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關(guān)鍵影響因子作用下三峽庫區(qū)堆積層滑坡分布規(guī)律及變形破壞響應(yīng)特征*

2021-07-19 08:42楊忠平李緒勇張益銘劉新榮
工程地質(zhì)學(xué)報 2021年3期
關(guān)鍵詞:庫水滑體坡體

楊忠平 李緒勇 趙 茜 張益銘 劉新榮

(①重慶大學(xué)土木工程學(xué)院, 重慶 400045, 中國)(②重慶大學(xué)庫區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治國家地方聯(lián)合工程研究中心, 重慶 400045, 中國)(③重慶大學(xué)山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400045, 中國)

0 引 言

三峽水庫目前是世界最大水利樞紐工程,為國家緩解能源需求、防洪、航運(yùn)和灌溉等方面作出巨大貢獻(xiàn)。但同時,本就脆弱的庫區(qū)地質(zhì)環(huán)境在水庫建設(shè)、運(yùn)行的劇烈影響下發(fā)生了顯著變化,誘發(fā)了大量新、老滑坡的產(chǎn)生與復(fù)活(Zhou et al.,2016),嚴(yán)重威脅庫區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全、河道航運(yùn)和水庫正常運(yùn)行。

堆積層滑坡是發(fā)生在第四紀(jì)及近代松散堆積物中的一類滑坡,通常具有成分疏松、孔隙度和滲透率高、黏塑性變形明顯等特征(He et al.,2008)。在庫區(qū)各類崩滑災(zāi)害中,因其分布最為廣泛、發(fā)育總規(guī)模最大(夏金梧等, 1997; 黃承忠, 2011),且暴發(fā)頻率高、常形成持續(xù)性危害而備受關(guān)注(賀可強(qiáng)等, 2009)。厘清滑坡的關(guān)鍵影響因子及其影響機(jī)制是有效實(shí)施滑坡災(zāi)害防治工作的基礎(chǔ)。學(xué)者們普遍認(rèn)為滑坡影響因素主要分為內(nèi)部控制因素和外部誘發(fā)因素兩類,前者為滑坡自身所處工程地質(zhì)環(huán)境,包括區(qū)域構(gòu)造(Deng et al.,2017; 馮文凱等, 2019)、地層巖性(Miao et al.,2014)、地形地貌(喬建平等, 2006)、斜坡結(jié)構(gòu)(黃潤秋, 2007)等,為控制滑坡分布與發(fā)育的根本影響因素(Li et al.,2019); 后者包括地震、降雨、人類工程活動和庫水波動等,多種外部因素常同時作用于滑坡體。降雨是世界范圍內(nèi)滑坡破壞的直接誘因(周云濤等, 2016),增加孔隙水壓力,減小有效應(yīng)力,并降低巖土體強(qiáng)度是降雨誘發(fā)滑坡的主要機(jī)理; 在庫岸特殊環(huán)境下,庫水波動影響地下水位,改變坡體滲流場和受力狀態(tài),對庫岸涉水滑坡穩(wěn)定性影響大(Paronuzzi et al.,2013)。對于堆積層滑坡,其物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)特征為雨水和庫水作用提供了非常有利的條件,降雨和庫水波動共同成為庫區(qū)堆積層滑坡變形破壞的最主要誘因(Sun et al.,2017; 梁鑫等, 2019; 肖捷夫等, 2020)。此外,庫區(qū)土地資源稀缺,移民搬遷更加劇了庫岸斜坡上的工程建設(shè)活動,人類工程活動也成為誘發(fā)滑坡的重要因素之一(Yan et al.,2019; 劉震濤等, 2020)?;路€(wěn)定性因受到以上各種因素影響,隨斜坡形態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)和巖土體強(qiáng)度改變而不斷演化。

如上所述,盡管目前已有大量針對庫區(qū)堆積層滑坡的相關(guān)研究,但這些研究普遍局限于單個滑坡或較小空間范圍,對整個三峽庫區(qū)堆積層滑坡影響因素及其內(nèi)在機(jī)理,分布發(fā)育以及變形破壞特征等的宏觀認(rèn)識有待深入。據(jù)此,在前人的研究基礎(chǔ)上,整理分析了145處三峽庫區(qū)庫岸堆積層滑坡資料,從滑坡的地形地貌、地質(zhì)巖性、斜坡構(gòu)造、主要外部誘發(fā)因素以及變形破壞特征等相關(guān)資料入手,揭示庫區(qū)堆積層滑坡在上述關(guān)鍵影響因子下的發(fā)育分布規(guī)律,闡明內(nèi)在機(jī)理,分析滑坡在不同主導(dǎo)誘因組合下的變形破壞特征。以期對三峽庫區(qū)堆積層滑坡防治整體規(guī)劃與側(cè)重提供一定的參考意義。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 工程地質(zhì)概況

三峽水庫庫首位于湖北宜昌三斗坪,庫尾至重慶江津,為一狹長河谷。庫區(qū)河流水系發(fā)育,以長江為干流,發(fā)育了50余條較大一級支流,干、支流岸坡長度分別為670km和5000km。大部分降雨發(fā)生在5月到9月之間,地下水類型主要包括松散堆積層孔隙水、碎屑巖裂隙水和碳酸鹽巖溶裂隙水3類。庫區(qū)前后經(jīng)歷了印支、燕山和喜山運(yùn)動,地質(zhì)構(gòu)造呈現(xiàn)出川東褶皺沉降帶、川黔湘鄂隆起褶皺帶及北部大巴山弧形褶皺帶等一系列褶皺構(gòu)造組合(徐平, 2011)。在地質(zhì)構(gòu)造和水系表生改造等作用下,形成以重慶奉節(jié)為界,西側(cè)川東低山丘陵平行嶺谷地貌和東側(cè)川東鄂西中山峽谷區(qū)侵蝕地貌。庫區(qū)地層出露較齊全,除部分泥盆系、石炭系、白堊系與第三系缺失外,從震旦系至第四系由老到新沿庫首至庫尾分布(李松林等, 2020)。

1.2 數(shù)據(jù)資料

在前人研究基礎(chǔ)上,收集三峽庫區(qū)干、支流兩岸145處堆積層滑坡相關(guān)資料,提取滑坡地層巖性、斜坡結(jié)構(gòu)、斜坡坡度、滑坡高程等作為滑坡控制因素,分析滑坡在上述影響因素下的分布、發(fā)育規(guī)律及其內(nèi)在機(jī)理; 考慮各滑坡變形破壞的主要共同誘發(fā)因素,選取降雨和庫水波動作為關(guān)鍵誘發(fā)因素,分析兩者誘發(fā)滑坡的物理力學(xué)機(jī)制; 依據(jù)滑坡變形破壞特征資料,剖析庫區(qū)堆積層滑坡的變形破壞總體特點(diǎn),闡明變形破壞模式; 揭示滑坡在降雨與庫水作用的不同組合誘發(fā)下的變形破壞響應(yīng)特征,彌補(bǔ)目前關(guān)于庫水作用和降雨對滑坡不同部位變形影響研究較少的缺陷(Tan et al.,2018)。

研究樣本分布于庫區(qū)長江干流和支流的14個區(qū)縣,滑坡總數(shù)量是現(xiàn)有針對庫區(qū)堆積層滑坡的研究中較多的。此外,所研究滑坡樣本的空間分布及發(fā)育規(guī)律與Li et al. (2019)(593處滑坡)和He et al. (2008)(428處滑坡)對大量庫區(qū)包括堆積層滑坡在內(nèi)的所有類型滑坡的研究結(jié)果較契合。研究樣本的合理性較高,研究成果能較準(zhǔn)確地反應(yīng)庫區(qū)堆積層滑坡的整體分布與發(fā)育規(guī)律等特征。

2 堆積層滑坡發(fā)育空間分布特征

三峽庫區(qū)堆積層滑坡總體空間分布與發(fā)育特征如圖1所示。圖1a中顯示了145處堆積層滑坡所處的具體空間位置,右下角(圖1b~圖1f)為相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù),其中圖1b為庫區(qū)自西向東各區(qū)縣內(nèi)的滑坡數(shù)量及包含的斜坡結(jié)構(gòu)類型,圖1c~圖1f分別為所有滑坡的滑坡規(guī)模、滑體厚度、斜坡結(jié)構(gòu)和斜坡坡度分布。

總體上看,滑坡發(fā)育在沿長江東西走向上,呈現(xiàn)出明顯的空間差異性:滑坡大量分布在萬州及其以東區(qū)縣,占比90.3%(131處),滑坡體積占調(diào)查總滑坡體積的97.5%,絕大多數(shù)大型(76處)、特大型滑坡(28處)均分布在此區(qū)域內(nèi); 萬州以西滑坡數(shù)量較少,滑坡數(shù)量僅占9.7%(14處),總體積僅占2.5%(圖1a、圖1b)。庫區(qū)堆積層滑坡的空間分布特征顯示受地質(zhì)構(gòu)造的顯著影響:以萬州為界,東庫段地處上揚(yáng)子地臺褶皺帶與大巴山臺緣弧形坳褶帶的交匯復(fù)合地帶,構(gòu)造作用強(qiáng)烈,形成了NEE、NNE、NNW向褶皺斷裂綜合控制下的區(qū)域構(gòu)造網(wǎng)絡(luò),巖體破碎發(fā)育,為發(fā)育堆積層滑坡提供了充足的滑源物質(zhì); 相比之下,西庫段位于四川臺坳外緣,為近平行狀呈NE向展布的右列式褶皺帶,區(qū)域內(nèi)大型斷裂不甚發(fā)育,基巖完整性較好(徐平, 2011)。

位于長江及其各級支流兩岸的涉水滑坡分別有73處和50處,干流庫岸堆積層滑坡發(fā)育較支流明顯,流經(jīng)興山與秭歸的香溪河兩岸滑坡發(fā)育頻次明顯高于其余各支流。干、支流左右兩岸滑坡數(shù)量均相當(dāng),顯示岸別對堆積層滑坡發(fā)育無明顯控制作用。

141處已知規(guī)?;碌目傮w積達(dá)1.03×109m3。如圖1c所示,按照三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部發(fā)布的《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘察技術(shù)要求》,庫區(qū)堆積層滑坡發(fā)育以體積為100×104~1000×104m3大型滑坡為主,共79處,占比56.0%; 其次為10×104~100×104m3中型滑坡與大于1000×104m3的特大型滑坡,兩者發(fā)育數(shù)量相當(dāng),分別有32處和29處,占比22.7%和20.6%; 體積小于10×104m3的小型滑坡較少,在所收集的已研究滑坡中僅有一處。按滑體厚度分(圖1d),中層滑坡(10~25m)為主要滑坡類型,共81處,占比59.1%; 其次為25~50m的深層滑坡,共34處,占比24.8%; 再次為淺層(≤10m)滑坡,共17處,占比12.4%; 滑坡體厚度大于50m超深層滑坡僅5處,占比3.7%。

3 關(guān)鍵影響因子下的堆積層滑坡分布發(fā)育規(guī)律及影響機(jī)理

選取地層巖性、斜坡結(jié)構(gòu)與地形地貌為控制因素,降雨與庫水作用為關(guān)鍵誘發(fā)因素,分析三峽庫區(qū)堆積層滑坡在上述關(guān)鍵影響因子下的分布發(fā)育特征及內(nèi)在機(jī)理。

3.1 地層巖性

地層巖性是影響三峽庫區(qū)滑坡最主要的地質(zhì)因素。145處堆積層滑坡下伏基巖地層20余種,按照基巖成因、物質(zhì)組成(硬、弱、軟巖百分比)及其工程地質(zhì)性質(zhì),可將基巖地層分為灰?guī)r及白云巖夾砂頁巖(LDS)、砂頁巖夾煤層(SC)、泥灰?guī)r與砂泥巖互層(MSM)等3種主要巖性組合(殷躍平等, 2004a)。

各地層結(jié)構(gòu)及發(fā)育滑坡數(shù)量統(tǒng)計如圖2所示,可見SC巖組主要由侏羅系地層組成,發(fā)育著庫區(qū)大多數(shù)堆積層滑坡,達(dá)104處,占樣本總量的64.2%; 其中侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)地層廣泛分布在奉節(jié)以西區(qū)域,發(fā)育滑坡超過此巖組滑坡總數(shù)的一半(53處),對巖組中滑坡發(fā)育起控制作用。此巖組以中厚至厚層或塊狀砂巖、黏質(zhì)粉砂巖、長石石英砂巖等與頁巖呈互層產(chǎn)出,夾泥巖、碎屑巖,部分夾煤層。砂巖強(qiáng)度較高,但其強(qiáng)度隨泥質(zhì)增加而降低; 泥巖、頁巖強(qiáng)度較低,且黏粒含量高,遇水易泥化形成強(qiáng)度極低的軟弱夾層。此外,巖組中巖體完整性常較差(李松林等, 2020),故在軟弱夾層與結(jié)構(gòu)面共同作用下較易發(fā)生滑坡(張家明, 2020)。

圖2 不同基巖巖性組合下的堆積層滑坡發(fā)育特征

MSM中的滑坡總數(shù)相對較少,占比27.8%(共45處)。巖組中地層種類較少,絕大多數(shù)滑坡發(fā)育在三疊系中統(tǒng)巴東組(T2b)中。此巖組主要以石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r與泥巖、砂巖、頁巖互層產(chǎn)出。地層中泥巖、頁巖強(qiáng)度低,而灰?guī)r強(qiáng)度較高,易形成“軟-硬”互層二元結(jié)構(gòu),彈性參數(shù)差異導(dǎo)致互層界面產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中,破壞軟巖結(jié)構(gòu),對滑坡穩(wěn)定極為不利(朱賽楠, 2016)。T2b廣泛分布在奉節(jié)、巫山、巴東,3個地區(qū)的堆積層滑坡基本都發(fā)生在這一地層中,是庫區(qū)典型“易滑”地層。其單軸抗壓強(qiáng)度一般在6~25MPa,屬軟巖,在風(fēng)化作用下同樣易形成“軟-硬”二元結(jié)構(gòu),遇水強(qiáng)度顯著降低(殷躍平等, 2004a); 并且印支及以后運(yùn)動使地層節(jié)理裂隙發(fā)育,利于地下滲流與水-巖作用,若下伏滲透性較小的泥巖,地下滲流則會沿巖層接觸面流動,形成潛在軟弱滑動面(帶),易造成滑坡失穩(wěn)。

LDS中僅少量滑坡發(fā)育,占比8.0%(13處)。該組以碳酸巖類為主,包括石灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r及硅質(zhì)灰?guī)r等,間夾砂巖、頁巖。石灰?guī)r、白云巖均屬硬質(zhì)巖,強(qiáng)度高,巖體完整性好,滑坡穩(wěn)定性主要受控于軟弱墊層。

就滑坡總量而言,發(fā)育于SC巖組中的滑坡數(shù)量大幅度超過MSM與LDS巖組,但就滑坡線密度而言,MSM巖組滑坡發(fā)育線密度遠(yuǎn)超其余巖組,達(dá)0.24個·km-1; 其次為SC巖組,達(dá)0.13個·km-1; 再次為LDS巖組, 為0.10個·km-1(巖組岸線長度及后文斜坡結(jié)構(gòu)岸線長度參考Li et al.,2019)??梢奙SM為“最易滑”巖組,T2b為“最易滑”地層。

3.2 斜坡結(jié)構(gòu)

斜坡結(jié)構(gòu)用以描述斜坡坡向與下伏基巖產(chǎn)狀的空間組合關(guān)系,可分為順向坡、橫向坡、逆向坡以及巖層傾角小于10°的近水平坡,具體分布見圖1e。在已知斜坡結(jié)構(gòu)的滑坡中,有42.2%發(fā)育于順向坡中,顯著超過其他各類斜坡; 近水平地層和逆向坡中滑坡發(fā)育數(shù)量相當(dāng),分別占27.4%和23.0%,近水平地層主要分布在萬州地區(qū); 僅7.4%發(fā)育在斜向坡中。

但從滑坡發(fā)育線密度來看,順向坡(庫岸分布1085km,)與逆向坡(庫岸分布776km)滑坡線密度相當(dāng),均約為0.05個·km-1,斜向坡(庫岸分布360km)約0.03個·km-1。這表明與巖質(zhì)滑坡在順向坡中更易發(fā)(朱冬雪等, 2020)不同,斜坡結(jié)構(gòu)對堆積層滑坡發(fā)育沒有明顯的控制作用。分析認(rèn)為,基巖滑坡是發(fā)生第三紀(jì)及以前地層中的滑坡,滑坡穩(wěn)定性受基巖產(chǎn)狀(斜坡結(jié)構(gòu))、基巖結(jié)構(gòu)面、軟弱夾層及巖體強(qiáng)度等控制,而堆積層滑坡是第四紀(jì)及近代松散堆積體沿著基覆界面或在堆積體內(nèi)部形成滑動面(帶),滑坡失穩(wěn)是下伏基巖界面以上一定厚度的堆積體巖土強(qiáng)度降低、結(jié)構(gòu)破壞造成的,與下伏基巖產(chǎn)狀等因素沒有直接的聯(lián)系。

3.3 地形地貌

3.3.1 斜坡坡度

斜坡坡度影響著坡體應(yīng)力分布、徑流與入滲、地下水補(bǔ)給與排泄等斜坡穩(wěn)定性重要影響因素,對滑坡發(fā)育起直接控制作用。由圖1f可知,滑坡主要集中發(fā)育在10°~30°的斜坡上,尤以10°~20°斜坡為主,占比46.9%; 其次為20°~30°斜坡,占比35.9%。10°以下平緩滑坡和30°以上陡峭滑坡僅少量發(fā)育。過陡斜坡不利于結(jié)構(gòu)松散的坡體早期堆積,過緩斜坡又因下滑力小而不容易失穩(wěn)。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),庫區(qū)堆積層滑坡坡度分布也存在一定的空間差異性。萬州及以西區(qū)域主要分布20°以下坡度滑坡,其中萬州地區(qū)發(fā)育的10°以下近水平坡及10°~20°較平緩滑坡為庫區(qū)最多; 絕大多數(shù)20°以上滑坡發(fā)育在萬州以東地區(qū)。這與東高西低的庫區(qū)地形相符合。并且滑坡敏感坡度也與區(qū)域基巖巖性相關(guān),如侏羅系地層易發(fā)生8°~15°的滑坡(李松林等, 2020),與江津—萬州段廣泛分布侏羅系地層且主要發(fā)育20°以下滑坡現(xiàn)象相吻合。

3.3.2 滑坡高程

三峽庫區(qū)絕大多數(shù)老滑坡復(fù)活和新滑坡的產(chǎn)生均與庫水波動有關(guān),且多數(shù)滑坡變形發(fā)生在庫區(qū)蓄水初期(Wang et al.,2014; Zhang et al.,2020),可見庫水作用對庫區(qū)滑坡變形的顯著影響?;赂叱田@示坡體與庫水位的位置關(guān)系,決定著庫水對滑坡穩(wěn)定性的作用水平。通過庫岸堆積層滑坡前緣高程(h1)、后緣高程(h2)和最高庫水位(hmax=175m)計算滑坡涉水程度:

其分布如圖3所示。樣本中有約84.8%(123處)的滑坡為涉水滑坡,且有59.3%的滑坡前緣高程低于庫水正常運(yùn)行階段的最低水位145m。涉水滑坡中有52.8%的滑坡淹沒部位位于坡體前部(060%),可見庫水主要對滑坡的中前部產(chǎn)生沖刷、掏蝕、浸泡,以及靜、動水壓力等直接作用。

圖3 滑坡高程及涉水程度分布

3.4 降 雨

堆積層滑坡坡體一般為含粉質(zhì)黏土和碎石的土-石混合體,結(jié)構(gòu)松散,大孔隙比和強(qiáng)透水性便于雨水入滲。降雨經(jīng)物理化學(xué)與力學(xué)作用增加坡體下滑力,降低抗力致滑(圖4)。就物理、化學(xué)作用而言,入滲雨水可形成水膜起潤滑作用,減小顆粒間滑動阻力; 蒙脫石或伊蒙混生礦物含量較高的膨脹性巖石吸水膨脹和崩解,結(jié)構(gòu)破壞; 泥化軟化巖土體,溶解顆粒間黏結(jié)物,致使巖土體強(qiáng)度降低; 滑體在循環(huán)降雨下承受干濕循環(huán),巖土礦物體積在反復(fù)水化與脫水過程中不斷變化,引起結(jié)構(gòu)破壞,促進(jìn)風(fēng)化作用,引起滑體強(qiáng)度顯著劣化(曾勝等, 2013)。力學(xué)作用主要體現(xiàn)在:滑體吸水后增重; 基質(zhì)吸力可強(qiáng)化非飽和土顆粒間的聯(lián)結(jié),但隨雨水入滲,巖土體飽和度提高,孔隙水壓力上升、基質(zhì)吸力消散(Wang et al.,2016); 滑體內(nèi)部向下滲流產(chǎn)生直指坡下的滲透力,增加了下滑力(Tan et al.,2018); 滑體在雨水作用下變形產(chǎn)生微裂隙或張拉裂隙,更有利于雨水入滲,同時裂隙儲水產(chǎn)生水平靜水推力,推動滑坡; 地下水位提升,浮托滑體,降低抗滑力。

降雨類型也影響著滑坡變形特征,短時間歇性強(qiáng)降雨由于雨水入滲深度有限,只能使一定深度范圍的土層強(qiáng)度明顯劣化,穩(wěn)定性降低,從而容易導(dǎo)致淺層堆積層滑坡; 相反,長時持續(xù)性低強(qiáng)度降雨容易引發(fā)深層滑坡(Zhou et al.,2016; Wang et al.,2020)。

3.5 庫水作用

庫岸滑坡頻次在每個蓄水階段變化節(jié)點(diǎn)都顯著增大,且在一定年限內(nèi)保持較高滑坡頻次,而后由于滑坡經(jīng)過逐年變形后產(chǎn)生固結(jié)與壓密應(yīng)力調(diào)整,其穩(wěn)定性有所恢復(fù),滑坡頻次有所降低(He et al.,2008; 李松林等, 2020)。此后庫水位在145~175m之間呈周期性變化, 30m的庫水位波動成為后續(xù)庫岸滑坡變形破壞的重要誘發(fā)因素,研究樣本中有105處(85.4%)涉水滑坡受到庫水波動顯著影響。

庫水入滲補(bǔ)給坡體地下水,對滑體巖土體產(chǎn)生與入滲雨水相同的物理化學(xué)作用,降低滑坡穩(wěn)定性; 水流沖刷、掏蝕庫岸,加速庫岸再造,形成高陡臨空面,顯著影響滑坡穩(wěn)定(劉新榮等, 2020)。庫水升降引起的作用于坡體內(nèi)外的動、靜水壓力作用對涉水滑坡穩(wěn)定性影響尤為突出(圖4),且大量案例表明,水位的快速變化是庫水降低岸坡穩(wěn)定性主要原因。

圖4 降雨與水庫蓄水對堆積層滑坡穩(wěn)定性影響機(jī)理示意圖

涉水滑坡按其變形破壞時所處的庫水位變動階段可分為浮托減重型、動水壓力型和復(fù)合型滑坡。庫水位在上升過程中產(chǎn)生垂直于坡面靜水壓力,形成“壓腳”效應(yīng)。此外,在滑體滲透性等因素影響下,地下水浸潤線滯后于庫水位(Liu et al.,2005; 湯明高等, 2019),形成指向坡內(nèi)的水力梯度,引起向坡體內(nèi)部滲流,滲流力直指滑坡體內(nèi)部,其作用在滑面上的法向分力和切向分力均增大了抗滑力,減小了下滑力; 且隨庫水位升高滯后越明顯,動水壓力也隨之增大,直至浸潤線高度與庫水位一致時,動水壓力消失,有利作用消失。但隨著庫水不斷入滲,滑體孔隙水壓力持續(xù)上升,有效應(yīng)力、基質(zhì)吸力持續(xù)減小,在基覆界面產(chǎn)生靜水壓力,引發(fā)浮托效應(yīng),減小滑體抗滑力,削弱坡體穩(wěn)定性(Zhang et al.,2010)。坡體總體穩(wěn)定性受上述多種有利或不利作用綜合影響,樣本中只有少數(shù)庫水型滑坡(7.6%, 8處)受庫水上升的削弱作用主導(dǎo)而發(fā)生浮托減重型滑坡,部分滑坡顯示受有利作用主導(dǎo),其穩(wěn)定性反而有所提高。

庫水下降時,滑體容重、孔隙水壓力減小,有效應(yīng)力、基質(zhì)吸力增大,有利于滑坡穩(wěn)定。但坡體前緣水位退卻,“壓腳”效應(yīng)減弱直至消失; 坡內(nèi)水位下降相比庫水位滯后,形成指向坡外的動水壓力; 受高水位長期浸泡,滑帶土軟化、強(qiáng)度劣化嚴(yán)重等,危害滑坡穩(wěn)定。樣本中大多數(shù)庫水型滑坡都在庫水下降時明顯變形(86.7%, 91處),發(fā)生動水壓力型滑坡?;伦冃未笮『退俾适芑w滲透性與庫水下降速率顯著影響,滑體滲透性較低、庫水驟降會增大水力梯度,動水壓力增大,更有利于坡體滑動變形(Paronuzzi et al.,2013; Shi, et al.,2018)。復(fù)合型滑坡在庫水上升與下降過程中都發(fā)生較明顯變形,兼具浮托減重型與動水壓力型滑坡特征,此類型滑坡較少(5.7%, 6處),且仍以表現(xiàn)動水壓力型滑坡特點(diǎn)為主。

4 關(guān)鍵誘發(fā)因素下的堆積層滑坡變形破壞響應(yīng)特征

4.1 變形破壞總體特征

變形與破壞是滑坡演變的前后歷程,變形達(dá)質(zhì)變即破壞。總體上,庫區(qū)堆積層滑坡典型累積變形曲線可大致分為5類(圖5):勻速型、加速型、階梯型、震蕩型和收斂型(Miao et al.,2018; 楊背背, 2019)。勻速型滑坡變形速度保持基本一致,累計變形呈穩(wěn)定增長趨勢,滑坡可能處于初始變形或等速變形階段; 加速型滑坡位移呈指數(shù)增長,一般處于此階段的滑坡失穩(wěn)風(fēng)險高; 階梯型變形是庫水快速波動導(dǎo)致滑坡在一段時間內(nèi)的變形比其他時間大,滑坡經(jīng)歷多次明顯加速又隨后穩(wěn)定的現(xiàn)象; 震蕩型位移曲線中的不規(guī)則波動顯示位移受人類工程活動或監(jiān)測誤差影響; 收斂型變形顯示滑坡由于受外界誘因減弱或工程治理影響,由劇烈變形趨于平穩(wěn)。

本文研究對象是《物權(quán)法》中名詞性法律術(shù)語英譯的一詞多譯現(xiàn)象。《物權(quán)法》是一部規(guī)范財產(chǎn)關(guān)系的民事基本法律,調(diào)整因物的歸屬和利用而產(chǎn)生的民事關(guān)系。這部法律被認(rèn)為全面準(zhǔn)確地體現(xiàn)了國家基本經(jīng)濟(jì)制度,“這是中國踐行憲法理念、弘揚(yáng)憲法精神的一座里程碑”[7]。《物權(quán)法》涉及大量基礎(chǔ)法律概念,具有較強(qiáng)的專門性,譯者對其中名詞性法律術(shù)語的翻譯理應(yīng)相對規(guī)范、統(tǒng)一,因而本文選取《物權(quán)法》中名詞性中文術(shù)語及其譯文為研究素材,這些中文術(shù)語既包含單詞結(jié)構(gòu),也包含多詞結(jié)構(gòu)。

圖5 三峽庫區(qū)堆積層滑坡典型累積位移-時間曲線

研究樣本中有62處滑坡,共68個監(jiān)測點(diǎn)的累計位移監(jiān)測數(shù)據(jù)。各類型的累積位移時序曲線數(shù)量從多到少分別為階梯型39處、勻速型10處、震蕩型9處、收斂型8處、加速型2處。其中:由于大多數(shù)堆積層滑坡為涉水滑坡,受庫區(qū)周期性雨季降雨與庫水周期性波動影響,階梯型變形在庫區(qū)堆積層滑坡中很常見,又因其特征明顯以及多次變形加速而后又趨于平穩(wěn),提高了滑坡預(yù)測預(yù)警難度,受到廣泛關(guān)注(Zhou et al.,2018; Lu et al., 2020)。

對于堆積層滑坡,堆積體與下伏基巖的物理力學(xué)特性差別較大,雨水在基覆界面滲流、積聚,且地下水活動可能產(chǎn)生淋濾作用,帶動滑體中的細(xì)小黏粒從淺至深運(yùn)移,在基覆界面形成細(xì)小黏粒含量更高的相對軟弱帶(孫紅月等, 2012; 王志兵等, 2017),所以絕大多數(shù)堆積層滑坡的主滑動帶都沿基覆界面發(fā)育。對于堆積體較深厚的堆積層滑坡,由于堆積物形成時期跨度大,沿深度方向上物質(zhì)性質(zhì)不連續(xù)、邊界條件以及地下水活動差異、應(yīng)力場變化等,坡內(nèi)易形成軟弱帶或應(yīng)力集中帶,從而在坡內(nèi)發(fā)育次級滑動帶,誘發(fā)多級滑動,如新灘滑坡、八字門滑坡、白水河滑坡等。

4.2 變形破壞模式

堆積層滑坡變形破壞模式受漸進(jìn)破壞主導(dǎo),按滑坡始滑部位及力學(xué)機(jī)制,可主要分為牽引式、推移式和混合式3類(圖6)。

牽引式滑坡變形始于坡體前緣,漸進(jìn)向后發(fā)展?;虑熬壥紫仍诮涤?、河流沖刷、庫水漲落以及人工開挖坡腳等作用下滑移-拉裂,造成后部滑體臨空,失去支撐。并且坡體在變形過程中產(chǎn)生的裂縫為降雨、庫水入滲和積聚提供通道,靜、動水壓力助推滑體隨前緣失穩(wěn)后漸進(jìn)后退破壞(圖6a)。此類型滑坡可表現(xiàn)為疊瓦式向前滑移,形成多級臺地,直至整體破壞,也可形成多次級滑塊的獨(dú)立滑動(李德營等, 2017)。

圖6 三峽庫區(qū)堆積層滑坡變形破壞模式及主要力學(xué)機(jī)制

推移式滑坡變形始于滑體中后部,推動滑體前緣,引發(fā)滑移-隆起-整體下滑破壞(圖6b)。庫區(qū)廣泛發(fā)育的靠椅狀滑坡地形,后緣陡崖、陡壁利于后緣雨水入滲至基覆界面,崩滑動力和堆積加載推動中后部滑移(吳綿拔等, 1987; 李德營等, 2017),或在人類工程活動、建筑荷載等綜合因素下引起失穩(wěn); 同時后緣常發(fā)育張拉裂縫,加重降雨入滲、積聚對滑體穩(wěn)定性的不利影響。

混合式滑坡兼具后緣推移與前緣牽引特點(diǎn),中部在前后緣變形共同作用下形成貫通滑動面,引發(fā)滑移-拉裂-剪斷破壞(圖6c)。

4.3 不同主導(dǎo)誘發(fā)因素下滑坡變形破壞響應(yīng)特征

研究表明,庫水波動和降雨對滑坡體的影響范圍和程度,以及對坡表和深部變形的影響格局和程度存在明顯差異(Wang et al.,2016; 鄧茂林等, 2019)。但水庫的功能決定了庫水位變化往往與雨季降雨具有一定的關(guān)聯(lián)性,難以分辨降雨和庫水各自對滑坡變形破壞特征的具體影響,如何區(qū)分兩者對涉水滑坡變形破壞的影響是一個值得關(guān)注的問題。

如圖7所示,樣本中共有109處已知變形破壞模式的滑坡,總體上看,三峽庫區(qū)堆積層滑坡的變形破壞模式以牽引式為主,其次為推移式滑坡,再次為混合式滑坡; 整體式滑坡很少,僅有一處(在此不作分析)。在降雨主導(dǎo)(包含部分涉水滑坡,但降雨為主要誘因)、庫水波動主導(dǎo)(部分包含降雨因素,但庫水波動為主要誘因)以及降雨-庫水聯(lián)合(誘發(fā)因素同時包含降雨和庫水波動,不區(qū)分主次)3種不同誘發(fā)因素組合下的滑坡變形破壞響應(yīng)均與庫區(qū)總體變形破壞模式響應(yīng)特征一致。

圖7 主導(dǎo)誘發(fā)因素下的庫區(qū)堆積層滑坡變形破壞模式響應(yīng)

相比其他誘因組合,降雨主導(dǎo)誘發(fā)的推移式和混合式滑坡占比更高,尤其在非涉水滑坡中,推移式滑坡數(shù)量甚至超過牽引式; 相反,庫水波動主導(dǎo)的牽引式滑坡相比降雨主導(dǎo)的牽引式滑坡占比更高,且部分滑坡在受庫水影響前后的破壞模式從推移式轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳?,如鶴峰場鎮(zhèn)滑坡、簸箕石滑坡、青石滑坡等; 降雨-庫水波動聯(lián)合作用下的牽引式滑坡占比為各誘因組合中最高。結(jié)合各變形破壞模式的始滑部位特點(diǎn),可知降雨主要引發(fā)堆積層滑坡的中后緣變形,而對坡體前緣影響相對較??; 庫水波動主要對坡體前緣產(chǎn)生影響,且相比降雨影響更大; 降雨-庫水波動聯(lián)合作用在坡體前緣形成耦合影響區(qū),此時坡體前緣受影響程度最強(qiáng),最易首先發(fā)生變形破壞。

總體而言,降雨相對平衡地作用于坡體的各個部位,偏向?qū)庐a(chǎn)生整體性的影響,但受地形影響,其重點(diǎn)影響部位有所偏倚; 同時加快淺部和深部變形; 一次降雨的影響持續(xù)時間長,甚至達(dá)1~2個月(Zhao et al.,2012)。相反,庫水主要對滑坡的中、前部產(chǎn)生直接影響; 庫水上升加速滑體深部變形,減緩淺部變形,庫水下降反之(Wang et al.,2016)。

5 結(jié) 論

收集了三峽庫區(qū)145處堆積層滑坡的地形地貌、地質(zhì)巖性、斜坡構(gòu)造、主要外部誘發(fā)因素以及變形破壞特征等相關(guān)資料,探究了三峽庫區(qū)堆積層在上述內(nèi)、外部關(guān)鍵影響因子下的分布發(fā)育規(guī)律及其作用機(jī)理、滑坡變形破壞特征及其對不同主導(dǎo)誘因組合的響應(yīng)。主要結(jié)論如下:

(1)庫區(qū)堆積層滑坡以大型、中層滑坡為主,受基巖巖性控制,滑坡發(fā)育呈現(xiàn)顯著空間差異性,萬州—秭歸段較萬州以西滑坡數(shù)量更多、規(guī)模更大。

(2)砂頁巖夾煤層巖組(SC)和泥灰?guī)r與砂泥巖互層巖組(MSM)是庫區(qū)堆積層滑坡的主要易滑基巖巖組。SC巖組沿岸線分布最長,發(fā)育滑坡數(shù)量最多,此中侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)起控制作用; MSM巖組中滑坡發(fā)育數(shù)量次之,但滑坡密度最高,其中三疊系中統(tǒng)巴東組(T2b)起絕對控制作用。軟巖和“軟-硬”互層二元結(jié)構(gòu)廣泛分布、劇烈水-巖作用是庫區(qū)巖性條件對滑坡發(fā)育的主要影響因素。

(3)斜坡結(jié)構(gòu)對堆積層滑坡發(fā)育密度沒有明顯控制作用; 滑坡主要集中發(fā)育在10°~30°的斜坡上,尤以10°~20°斜坡上最多,在過緩和過陡斜坡上較少發(fā)育。

(4)庫區(qū)堆積層滑坡大多為涉水滑坡,降雨和庫水波動是主要誘發(fā)因素。松散堆積體加劇降雨入滲,雨水通過軟化、泥化劣化巖土體物理化學(xué)性質(zhì),通過增大孔隙水壓力、減小基質(zhì)吸力、提高地下水產(chǎn)生浮托力以及形成滲透力等改變滑體力學(xué)狀態(tài); 庫水波動是涉水滑坡最重要的誘發(fā)因素,動水壓力型滑坡是庫水型滑坡的最主要類型,庫水驟降形成較大水力梯度是動水壓力型滑坡的主要力學(xué)機(jī)制,受滑體滲透性與庫水下降速率影響顯著。

(5)降雨和庫水波動各自主導(dǎo)影響下的滑坡變形破壞特征存在明顯差異。受庫區(qū)地形影響,降雨對滑體中后緣影響較大,降雨主導(dǎo)下易形成推移式滑坡; 庫水波動著重作用于滑體前緣,易誘發(fā)牽引式滑坡; 降雨-庫水波動聯(lián)合作用于滑體前緣,最易形成牽引式滑坡。

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