李遠(yuǎn)寧， 潘 勇， 馮曉亮， 陳 龍， 程 奎

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川 成都 611734； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)中心,四川 成都 611734； 3.重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治中心，重慶 400015)

1 概況

庫(kù)岸滑坡發(fā)生變形破壞，與其地質(zhì)環(huán)境和自然環(huán)境有著密不可分的關(guān)聯(lián)。每一個(gè)影響因素的變化，都給庫(kù)區(qū)滑坡發(fā)育、變形帶來(lái)深刻的影響。影響滑坡體穩(wěn)定性的因素有很多，也很復(fù)雜，包括滑坡的結(jié)構(gòu)、形狀、物質(zhì)組成，庫(kù)區(qū)水位的變化，降雨強(qiáng)度、時(shí)間，地震作用以及人類工程活動(dòng)等。但在具體的地質(zhì)環(huán)境中，影響滑坡穩(wěn)定的因素主次仍很分明。三峽庫(kù)區(qū)涉水滑坡主要影響因素是水位和降雨量。

2003年以來(lái)，我們對(duì)三峽庫(kù)區(qū)近50處滑坡進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)。所有具有明顯變形的滑坡表現(xiàn)出了許多共同點(diǎn)：滑坡體變形隨時(shí)間增加而增加，變形較大的滑坡總歷時(shí)變形曲線呈階梯上升趨勢(shì)；在汛期(即當(dāng)?shù)赜昙?盡管許多滑坡體變形出現(xiàn)了躍升階梯，但是汛期過(guò)后其變形速率迅速降低趨于平穩(wěn)；汛期滑坡體變形躍升值的大小與降雨量成正比；在非雨季滑坡體變形速率較小，變形曲線表現(xiàn)為平緩上升。

2 滑坡變形影響因素

盡管對(duì)滑坡體穩(wěn)定性的影響因素有很多，例如地震作用、人類工程活動(dòng)等。但庫(kù)水位、降雨對(duì)滑坡體的影響顯而易見(jiàn)，也是庫(kù)區(qū)滑坡體失穩(wěn)的主要影響因素和誘發(fā)因素。本文僅就水位和降雨對(duì)滑坡的影響進(jìn)行討論。圖1、2分別是某土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡的變形速率-庫(kù)水位-降雨量曲線。本文所提及的皆為同一土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡。

圖1 某土質(zhì)滑坡變形速率-庫(kù)水位-降雨量曲線

圖2 某巖質(zhì)滑坡變形速率-庫(kù)水位-降雨量曲線

由圖1、2可以看出，水位下降和降雨量增加都加劇了滑坡體變形。目前三峽水庫(kù)水位上半年下降，下半年則水位上升。水位大幅來(lái)回波動(dòng)不利于滑坡體的穩(wěn)定，尤其是水位波動(dòng)遇到降雨時(shí)特別是大強(qiáng)度降雨，出現(xiàn)工況疊加，滑坡將加劇。因此，有必要對(duì)影響滑坡變形的主導(dǎo)因素進(jìn)行了解分析。2012—2013年，本項(xiàng)目組曾采用包括灰色關(guān)聯(lián)度分析法等多種方法對(duì)三峽庫(kù)區(qū)200多處滑坡(多數(shù)滑坡涉水)進(jìn)行了影響因素分析。當(dāng)時(shí)采用人工監(jiān)測(cè)，每月采集1、2個(gè)數(shù)據(jù)[1]，難以將降雨與非降雨時(shí)段的變形區(qū)分開(kāi)。2016年6月三峽庫(kù)區(qū)滑坡全面展開(kāi)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集密度為每小時(shí)一次，使得數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方便可靠。

2.1 庫(kù)水位的影響

為了保持三峽水庫(kù)的防洪能力，在汛期前騰出庫(kù)容量。因此每年重復(fù)著水位升高(175 m)降低(145 m)。庫(kù)區(qū)水位變化對(duì)庫(kù)岸滑坡的影響主要有浪蝕、流水作用的影響，浮力減重的影響，靜、動(dòng)水壓力的影響和浸泡軟化作用的影響。其中庫(kù)水位不斷升降過(guò)程中引起的浮力以及動(dòng)、靜水壓力的變化是庫(kù)區(qū)滑坡的重大影響因素[2]。

庫(kù)水位影響滑坡表現(xiàn)在以下方面[3-7]：

(1)在庫(kù)水位下降階段，由于滑坡體內(nèi)地下水位下降相對(duì)滯后，產(chǎn)生超孔隙水壓力，滲透壓力指向坡外，對(duì)滑坡的穩(wěn)定不利。同時(shí)，庫(kù)水位下降使得浮力降低，滑帶抗剪強(qiáng)度增加，對(duì)滑坡穩(wěn)定性是有利的。

(2)在庫(kù)水位上升階段，滑坡淹沒(méi)的水下部分受浮力作用，使滑坡體的抵抗力變小、穩(wěn)定性降低。特別是當(dāng)滑動(dòng)面的下部比較平緩時(shí)，即使滑坡體淹沒(méi)深度不大，由于滑動(dòng)面受到浮力作用的面積較大，同樣也會(huì)對(duì)穩(wěn)定性有較大影響。當(dāng)滑動(dòng)面以下為不透水或透水性很小的巖層時(shí)，則地下水在滑動(dòng)面上匯集成層，對(duì)滑坡體產(chǎn)生的浮力作用更顯著。當(dāng)然，在水位上升時(shí)，作用在滑坡體滑帶上、下的滲透壓力差指向坡內(nèi)，對(duì)滑坡的穩(wěn)定有利。

在庫(kù)區(qū)蓄水后，滑坡因涉水抗滑摩擦阻力降低。同時(shí)，由于滑動(dòng)面的相對(duì)隔水性，使得滑坡體內(nèi)地下水位上升，若再遇上降雨，則地下水位就會(huì)顯著上升，造成邊坡穩(wěn)定性降低。

2.2 降雨的影響

滑波是一種坡體因多種因素耦合變形，最終被某些誘發(fā)因素激發(fā)失穩(wěn)，產(chǎn)生滑動(dòng)的災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已發(fā)生的滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害中，90%是由降雨直接誘發(fā)或與降雨相關(guān)[6]。降雨特別是暴雨作用實(shí)際上是通過(guò)改變滑坡體水動(dòng)力狀況來(lái)影響滑坡體的穩(wěn)定性的，其作用機(jī)制是由于地下水補(bǔ)給的激增所引起的。

降雨誘發(fā)滑坡表現(xiàn)在以下方面[8-13]：

雨水滲入使得地下水位抬升、提高了孔隙水壓力，滑移面巖土受水浸濕發(fā)生軟化、泥化作用，使巖土體內(nèi)的粘聚力迅速減小，抗剪強(qiáng)度迅速降低。其次是降雨入滲時(shí)，雨量不斷充填裂縫及軟弱結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)生一種順坡向的動(dòng)態(tài)擴(kuò)張力，使裂縫張大。同時(shí)潛在滑移面上充水而引起孔隙水壓力升高，也起到降低有效應(yīng)力、削弱抗滑力的作用。大強(qiáng)度的降雨，使坡體含水、自重加大，加大了斜向自重推動(dòng)力。

滑坡體失穩(wěn)與暴雨降雨過(guò)程總量的大小、日降暴雨強(qiáng)度以及經(jīng)歷時(shí)間的長(zhǎng)短等參數(shù)有關(guān)，三峽庫(kù)區(qū)屬降雨豐沛地區(qū)，以短時(shí)間內(nèi)的降雨強(qiáng)度影響最甚。所以對(duì)暴雨、特大暴雨的監(jiān)測(cè)就變得更為重要。

3 影響因素分析

根據(jù)對(duì)滑坡的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，選取影響滑坡穩(wěn)定的主要外界影響因子，將滑坡變形速率、降雨量、水位變化量、最大水位變化速率、滑坡淹沒(méi)比例作為因素集，組成關(guān)聯(lián)數(shù)列。

3.1 灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算

計(jì)算步驟如下[14-16]：

(1)組成關(guān)聯(lián)數(shù)列，即：

X=X1，X2，X3,X4,X5={變形速率，降雨量，水位變化量，最大水位變化速率，滑坡淹沒(méi)比例}。

(2)對(duì)數(shù)據(jù)作極值和均值化處理運(yùn)用均值化公式：

(1)

式中：i=1,2,……,m；n=0,1,……,n，對(duì)數(shù)列X進(jìn)行均值化變化，使其極性一致、無(wú)量綱。

(3)求絕對(duì)差數(shù)列。根據(jù)絕對(duì)差公式：

(2)

式中：k=1,2,……,m對(duì)第2步得到的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，可求得絕對(duì)差數(shù)列。

(4)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)公式：

(3)

式中：ρ——分辨系數(shù)，ρ取值范圍為[0,1]。它的取值只影響關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小，不影響關(guān)聯(lián)序，本文取中間值0.5。由上述公式可得比較數(shù)列Xj對(duì)參考數(shù)列Xi的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

(5)求得關(guān)聯(lián)度。根據(jù)關(guān)聯(lián)度公式：

(4)

對(duì)第(4)步所取得結(jié)果進(jìn)行上述計(jì)算，可求得比較數(shù)列Xj對(duì)參考數(shù)列Xi的關(guān)聯(lián)度。

3.2 水位下降階段計(jì)算數(shù)據(jù)與結(jié)果

選取了變形較大的某土質(zhì)滑坡與巖質(zhì)滑坡進(jìn)行計(jì)算分析。

3.2.1 土質(zhì)滑坡計(jì)算

某土質(zhì)滑坡位于長(zhǎng)江左岸支流旁。為侏羅系上統(tǒng)遂寧組紫紅色泥巖及泥質(zhì)粉砂巖(J3s)組成的順向坡，構(gòu)造處于黃柏溪向斜西北翼、鐵峰山背斜南東翼?；碌匦纹露?5°～26°，屬低山丘陵剝蝕地貌。平面上近似三角形，前緣高程135 m，后緣高程260 m?；麦w主滑方向約263°，滑坡長(zhǎng)約450 m，中部寬約400 m，面積18×104m2，體積約360×104m3。滑坡體剪出口位于長(zhǎng)江支流中，滑坡發(fā)育于覆蓋層(Q4del)與下伏J3s基巖界面。

我們選取滑坡上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)1103(高程約190 m)、下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)1106(高程約240 m)進(jìn)行分析，從水位下降階段采取監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)(表1)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，計(jì)算得到對(duì)于滑坡變形各影響因素的關(guān)聯(lián)度。

表1 某土質(zhì)滑坡水位下降階段數(shù)據(jù)

計(jì)算出1103監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨量、水位下降量、最大水位下降速率、滑坡淹沒(méi)比例相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.712462、0.734064、0.739323、0.624778。

可以看出，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是最大水位下降速率>水位下降量>降雨量>滑坡淹沒(méi)比例。

計(jì)算出1106監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨量、水位下降量、最大水位下降速率、滑坡淹沒(méi)比例相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.71247、0.734072、0.739331、0.62478。

同理，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是水位下降速率>水位下降量>降雨量>滑坡淹沒(méi)比例。

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，該土質(zhì)滑坡在庫(kù)水位下降時(shí)，影響滑坡變形的第一因素是庫(kù)水位下降速率。

3.2.2 巖質(zhì)滑坡計(jì)算

該滑坡位于長(zhǎng)江左岸云陽(yáng)縣雙江鎮(zhèn)境內(nèi)。滑體部分地方淺表覆蓋層碎石土(Q4del+col)，出露基巖地層為侏羅系遂寧組(J3s)紫紅砂泥巖及泥質(zhì)粉砂巖互層，屬巖質(zhì)順向滑坡。構(gòu)造上處于新場(chǎng)背斜，巖層呈單斜構(gòu)造。地形坡度10°～30°，低山丘陵剝蝕地貌。平面形態(tài)呈三角形，滑坡體前緣高程<95 m，后緣高程385 m?；麦w主滑方約220°，滑坡長(zhǎng)1200 m，中部寬約850 m，滑坡面積為114×104m2，體積約5700×104m3?；麦w剪出口位于長(zhǎng)江中，滑坡滑面位于J3s基巖中軟弱接觸面。

選取滑坡下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)0210(高程約200 m)、上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)0208(高程約340 m)進(jìn)行分析，從水位下降階段采取監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)(表2)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，計(jì)算得到對(duì)于滑坡變形各影響因素的關(guān)聯(lián)度。

表2 某巖質(zhì)滑坡水位下降階段數(shù)據(jù)

計(jì)算出0208監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨量、水位下降量、水位下降速率、滑坡淹沒(méi)比例相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.732445、0.754338、0.750337、0.673703?？梢钥闯?，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是水位下降量>水位下降速率>降雨量>滑坡淹沒(méi)比例。

計(jì)算出0210監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨量、水位下降量、水位下降速率、滑坡淹沒(méi)比例相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.785803、0.817226、0.819045、0.787899。同理，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是水位下降速率>水位下降量>滑坡淹沒(méi)比例>降雨量。

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，該巖質(zhì)滑坡在庫(kù)水位下降時(shí)，滑坡變形的第一影響因素是庫(kù)水位下降速度或水位下降量。

3.3 水位上升階段計(jì)算數(shù)據(jù)與結(jié)果

選取了相同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析。

3.3.1 土質(zhì)滑坡計(jì)算

從水位上升階段采取土質(zhì)滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表3)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，計(jì)算滑坡變形各影響因素的關(guān)聯(lián)度。

表3 某土質(zhì)滑坡水位上升階段數(shù)據(jù)

計(jì)算出1103監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨量、水位上升量、水位上升速率、滑坡淹沒(méi)比例相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.800357、0.737163、0.767199、0.763153?？梢钥闯?，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是降雨量>水位上升速率>滑坡淹沒(méi)比例>水位上升量。

計(jì)算出1106監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨量、水位上升量、水位上升速率、滑坡淹沒(méi)比例相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.678438、0.701057、0.687451、0.738544。同理，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是滑坡淹沒(méi)比例>水位上升量>水位上升速率>降雨量。

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，該土質(zhì)滑坡在庫(kù)水位上升階段，其上部變形的第一影響因素是降雨量?；孪虏孔冃蔚牡谝挥绊懸蛩厥腔卵蜎](méi)比例。

3.3.2 巖質(zhì)滑坡計(jì)算

從水位上升階段采取巖質(zhì)滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表4)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，計(jì)算滑坡變形各影響因素的關(guān)聯(lián)度。

表4 某巖質(zhì)滑坡水位上升階段數(shù)據(jù)

計(jì)算出0208監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨量、水位上升量、水位上升速率、滑坡淹沒(méi)比例相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.708513、0.705894、0.71858、0.676056?？梢钥闯?，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是水位上升速率>降雨量>水位上升量>滑坡淹沒(méi)比例。

計(jì)算出0210監(jiān)測(cè)點(diǎn)降雨量、水位上升量、水位上升速率、滑坡淹沒(méi)比例相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.703653、0.673749、0.690579、0.707004。同理，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是滑坡淹沒(méi)比例>降雨量>水位上升速率>水位上升量。

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，該巖質(zhì)滑坡在庫(kù)水位上升階段，其上、下部變形的第一影響因素是庫(kù)水位的變化。

4 結(jié)論

經(jīng)對(duì)庫(kù)區(qū)200余處滑坡進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，在庫(kù)水位下降階段恰遇當(dāng)?shù)赜昙荆冃屋^大的滑坡都產(chǎn)生了有規(guī)律的變形階躍，滑坡變形加速。根據(jù)對(duì)某土質(zhì)、巖質(zhì)滑坡采用灰色關(guān)聯(lián)度分析計(jì)算結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

(1)庫(kù)水位下降階段，該土質(zhì)滑坡、巖質(zhì)滑坡變形受庫(kù)水位影響最大；

(2)庫(kù)水位下降階段，降雨與庫(kù)水位變化對(duì)滑坡變形影響比較接近，都是主要的影響因素；

(3)庫(kù)水位上升階段，該土質(zhì)滑坡上部受降雨影響最大，滑坡下部受水位影響最大；

(4)庫(kù)水位上升階段，該巖質(zhì)滑坡受庫(kù)水位影響最大；

以上結(jié)論基本符合圖1、2中滑坡變形速率-庫(kù)水位-降雨量曲線顯示的結(jié)果，說(shuō)明灰色關(guān)聯(lián)度分析法可以應(yīng)用于滑坡變形影響因子權(quán)重分析。