靠椅狀土質滑坡形成條件及時空演化特征

李卓駿， 鄧茂林， 周 劍， 張富靈， 林 琰

(1.三峽大學 三峽庫區地質災害教育部重點實驗室 湖北 宜昌 443002； 2.三峽大學 防災減災湖北省重點實驗室, 湖北 宜昌 443002； 3.三峽大學 湖北長江三峽滑坡國家野外科學觀測研究站 湖北 宜昌 443002)

靠椅狀滑坡一般指滑面為靠椅狀的順層巖質滑坡，滑面形態主要受地質構造影響，比如意大利瓦伊昂滑坡、三峽庫區千將坪滑坡等[1-3]。近年來，作者通過對三峽秭歸白家包滑坡和八字門滑坡的調查研究中發現，無論從滑坡產生的地質條件和觸發因素，還是滑后地貌形態和成因機制來看，兩者都極為相似。

白家包和八字門滑坡等這類土質滑坡的變形特征明顯受滑面形態控制，滑面為前緩后陡狀，形似靠椅，提出靠椅狀土質滑坡。國內有眾多學者針對水庫滑坡的發育機理、演化過程進行了研究，陳劍等[4]提出滑坡前緣高程分布特征表明三峽地區地史期的滑坡發育具有明顯的多期性和時段性；王孔偉等[5]提出香溪河流域受秭歸向斜沉降幅度及東西向構造與南北向構造復合影響，形成八字門—向家店滑坡聚集區等。

本文擬在前人研究的成果上，通過與三峽庫區典型滑坡的比較得到靠椅狀土質滑坡的特點，分析此類滑坡發育的主控條件，并進一步研究此類滑坡時空演化過程，以期為這類滑坡的監測預警提供理論基礎支撐。

1 靠椅狀土質滑坡典型實例

1.1 白家包滑坡

白家包滑坡位于湖北省秭歸縣歸州鎮香溪村，地理位置處于香溪河(長江一級支流)右岸，據香溪河入江口約2.5 km，地理坐標為東經110°45′59″，北緯30°59′19″。滑坡縱向(滑動方向)長約600 m，滑體面積約2.50×105m2。滑坡深層滑體前緣厚20～30 m，中部厚47 m，后緣厚10～40 m，體積約840×104m3，滑坡主滑方向約NW75°[6]。滑坡坡面坡度10°～15°，滑體前緣臨江段坡度20°，中部平緩，坡度10°～12°，后部較陡。

白家包滑坡為一山前斜坡，并且有明顯的古(老)滑坡特點：后緣為圈椅狀地形、有多級錯落平臺、兩側雙溝同源、邊界兩側有順坡向擦痕等。白家包滑坡的多級錯落平臺為滑坡階地(見圖1)，其主要為谷坡上不穩定的巖石在重力作用及地表水與地下水的作用下發生大塊的滑動并凸出在谷坡上，形似河流階地，但階地的物質全為谷坡上部物質。

白家包滑坡與八字門滑坡處于同一流域，兩者所處地層也基本相同。白家包滑坡物質為黏土和碎石，堆積物與下伏基巖接觸帶即為滑坡滑帶，滑床為下伏基巖，成分為長石石英砂巖，及泥巖，產狀285°∠30°，為逆向巖層。

圖1 白家包滑坡155 m水位時中部情況

1.2 八字門滑坡

八字門滑坡位于湖北省秭歸縣歸州鎮香溪村，地理位置處于香溪河右岸，據香溪河入江口約0.8 km，地理坐標為東經110°45′52″，北緯30°58′03″。滑體平面形態呈“簸箕”狀，其縱向(滑動方向)長約550 m，滑坡橫向上部較窄，寬約80～120 m，下部較寬，約350～500 m滑體面積約1.35×105m2[7]。滑坡坡體平均厚度約30 m，總體積約7.10×106m3，滑坡主滑方向約NW126°[8]。滑坡的坡度為5°～30°，斜坡后部山體較陡，斜坡坡度達40°～60°(見圖2)。

圖2 八字門滑坡全貌

八字門滑坡地層巖性由新到老分別為上覆新生界第四系(Q)松散堆積層，中生界侏羅系(J1)層狀碎屑巖及三疊系中統(T2)層狀碎屑巖。第四系(Q)松散堆積層主要為崩坡積堆積層，其巖性為粉質粘土夾碎石塊，結構較松散，透水性較差，局部透水性較好，為滑坡的主要物質組成。侏羅系(J1)層狀碎屑巖主要為下統香溪組地層，其巖性為含礫石英砂巖與中粗粒石英砂巖、中厚層的灰綠色粉砂巖、灰色泥質粉砂巖、泥巖夾煤層；三疊系中統(T2)層狀碎屑巖是與侏羅系(J1)過渡段，為石英砂巖和粉砂巖，二者為靠椅狀土質滑坡的下部基巖，巖層產狀為292°∠29°。

2 靠椅狀土質滑坡形成條件

2.1 三峽庫區典型滑坡比較

通過三峽庫區典型滑坡特點的比較，得到靠椅狀土質滑坡的特點，并進一步分析此類滑坡的發育條件。由于不同時代地層沉積方式不同，使得地層的性質有較大差異，并且不同的地質構造條件對滑坡的發育有較大影響[9]。為了更細致的分析靠椅狀土質滑坡的發育條件，選取秭歸盆地邊緣地帶的滑坡進行比較，各個滑坡及其具體位置見圖3。

首先對典型靠椅狀滑坡——千將坪、白家包、八字門滑坡從滑坡所處地質構造的特點進行比較，以分析靠椅狀土質滑坡的靠椅狀滑面形成條件等，見表1。其次對靠椅狀土質滑坡同一流域的鹽關、耿家坪滑坡的坡體物質組成及其成因進行比較，得到滑坡坡體物質處于同一地層不同位置時的差異，以分析靠椅狀土質滑坡所處的地層的位置對滑坡發育的影響(見表2)。

通過表1的比較可知：千將坪滑坡靠椅狀滑面的形成主要受滑坡所處的地質構造、地層性質影響，使得滑坡以層間錯動泥化帶為滑帶發生失穩破壞，這與靠椅狀土質滑坡在滑面的成因上有明顯不同。

注：虛線部分為三疊系地層與侏羅系地層的分界。圖3 典型滑坡位置GoogleEarth衛星圖表1 三峽庫區典型靠椅狀滑坡比較

滑坡名稱特 點千將坪滑坡處于謝家包背斜的靠近核部附近的南翼,受樞紐傾伏影響較大,為一褶皺轉折端附近形成的局部順向坡[8]白家包滑坡滑帶上陡下緩,并且平緩段占有滑坡縱向長度較大比例八字門滑坡

表2 香溪河右岸典型滑坡比較

由于滑坡物質的組成間接反映了滑坡是如何發育的，所以通過圖3，表2的比較可知：①鹽關滑坡完全處于侏羅系地層，滑坡物質主要是地表巖石風化后殘留在原地的堆積物，所以鹽關滑坡的發育主要受巖土類型為抗剪強度和抗風化能力較低的巖層影響。②耿家坪滑坡雖然與靠椅狀土質滑坡都位于侏羅系和三疊系地層的邊界部位，但是由于耿家坪滑坡所處的地層連續性較差(見圖3)等原因，也使得耿家坪滑坡的坡體物質與靠椅狀土質滑坡不同。

2.2 靠椅狀土質滑坡的形成條件

通過靠椅狀土質滑坡實例的描述可知此類滑坡為古(老)滑坡，并且為多期次堆積。結合三峽庫區典型滑坡之間的比較可以得出靠椅狀土質滑坡形成的條件有：

(1) 巖性條件。斜坡主體一般為抗風化能力較弱的巖石。比如白家包、八字門滑坡，所處地層主要為侏羅系下統香溪組和三疊系上統沙鎮溪組的砂巖、泥巖等抗風化能力弱的巖石。

(2) 滑面形狀。滑坡的滑面為上陡下緩，并且平緩段應占有滑坡縱向長度較大比例。比如白家包、八字門滑坡的平緩段滑面占有滑坡縱向長度的1/3以上。

(3) 地層狀態。滑坡所處的地層應當是連續性比較好的地層，地層一般為反傾。上述幾點是靠椅狀土質滑坡形成的必要條件，缺一不可。由于每個滑坡體都具有很強的個性特征，比如白家包滑坡的中前部左側就有部分的“基巖”出露(見圖4)，巖層產狀245°∠34°(由于沒有此處位置的詳細鉆孔資料，所以這里的基巖是屬于“假基巖”還是原有基巖風化不完全還沒有定論)。所以此類滑坡受橫向坡體物質均勻性的影響，滑坡向臨空方向的變形量、變形方式會有差異。

圖4 白家包滑坡中前部“基巖”出露

3 靠椅狀土質滑坡的時空演化

根據分析可知靠椅狀土質滑坡平緩段占滑坡縱向長度的比例很大，認為香溪河流域滑坡的這種現象主要是受河谷地貌的影響。首先，分析香溪河流域河谷時空演化過程，其次，分析靠椅狀土質滑坡時空演化過程。河谷和滑坡的時空演化過程見圖5—6。

3.1 香溪河流域河谷時空演化

香溪河流域河谷的演化過程主要分為以下3個階段：

(1) 階段①：是香溪河形成的初期，下伏基巖為侏羅系地層，并且河谷形態基本上是左右對稱的。

(2) 階段②：由于香溪河由北向南流動(受地球偏轉力影響)，水流有向西岸(右岸)偏轉的趨勢[12]，又由于香溪河此時完全處于侏羅系地層，所以河流就有沖刷西岸使之變陡的趨勢。

(3) 階段③：區域主應力場的變化，使得香溪河流域變得西高東底，導致河流向左岸不斷的下切。當河流下切到三疊系灰巖時，由于灰巖不易被侵蝕，使得河谷左岸變得越來越陡，成為我們現在所看到的河谷形態。

通過分析可知香溪河流域河谷的演化過程主要受地球偏轉力、區域地質和地層巖性的影響。

圖5 香溪河流域河谷時空演化示意圖

圖6 靠椅狀土質滑坡時空演化過程示意圖

3.2 靠椅狀土質滑坡時空演化

通過河谷的時空演化過程的分析，可知河谷演化階段②到③是靠椅狀土質滑坡形成的主要時間段，進一步分析此類滑坡的時空演化過程見圖6。圖中分為3個階段：

(1) 階段①：此時由于香溪河右岸較陡且臨空面較大，斜坡巖體發生卸荷回彈，引起應力重分布和應力集中效應，并且由于侏羅系地層抗風化能力弱，使得岸坡經蠕滑-拉裂變形發展為滑坡[12-15]。

(2) 階段②：此時主要是由于河流向左岸侵蝕加強(區域主應力場的變化，香溪河流域西高東底)，并疊加了河流豎向的下切作用。這兩種侵蝕方式的疊加使得香溪河右岸的滑坡體堆疊的空間變大，使得不同期次的滑坡物質得以保存。此時斜坡還是以蠕滑—拉裂變形發展的滑坡為主，由于滑坡上部的地層出露后被風化剝蝕，會有部分破碎巖土體以崩塌的形式向下堆積。

(3) 階段③：為目前香溪河流域靠椅狀土質滑坡的狀態。由于庫區蓄水使得滑坡的中前部在水位以下，滑坡中后部的變形以蠕滑—拉裂為主。

通過以上分析可知靠椅狀土質滑坡的時空演化是隨著河谷的演化而逐漸形成的。靠椅狀土質滑坡的上陡下緩的滑面形狀，主要是受區域地質發生自東向西的掀斜運動影響，河流逐漸向左下方侵蝕下切使得滑坡有足夠的空間堆積各種物質，從而形成這類滑坡。

4 結 論

(1) 靠椅狀土質滑坡主要表現為多期次堆積的古(老)滑坡，通過分析可知此類滑坡的形成應具備3個條件：①巖性條件：斜坡主體一般為抗風化能力較弱的巖石。②滑面形狀：滑坡的滑面為上陡下緩，并且平緩段應占有滑坡縱向長度較大比例。③所處地層位置：滑坡所處的地層應當是連續性比較好的地層，地層一般為反傾。

(2) 香溪河流域河谷的演化過程主要受地球偏轉力、區域地質和地層巖性的影響。香溪河流域的靠椅狀土質滑坡是隨著河谷的演化而逐漸形成的。受區域構造發生自東向西的掀斜運動的影響，河流逐漸向左下方侵蝕下切使得滑坡有足夠的空間堆積各種物質，從而形成這種靠椅狀土質滑坡。

當然，對靠椅狀土質滑坡時空演化過程的研究在以下方面還有待深入：①這類滑坡的形成、發育是否都是受河谷演化過程的影響而產生；②河流向左下方侵蝕河谷只是一個模糊的方向，河流向左侵蝕的速度和向下侵蝕的速度哪個更快，這會不會影響右岸靠椅狀土質滑坡滑面的形狀。在這些問題上還需要更健全的技術手段進行更深層次的研究。