張仲林，胥勛劍，葉振南

（1.中國(guó)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；2.重慶市地勘局 二〇八水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶 400700）

三峽庫(kù)區(qū)龍頭山滑坡變形機(jī)制研究

張仲林1，胥勛劍2，葉振南1

（1.中國(guó)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；2.重慶市地勘局 二〇八水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶 400700）

以三峽庫(kù)區(qū)龍頭山滑坡作為研究對(duì)象，研究庫(kù)水位及降雨綜合作用下滑坡體的變形機(jī)理及演化趨勢(shì)。研究表明，滑坡體變形在空間上存在差異性，滑坡體中部、左側(cè)前緣變形較大，中后部變形逐漸減小，表現(xiàn)出牽引滑動(dòng)特征；降雨和庫(kù)水位波動(dòng)是滑坡體變形的主要影響因素，2次較大變形均與其疊加作用相關(guān)；從演化趨勢(shì)上來(lái)看，滑坡體內(nèi)不平衡應(yīng)力得到不斷釋放，滑坡體變形趨勢(shì)逐漸減緩，前期滑坡體變形受庫(kù)水波動(dòng)作用強(qiáng)烈，后期變形主要受降雨作用影響。

三峽庫(kù)區(qū)；滑坡；庫(kù)水波動(dòng)；降雨；變形

三峽庫(kù)區(qū)地理?xiàng)l件特殊，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，降雨量充沛。三峽庫(kù)區(qū)自蓄水運(yùn)營(yíng)以來(lái)經(jīng)歷了多期蓄水，蓄水至175 m后庫(kù)水位頻繁地在145 ～175 m之間變動(dòng)，形成了高達(dá)30 m的消落帶，嚴(yán)重破壞了庫(kù)區(qū)滑坡體原有的平衡狀態(tài)，影響到滑坡災(zāi)害的發(fā)生與發(fā)展。加之移民遷建等人類(lèi)工程活動(dòng)密集，致使庫(kù)區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害頻發(fā)，三峽庫(kù)區(qū)成為滑坡災(zāi)害多發(fā)區(qū)及重災(zāi)區(qū)[1-4]。庫(kù)岸滑坡變形破壞是庫(kù)水位波動(dòng)、降雨等多種因素共同作用經(jīng)歷了長(zhǎng)期演化的結(jié)果，影響因素通過(guò)改變斜坡的臨空狀況及應(yīng)力場(chǎng)、斜坡巖土體的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性質(zhì)等，控制或影響斜坡的穩(wěn)定性[5-8]。滑坡形成機(jī)理是滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)、預(yù)防、預(yù)報(bào)和有效防治的理論基礎(chǔ)，也是研究滑坡的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。由于滑坡在破壞之前一般會(huì)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的變形演化，因此采用不同類(lèi)型儀器監(jiān)測(cè)滑坡體表面及其內(nèi)部變形跡象隨時(shí)空變化的特征，是研究滑坡變形趨勢(shì)和滑坡形成機(jī)理最常用的有效手段之一[9-13]。本文以三峽庫(kù)區(qū)龍頭山滑坡為例，依托多年地表位移和深部位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合滑坡發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境背景及影響因素，分析研究滑坡變形機(jī)理及演化趨勢(shì)。龍頭山滑坡在三峽庫(kù)區(qū)具有一定的典型性和代表性，對(duì)該滑坡的形成機(jī)理開(kāi)展研究，不僅可為滑坡災(zāi)害的預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也可對(duì)該地區(qū)類(lèi)似滑坡研究提供借鑒。

1 滑坡概況

龍頭山滑坡位于巫山縣大溪鄉(xiāng)官田村、長(zhǎng)江支流大溪河右岸，滑坡前緣涉水，左右兩側(cè)均以沖溝為界，平面形態(tài)呈“近三角形”（圖1）?；虑俺隹跇?biāo)高139 m，后緣高程270 m。滑坡體長(zhǎng)460 m，寬360 m，平均厚度約27 m，面積16．6×104m2，體積447×104m3?；虑熬壿^緩，中部和后緣稍陡，平均坡度20°，坡向332°?；聻樗缮埰路e物堆積層滑坡，滑坡體主要由碎石土組成，土體主要成分為粉質(zhì)粘土，土石比為4∶ 1；滑坡產(chǎn)出以T2b三疊系中統(tǒng)巴東組青灰色薄層泥灰?guī)r，夾雜互層狀的白云質(zhì)灰?guī)r與紫紅泥巖，巖層產(chǎn)狀286°∠10°，與滑坡滑向同向，為順向滑動(dòng)滑坡。泥灰?guī)r、泥巖強(qiáng)度較低，中間有軟弱夾層，屬典型的易滑動(dòng)地層。

圖1 龍頭山滑坡全貌

2 滑坡變形時(shí)空特征

2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置

巫山縣龍頭山滑坡監(jiān)測(cè)方法有地表位移GPS監(jiān)測(cè)、深部位移鉆孔傾斜儀監(jiān)測(cè)及長(zhǎng)期宏觀地表變形巡查，監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖2。由圖可知：①地表位移監(jiān)測(cè)包含了3個(gè)監(jiān)測(cè)剖面，9個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)（WS14-01～WS14-09），在滑坡體外一定距離穩(wěn)定基巖上布置GPS 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)（WS14-10和WS14-11）。結(jié)合地表宏觀變形跡象調(diào)查，做到對(duì)滑坡體表面的整體監(jiān)控。②深部位移監(jiān)測(cè)，在滑坡的3條縱剖面中，在中間剖面（Ⅱ'—Ⅱ，見(jiàn)圖3）上部和中部設(shè)立2個(gè)深部位移監(jiān)測(cè)鉆孔（ZKQXY-1，ZKQXY-2），用于監(jiān)測(cè)滑坡深部滑帶位移情況。此外，在滑坡上設(shè)有自動(dòng)雨量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑坡上的降雨情況。

圖2 龍頭山滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平面布置圖

圖3 滑坡Ⅱ'-Ⅱ剖面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 滑坡變形特征分析

龍頭山滑坡監(jiān)測(cè)始于2007年，監(jiān)測(cè)頻率1～2次/月。選取2007年3月～2013年12月共82個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，探討和分析滑坡地表和深部的時(shí)空變形特征。地表水平累積位移隨時(shí)間變化曲線見(jiàn)圖4，每年12月份滑坡深部變形情況見(jiàn)圖5。

圖4 龍頭山滑坡GPS水平位移累計(jì)位移時(shí)間監(jiān)測(cè)曲線

由圖4可知，龍頭山滑坡的地表變形特征在時(shí)間和空間上都存在一定的差異性。從時(shí)間上來(lái)說(shuō)：①WS14- 03、WS14-05和WS14-06位移量較大且逐年增加，其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中變形量微小；②在2007年的5～9月和2011年的9～12月監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移速率較大，而在其他月份監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積位移曲線近乎直線，滑坡處于蠕變狀態(tài)，且2011年發(fā)生第2次較大變形后，隨應(yīng)力的釋放滑坡變形速率變緩。從空間上來(lái)說(shuō)：①滑坡各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移在空間上有很大的不均勻性和差異性。②橫向上，滑坡下部WS14-06＞W(wǎng)S14-03＞W(wǎng)S14- 09；中部WS14-05＞W(wǎng)S14-02≥WS14-08；上部WS14- 04＞W(wǎng)S14-01≥WS14-07，總地來(lái)說(shuō)，中間變形最大，左側(cè)次之，右側(cè)最小。其中WS14-06點(diǎn)的變形量最大約370 mm。③縱向上，Ⅰ-Ⅰ剖面上WS14- 03＞W(wǎng)S14- 02≥WS14-01；Ⅱ-Ⅱ剖面上WS14-06＞W(wǎng)S14-05＞W(wǎng)S14-04；Ⅲ-Ⅲ剖面上WS14-09＞W(wǎng)S14-08≥WS14-07。總的來(lái)說(shuō)，滑坡體前緣變形最大，中部次之，后緣最小，滑坡變形具有牽引滑動(dòng)特征。

圖5 龍頭山滑坡深部位移曲線

由圖5a可以看出：①ZKQXY-1鉆孔滑帶埋深36 m左右，埋深27．5 m存在一次級(jí)滑動(dòng)面，輕微滑移；由圖5b可以看出，ZKQXY-2的滑帶埋深10～12 m，滑帶累計(jì)變形量158 mm，埋深6 m以上位移量整體呈遞增趨勢(shì)，地表最大變形量每月223 mm。通過(guò)對(duì)比圖5a和b可知：①孔ZKQXY-2中的位移整體上都大于孔ZKQXY-1，即中下部滑體位移大于上部；②兩鉆孔中2007年、2011年這2 a變形量比其他年份變形大。

綜合地表和深部位移監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中滑坡一直處于蠕滑階段，除2007年5月～2007年9月和2011年7月～2012年4月滑坡變形速率較大以外，其余月份滑坡位移曲線近乎直線。從空間上來(lái)說(shuō)，橫向上中部變形最大，左側(cè)次之，右側(cè)最??；縱向上下部變形最大，中部次之，上部最小，總體上看滑坡中下部及滑坡左下部為主變形區(qū)；同時(shí)在Ⅱ-Ⅱ剖面上地表位移大于深部位移。結(jié)合滑坡宏觀變形情況和滑坡體上裂縫發(fā)育狀況可知，屬于“滑移-拉裂”式破壞，整體表現(xiàn)出“牽引式”破壞特征。

3 庫(kù)水位波動(dòng)和降雨對(duì)滑坡的影響

三峽庫(kù)區(qū)絕大多數(shù)庫(kù)岸滑坡主導(dǎo)誘發(fā)因素為庫(kù)水位波動(dòng)和降雨。龍頭山滑坡在監(jiān)測(cè)滑坡地表和深部變形的同時(shí)，對(duì)滑坡區(qū)庫(kù)水位變化情況和降雨進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為進(jìn)一步研究庫(kù)水位波動(dòng)和降雨對(duì)滑坡變形的影響提供了大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為了查明龍頭山滑坡變形的影響條件和形成機(jī)制，將地表變形較大的3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（WS14-03、WS14-05和WS14-06）的數(shù)據(jù)與庫(kù)水位和降雨繪制在同一張圖上，見(jiàn)圖6。

圖6 地表位移曲線與庫(kù)水位和降雨

由圖5可知，滑坡區(qū)雨量充沛，尤其是每年的5～9月，月降雨量較大且常有短時(shí)強(qiáng)降雨出現(xiàn)，降雨入滲對(duì)滑坡的“增重效應(yīng)”和對(duì)滑帶巖土體的“軟化效應(yīng)”不利于滑坡穩(wěn)定。對(duì)庫(kù)水位來(lái)說(shuō)，2006年庫(kù)水位蓄水至156 m，2008年以后進(jìn)入145～175 m正式運(yùn)營(yíng)階段。庫(kù)水位上升產(chǎn)生“浮托力”，庫(kù)水位下降滑坡體內(nèi)由于水頭差產(chǎn)生動(dòng)水壓力，庫(kù)水對(duì)滑坡體表面的靜水壓力以及庫(kù)水入滲對(duì)滑坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的改變，改變了滑坡的穩(wěn)定性。這些變化均與降雨及庫(kù)水位波動(dòng)密不可分，滑坡變形的2次“躍升”也與二者有著密切的聯(lián)系。

2007年5月～2007年9月滑坡變形第1次躍升。在2006年10月26日，長(zhǎng)江庫(kù)區(qū)水位首次從135 m蓄水至156 m，從2007年3月庫(kù)水位開(kāi)始下降，2007年6月10日水位至144 m。庫(kù)水位下降時(shí)， 由于坡體中地下水位下降相對(duì)滯后，導(dǎo)致坡體內(nèi)產(chǎn)生動(dòng)水壓力。隨著滑體孔隙水壓力逐漸消散， 滑坡體內(nèi)產(chǎn)生指向坡外的動(dòng)水壓力， 同時(shí)滑坡體表面靜水壓力減小，滑坡第1次變形加劇。2007年5月～2007年8月的4個(gè)月總降雨量為427．8 mm，平均月降雨量為107 mm，大量雨水滲入地下?；麦w下伏為T(mén)2b三疊系青灰色泥灰?guī)r，滲透性差，地下水在滑帶部位匯集，使滑帶抗剪強(qiáng)度降低，再加上降雨入滲的增重效應(yīng)，使這4個(gè)月的降雨成為滑坡變形躍升的另一個(gè)原因。

2011年7月～2012年4月滑坡變形第2次躍升。這次躍升變形經(jīng)歷了3個(gè)變化價(jià)段，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。第一階段：2011年5月～2011年7月的3個(gè)月降雨量521 mm，月平均降雨量為174 mm。由于中部GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)WS14-05部位地形平緩，有利于雨水的匯聚和入滲，使滑坡體內(nèi)孔隙水壓力增大，同時(shí)使滑體與滑帶部位巖體軟化，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致WS14-05點(diǎn)從8月份開(kāi)始滑坡變形加速。第二階段：WS14-05號(hào)點(diǎn)變化加速，給滑坡前部WS14-06、WS14-03號(hào)點(diǎn)推動(dòng)力，加上雨水使滑坡體自身加重，引發(fā)這2個(gè)點(diǎn)從9月份開(kāi)始水平變形躍升開(kāi)始。同時(shí) 9～10月降雨仍然較大，這2個(gè)月的降雨量292 mm，月平均降雨量146 mm，雨水的滲透加上滑坡中部變形推動(dòng)力，使得滑坡前緣變形速率加大，降雨是這次變形躍升的主要原因。第三階段：11月份后庫(kù)水位升至175 m 后， 庫(kù)水上升到最高水位，水位上升時(shí)指向坡內(nèi)的滲透力消失， 庫(kù)水入滲導(dǎo)致滑坡體內(nèi)孔隙水壓力增加，滑坡巖土體有效應(yīng)力減小和穩(wěn)定性系數(shù)降低。加上2012年1月開(kāi)始庫(kù)水位下降，這時(shí)水位下降是誘發(fā)第2次變形加劇的主要原因。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以長(zhǎng)期觀測(cè)地表、深部監(jiān)測(cè)、庫(kù)水位降雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合滑坡地質(zhì)環(huán)境背景，綜合分析龍頭山滑坡變形機(jī)理，探討滑坡體時(shí)空演化趨勢(shì)。

1）滑坡變形在空間上存在較大差異。在橫向上，滑坡體中部前緣及左側(cè)前緣變形最大，右側(cè)變形較??；縱向上，下部變形大，越往后緣變形越小。整體上說(shuō)，屬于“滑移-拉裂”式破壞，整體表現(xiàn)出“牽引式”破壞特征。

2）通過(guò)滑坡位移與庫(kù)水位、降雨之間的相關(guān)性分析，研究了滑坡的變形過(guò)程和形成機(jī)制，結(jié)果表明，強(qiáng)降雨和庫(kù)水位下降是龍頭山滑坡階躍型變形的主要誘因，2次較大變形均與其相關(guān)，降雨和庫(kù)水位下降重合期變形較為嚴(yán)重。

3）2007年首次大規(guī)模蓄水后，庫(kù)水位下降期變形較大，滑坡體不平衡狀態(tài)打破后變形響應(yīng)較為強(qiáng)烈；2011年庫(kù)水下降與降雨重疊期出現(xiàn)較大變形，滑坡體內(nèi)不平衡應(yīng)力得到有效釋放，后期蠕動(dòng)變形相對(duì)減緩。從演化趨勢(shì)來(lái)看，大的變形過(guò)后變形趨勢(shì)均會(huì)減緩，后期庫(kù)水和降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響會(huì)逐漸削弱。

4）從長(zhǎng)序列的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，該類(lèi)滑坡左右前期受庫(kù)水位波動(dòng)較為明顯，當(dāng)進(jìn)行2個(gè)水文年左右蓄水后，庫(kù)水進(jìn)行幾個(gè)周期庫(kù)水入滲及疏干過(guò)程，庫(kù)水對(duì)滑坡體穩(wěn)定性作用減弱；2008年以后降雨對(duì)龍頭山滑坡穩(wěn)定性影響逐漸凸顯。

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P258

B

1672-4623（2015）06-0138-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.06.046

張仲林，工程師，研究方向地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)報(bào)。

2014-10-15。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41372332）；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害研究資助項(xiàng)目（1212010814012）。