姜 波， 柴 波 ，方 恒，王佳佳，黃發(fā)明

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) a.環(huán)境學(xué)院;b.工程學(xué)院;c.地質(zhì)調(diào)查研究院, 武漢 430074)

萬州孫家荊竹屋基滑坡滑動模型研究

姜 波a， 柴 波a，方 恒a，王佳佳b，黃發(fā)明c

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) a.環(huán)境學(xué)院;b.工程學(xué)院;c.地質(zhì)調(diào)查研究院, 武漢 430074)

荊竹屋基滑坡的滑動過程存在多種解體模式，為了研究該類順層巖質(zhì)滑坡的滑動模型，在對滑坡后滑體結(jié)構(gòu)和地面破裂現(xiàn)象系統(tǒng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)解體特征對滑坡進(jìn)行了分區(qū)，并通過建立的滑坡作用強(qiáng)度評價模型,探討了滑坡滑距、運(yùn)動解體模式和建筑物易損性等問題。研究結(jié)果表明：①前緣采石場的切坡使?jié)撛诓环€(wěn)定的斜坡臨空，抗滑力降低，誘發(fā)了中部淺層順層軟弱頁巖層及后部風(fēng)化接觸帶的整體滑動；②主滑體滑移距離約29.5 m，主滑方向為5°，滑體厚度約15 m；③受滑體風(fēng)化層厚度變化和前地形條件限制，在整體滑動后分區(qū)解體現(xiàn)象明顯?；w上各區(qū)對建筑物易損性的作用強(qiáng)度從大到小依次為：前緣堆積區(qū)(Ⅵ)>后緣拉槽破壞區(qū)(Ⅱ)>中部推覆區(qū)(Ⅳ)和破碎區(qū)(Ⅶ)>局部分塊滑移區(qū)(Ⅴ)>中部逆沖區(qū)(Ⅳ)>順層整體滑移區(qū)(Ⅲ1、Ⅲ2)>后緣拉裂影響區(qū)(Ⅰ)。研究繪制出的滑坡解體破碎分區(qū)圖，對分析滑坡風(fēng)險分布規(guī)律具有參考價值。

順層巖質(zhì)滑坡；滑距；運(yùn)動模式；解體；作用強(qiáng)度

1 研究背景

2013年4月4日13點15分，重慶市萬州區(qū)孫家鎮(zhèn)荊竹屋基發(fā)生大面積滑坡，滑坡體積約145萬m3，損毀房屋8棟9戶，威脅著孫家鎮(zhèn)至梁平縣縣級公路和渝萬高速公路的安全。該滑坡屬于大型順層巖質(zhì)滑坡，滑動后解體破碎現(xiàn)象明顯，牽引和碰撞變形等跡象全面，對于研究順層巖質(zhì)滑坡運(yùn)動模型具有現(xiàn)實的意義。

順層巖質(zhì)滑坡是最常見的滑坡類型，常因發(fā)生突然、高速運(yùn)動及影響范圍廣而造成重大災(zāi)害，如：Vajont滑坡[1]和雞尾山滑坡[2-3]。對于順層巖質(zhì)滑坡而言，巖體結(jié)構(gòu)控制著滑坡的變形破壞特征[4-5]，斜坡變形破壞都是沿著巖體中相對軟弱的結(jié)構(gòu)面發(fā)生[6-7]。從啟滑到停止，由結(jié)構(gòu)性巖體變?yōu)槠扑榈亩逊e體，其解體和運(yùn)動模式十分復(fù)雜，通常不單一地遵循整體滑動的“雪橇”運(yùn)動模型[8-9]。為此，研究典型順層巖質(zhì)滑坡運(yùn)動過程的解體模式和運(yùn)動規(guī)律，對于發(fā)展滑坡動力學(xué)研究具有理論意義，同時，可指導(dǎo)滑坡風(fēng)險分析和減災(zāi)工程。

本文在對孫家鎮(zhèn)荊竹屋基滑坡滑動后變形和破裂現(xiàn)象調(diào)查的基礎(chǔ)上，對滑坡進(jìn)行了系統(tǒng)分區(qū)，并對各區(qū)運(yùn)動解體特征進(jìn)行了分析，探討了滑坡滑距、運(yùn)動模式和解體原因等問題，并演示了適用于新生滑坡調(diào)查的制圖方法。

2 滑坡概況

2.1 滑坡幾何形態(tài)

荊竹屋基滑坡位于重慶市萬州區(qū)孫家鎮(zhèn)天寶村5組，滑坡中心點坐標(biāo)為N30°44.089′和E107°56.824′?；缕矫嫔铣誓媳毕蛘共嫉拈L舌形，后緣高程約950 m，前緣以孫家鎮(zhèn)至梁平縣縣級公路為界，剪出口位于公路旁采石場掌子面內(nèi)，高程795 m?；聝蓚?cè)以沖溝為界，內(nèi)有季節(jié)性水流。滑體南北向長約540 m，東西寬約200 m ，面積約10.8×104m2，平均厚度15 m左右，體積約145×104m3，主滑方向5°，屬于大型順層巖質(zhì)滑坡(圖1)。

圖1 荊竹屋基滑坡平面圖Fig.1 Plan view of Jingzhuwuji landslide

2.2 滑坡地質(zhì)條件

滑坡區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中—低山地貌，總體地勢南高北低，滑坡位于斜坡中部，地形不連續(xù)，自上而下呈“緩坡—陡坡—平臺—陡坡(坎)”的多段變化，地形平均坡度約20°。

滑坡位于鐵峰山背斜西側(cè)末端的北西翼(圖2)，該背斜屬于川東褶皺束中的一條，具有背斜緊閉、向斜寬闊的特征(圖3)。受構(gòu)造影響，向斜內(nèi)部和背斜的兩翼是順層滑坡的多發(fā)區(qū)，在向斜內(nèi)部地層平緩開闊，當(dāng)受到大型河流切割時，河谷內(nèi)常發(fā)育大型近水平地層滑坡，如萬州城區(qū)的古滑坡。在靠近背斜核部，巖層產(chǎn)狀急劇變陡，在順向斜坡內(nèi)，常發(fā)生新生的滑坡，如2004年發(fā)生的鐵峰山滑坡[10]，該滑坡和本文研究的滑坡同屬于鐵峰山背斜的構(gòu)造單元內(nèi)，此類滑坡是川東地區(qū)常見的滑坡構(gòu)造，具有現(xiàn)實的理論研究意義，其成果也具有廣泛推廣應(yīng)用性。

滑坡區(qū)表層局部覆蓋第四系殘坡積層(Q4el+dl)和崩坡積層(Q4col+dl)，主滑體和下伏基巖為侏羅系新田溝組(J2x)和自流井組(J1-2z)地層。殘坡積層分布于滑坡東側(cè)的中部，由土黃色、灰黃色粉質(zhì)黏土夾碎塊石組成，為新田溝組地層風(fēng)化產(chǎn)物。崩坡積層分布于滑坡中后部，由褐黃色粉質(zhì)黏土夾砂泥巖塊石、碎石組成。新田溝組巖層在滑坡西側(cè)的中前部及兩側(cè)沖溝出露，上部為黃色頁巖夾薄層砂巖，下部為巨厚層淺黃色砂巖夾少量深灰色頁巖。侏羅系中-下統(tǒng)自流井組(J1-2z)在滑坡東側(cè)沖溝及公路旁采石場掌子面內(nèi)可見，由灰色砂巖、灰-深灰色頁巖組成，掌子面內(nèi)的厚層砂巖未見滑動跡象，滑坡前部的滑動面位于新田溝組的頁巖層。

圖4 滑坡發(fā)生前后A—A′剖面Fig.4 Profile A—A ' before and after sliding

表1 滑坡解體分區(qū)及特征Table 1 Partition and disintegration characteristics of the landslide

圖2 萬州區(qū)構(gòu)造綱要圖(據(jù)1∶200 000區(qū)域地質(zhì)報告)Fig.2 Structural outline of Wanzhou district(according to report of regional geology 1∶200 000)

圖3 萬州區(qū)“隔檔式”褶皺帶示意圖Fig.3 Ejective folds in Wanzhou district

3 滑體分區(qū)及分塊滑動特征

根據(jù)滑體各個部分的解體特征和破碎程度，從平面上劃分為5個區(qū)域，即后緣拉裂影響區(qū)(Ⅰ)、后緣拉槽破壞區(qū)(Ⅱ)、順層整體滑移區(qū)(Ⅲ1，Ⅲ2)、局部分塊滑移區(qū)(Ⅳ)和前緣堆積區(qū)(Ⅴ)，具體分區(qū)邊界、物質(zhì)結(jié)構(gòu)如圖4和主要裂隙分布如圖1所示?；陆怏w分區(qū)及特征如表1。

4 討 論

4.1 滑坡啟動過程及成因

根據(jù)監(jiān)測資料，滑坡啟動前地面破裂由滑坡后緣開始，由后緣向兩側(cè)逐漸擴(kuò)展。全面啟滑前，其后緣及兩側(cè)裂縫近乎貫通，前緣出現(xiàn)掉塊及局部小規(guī)模坍塌，表現(xiàn)出明顯的整體啟滑特征。

根據(jù)萬州地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站的資料，滑坡滑動前區(qū)內(nèi)無明顯降雨和振動等誘發(fā)條件，但滑坡前緣采石場切坡是滑坡卸荷變形的重要條件，也為滑坡提供了滑動空間?；w明顯的破壞開始于前緣，即掉塊和小型坍塌等，但此時滑坡已處于貫通的邊界，很快轉(zhuǎn)化為整體的滑動。整體啟動后，由于局部地段臨空條件和下伏基巖巖性的差異，又表現(xiàn)出明顯的分塊運(yùn)動特征，直至受滑坡中部和前緣采石場外平臺內(nèi)新鮮基巖的阻隔，停止運(yùn)動并堆積。

由此可見，滑坡區(qū)前緣采石場的切坡是造成滑坡的一個關(guān)鍵因素，采礦卸荷使順向斜坡變形加劇，最終沿軟弱頁巖發(fā)生整體滑動。

圖5 滑坡發(fā)生前后B—B′剖面Fig.5 Profile B—B ' before and after sliding

4.2 滑坡的滑距和運(yùn)動速度

根據(jù)滑動區(qū)邊界建筑物和道路等相對位置的變化，在左側(cè)邊界平面滑移距離為27.25～32 m，邊界處相對的滑動方向為20°～35°。右側(cè)道路錯動距離約35m，相對運(yùn)動方向為345°?；w主要運(yùn)動方向指向前緣采石場的臨空方向，其次向東側(cè)沖溝擴(kuò)展，主滑方向為5°?；w整體的平面運(yùn)動距離約29.5 m，順斜坡方向的滑動距離約35 m。 根據(jù)萬州地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站的監(jiān)測，滑坡從全面啟動到停止運(yùn)動，整個運(yùn)動時間持續(xù)約8 min，平均運(yùn)動速度為4.4 m/min。

4.3 滑坡差異運(yùn)動的特征和原因

根據(jù)萬州區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站對滑坡應(yīng)急調(diào)查的資料，滑坡經(jīng)歷了18 h的明顯變形，全面啟動前，后緣和兩側(cè)邊界已開裂貫通，滑體內(nèi)部也存在解體的跡象。滑坡由前緣向后迅速發(fā)展，整體啟動，在滑動過程中東、西兩部分滑體具有明顯的差異運(yùn)動，最終復(fù)雜的解體破碎分區(qū)，差異運(yùn)動形成主要受控于滑動區(qū)地形和滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

(1) 滑坡西側(cè)典型剖面B—B′如圖5，西側(cè)各部分滑體速度和加速度示意圖如圖6。

圖6 滑坡西側(cè)各部分滑體速度和加速度示意圖Fig.6 Velocity and acceleration of each part in the west side of sliding body

滑坡在中部剪出形成Ⅲ1，Ⅲ2上下2段滑體，根據(jù)滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)和解體模式，反演其運(yùn)動過程：①在啟滑階段，滑坡整體啟動，下段滑體，即前緣采石場處到Ⅲ1區(qū)前緣，沿巖層內(nèi)部軟弱面呈勻加速運(yùn)動。上段滑體由于滑動面物質(zhì)差異，呈現(xiàn)出明顯的差異加速運(yùn)動。風(fēng)化層自上而下逐漸變薄，上段滑體上部滑動面為風(fēng)化接觸面，下部為較新鮮的砂巖，因此，上段滑體的潛在加速度后部大于前部，砂巖部分為被動加速，具備阻滑效應(yīng)；②滑動后，下段滑體前緣進(jìn)入采石場，地形變緩，開始發(fā)生自前向后的阻滑，在t0時刻下段加速度開始降低。隨著滑體逐漸進(jìn)入采石場，加速度小于0，開始出現(xiàn)減速運(yùn)動。由于前緣臨空，滑體在運(yùn)動過程中受擠壓，解體現(xiàn)象明顯，最終形成滑坡的破碎堆積體；③整個上段滑體表現(xiàn)為推移式的運(yùn)動，上部沿風(fēng)化層接觸面平動，但下部的砂巖自始至終表現(xiàn)為阻滑狀態(tài)，在上部滑體啟動加速一段后，下部擠壓應(yīng)力增大并剪出，在很短一段時間被動加速。t1時刻上段滑體達(dá)到最大加速度，隨后開始減速運(yùn)動，直至停滯。

(2) 滑坡東側(cè)典型剖面C—C′如圖7，東側(cè)各部分滑體速度和加速度示意圖如圖8。

圖7 滑坡發(fā)生前后C—C′剖面Fig.7 Profile C—C ' before and after sliding

圖8 滑坡東側(cè)各部分滑體速度和加速度示意圖

Fig.8 Velocity and acceleration of each part in the east side of sliding body

滑坡由于差異性運(yùn)動分為上、中、下3段滑體，根據(jù)滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)和解體模式，反演其運(yùn)動過程：①滑坡沿巖層內(nèi)部軟弱面破壞，整體處于加速狀態(tài)。上段滑面為巖石風(fēng)化接觸面，下段滑面為頁巖，兩者強(qiáng)度相近，因此，當(dāng)?shù)匦蜗嗨茣r，加速度相近；②下段滑體前緣進(jìn)入采石場，地形影響下，發(fā)生自前向后的阻滑，即t0時刻加速度開始降低。隨著滑體進(jìn)入采石場，加速度小于0，滑體開始減速。運(yùn)動過程中，下段進(jìn)入采石場的減速滑體受到被動擠壓，加之前緣臨空，滑體擠壓解體現(xiàn)象明顯，形成破碎堆積塊體；③中段滑體在t1時刻加速度開始降低，上段擠壓中段滑體，該段滑體存在差異風(fēng)化，部分風(fēng)化巖石在擠壓作用下破碎，新鮮的巖體保存了原巖結(jié)構(gòu)，但仍可見大量擠壓作用形成的剪切裂縫。在東側(cè)沖溝臨空區(qū)，也可見擠壓作用下的側(cè)向擴(kuò)展現(xiàn)象。上段滑體具有“后緣受拉、前緣受阻”的雙重效應(yīng)，在t2時刻整體減速。由于滑體風(fēng)化層厚度大，在35 m的滑動距離下，后緣拉裂錯動臺階和牽引拉裂縫十分發(fā)育，前部擠壓完全破碎。

由此可見，滑坡各區(qū)內(nèi)裂縫和破碎形成的原因如下：Ⅰ區(qū)主要受滑體牽引拉裂作用，以弧形拉張裂縫為主，伴有少量羽狀裂隙；Ⅱ區(qū)為主滑體脫離滑床形成的拉裂槽，槽內(nèi)風(fēng)化巖石破碎明顯，拉動作用下形成多級錯動臺階；順層平動段(Ⅲ1區(qū)和Ⅲ2區(qū))的巖體具有一定強(qiáng)度時(巖體強(qiáng)度>減速擠壓作用力)，則保持整體運(yùn)動，解體和破碎現(xiàn)象不明顯，若其巖體強(qiáng)度低時(即Ⅳ區(qū)風(fēng)化巖體)，在減速擠壓時則發(fā)生明顯的擠壓剪切裂縫，甚至解體破碎。當(dāng)滑體擠壓效應(yīng)明顯，且存在有效的臨空面時，則發(fā)生擴(kuò)容或破碎，即Ⅴ區(qū)的破碎堆積體。

4.4 滑坡地表變形對易損性的作用強(qiáng)度評價

Hungr等[11]提出了多個評價指標(biāo)，包括最大變形速度、總位移、地表差異性位移、滑體深度、沖擊滑體的厚度、滑程范圍內(nèi)對地表堆積層的侵蝕深度、沖擊動能、水平?jīng)_擊力等?，F(xiàn)場調(diào)查，該滑坡各區(qū)作用強(qiáng)度主要取決于滑體速度、滑體滑移距離、滑面深度及解體模式4個方面。為此，建立了如下的滑坡作用強(qiáng)度評價模型，即

式中：I為滑體的強(qiáng)度值；Ii為滑體對第i個指標(biāo)承受的強(qiáng)度值；ni為考慮指標(biāo)的個數(shù)。

根據(jù)滑坡作用強(qiáng)度評價模型計算得到滑坡各項影響因素對建筑物影響強(qiáng)度，如表2所示。

表2中各參數(shù)值范圍為0～1，值越大表明滑體受該因素影響越小?；w速度取值根據(jù)Cruden等[12]對滑坡速度等級的劃分取值；在相同運(yùn)動時間下，滑移距離參數(shù)可參考速度參數(shù)值；根據(jù)Ragozin等[13]的研究，建筑結(jié)構(gòu)的易損性不僅與建筑本身的基礎(chǔ)深度密切相關(guān)，而且受到滑體深度的影響，并給出了滑體深度相應(yīng)的強(qiáng)度參數(shù)；解體模式參數(shù)取值根據(jù)滑坡各部分實際破壞情況賦值：完整(0.75～1.0)、少量裂縫(0.5～0.75)、裂縫發(fā)育但無明顯破碎(0.25～0.5)、破碎明顯(0～0.25)。

表2 滑坡各項因素對建筑物易損性影響強(qiáng)度取值Table 2 Values of the intensity of factors affecting on building’s vulnerability

圖9 荊竹屋基滑坡對建筑物易損性作用強(qiáng)度分區(qū)Fig.9 Partitioning according to the intensity of landslide’s effect on building’s vulnerability in Jingzhuwuji landslide

從最終計算得出的強(qiáng)度值來看，滑體上各區(qū)對建筑物易損性的作用強(qiáng)度從大到小依次為：前緣堆積區(qū)(Ⅴ)>后緣拉槽破壞區(qū)(Ⅱ)>局部分塊滑移區(qū)(Ⅳ)>順層整體滑移區(qū)(Ⅲ1，Ⅲ2)>后緣拉裂影響區(qū)(Ⅰ)。根據(jù)各區(qū)對建筑物易損性的作用強(qiáng)度繪制滑體對建筑物易損性作用強(qiáng)度分區(qū)，如圖9所示。

5 結(jié) 論

萬州孫家荊竹屋基滑坡是川東地區(qū)背斜兩翼常見的新生型順層基巖滑坡，發(fā)生了順軟弱頁巖層和風(fēng)化接觸帶的整體滑動。滑坡區(qū)地形變化和滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)差異，造成了滑體的差異解體和巖體破碎。由于滑面的不統(tǒng)一，滑體各部分受到的阻滑力不同，局部出現(xiàn)拉張或擠壓效應(yīng)。當(dāng)巖體受風(fēng)化等作用強(qiáng)度低于拉張或擠壓力時，會發(fā)生解體或破碎。即便是整體啟動的順層巖質(zhì)滑坡，也由于滑體解體模式的差異，建筑物和土地存在差異的易損性，該滑坡對建筑物易損性的作用強(qiáng)度從大到小依次為：前緣堆積區(qū)(Ⅴ)>后緣拉槽破壞區(qū)(Ⅱ)>局部分塊滑移區(qū)(Ⅳ)>順層整體滑移區(qū)(Ⅲ1，Ⅲ2)>后緣拉裂影響區(qū)(Ⅰ)。由此可見，滑體解體模式是滑坡風(fēng)險評價的重要參數(shù)。

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(編輯：陳紹選)

Sliding Model of Jingzhuwuji Landslide in Sunjia Town, Wanzhou District

JIANG Bo1, CHAI Bo1, FANG Heng1, WANG Jia-jia2, HUANG Fa-ming3

(1.School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;2.Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 3.Geological Survey Institute, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)

A large bedded landslide occurred in Sunjia Town, Wanzhou District of Chongqing. There were multiple disintegration modes in the sliding process. In order to study the slip model of such bedded rock landslide, the slip structure and ground rupture were investigated. Furthermore on this basis, the landslide was partitioned and the sliding distance, movement patterns and building’s vulnerability were analysed. Results reveal that 1) potentially unstable slopes were made free by slope cutting of the leading edge of the quarry, and the anti-sliding force decreased, which triggered the sliding of shallow bedded weak shale in the middle and weathered contact zone in the back; 2) the primary slip body slid about 29.5m, the main slide direction was 5° and the thickness of slip body was about 15m; 3) affected by the change of weathered layer thickness and the previous topographical conditions, the partitioned disintegration was obvious after the sliding. The intensity of each partition’s effect on building’s vulnerability can be ranged as: front accumulation zone (Ⅵ) > groove damaging zone in the back edge (Ⅱ) > central nappe zone (Ⅳ), crushing zone (Ⅶ) > local block sliding zone (Ⅴ) > central thrust zone (Ⅳ) > integral sliding zone (Ⅲ1, Ⅲ2)> affected zone in the back edge (Ⅰ). Moreover, the zoning map of landslide’s crushing and disintegration is given, and it has reference value for analyzing landslide risk distribution.

bedded rock landslide; sliding distance; movement pattern; disintegration；intensity of effect

2014-03-31;

2014-04-08

國家自然科學(xué)基金項目(41202247)；中國地質(zhì)調(diào)查局項目(121201122017)；中央高校優(yōu)秀青年教師基金項目(2012049018)

姜 波(1990-)，男，湖北棗陽人，碩士研究生，主要從事工程地質(zhì)方面的研究，(電話)13986095133 (電子信箱)jbo1101@163.com。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.08.019

P642.22

A

1001-5485(2015)08-0103-07

2015,32(08):103-109