆積,規模約3.6×104m3。

2.5 滑帶

杉樹槽滑坡滑帶土是由砂質頁巖與長石石英砂巖接觸帶受地下水浸泡經長時間軟化、泥化形成的軟弱夾層,厚度5～10 cm,飽和狀態下C值為20～28 kPa,φ值為12.5°～17°[2],呈可塑狀,含水量豐富,力學強度低。

3 杉樹槽滑坡形成機制

從地質結構及變形跡象分析,滑坡成因主要為以下四點:

(1) 地形條件。杉樹槽滑坡位于陡崖部位,其北側臨空,中前部省道S334修建過程中切坡在滑坡南東側形成高陡邊坡,地形坡度達50°以上,為滑坡變形提供了空間條件。

(2) 地質條件。滑坡所發育的坡體由侏羅系中統下沙溪廟組(J2x)砂巖、紫紅色泥巖互層構成,坡體結構類型為順向坡,砂巖巖性硬脆,巖體內北東走向及北西西走向的陡傾角裂隙發育(照片2),巖體切割呈楔狀,完整性較差。巖層中泥巖薄—中厚層狀,巖性相對軟弱,粘土礦物含量較高,遇水易軟化,這為滑坡的變形提供了內在條件,本次調查發現局部泥巖壓裂、破碎,地表風化成泥狀。

照片2 滑帶特征Photo 2 The sliding zone characteristics

(3) 水的作用。前期連續降雨滲入滑坡所在斜坡后沿基巖裂隙運移,于斜坡坡腳部位(滑坡前緣)逐步匯集,巖層中泥巖有相對隔水作用,地下水一方面降低了泥巖抗剪強度,同時增加了巖體內靜水壓力,使斜坡巖土體穩定性降低。地下水的作用是滑坡變形的主要誘發因素。

(4) 人類工程活動。前期修路切坡和大嶺電站輸水管道的開挖一定程度上改變了斜坡的原始平衡狀態,使坡體穩定性降低,易產生變形破壞。

基巖滑體的陡崖北側臨空,位處坡度23°順向坡,滑體底部為泥巖夾層,巖體主要發育兩組裂隙,兩組裂隙互切,將巖體切割成為塊體狀。持續強降雨使大量地表水沿巖體裂縫滲入,滲入后水形成靜水壓力對巖體形成擠壓作用,其底部泥巖夾層受水浸泡形成軟弱面,當巖體內靜水壓力和自重共同作用大于阻滑力時失穩,順軟化泥巖層面整體下滑。

裂隙切割的巖體結構、臨空的地形條件和順向坡體結構類型是滑坡變形的內在因素,大氣降雨入滲形成地下水的綜合作用是滑坡變形的主要誘發動力因素,人類工程活動是滑坡形成的次要原因。

杉樹槽滑坡后緣受控于走向280°的裂縫,易于降雨入滲,SW側受控于130°∠85°裂隙,加之巖層產狀與斜坡構成順向坡,在沙鎮溪鎮連續降雨的條件下,最終導致滑坡產生。

4 穩定性分析與發展趨勢預測

杉樹槽滑坡為巖質滑坡,其堆積體主要由碎裂巖、塊裂巖堆積,前緣已入河,在庫水位波動下可能產生小規模塌岸變形;新形成的陡崖部位目前仍在崩落、掉塊,卸荷裂縫正逐步貫通,在降雨等不利因素影響下杉樹槽滑坡新形成的陡崖部位沿構造裂隙切割的巖體將產生側向卸荷作用,可能再次產生新的變形破壞,發展趨勢為欠穩定。在極端天氣條件下或外力作用下,再次發生滑移或崩塌的可能性較大。

5 地質災害監測體系應用

作為三峽庫首第一縣,秭歸縣的地質災害群測群防體系建立時間不但早,而且較為完善。通過現有的資料追溯,秭歸縣至少在1985年新灘滑坡之前就建立了地質災害的監測體系,之后不斷完善。

在已有地災監測體系基礎上,自2016年起,湖北省實施的地質災害防治四位一體網格化管理更是將全縣所有的地質災害點按網格進行監測、管理,使秭歸縣的地質災害監測體系進一步得到厘清、完善。

杉樹槽滑坡未造成人員傷亡,源自于秭歸縣地質災害監測體系:監測員巡查時發現滑坡后緣發生變形,監測單位技術人員核實后,會同縣國土資源局和當地政府現場研判,作出人員撤離決定。地質災害覆蓋區內人員全部撤離之后幾分鐘,滑坡產生。整個過程和之前地質災害點應急預案一致。由此說明,秭歸縣的地質災害監測體系是十分完善且成功的,而地質災害監測體系的建設成為秭歸縣地質災害防災減災的重要手段。