熊揚(yáng)福, 吳娟娟, 王亞男

(1.湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊(duì)，湖北 孝感 432000; 2.湖北省地質(zhì)局 第一地質(zhì)大隊(duì)，湖北 大冶 435100)

長江三峽庫區(qū)自然地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，目前據(jù)統(tǒng)計(jì)有3 864處滑坡[1]。2003年7月13日湖北省秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)由于庫水位的升降及降雨誘發(fā)千將坪滑坡[2]，引發(fā)了眾多學(xué)者對庫區(qū)滑坡的關(guān)注[3-8]。孫家莊滑坡位于三峽庫區(qū)白沙河左岸，為典型的中層土質(zhì)巖床滑坡?；诖罅康牡刭|(zhì)資料，從滑坡基本特征入手，分析其形成條件，探討該滑坡變形的主要影響因素及變形機(jī)制，并基于傳遞系數(shù)法對滑坡處于不同工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，綜合評價孫家莊滑坡的發(fā)展趨勢。

1 滑坡概況

孫家莊滑坡位于三峽庫區(qū)香溪河上游支流白沙河左岸，距三峽大壩70 km，距香溪河41 km?；聟^(qū)位于秭歸向斜北邊緣，滑坡所在區(qū)出露的地層由新至老依次為第四系崩坡積物、三疊系中統(tǒng)巴東組中厚層泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層、夾薄層頁巖以及下統(tǒng)嘉陵江組白云巖，巖層產(chǎn)狀為220°∠30°，呈單斜構(gòu)造。地形上，滑坡所在斜坡走向近東西，傾向南，坡度15°～80°，坡腳至白沙河，高程170 m，斜坡類型為順向坡。

2 滑坡特征

2.1 滑坡空間形態(tài)及邊界特征

滑坡體位于白沙河左岸，滑坡體呈錐形堆積于凹溝中，分布高程170～320 m，前沿至白沙河，其他三面陡壁近直立圍繞滑坡體，平面呈箕形，剖面呈階梯形，滑坡上、下部平臺坡度較緩(坡度為22°左右)，中部和前緣坡度較陡為30°～40°，兩側(cè)向凹部傾斜，坡度10°～15°，坡體向白沙河延伸，河流將岸邊沖刷切割為高10 m、局部坡角為40°～50°的臨空面。前緣寬400 m、長370 m，厚度約10～37 m，均厚20 m，面積8.8×104m2，體積約180×104m3。滑坡主滑方向198°。孫家莊滑坡屬大型中層土質(zhì)巖床滑坡，其全貌如圖1所示。

圖1 孫家莊滑坡全貌(拍攝鏡頭方向67°)Fig.1 Panorama of Sunjiazhuang landslide

2.2 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

2.2.1滑體

孫家莊滑坡為一堆積層土質(zhì)滑坡?；麦w物質(zhì)為殘坡積和崩坡積物組成的碎石土，表層可見1 m左右的白云質(zhì)灰?guī)r塊石，其后緣大而多，前緣相對少而小，其他則為砂、頁巖組成的碎塊石，塊石大小在3～10 cm，土石比約為6∶4。土體結(jié)構(gòu)松散，據(jù)物探資料分析表明，滑坡東部前緣滑坡體厚度較薄，滑床基巖埋深較淺?；麦w厚度約10～37 m，平均厚約20 m。

2.2.2滑帶

滑帶為堆積層與基巖的接觸帶，以碎石土為主，碎石母巖成分為泥質(zhì)粉砂巖，粒徑2～4 cm，受擠壓碾磨，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，局部夾雜有粉質(zhì)粘土，呈可塑狀。

2.2.3滑床

滑床上部為三疊系中統(tǒng)巴東組黃綠色泥質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀為220°∠30°?；鹿こ痰刭|(zhì)平面圖見圖2，剖面圖見圖3。

圖2 孫家莊滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig.2 Planar graph of engineering geology of Sunjiazhuang landslide1.滑坡邊界;2.滑坡堆積物;3.三疊系中統(tǒng)巴東組;4.地層產(chǎn)狀;5.剖面線及編號。

圖3 孫家莊滑坡I-I′工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 I-I′ engineering geological profile of Sunjiazhuang landslide1.滑坡堆積;2.三疊系中統(tǒng)巴東組;3.三疊系下統(tǒng)嘉陵江組;4.碎塊石上;5.白云巖;6.泥質(zhì)粉砂巖;7.推測滑動面。

2.3 滑坡變形破壞特征

2008年7月27日出現(xiàn)強(qiáng)降雨，在滑坡體西側(cè)外山體陡崖上及后部山體陡崖上，由于強(qiáng)降雨的影響而出現(xiàn)了較大規(guī)模的坍塌，方量50～100 m3。

同時滑坡中下部和西側(cè)出現(xiàn)了較大的變形，在滑坡中部出現(xiàn)了幾條規(guī)模較大的貫穿性裂縫。其中在滑坡中前部村民孫成先家房屋前的地坪上(圖4)，原有裂縫擴(kuò)張。據(jù)調(diào)查裂縫寬約2～5 mm，且斷續(xù)分布；長約5～8 m，呈近東西向分布，裂縫寬約1～3 cm，下錯1～4 cm。

圖4 滑坡中前部村民房前地坪裂縫Fig.4 Cracks in the front floor of villagers’ houses in the middle of landslide

在孫成先家房后平距約20 m，高差約10 m處的李兵芳家門前，也出現(xiàn)1條近東西向，長約30～40 m的貫穿性裂縫，寬約1～2 cm，下錯1～3 cm，可見深度5～15 cm(圖5)。在其房屋東側(cè)墻體出現(xiàn)3條規(guī)模較大的裂縫(圖6)，寬一般1～3 mm，并且與頂部、地面裂縫貫通，地面處裂縫下錯1～2 cm。

圖5 李兵芳家門前裂縫Fig.5 A crack in front of Li Bingfang’s house

圖6 房屋東側(cè)墻體裂縫Fig.6 Cracks in the eastern wall of buildings

3 滑坡形成機(jī)制分析

3.1 滑坡形成條件

對于孫家莊滑坡，其地形地貌、地層巖性及巖土體結(jié)構(gòu)為滑坡的產(chǎn)生提供了條件。

(1) 地形地貌。由圖3可知，滑坡剖面呈階梯形，滑坡上、下部平臺坡度較緩(22°左右)，中部和前緣坡度較陡為30°～40°，兩側(cè)向凹部傾斜，坡度10°～15°，坡體向白沙河延伸，河流將岸邊沖刷切割為高10 m、局部坡角為40°～50°的臨空面，使滑坡體有了變形的空間，特定的地形地貌為滑坡提供了空間條件。

(2) 地層巖性?；麦w物質(zhì)為結(jié)構(gòu)松散的崩坡積物組成的碎塊石土，在外力作用下易于變形?；瑤镔|(zhì)主要為堆積層與下伏基巖接觸帶的碎石土，滑床為三疊系中統(tǒng)巴東組紫紅色，上部為黃綠色泥質(zhì)粉砂巖，后部山體出露三疊系下統(tǒng)嘉陵江組白云質(zhì)灰?guī)r，順坡向產(chǎn)出，灰?guī)r體崩塌加載有利于滑坡體順向滑動。

(3) 巖土體結(jié)構(gòu)。巖土體發(fā)育的各類結(jié)構(gòu)面控制滑面的空間位置及滑坡范圍，同時決定滑坡地下水分布和運(yùn)動規(guī)律?；采喜繛槿B系中統(tǒng)巴東組黃綠色泥質(zhì)粉砂巖，層理面發(fā)育，也是地下水的富集位置，對結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度會有劣化作用，且斜坡為順向坡。因此，結(jié)構(gòu)面的存在為孫家莊滑坡滑帶的形成提供了條件。

3.2 影響因素及變形機(jī)制分析

(1) 庫水的軟化和浮托作用啟動滑坡的變形。首先，自2008年三峽水庫開始172 m試驗(yàn)性蓄水，庫水位由145 m升至175 m，而白水河作為支流，其水位的變化與三峽庫區(qū)水位同步。而孫家莊滑坡為古崩滑堆積體，下覆基巖為泥質(zhì)粉砂巖，透水性較差，在庫水驟升30 m的情況下，必然對滑體產(chǎn)生較大的浮托作用。且滑帶以碎石土為主，碎石母巖成分為泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)含量較高，在庫水的浸泡和軟化作用下，其抗剪強(qiáng)度必然降低。在軟化和浮托的協(xié)同作用下，滑坡阻滑段阻滑力減小，致使滑坡出現(xiàn)變形，使得滑坡中下部出現(xiàn)東西向裂縫，前緣出現(xiàn)隆起，后部出現(xiàn)拉裂縫，繼而牽引上部牽引區(qū)出現(xiàn)拉裂位移。其次，滑坡前緣為白沙河，對斜坡坡腳進(jìn)行沖刷掏蝕，使斜坡前緣局部被掏空，致使出現(xiàn)塌岸現(xiàn)象；其東部前緣的阻滑體在水流的作用下，其巖體強(qiáng)度會降低，進(jìn)而使得前緣阻滑段抗滑力減小，加劇滑坡的變形。

(2) 降雨是滑坡變形的主要影響因素。根據(jù)多年的野外巡查資料，在連續(xù)長時間降雨尤其是暴雨后?；麦w淺表松散，降雨極易入滲，而深部滑體物質(zhì)為弱透水性，降雨使地下水位抬高，使滑坡地下水力坡度增大。一方面是地下水靜水壓力效應(yīng)，增加了滑坡體的重量；另一方面就是地下水的動水壓力效應(yīng)，增加了沿滲流方向的滑動力。同時，大量降水沿滑體表面入滲，對滑體物質(zhì)和滑帶土產(chǎn)生了軟化效應(yīng)，直接降低了滑帶土的抗剪強(qiáng)度，失去部分力學(xué)性能；滑體動、靜水壓力增加以及地下水飽和軟化滑帶土使滑體易于變形失穩(wěn)。

2006年，滑坡體上布置了XS112-XS118等7個GPS監(jiān)測點(diǎn)，據(jù)2006—2009年的監(jiān)測數(shù)據(jù)(圖7)和降雨量(圖8)分析可知，孫家莊滑坡在2007年6—8月和2008年8—9月分別發(fā)生了較為明顯的變形，水平位移分別在22.5～40.5 mm和68.0～119.1 mm，位移方向指向白沙河。在圖8中，可發(fā)現(xiàn)在2007年6月、7月和2008年8月份出現(xiàn)高強(qiáng)度降雨，且降雨強(qiáng)度在200 mm/月以上，與滑坡的兩次變形對應(yīng)；而在圖9中，明顯可見此時庫水位處于145 m水位，庫水的影響較小。因此，降雨對滑坡穩(wěn)定性影響較大，而庫水位變化對滑坡有一定影響，該滑坡可歸為水庫—降雨型滑坡。

圖7 孫家莊滑坡累積位移變化曲線圖Fig.7 Cumulative displacement curve of Sunjiazhuang landslide

圖8 孫家莊滑坡區(qū)降雨量圖Fig.8 Rainfall map of Sunjiazhuang landslide area

圖9 三峽水庫壩前水位實(shí)際曲線圖Fig.9 Actual curve of water level in front of Three Gorges Reservoir Dam

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

選用圖3剖面，采用傳遞系數(shù)法對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。由于該滑坡屬于涉水滑坡，參照文獻(xiàn)的規(guī)定，滑坡的計(jì)算工況及采用的安全系數(shù)如表1所示。

表1 計(jì)算工況及安全系數(shù)Table 1 Calculating working condition and safety factor

通過對滑坡巖土體的室內(nèi)試驗(yàn)、與臨近滑坡的類比及反算法綜合分析確定滑坡巖土體的物理力學(xué)參數(shù)如表2所示，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表2 巖土體物理力學(xué)參數(shù)Table 2 Physical and mechanical parameters of geotechnical body

表3 孫家莊滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表Table 3 Table of calculation results for stability of Sunjiazhuang landslide

4.2 滑坡穩(wěn)定性評價及預(yù)測

通過對比表3的計(jì)算結(jié)果，參照《滑坡防治工程勘察規(guī)范》(GB/T 32864—2016)可知，在工況1下，計(jì)算出的滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.182，>1.15，說明該滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；在工況2中，滑坡穩(wěn)定系數(shù)處于1.05～1.15之間，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在工況3、工況4和工況6下，計(jì)算出的穩(wěn)定系數(shù)均<1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在工況5下，穩(wěn)定系數(shù)處于1.00～1.05，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

另外，對比工況1和工況3或工況2和工況4，增加20年一遇降雨后，滑坡穩(wěn)定性從穩(wěn)定或基本穩(wěn)定降為不穩(wěn)定級別，可知降雨對滑坡影響較大，這也印證了上文對降雨的分析；對比工況1和工況5，可知在水位由145 m升至175 m過程中，滑坡由穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榍贩€(wěn)定狀態(tài)，說明了庫水位上升會降低滑坡的穩(wěn)定性，這也符合浮托減重型滑坡的特點(diǎn)；對比工況3和工況5，也可說明對于孫家莊滑坡的失穩(wěn)，降雨的影響大于庫水位的影響。

隨著三峽水庫的運(yùn)行，庫區(qū)水位停留在175 m的時間加長，水位淹沒滑坡體前緣坡腳只有1～3 m，這與白沙河和汛期水位相差無幾，只是在175 m水位保持時間較長，約3—5個月，在其長期浸泡作用下，土的粘聚力和內(nèi)摩擦角相應(yīng)的減小，土體的抗剪強(qiáng)度也相應(yīng)的減小，滑坡的前緣松散土層進(jìn)一步被擾動，前緣的陡坎進(jìn)一步被侵蝕和側(cè)蝕，形成角度更陡的岸坡。在強(qiáng)降雨的作用下，滑坡體地下水較為迅速地集中在滑坡體中下部，地下水位迅速抬高，與坡體外側(cè)形成較高的水頭差，使坡腳附近最大主應(yīng)力集中，一旦坡腳(滑坡體前緣)最大主應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度，即沒有相應(yīng)的傳遞下滑力的支撐，滑坡前緣和中部將衍生出數(shù)條拉張裂隙。之后這些裂隙作為地表和滑帶土之間的管道，并不斷遭受沖蝕，導(dǎo)致裂隙擴(kuò)張。發(fā)育到后期，滑坡前緣可能形成臨空面，滑坡的后緣在自重的作用下，形成拉裂隙。在強(qiáng)降雨及河流汛雨期的洪水沖刷作用下，滑帶還受到水動力和軟化作用，同時上覆第四系堆積物的荷載增加，造成滑動面的擾動，當(dāng)滑動面被剪斷貫通時，就導(dǎo)致滑坡發(fā)生。因此，該滑坡發(fā)展趨勢為不穩(wěn)定。

5 結(jié)論

基于大量的地質(zhì)調(diào)查資料，分析孫家莊滑坡的基本特征，對滑坡的主要影響因素和變形機(jī)制進(jìn)行探討，運(yùn)用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡處于不同工況下的穩(wěn)定性，對該滑坡的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。主要結(jié)論如下：

(1) 通過對滑坡宏觀變形情況分析，孫家莊滑坡所處斜坡的地形地貌、地層巖性及巖土體結(jié)構(gòu)為滑坡的產(chǎn)生提供了條件，且該滑坡的主要影響因素為庫水位和大氣降雨，但降雨的影響遠(yuǎn)大于庫水位的影響。

(2) 運(yùn)用傳遞系數(shù)法計(jì)算，滑坡在施加20年一遇暴雨荷載后，均出現(xiàn)失穩(wěn)，對比分析庫水與降雨對滑坡穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)降雨影響大于庫水的影響，并綜合評價了該滑坡未來變形趨勢為不穩(wěn)定。