曾慶利　王煒風(fēng)　陳宏宇　薛鑫宇　袁廣祥

(①中國(guó)科學(xué)院計(jì)算地球動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　北京　100049)

(②中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院　北京　100049)

(③貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司　貴陽　550002)

(④華北水利水電大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院　鄭州　450045)

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鎮(zhèn)雄趙家溝滑坡特征及基于坡體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)機(jī)理研究*

曾慶利①②王煒風(fēng)①②陳宏宇③薛鑫宇①②袁廣祥④

(①中國(guó)科學(xué)院計(jì)算地球動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100049)

(②中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院北京100049)

(③貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司貴陽550002)

(④華北水利水電大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院鄭州450045)

2013年1月11日云南省鎮(zhèn)雄縣發(fā)生特大山體滑坡災(zāi)害，造成趙家溝村民小組46人遇難和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失?；跀?shù)次滑坡現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘查所獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本文對(duì)滑坡特征及變形失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。(1)滑坡發(fā)育在崩坡積體中，坡體自后緣向前緣具有黏粒含量、密實(shí)度增加而孔隙度、透水性減小的特點(diǎn)；(2)滑坡后緣為飛仙關(guān)組強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖與崩坡積體的接觸界面，滑動(dòng)帶為崩坡積體內(nèi)含礫粉質(zhì)黏土坡積層；(3)滑坡發(fā)生前，坡體后緣已發(fā)育張拉裂縫，前緣已發(fā)生小型鼓脹破壞，屬典型蠕滑-拉裂變形破壞模式；(4)滑坡具有分塊先后滑動(dòng)特點(diǎn)，左、右及后緣邊界坡體在主滑體后發(fā)生滑動(dòng)，滑移過程中也存在分區(qū)現(xiàn)象；(5)滑帶土為低液限含礫黏性土，呈液化流塑狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度低；(6)啟程高速是斜坡應(yīng)變能長(zhǎng)期積累、瞬間釋放的結(jié)果，滑程高速與滑坡體沖擊液化有關(guān)，部分滑體存在臨空飛行現(xiàn)象。建議加強(qiáng)滑源區(qū)兩側(cè)裂縫的變形監(jiān)測(cè)和烏蒙山區(qū)類似坡體的災(zāi)害預(yù)警。

崩坡積體蠕滑-拉裂高速遠(yuǎn)程滑坡滑動(dòng)帶失穩(wěn)機(jī)理云南鎮(zhèn)雄

0　引　言

2013年1月11日晨8時(shí)許，云南省鎮(zhèn)雄縣高坡村發(fā)生特大山體滑坡，造成距離滑源區(qū)790m遠(yuǎn)的趙家溝村民小組14戶46人遇難，滑坡成因及失穩(wěn)機(jī)理受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注(新華網(wǎng)，2013)。有研究者對(duì)滑坡發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境條件及滑坡特征，持續(xù)雨雪凍融形成的水流滲透引發(fā)趙家溝滑坡中的作用以及該滑坡遠(yuǎn)程運(yùn)移的根本原因、主控因素等進(jìn)行了有益的初步分析和研究(劉傳正，2013；殷躍平等，2013；姚鑫等，2014；殷志強(qiáng)等，2015)，但是鑒于鎮(zhèn)雄及鄰區(qū)與趙家溝滑坡具有類似地質(zhì)環(huán)境條件的崩坡積體斜坡非常發(fā)育，有必要對(duì)該滑坡體的物質(zhì)組成、滑坡特征及滑坡巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查、測(cè)試和分析，研究其變形破壞機(jī)理，為區(qū)域類似斜坡災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警提供依據(jù)。

作者等于災(zāi)后第6天到達(dá)趙家溝滑坡現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查、訪問、測(cè)量和取樣，又于2014年夏開展了更為詳細(xì)的滑坡勘察，特別是通過滑動(dòng)帶探槽開挖、滑后坡體裂縫測(cè)量，以及對(duì)坡體、滑帶土及滑坡堆積體樣品的物理力學(xué)試驗(yàn)，獲取了大量翔實(shí)地關(guān)于滑坡地形、物質(zhì)組成、幾何形態(tài)與邊界、水文地質(zhì)以及滑坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；全面分析了趙家溝滑坡的孕育環(huán)境、滑坡特征及變形失穩(wěn)機(jī)理，取得了有意義的新認(rèn)識(shí)。

1　滑坡基本特征

1.1滑坡幾何形態(tài)及規(guī)模

趙家溝滑坡后壁與滑坡碎屑堆積體最遠(yuǎn)端之間的水平距離約790m，相對(duì)高差約300m，平均坡降0.38(20.8°)(圖1～圖3)。根據(jù)滑坡發(fā)育與碎屑堆積特征，整個(gè)滑坡剖面可劃分為上部滑源區(qū)、中部碎屑運(yùn)移區(qū)和下部碎屑堆積區(qū)等3部分。(1)上部滑源區(qū)(圖2之A區(qū))：即滑坡減損區(qū)，平面上呈上窄下寬的狹長(zhǎng)“梯形”，滑坡后緣寬約80m，前緣剪出口處寬約120m，滑體長(zhǎng)約175m，滑坡后壁高約28m，考慮滑后厚約5m的殘余堆積層以及滑前原地形約30°平均坡角，則滑源區(qū)滑坡體積約為26×104m3，主滑方向?yàn)镹E32°。(2)中部碎屑運(yùn)移區(qū)(B區(qū))：上下兩頭窄(分別約120m和150m)而中間寬(高程1670～1680m臺(tái)地區(qū)寬度可達(dá)205m)，碎屑基本上以運(yùn)移為主，均勻展布堆積為輔，局部存在高堆積土丘。(3)下部碎屑堆積區(qū)(C區(qū))：主要為覆蓋在廟宇以下坡體及趙家溝村的滑覆成災(zāi)區(qū)。上述運(yùn)移和堆積區(qū)總面積約12.3×104m2，雖然局部土丘厚達(dá)4～5m，可按均厚2.2m計(jì)算，得碎屑堆積體體積約27×104m3；考慮到滑源區(qū)殘留滑體，運(yùn)移及堆積區(qū)的碎屑體積比滑體體積稍大，這可能與滑坡體破碎解體后體積膨脹及運(yùn)移過程中少量裹挾和刮鏟下方巖土體有關(guān)。

圖1　趙家溝滑坡遠(yuǎn)景圖解析Fig.1　Remote photo of Zhaojiagou landslide and its explanation

圖2　滑坡區(qū)工程地質(zhì)平面圖Fig.2　The engineering geological map of Zhaojiagou landslide region

圖3　滑坡區(qū)中線工程地質(zhì)剖面圖Fig.3　The engineering geologic profile along Zhaojiagou landslide middle line

1.2滑源區(qū)分塊滑動(dòng)

根據(jù)對(duì)滑源區(qū)邊界及殘存滑坡堆積物的仔細(xì)觀察，包括堆積物的接觸覆蓋特征、運(yùn)動(dòng)方向及堆積物土體顏色、植被等差異，識(shí)別出該滑坡由主滑體和3個(gè)次級(jí)滑體等4部分組成(圖2)。其中，次級(jí)滑體I位于主滑體右側(cè)邊界，體積約8500m3；次級(jí)滑體Ⅱ位于主滑體左側(cè)邊界，體積約1000m3；次級(jí)滑體Ⅲ位于主滑體后壁上部，體積約2500m3。主滑體先滑動(dòng)后，在左、右及后緣邊界形成高臨空面及瞬間卸荷，導(dǎo)致次級(jí)滑坡體先后發(fā)生滑動(dòng)。

1.3滑坡要素

1.3.1滑坡后壁

保存完整，寬約80m，高27.7m，總體走向110°，傾向NE，傾角50°～55°不等?；潞蟊谠谟晁疀_刷后，其巖土體結(jié)構(gòu)清晰顯現(xiàn)：右側(cè)由強(qiáng)風(fēng)化飛仙關(guān)組砂巖基巖構(gòu)成，中部由強(qiáng)風(fēng)化砂巖大塊石構(gòu)成，向左側(cè)則過渡到塊碎石土(圖4)。在滑坡后壁上發(fā)現(xiàn)大量滑動(dòng)擦痕，擦痕產(chǎn)狀(傾伏向∠傾伏角)：30°～40°∠52°～66°(圖4)。擦痕傾伏向與宏觀主滑方向基本一致。這表明，滑坡后緣總體是沿著風(fēng)化基巖與崩坡積體之間的接觸界面發(fā)育的。

圖4　滑坡后壁構(gòu)成及其上發(fā)育的滑動(dòng)擦痕Fig.4　Back wall of the landslide and the sliding scarps on it

1.3.2滑坡側(cè)壁

滑坡右側(cè)壁因發(fā)生后續(xù)次級(jí)滑坡I而被改造，左側(cè)壁基本保存完整，產(chǎn)狀106°∠44°。在滑坡左側(cè)壁中部觀測(cè)到11處明顯滑動(dòng)擦痕，其產(chǎn)狀(側(cè)伏向∠側(cè)伏角)為：100°～125°∠10°～25°，側(cè)伏角平均值為20°(圖5)?；聜?cè)壁上的擦痕側(cè)伏角在一定程度上能反映滑坡滑動(dòng)面傾角的大小，故底部滑動(dòng)面的產(chǎn)狀可能為：25°∠20°；同時(shí)在滑坡左側(cè)壁中下部表現(xiàn)為一道長(zhǎng)30余米、高3～5m的陡坎，說明該滑坡屬推移式滑動(dòng)，而不是旋轉(zhuǎn)式滑坡。

圖5　主滑坡左側(cè)壁物質(zhì)構(gòu)成及其上發(fā)育的滑動(dòng)擦痕Fig.5　The left lateral wall of the landslide and the sliding scratches

1.3.3滑動(dòng)帶

現(xiàn)場(chǎng)開挖了兩個(gè)探槽(TC1和TC2，位置見圖2)以揭露主滑體滑動(dòng)帶。其中，TC2位于滑坡減損區(qū)凹坑內(nèi)，距離滑坡后壁約35m。探槽深2.3m(圖6)，由上至下可分為5層：①0～0.4m，灰褐色腐殖土層，植物根系發(fā)育且粗大；②0.4～1.65m，黃褐色塊碎石黏性土，植物根系逐漸變少變細(xì)；③1.65～1.85m，為土黃色塊碎石土，空隙大且松散，為地下水滲出帶，附近土體液化流動(dòng)；④1.85～2.25m，為暗紫紅色含碎石黏性土(圖6a)，黏性強(qiáng)，沾鍬，并觀察到滑動(dòng)擦痕(圖6b)，判定為滑動(dòng)帶；⑤2.25～2.4m，含淺黃色泥礫的碎石土(未見底)，致密，未見擾動(dòng)。TC2靜置18h積水深達(dá)30～33cm。TC1則位于滑坡剪出口附近，靠近左側(cè)壁，深1.2m。0.7～0.9m為滲水層，0.9～1.2m處發(fā)現(xiàn)灰黃色含礫黏性土(未見底)，含水率63.2%，判定為滑動(dòng)帶。TC1靜置24h深8～10cm。

圖6　TC2探槽結(jié)構(gòu)及滑帶土中的擦痕Fig.6　TC2 trench and the disclosed sliding scratch between 2 blocks

結(jié)合滑坡NW側(cè)壁滑動(dòng)擦痕產(chǎn)狀分析，認(rèn)為滑動(dòng)帶基本以15°～20°傾角沿崩坡積體內(nèi)部的含碎石黏土層發(fā)生滑動(dòng)，滑動(dòng)帶為流塑性含礫黏性土。

1.3.4滑體周緣裂縫

滑坡造成滑源區(qū)兩側(cè)自然斜坡中形成了大量拉裂縫(圖1、圖2)。全站儀追蹤測(cè)量表明：①滑源區(qū)右側(cè)天然斜坡內(nèi)(圖1中Ⅱ區(qū))發(fā)育3條大型拉裂縫，最大的一條(f1，圖7a)沿著滑坡后壁向SE方向一直延伸至一小型天然沖溝，全長(zhǎng)達(dá)211m，該裂縫最大垂直斷距2.8m，張開40～60cm，其產(chǎn)狀與2013年滑坡后壁產(chǎn)狀一致，基本沿著基巖與崩坡積體之間的界面曲折展布。②滑源區(qū)右側(cè)天然斜坡內(nèi)(圖1中I區(qū))，發(fā)育4條拉張裂縫，長(zhǎng)度5～35m不等，有3條跨越斜坡道(圖7d)。③滑源區(qū)左側(cè)杉樹林中發(fā)育兩條大型剪切裂縫(圖1，f8和f9)，其中一條裂縫走向30°，90多米長(zhǎng)，垂直斷距20～30cm，張開15～25cm，與左側(cè)壁小角度相交(圖7c)。這些裂縫說明主滑體滑動(dòng)時(shí)對(duì)兩側(cè)緣坡體存在巨大擠壓和牽引作用。

圖7　滑坡周緣坡體內(nèi)發(fā)育的部分裂縫(照片位置見圖1)Fig.7　Some fissures in the right slope of the landslide(see the positions in Fig.1)

1.4滑后運(yùn)動(dòng)與堆積

在主滑體以較高的初速度滑出剪出口后，解體為碎屑流，并發(fā)生兩次轉(zhuǎn)向。首次轉(zhuǎn)向位于主滑體剪出口前方約50～100m處(圖2中B1區(qū))，運(yùn)動(dòng)方向由NE32°轉(zhuǎn)變至NE81°；這次轉(zhuǎn)向與剪出口前緣地形有關(guān)，其左側(cè)為平緩山包，受滑坡體推擠而形成前述深槽陡坎，而其右側(cè)為原始較陡溝谷，未受到阻攔。首次轉(zhuǎn)向后滑坡體順坡下滑，其中小部分滑體凌空飛行，坡間臺(tái)地中央部位裸露的長(zhǎng)達(dá)10m的兩條原始田埂及面積約85m2的原始平坦坡地充分證明了凌空飛行的存在(圖8，圖2中B2區(qū))。前述凌空飛行的部分滑體撞擊地面后停積，形成高達(dá)5～6m、面積約750m2的土堆(圖2中B3區(qū))。

圖8　滑后坡間臺(tái)地上保存的原始耕地(鏡向W)Fig.8　The original farmland in the platform preserved after the landslide

第2次轉(zhuǎn)向帶位于B3區(qū)后，運(yùn)動(dòng)方向由NE81°轉(zhuǎn)變至NE53°，也受到地形控制，右側(cè)歷經(jīng)約200m長(zhǎng)緩坡過渡帶；而左側(cè)沒有過渡帶，直接下泄；碎屑流在運(yùn)移至臺(tái)地前緣時(shí)保持高速，部分碎屑也存在凌空飛行(臺(tái)地下方小廟僅輕微損壞，其下方梯田上農(nóng)作物僅局部被埋，見圖2中B4區(qū))。凌空高速飛行的滑體及順坡溝滑動(dòng)的碎屑流快速覆蓋和沖埋了小廟下方的居民區(qū)，造成46人死亡。同時(shí)，B區(qū)中央部分碎屑運(yùn)移速度快，碎屑堆積厚度??；兩側(cè)運(yùn)移速度相對(duì)慢，形成碎屑雍高帶。

上述滑后運(yùn)動(dòng)和堆積特征說明滑坡碎屑流在地形配合下高速滑移，部分滑體或碎屑因高速而凌空飛行。同時(shí)，據(jù)村民王啟貴(45歲，趙家溝人，滑坡堆積體距離他家僅5～6m)回憶，從聽到巨響到碎屑掩埋房屋，不超過2min，估算的滑移速度可達(dá)6.8m·s-1。

表1　滑坡土體的物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

Table 1　The test result of the physical and mechanical parameters of the landslide soils

取樣位置天然含水率W/%天然密度/g·cm-3液限WL/%塑限WP/%塑性指數(shù)/IP液性指數(shù)/IL內(nèi)聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)探槽1旁左邊界原狀土41.291.8245.233.212.00.6721.4312.1探槽2旁左邊界原狀土34.711.9049.136.113.00.6013.8221.8TC2滑帶上40.761.8340.429.111.31.0310.131.7TC2滑帶41.831.8542.129.912.10.9911.143.1TC2滑帶下49.111.6750.239.410.80.9022.538.8GP液化塊45.871.7345.731.913.80.828.381.8

2　滑源區(qū)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征及物理力學(xué)性質(zhì)

2.1滑源區(qū)物質(zhì)成因

滑坡后壁及左側(cè)壁保存完整，是觀測(cè)滑坡體所在斜坡物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的理想天然剖面。滑源區(qū)上方為下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組紫紅色、灰綠色粉砂巖所形成的平緩層狀巖質(zhì)陡立斜坡，基巖產(chǎn)狀：210°∠8°，局部為近直立陡崖，相對(duì)高差近140m，平均坡度達(dá)51°。粉砂巖體中極發(fā)育兩組產(chǎn)狀近直立的卸荷裂隙(走向分別為265°～275°和135°～145°)，崩塌落石發(fā)育，可見新近崩塌體。同時(shí)，粉砂巖塊石短期內(nèi)極易快速風(fēng)化裂解成小碎塊，長(zhǎng)期全風(fēng)化為黏性土。

因基巖陡坡非崩塌期間的流水、重力等坡積作用，崩積體內(nèi)存在多層、呈透鏡狀的坡積層夾層。從滑坡剪出口至趙家溝沿程的滑坡堆積體上或土包內(nèi)部，多處散落著這類土黃色含礫黏土團(tuán)塊或夾層，外觀上似“花生仁元宵”(圖9)。其含水率(45.87%)大于其液限(45.7%)，塑性指數(shù)為13.8(表1)，屬近液化狀態(tài)的含礫高黏性土。

因此，滑源區(qū)為崩積物、坡積物等組成的崩坡積體，其垂向上頂厚腳薄，主斷壁處崩坡積物最厚，約35m。

圖9　滑坡堆積體上遺存的含礫黏土液化團(tuán)塊(類似花生仁元宵)(位置：平臺(tái)左側(cè); 樣號(hào)：GP液化塊)Fig.9　The liquefied clay columns in the flow of the landslide(Position：left side of the platform. Sample name：GP liquefied column)

2.2滑源區(qū)坡體結(jié)構(gòu)特征

滑坡后緣附近(圖5，圖10a，10b)，坡體以崩積物為主，巖性為碎塊石土，結(jié)構(gòu)松散，孔隙大，透水性強(qiáng)。碎石、塊石巖性以飛仙關(guān)組紫紅色、灰綠色中風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、細(xì)砂巖為主，多呈板片形，棱角-次棱角狀。塊碎石常見粒徑為2～20cm，最大可達(dá)200cm。越靠近主斷壁，塊碎石含量越高，粒徑越大。

圖10　滑坡左側(cè)邊界坡體內(nèi)礫石與黏粒含量漸進(jìn)變化Fig.10　The change of blocks and clay in the landslide left boundary from top to bottoma.距離后緣約10m；b.約30m，取TC2左原狀樣；c.約70m；d.約100m，取TC1左原狀樣

圖11　滑坡土體顆分曲線圖Fig.11　Program of the sorting of landslide soils

滑坡前緣附近(圖10c，10d)，坡體主要為崩積物與坡積物的混合堆積物組成，屬含碎石粉質(zhì)黏土。坡積層黏土含量較高，所含碎石粒徑相對(duì)較小，與滑帶土顆分曲線接近(圖11)。碎石成分以飛仙關(guān)組強(qiáng)風(fēng)化的粉砂巖、細(xì)砂巖為主，棱角-次棱角狀，常見粒徑為0.5～5cm，碎石含量通常<40%。

因此，主滑體后壁及左側(cè)壁剖面宏觀結(jié)構(gòu)(圖10)和對(duì)應(yīng)樣品的顆分曲線(圖11)均表明，坡體物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)上具有自上而下黏粒含量、密實(shí)度增加而礫石含量、孔隙度、透水性減小的趨勢(shì)。

2.3滑坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)

通過滑源區(qū)坡體、滑后滑程堆積土及TC2探槽樣品采集及測(cè)試，獲得了滑坡相關(guān)巖土體的物理力學(xué)參數(shù)(表1)。數(shù)據(jù)說明，所有樣品的塑性指數(shù)均10

3　滑坡前斜坡變形特征

趙家溝滑坡發(fā)生前滑源區(qū)是否已經(jīng)存在拉裂縫是事關(guān)斜坡變形失穩(wěn)過程及滑坡前兆預(yù)警的重要問題之一。(1)有放牧人稱，在2009年前后曾于滑坡后緣附近發(fā)現(xiàn)幾十米長(zhǎng)的裂縫；(2)根據(jù)Google Earth 2009年3月14日衛(wèi)星影像(圖12)，在目前主滑體后緣位置解譯出一條長(zhǎng)約52m、走向約100°的線狀裂縫，其標(biāo)志是斜坡上連續(xù)的梯田被該裂縫錯(cuò)斷；(3)位于上述裂縫與下部放牧山道之間的坡體內(nèi)，已經(jīng)出現(xiàn)鼓脹變形，發(fā)生過小型滑塌；(4)在距離滑坡右側(cè)壁約160m南東的小沖溝西側(cè)，發(fā)育一條老裂縫(圖1中Ⅱ區(qū)f1-1)，其長(zhǎng)度約35m，寬度4.8m，垂直錯(cuò)距1.45m，走向92°，下錯(cuò)巖土體具反翹特征(圖7b)，該裂縫在滑后與f1連通，形成長(zhǎng)達(dá)210m的巨大后緣拉裂縫。

圖12　斜后緣拉裂縫及坡面滑塌解譯(圖像來自Google Earth，日期：2009年3月14日)Fig.12　The old fissure and slope failure interpreted from Google Earth image of March 14，2009

綜合上述訪問、解譯及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，說明在滑坡發(fā)生前，該崩坡積體斜坡已經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的蠕動(dòng)變形過程，在后緣形成拉張裂縫，在前緣形成局部鼓脹滑塌。因此，趙家溝滑坡的變形破壞為典型的蠕滑-拉裂模式。

4　滑坡形成機(jī)理分析

4.1沿崩坡積體內(nèi)坡積層的蠕滑-拉裂變形

根據(jù)第3節(jié)對(duì)“滑源區(qū)”坡體物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)的分析和測(cè)試，趙家溝滑坡“滑源區(qū)”位于崩坡積體上，崩坡積體內(nèi)的坡積層夾層為含碎石粉質(zhì)黏土，屬軟弱層。這種坡積粉質(zhì)黏土夾層是崩坡積斜坡常見的潛在滑動(dòng)控制面(賀可強(qiáng)，1998；丁秀美，2005；殷志強(qiáng)等，2012)。試驗(yàn)結(jié)果表明，滑動(dòng)帶處于流塑狀態(tài)且抗剪強(qiáng)度低，內(nèi)聚力為11.4kPa，內(nèi)摩擦角只有3.1°。但是，原狀滑帶土是含碎石的具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度原狀土，其原始抗剪強(qiáng)度要比測(cè)試結(jié)果大一些。在以自重應(yīng)力為主的坡體應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，滑源區(qū)崩坡積斜坡將沿著該軟弱面向臨空方向發(fā)生緩慢而持續(xù)的蠕滑。

在斜坡持續(xù)蠕滑作用下，造成坡體后緣拉應(yīng)力集中、前緣坡腳剪應(yīng)力集中(張倬元等，2009)。由于坡體后緣的塊碎石土與風(fēng)化基巖之間為高角度不整合界面，在拉應(yīng)力作用下逐步形成拉張裂隙。雖然坡體后緣的塊碎石土具有高空隙度、結(jié)構(gòu)松散、透水性強(qiáng)的特點(diǎn)，但是其表層多為以細(xì)粒為主的坡積黏性土，地表降水直接入滲率不高。因此，在拉張裂縫形成后，類似于在坡體后緣建了一條“截流溝”，改變了地表降水的入滲路徑和入滲能力，更容易直接快速地入滲至坡體內(nèi)部，從而加速蠕滑并加劇后緣裂縫的拉開和向深部延伸。

因此，趙家溝滑坡是沿著約20°緩傾角坡積層軟弱面蠕滑、滑坡后緣沿著陡傾角基覆界面拉裂為特點(diǎn)的、蠕滑-拉裂變形破壞模式的崩坡積體滑坡(張倬元等，2009)。

4.2基于差異滲透的流態(tài)化啟動(dòng)

如前所述，滑源區(qū)坡體的崩坡積體成因及結(jié)構(gòu)類型決定了由后緣至前緣，黏粒含量、密實(shí)度增加而孔隙度、透水性減小的趨勢(shì)。著名的新灘滑坡中在坡體結(jié)構(gòu)上也具有類似特征(薛果夫等，1986；陽吉寶，1994)。同時(shí)，在滑源區(qū)坡體中下部發(fā)育了多層、呈透鏡狀的高黏性坡積土層。當(dāng)大氣降水(降雨及冰雪融水)因后緣坡體的高透水性及后緣拉裂縫的存在而快速進(jìn)入坡體，并在自重作用下自上而下滲流時(shí)，由于自后緣向前緣巖土體的滲透性逐漸降低，以及坡積層透鏡體的穿插發(fā)育，勢(shì)必在坡體前緣產(chǎn)生滲透壓力，土體趨于飽和，地下水富集于坡體前緣。試驗(yàn)表明，坡體前緣土體的天然含水量(41.29%)接近其液限(45.2%)，坡積層透鏡體呈“元宵”狀，天然含水量(45.87%)稍大于其液限(45.7%)。

隨著降水入滲、坡體含水量增加及坡體蠕變，潛在滑動(dòng)面上孔隙水壓力上升，當(dāng)剪應(yīng)力接近和超過土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體出現(xiàn)剪縮破壞。由于孔隙比減小而形成超孔隙水壓力，總體平均有效應(yīng)力也減小，出現(xiàn)液化，從局部破壞迅速擴(kuò)展并形成統(tǒng)一的滑動(dòng)面(Sassa，1998；戴福初等，2000；Rahardjo et al.，2005)。滑后滑帶土的天然含水量(42.68%)也大于其液限(42.1%)。因此，當(dāng)滑坡啟動(dòng)時(shí)，坡體前緣及滑動(dòng)帶土體基本處于流塑狀態(tài)，即滑坡體以近流態(tài)化啟動(dòng)。

4.3滑體勢(shì)動(dòng)能轉(zhuǎn)化的近程加速與碎屑流觸變液化高速遠(yuǎn)程運(yùn)移

趙家溝“滑源區(qū)”坡體臨滑前，在其后緣出現(xiàn)了蠕變拉裂、前緣出現(xiàn)了剪脹滑塌，“鎖固段”則位于滑動(dòng)帶中段。啟動(dòng)時(shí)滑面土體的“峰強(qiáng)殘降效應(yīng)”使得滑床上部巖土體以“彈性沖動(dòng)”的加速方式運(yùn)動(dòng)，形成啟程高速。

研究表明，滑坡體行程速度與滑坡體的勢(shì)能成正比(胡廣韜，1995)。由于趙家溝滑坡體位于整個(gè)斜坡的上部，具備一定的動(dòng)能，特別是滑體沖出剪出口后是順著下山坡運(yùn)移的，能夠獲得加速，直接導(dǎo)致部分滑坡體“凌空飛行”；而第二次勢(shì)動(dòng)能轉(zhuǎn)化后也獲得加速，部分滑體“凌空飛行”避免了小廟和部分梯田被埋。

趙家溝滑坡發(fā)生前，當(dāng)?shù)氐年幱?雪)天氣已經(jīng)持續(xù)了一個(gè)多月，蒸發(fā)量很小，致使從滑源區(qū)至趙家溝沿線的坡地表層的含碎石黏性土含水量大增，基本上都超過了其塑限很多。滑坡體的劇烈沖擊和滑行擾動(dòng)，使得滑坡經(jīng)過地面的土體處于觸變液化狀態(tài)，加之坡地表層為潤(rùn)濕草皮，均減少了碎屑流體運(yùn)移的摩阻力，使碎屑流高速遠(yuǎn)程運(yùn)移成為可能。

5　區(qū)域滑坡災(zāi)害預(yù)警

趙家溝滑坡發(fā)育在巨厚崩坡積成因的斜坡中，事故發(fā)生前已經(jīng)有比較明顯的變形破壞跡象(后緣拉裂縫和局部坡面潰滑)，如能觀察到這些滑坡先兆并實(shí)施監(jiān)測(cè)，提前預(yù)警是可能的。調(diào)查過程中，在趙家溝滑坡兩側(cè)(特別是右側(cè)，圖1中I區(qū)和Ⅱ區(qū))天然崩坡積坡體中發(fā)現(xiàn)多條正在擴(kuò)展中的長(zhǎng)大裂縫，可能再次發(fā)生類似高位滑坡。建議立即對(duì)這些裂縫實(shí)施監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定性分析，及時(shí)作出滑坡災(zāi)害預(yù)報(bào)和預(yù)警，避免類似災(zāi)害原地復(fù)發(fā)。

鎮(zhèn)雄趙家溝滑坡所處的云貴高原烏蒙山區(qū)，歷史上曾經(jīng)發(fā)育大量的以崩坡積為主的堆積體滑坡災(zāi)害，它們具有相似的“上硬下軟”的地層結(jié)構(gòu)和堆積體物源及組構(gòu)，相似的“上陡下緩”的“靴”狀地形地貌，相似的高原季風(fēng)性氣候和“冬半年久雨寡照，夏半年雨量充沛”的滑坡誘發(fā)因素。此外，烏蒙山區(qū)還發(fā)育大量類似的堆積體斜坡，如云南鎮(zhèn)雄高坡寨至大坪子村沿線長(zhǎng)達(dá)7km的山麓地帶，塘房鎮(zhèn)X253縣道沿線，潑機(jī)鎮(zhèn)山麓等，貴州納雍鬃嶺，關(guān)嶺大寨等地，存在類似滑坡的異地新生。建議以鎮(zhèn)雄趙家溝滑坡為基礎(chǔ)，開展系統(tǒng)的區(qū)域性滑坡災(zāi)害孕育規(guī)律的工程地質(zhì)類比預(yù)測(cè)研究，判別斜坡變形破壞階段及前兆現(xiàn)象，分級(jí)分類進(jìn)行滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理。

6　結(jié)　論

通過對(duì)2013年鎮(zhèn)雄趙家溝特大山體滑坡災(zāi)害的數(shù)次滑坡現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘查所獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本文對(duì)滑坡特征及變形失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了較系統(tǒng)地分析與研究。

(1)滑坡發(fā)育在崩坡積體中，滑坡后緣沿著強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖與崩坡積體的陡傾接觸界面發(fā)育，飛仙關(guān)組風(fēng)化層與崩坡積體之間的緩傾角接觸界面構(gòu)成滑動(dòng)帶；同時(shí)，滑源區(qū)坡體結(jié)構(gòu)特征明顯，具有自后緣向前緣黏粒含量、密實(shí)度增加而孔隙度、透水性減小的趨勢(shì)。這種坡體結(jié)構(gòu)特征造成降水入滲中的差異滲透性。

(2)滑坡發(fā)生前，在坡體后緣已發(fā)育長(zhǎng)約50～60m的橫向張拉裂縫，在坡體前緣已發(fā)生小型鼓脹破壞，屬典型蠕滑-拉裂變形破壞模式；滑源區(qū)相鄰斜坡存在大型貫通性次生裂縫，原地可能在近期內(nèi)再次復(fù)發(fā)類似規(guī)模的高速遠(yuǎn)程滑坡。后緣拉裂縫的發(fā)育改變降雨入滲的路徑和速度，加速滑坡的發(fā)生。

(3)滑帶土天然含水率(41.83%)接近其液限(42.1%)，塑性指數(shù)IP>10，為低液限含礫黏性土，接近液化流塑狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度低；啟程高速是斜坡應(yīng)變能長(zhǎng)期積累、瞬間釋放的結(jié)果，滑程高速與滑坡體兩次高位沖擊液化有關(guān)，部分滑體存在臨空飛行現(xiàn)象。

建議對(duì)趙家溝滑坡鄰近坡體開展變形監(jiān)測(cè)，對(duì)烏蒙山區(qū)類似斜坡災(zāi)害開展預(yù)警研究，防范類似災(zāi)害原地和異地復(fù)發(fā)。

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CHARACTERISTICS OF ZHAOJIAGOU COLLUVIUMS LANDSLIDE AND ITS FAILURE MECHANISM ON SLOPE STRUCTURE，ZHENXIONG COUNTY

ZENG Qingli①②WANG Weifeng①②CHEN Hongyu③XUE Xinyu①②YUAN Guangxiang④

(①Key Laboratory of Computing Earth Dynamics of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049)

(②College of Earth Sciences，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049)

(③Guizhou Wujiang Hydroelectric Development Company，Guiyang550002)

(④School of Resources and Environment，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou450045)

On January 11, 2013，a super catastrophic landslide took place in Zhaojiagou village of Zhenxiong County，Yunnan Province，and made 46 people died and serious economic losses.Based on multiple in-situ investigations and geologic survey，the landslide features and its failure mechanism are studied in the paper.The landslide took place in a natural accumulation slope mainly composed of colluviums and diluvium，and the slope structure has the characteristics of increasing in clay content and denseness but decreasing in porosity and permeability from slope crown to its foot.The main scarp developed along the steep interface of the accumulations and the strongly weathered sandstone bedrock，while the sliding belt developed along the soft layer of diluvium.Before the landslide there already existed a remarkable tension crack in current main scarp and a compression failure in the slope front，which typically is the failure mechanism of Creep-Crack.The main landslide body moved first and the 3 small landslides followed in its left and right flanks as well as the back slopes，and the landslide debris moved in belts.The natural water content of the sliding belt is very close to its liquid limit，and its plastic index is more than 10，which means that the soil is in the liquefied-plastic state and with low shear strength.The high speed at the moment of departure is the result of the long-term accumulation of strain energy but instantly releasing，the high speed during movement is related with the liquefaction of the landslide debris and the bed soil，and there exists proofs of debris flying.It is suggested to strengthen the deformation monitoring of adjacent slopes and the geohazard forecasting of similar accumulation slopes in Wumengshan region．

Colluviums and diluvium slope，Creep-crack mode，High-speed and long run-out landslide，Sliding belt，F(xiàn)ailure mechanism，Zhenxiong county of Yunnan province

10.13544/j.cnki.jeg.2016.04.004

2015-05-05;

2015-10-15.

國(guó)家自然科學(xué)基金主任基金項(xiàng)目(編號(hào)：41440022)和面上項(xiàng)目(編號(hào)：40972199)資助.

曾慶利(1973-)，男，博士，副教授，主要從事工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害演化與防治方面的教學(xué)、研究工作.Email: zengql@ucas.ac.cn

P642.22

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