李遠(yuǎn)寧， 潘 勇， 馮曉亮， 陳 龍， 程 奎

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川 成都 611734； 2.中國地質(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)。每一個影響因素的變化，都給庫區(qū)滑坡發(fā)育、變形帶來深刻的影響。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，庫區(qū)水位的變化，降雨強(qiáng)度、時間，地震作用以及人類工程活動等。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。三峽庫區(qū)涉水滑坡主要影響因素是水位和降雨量。

2003年以來，我們對三峽庫區(qū)近50處滑坡進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測。所有具有明顯變形的滑坡表現(xiàn)出了許多共同點：滑坡體變形隨時間增加而增加，變形較大的滑坡總歷時變形曲線呈階梯上升趨勢；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、人類工程活動等。但庫水位、降雨對滑坡體的影響顯而易見，也是庫區(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-庫水位-降雨量曲線

圖2 某巖質(zhì)滑坡變形速率-庫水位-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。目前三峽水庫水位上半年下降，下半年則水位上升。水位大幅來回波動不利于滑坡體的穩(wěn)定，尤其是水位波動遇到降雨時特別是大強(qiáng)度降雨，出現(xiàn)工況疊加，滑坡將加劇。因此，有必要對影響滑坡變形的主導(dǎo)因素進(jìn)行了解分析。2012—2013年，本項目組曾采用包括灰色關(guān)聯(lián)度分析法等多種方法對三峽庫區(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)時采用人工監(jiān)測，每月采集1、2個數(shù)據(jù)[1]，難以將降雨與非降雨時段的變形區(qū)分開。2016年6月三峽庫區(qū)滑坡全面展開了自動化監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集密度為每小時一次，使得數(shù)據(jù)統(tǒng)計方便可靠。

2.1 庫水位的影響

為了保持三峽水庫的防洪能力，在汛期前騰出庫容量。因此每年重復(fù)著水位升高(175 m)降低(145 m)。庫區(qū)水位變化對庫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、動水壓力的影響和浸泡軟化作用的影響。其中庫水位不斷升降過程中引起的浮力以及動、靜水壓力的變化是庫區(qū)滑坡的重大影響因素[2]。

庫水位影響滑坡表現(xiàn)在以下方面[3-7]：

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

(2)在庫水位上升階段，滑坡淹沒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)滑動面的下部比較平緩時，即使滑坡體淹沒深度不大，由于滑動面受到浮力作用的面積較大，同樣也會對穩(wěn)定性有較大影響。當(dāng)滑動面以下為不透水或透水性很小的巖層時，則地下水在滑動面上匯集成層，對滑坡體產(chǎn)生的浮力作用更顯著。當(dāng)然，在水位上升時，作用在滑坡體滑帶上、下的滲透壓力差指向坡內(nèi)，對滑坡的穩(wěn)定有利。

在庫區(qū)蓄水后，滑坡因涉水抗滑摩擦阻力降低。同時，由于滑動面的相對隔水性，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)生滑動的災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，我國已發(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際上是通過改變滑坡體水動力狀況來影響滑坡體的穩(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，雨量不斷充填裂縫及軟弱結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)生一種順坡向的動態(tài)擴(kuò)張力，使裂縫張大。同時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力。

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

3 影響因素分析

根據(jù)對滑坡的現(xiàn)場調(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)度計算

計算步驟如下[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，滑坡淹沒比例}。

(2)對數(shù)據(jù)作極值和均值化處理運用均值化公式：

(1)

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

(3)求絕對差數(shù)列。根據(jù)絕對差公式：

(2)

式中：k=1,2,……,m對第2步得到的結(jié)果進(jìn)行計算，可求得絕對差數(shù)列。

(4)計算關(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)

對第(4)步所取得結(jié)果進(jìn)行上述計算，可求得比較數(shù)列Xj對參考數(shù)列Xi的關(guān)聯(lián)度。

3.2 水位下降階段計算數(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)行計算分析。

3.2.1 土質(zhì)滑坡計算

某土質(zhì)滑坡位于長江左岸支流旁。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。滑坡體主滑方向約263°，滑坡長約450 m，中部寬約400 m，面積18×104m2，體積約360×104m3?；麦w剪出口位于長江支流中，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)測點1103(高程約190 m)、下部監(jiān)測點1106(高程約240 m)進(jìn)行分析，從水位下降階段采取監(jiān)測點數(shù)據(jù)(表1)，運用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，計算得到對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)

計算出1103監(jiān)測點降雨量、水位下降量、最大水位下降速率、滑坡淹沒比例相對于監(jiān)測點變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.712462、0.734064、0.739323、0.624778。

可以看出，該監(jiān)測點區(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>滑坡淹沒比例。

計算出1106監(jiān)測點降雨量、水位下降量、最大水位下降速率、滑坡淹沒比例相對于監(jiān)測點變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.71247、0.734072、0.739331、0.62478。

同理，該監(jiān)測點區(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>滑坡淹沒比例。

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

3.2.2 巖質(zhì)滑坡計算

該滑坡位于長江左岸云陽縣雙江鎮(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)測點0210(高程約200 m)、上部監(jiān)測點0208(高程約340 m)進(jìn)行分析，從水位下降階段采取監(jiān)測點數(shù)據(jù)(表2)，運用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，計算得到對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)

計算出0208監(jiān)測點降雨量、水位下降量、水位下降速率、滑坡淹沒比例相對于監(jiān)測點變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.732445、0.754338、0.750337、0.673703?？梢钥闯?，該監(jiān)測點區(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>滑坡淹沒比例。

計算出0210監(jiān)測點降雨量、水位下降量、水位下降速率、滑坡淹沒比例相對于監(jiān)測點變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.785803、0.817226、0.819045、0.787899。同理，該監(jiān)測點區(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>滑坡淹沒比例>降雨量。

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

3.3 水位上升階段計算數(shù)據(jù)與結(jié)果

選取了相同的監(jiān)測點進(jìn)行計算分析。

3.3.1 土質(zhì)滑坡計算

從水位上升階段采取土質(zhì)滑坡監(jiān)測點數(shù)據(jù)(見表3)，運用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，計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)

計算出1103監(jiān)測點降雨量、水位上升量、水位上升速率、滑坡淹沒比例相對于監(jiān)測點變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.800357、0.737163、0.767199、0.763153。可以看出，該監(jiān)測點區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是降雨量>水位上升速率>滑坡淹沒比例>水位上升量。

計算出1106監(jiān)測點降雨量、水位上升量、水位上升速率、滑坡淹沒比例相對于監(jiān)測點變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.678438、0.701057、0.687451、0.738544。同理，該監(jiān)測點區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是滑坡淹沒比例>水位上升量>水位上升速率>降雨量。

由計算結(jié)果可見，該土質(zhì)滑坡在庫水位上升階段，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]比例。

3.3.2 巖質(zhì)滑坡計算

從水位上升階段采取巖質(zhì)滑坡監(jiān)測點數(shù)據(jù)(見表4)，運用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，計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)

計算出0208監(jiān)測點降雨量、水位上升量、水位上升速率、滑坡淹沒比例相對于監(jiān)測點變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.708513、0.705894、0.71858、0.676056?？梢钥闯?，該監(jiān)測點區(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>滑坡淹沒比例。

計算出0210監(jiān)測點降雨量、水位上升量、水位上升速率、滑坡淹沒比例相對于監(jiān)測點變形速率的關(guān)聯(lián)度為：0.703653、0.673749、0.690579、0.707004。同理，該監(jiān)測點區(qū)域?qū)ψ冃斡绊懙臋?quán)重依次是滑坡淹沒比例>降雨量>水位上升速率>水位上升量。

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

4 結(jié)論

經(jīng)對庫區(qū)200余處滑坡進(jìn)行了統(tǒng)計分析，在庫水位下降階段恰遇當(dāng)?shù)赜昙?，變形較大的滑坡都產(chǎn)生了有規(guī)律的變形階躍，滑坡變形加速。根據(jù)對某土質(zhì)、巖質(zhì)滑坡采用灰色關(guān)聯(lián)度分析計算結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

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

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

(3)庫水位上升階段，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)庫水位上升階段，該巖質(zhì)滑坡受庫水位影響最大；

以上結(jié)論基本符合圖1、2中滑坡變形速率-庫水位-降雨量曲線顯示的結(jié)果，說明灰色關(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。