三峽庫區(qū)萬州金金子滑坡動(dòng)態(tài)變形規(guī)律分析

(中國地質(zhì)調(diào)查局 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051)

金金子滑坡位于三峽庫區(qū)萬州區(qū)右岸斜坡，產(chǎn)出于近水平的侏羅系地層[1-3]。大量研究者從地貌特征、工程力學(xué)性質(zhì)和土體強(qiáng)度等方面對(duì)研究區(qū)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究[4-5]，發(fā)現(xiàn)萬州區(qū)侏羅系地層中泥巖等軟弱夾層受地下水影響明顯[6-7]，降雨和庫水位波動(dòng)引起的地下水變化對(duì)松散堆積體滑坡基覆界面的土體強(qiáng)度影響顯著[8-10]，進(jìn)而引起變形失穩(wěn)。近年來滑坡局部在降雨和人工活動(dòng)等影響下持續(xù)發(fā)生變形破壞。

本文基于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查與地表位移變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，對(duì)滑坡變形特征、動(dòng)態(tài)變形演化過程及其影響因素進(jìn)行了深入分析，研究結(jié)果可對(duì)該滑坡以及該類型滑坡的防災(zāi)減災(zāi)工作起到指導(dǎo)作用，具有重要的實(shí)踐意義。

1 滑坡區(qū)概況

1.1 地理位置

金金子滑坡行政區(qū)劃屬重慶市萬州燕山鄉(xiāng)復(fù)興社區(qū)4組，位于長江右岸。距離萬州主城區(qū)約20 km，地理坐標(biāo)：108°18′21.96″E，30°33′43.91″N。屬亞熱帶暖溫季風(fēng)氣候，雨量豐沛，四季分明。多年平均降水量1 224.2 mm，年降雨量約70%集中于5 ～ 9 月，日最大降雨量124.5 mm，具有集中降雨分布特征。

1.2 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于方斗山?jīng)_斷背斜北西翼，豐都-忠縣向斜未端北部，如圖1所示。出露地層總體傾向長江，斷層、褶皺不發(fā)育，僅在砂巖中發(fā)育兩組裂隙。

地層巖性為侏羅系新田溝組(J2x)灰黑色含粉砂泥巖、頁巖夾灰黑色中-厚層狀粉砂-細(xì)砂巖屑石英砂巖、長石砂巖、巖屑長石石英砂巖，產(chǎn)狀290° ～ 300°∠10°～ 15°(見圖2)。上覆厚度不均的第四系崩、滑堆積成因的粉質(zhì)黏土夾碎塊石。

滑坡前緣入長江，長江水位為滑坡所在區(qū)域地下水排泄基準(zhǔn)面，滑坡區(qū)域地下水較為豐富，受降雨入滲和長江水位控制，活動(dòng)頻繁。由于滑坡區(qū)地下水埋深較淺，徑流途徑較短，排泄途徑好，雨后滑坡前緣出現(xiàn)多處溢水點(diǎn)。坡體上沖溝的切割深度2～10 m，均為季節(jié)性沖溝，迅速排泄大氣降水，平時(shí)則干涸。斜坡中部平壩上有堰塘，由降水補(bǔ)給。

1.3 滑坡概況

滑坡體平面形態(tài)呈橫矩形，后緣呈弧形；剖面形態(tài)呈階梯狀，主要有兩級(jí)平臺(tái)，主滑動(dòng)方向?yàn)?90°，斜坡沿NNE向展布。滑坡體前緣入長江，高程110 m，后緣高程225 m，坡度10°～30°。滑體上發(fā)育二級(jí)平臺(tái)，高程160 m主平臺(tái)長200 m，寬1 000 m。滑坡體長500 m，寬1 500 m，厚15～25 m，面積75萬m2，體積1 500萬m3(見圖2)。

圖2 滑坡平面示意Fig.2 Sketch map of landslide plan

滑體物質(zhì)為粉質(zhì)黏土夾碎塊石，碎塊石巖性為砂巖、泥巖，常見粒徑10～50 cm，含量約35%，粉質(zhì)黏土呈黃褐色，結(jié)構(gòu)松散-稍密，可塑-硬塑狀。滑床為侏羅系中統(tǒng)新田溝組(J2x)灰黑色石英砂巖地層，產(chǎn)狀300°∠ 15°。屬于近水平覆蓋層特大型滑坡。

根據(jù)調(diào)查，滑帶主要為松散堆積物與下伏基巖接觸面形成的基覆接觸面含泥化物質(zhì)，表面較光滑平直，遇水易軟化，上下物理力學(xué)性質(zhì)的差異易發(fā)生滑移變形。滑床傾向與坡向相同，不利于上部堆積體的穩(wěn)定。滑坡周邊易于風(fēng)化和遇水易于軟化的泥巖與砂巖呈互層的軟硬相間地層(見圖3)，物理力學(xué)性質(zhì)較差，穩(wěn)定性受影響。

圖3 滑坡區(qū)地層巖性Fig.3 Formation lithology in landslide area

根據(jù)滑坡區(qū)地質(zhì)調(diào)查及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，判定該滑坡為一古滑坡并具有三級(jí)多期次滑動(dòng)的特征點(diǎn)(見圖4)。三級(jí)滑坡結(jié)構(gòu)均屬于基覆界面滑坡。一級(jí)滑坡區(qū)位于庫水位線消落帶影響區(qū)，前緣剪出口位于長江110 m，后緣高程175 m，后緣相對(duì)較薄，總體形似圈椅狀， 滑體縱長240 m，橫寬1 500 m，面積36萬m2，主滑方向290°。二級(jí)滑體為位于滑坡中部，呈橫向長條狀，滑體縱向長約80 m，橫向?qū)? 000 m，面積8萬m2，后緣位于二級(jí)平臺(tái)邊緣前部，高程210 m，剪出口位于175 m以上鄉(xiāng)村公路邊開挖的高陡邊坡處，該級(jí)滑體分為Ⅰ號(hào)變形區(qū)和Ⅱ號(hào)變形區(qū)，為滑坡主要變形區(qū)域。三級(jí)滑坡位于二級(jí)平臺(tái)上，呈不規(guī)則形態(tài)，滑坡體橫向?qū)? 100 m，長120 m，面積12萬m2，后緣位于滑坡后部陡壁以下，高程為216 m，剪出口位于二級(jí)臺(tái)前緣，高程210 m。

2 滑坡變形規(guī)律分析2.1 滑坡變形史

金金子滑坡最早于1996年6月產(chǎn)生局部變形，位于中后部的部分居民房屋墻體開裂，院壩下沉。自2006年專業(yè)監(jiān)測(cè)工作開展以來，滑體局部變形仍有發(fā)展，整體處于蠕變階段。2014年以來，受降水影響，滑坡前緣存在多處小規(guī)模滑移變形，數(shù)十至千余方不等的崩滑體失穩(wěn)變性后堆積于坡腳平緩平臺(tái)。2016年，滑坡前緣出現(xiàn)一次2 000 m3范圍變形破壞，位于船舶修造廠NE100 m處苗圃場(chǎng)斜坡。地表出現(xiàn)多條橫向延展的拉張裂縫和地表沉降現(xiàn)象，其上苗圃樹木大量歪斜，前緣陡坎有數(shù)百方滑體失穩(wěn)堆積于其下平臺(tái)。2017年以來，滑坡二級(jí)平臺(tái)中部及前緣存在持續(xù)的地表變形。

圖4 滑坡剖面示意Fig.4 Sketch map of Jinjinzi landslide

2.2 滑坡區(qū)地表宏觀變形分析

對(duì)滑坡三級(jí)滑動(dòng)區(qū)進(jìn)行地面調(diào)查，各級(jí)滑動(dòng)區(qū)變形跡象及特征如下。

I號(hào)變形區(qū)為現(xiàn)今主要變形區(qū),出現(xiàn)橫向延伸拉張裂縫和斜坡滑動(dòng)變形破壞,拉張裂縫寬20～50 cm，深30～70 cm，局部下錯(cuò)達(dá)200 cm(圖5)，延伸達(dá)30 m。

圖5 Ⅰ號(hào)變形區(qū)變形特征Fig.5 Deformation characteristics of deformation zone Ⅰ

Ⅱ號(hào)變形區(qū)為斜坡淺表坡面變形區(qū)，斜坡巖土體出現(xiàn)拉張變形破壞和局部巖土體向下滑塌。

Ⅲ號(hào)變形區(qū)位于Ⅰ、Ⅱ號(hào)區(qū)后部，變形不明顯，僅在南北兩側(cè)存在地表變形，表現(xiàn)為崩塌和地表拉張變形。

庫水消落帶影響區(qū)為一級(jí)平臺(tái)區(qū),受庫水位消落影響,有一定的輕微變形，前緣人工堆砌臺(tái)(船舶修造工區(qū))和道路受庫水消落影響明顯，前緣受庫水位變化和水流淘蝕，滑坡前緣斜坡均有一定的蝕變破壞。

目前在Ⅰ、Ⅱ號(hào)區(qū)尚存在大面積的地表變形，拉張的裂縫和下錯(cuò)的變形區(qū)均有利于降水的入滲，Ⅲ區(qū)前緣的陡斜坡由于前期變形破壞，坡面上存在大量的松散堆積物，在降雨等水的作用下，易于形成新的變形和變形加劇甚至滑移破壞。

2.3 監(jiān)測(cè)設(shè)施

目前滑坡體上共布設(shè)6個(gè)地表位移GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和1個(gè)雨量自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)平面布置如圖2所示。

2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)地表位移監(jiān)測(cè)變形曲線(見圖6)可以得出以下結(jié)論。

(1) WZ1105號(hào)點(diǎn)，位于二級(jí)滑坡Ⅰ號(hào)變形區(qū)，該點(diǎn)2017變形呈現(xiàn)階躍式的變形，以2017年5月16日為拐點(diǎn)(見表1)，該區(qū)域之前的變形速率在0.30 mm/d，在16日發(fā)生突變，當(dāng)時(shí)變形速率達(dá)736.84 mm/d，之后變形變緩呈直線型，變形速率為1.69 mm/d。

圖6 位移與庫水位、降雨時(shí)間關(guān)系曲線Fig.6 The relationship between displacement,reservoir water level and rainfall

(2) WZ1103位于Ⅱ號(hào)變形區(qū)，該點(diǎn)變形呈階躍式變形，16日前的變形速率為0.07 mm/d，在16日突變時(shí)的速率為196.05 mm/d，之后呈直線型緩變狀態(tài)，速率達(dá)1.39 mm/d。

(3) WZ1107位于WZ1105右側(cè)，處于二級(jí)滑坡區(qū)與三級(jí)滑坡區(qū)交界，該點(diǎn)在2017年8月16日時(shí)發(fā)生了突變，之前一直保持近線波動(dòng)變形，變形速率在0.11 mm/d，在8月16日發(fā)生突變，變形速率為46.65 mm/d，之后變形速率急劇降低，目前變形速率在0.02 mm/d。

(4) WZ1102位于Ⅲ號(hào)變形區(qū)左側(cè)，Ⅱ號(hào)變形區(qū)上方，該點(diǎn)區(qū)域變形呈近直線變形狀態(tài)，變形速率為0.14 mm/d。

(5) WZ1104位于Ⅲ號(hào)變形區(qū)中部，滑坡后部陡壁之下，變形呈線性蠕變，變形速率為0.08 mm/d。

前部庫水位消落帶影響區(qū)未布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，但根據(jù)地面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域后緣簡易公路下側(cè)有局部垮塌以及江水淘蝕作用外，未發(fā)現(xiàn)明顯的大規(guī)模變形。

從變形速率可以看出三級(jí)滑坡區(qū)中，二級(jí)滑坡區(qū)變形最大，三級(jí)變形次之，一級(jí)滑坡區(qū)最小。其中二級(jí)滑坡區(qū)變形速率仍然較大，三級(jí)滑坡區(qū)變形較緩，一級(jí)變形區(qū)基本穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 金金子滑坡2017年5月16日地表位移監(jiān)測(cè)成果Tab.1 Monitoring results of surface displacement of Jinjinzi landslide at May,16,2017 mm

3 滑坡變形成因機(jī)制

該滑坡產(chǎn)出于長江右岸斜坡，松散的崩坡積物和殘坡積物堆積于近水平產(chǎn)出基巖上，地表經(jīng)自然和局部人工改造形成起伏地形和陡坎，地形地貌、地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，控制著滑坡的形成和演化發(fā)展過程[11-13]；降雨、庫水位變動(dòng)、人類工程活動(dòng)等環(huán)境因素影響著滑坡的穩(wěn)定性。

3.1 地貌及岸坡結(jié)構(gòu)

該滑坡位于長江右岸，屬涉水滑坡，原始坡形呈前緩后陡，巖層傾向與坡向接近，傾向長江，斜坡結(jié)構(gòu)為順向坡，坡度10°～ 25°，局部較陡斜坡地帶達(dá)60°。滑坡邊界圈椅狀特征明顯，滑坡前緣入江，剪出口位于長江水位以下，后緣邊界位于上部陡坎(滑坡后緣陡壁)下部，左、右兩側(cè)均以季節(jié)性沖溝為界，局部深切見基巖。滑坡后緣呈弧形，坡面剖面形態(tài)呈階梯狀，從后緣到前緣形成陡-平緩-陡-平緩-陡-斜的斜坡形態(tài)，兩級(jí)平緩平臺(tái)增大了降水入滲的可能，含水率增加使土體強(qiáng)度降低、陡坎上部和底部應(yīng)力突變、滑坡產(chǎn)生變形破壞。

3.2 地層巖性

滑坡區(qū)出露地層為侏羅系新田溝組(J2x)灰黑色含粉砂泥巖、頁巖夾灰黑色中-厚層狀粉砂-細(xì)砂巖屑石英砂巖、長石砂巖、巖屑長石石英砂巖為主，砂、頁巖呈韻律結(jié)構(gòu)，其中含粉砂泥巖、頁巖為隔水軟弱地層。滑坡松散堆積體下伏基巖為粉砂質(zhì)泥巖、頁巖，在水的作用下易軟化和泥化，加之滑坡中部開挖形成高陡邊界，形成良好的臨空條件，在巖體自重作用下，上覆松散堆積體則沿基覆接觸面發(fā)生緩慢形變。

3.3 物質(zhì)組成

滑坡體由第四系崩積、崩滑堆積的粉質(zhì)黏土夾碎塊石組成，滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，物理力學(xué)性質(zhì)差，透水性好，為滑坡的形成提供了良好的物質(zhì)條件[14]。

3.4 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)位于背斜構(gòu)造西北翼，斜坡傾向西北，與地層傾向一致，為順向斜坡，不利于上覆松散堆積體的穩(wěn)定。

3.5 庫水因素的影響

滑坡力學(xué)性質(zhì)受庫水波動(dòng)引起的地下水變化影響[15-16]，根據(jù)三峽水庫水位監(jiān)測(cè)曲線可以看出，庫水位具有規(guī)律性漲落的特點(diǎn)(見圖6)，每年6月初至8月中水位基本保持最低水位145 m左右，8月中下旬開始蓄水至11月上旬達(dá)175 m最高水位；次年1月水位下降至6月初再次回落至145 m左右。水庫蓄水致水位抬升后淹沒滑坡前緣，造成江水入滲，動(dòng)水位變化擾動(dòng)滑體穩(wěn)定性。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，滑坡變形速率變大時(shí)，一般發(fā)生在長江水位下降過程中，而庫水位上漲時(shí)，浮托力有利坡體穩(wěn)定，變形速率變化較小，但從監(jiān)數(shù)據(jù)看，庫水波動(dòng)未使斜坡產(chǎn)生突變。

3.6 降雨因素的影響

降雨入滲對(duì)滑坡變形的影響主要包括以下4個(gè)方面：① 降雨入滲使滑坡巖土體水分含量增加導(dǎo)致滑坡體容重增大；② 降雨入滲使滑坡體內(nèi)地下水位增高，導(dǎo)致靜水壓力增大；③ 降雨入滲對(duì)滑坡體和滑帶巖土體有軟化作用，使滑坡體和滑動(dòng)帶巖土體的強(qiáng)度(c,φ)降低。根據(jù)雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，滑坡區(qū)域5～8月間暴雨較頻發(fā)，2017年5月10～14日的降雨是致使滑坡于5月16日發(fā)生變形破壞的主要誘發(fā)因素[17-18]。

3.7 人類工程活動(dòng)

斜坡上的人工活動(dòng)主要表現(xiàn)為種植苗圃、切坡筑路、前緣堆砌、灌溉等。中部橫向道路切坡導(dǎo)致斜坡局部應(yīng)力集中，右中前部碎石場(chǎng)堆砌(2016年)改變了斜坡原始應(yīng)力分布，苗圃種植澆灌入滲加大了斜坡靜水壓力，三者均對(duì)斜坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生了不利影響。變形部位多集中在橫向道路內(nèi)側(cè)，從變形部位來看，橫向道路切坡是局部失穩(wěn)的主要影響因素。

4 結(jié) 論

(1) 金金子滑坡屬于特大型覆蓋層滑坡，2017年5月16日中部區(qū)域發(fā)生局部失穩(wěn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示W(wǎng)Z1103突變速率為196.05 mm/d，WZ1105突變速率736.85 mm/d，突變后變形速率急劇回落并趨緩，速率分別為1.39 mm/d和1.69 mm/d。

(2) 順向坡下伏泥巖頁巖軟弱易滑地層、上覆松散的堆積層、階梯狀斜坡地形是滑坡5月16日局部失穩(wěn)的地質(zhì)基礎(chǔ)。降雨和人工活動(dòng)是主要變形影響因素，二者共同作用造成了滑坡局部失穩(wěn)。

(3) 金金子滑坡具有多級(jí)滑動(dòng)的特征，且存在不均勻變形。目前該滑坡二級(jí)滑坡變形區(qū)的穩(wěn)定性差，該級(jí)滑坡前部橫向公里切坡為其提供了良好臨空條件，在降雨影響下，極易發(fā)生新的局部變形，對(duì)滑坡整體穩(wěn)定性不利。