魏昌利，張 瑛，馮文凱，楊志華，陳 亮

(1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；2.四川省地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610081；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081)

岷江上游位于青藏高原向四川盆地的過(guò)渡地帶，山高谷深、褶皺斷裂發(fā)育、巖體破碎、地震活動(dòng)頻繁，加之降水充沛、人類工程活動(dòng)沿河且集中，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育[1～5]。近年來(lái)，岷江源區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，旅游開(kāi)發(fā)、城鎮(zhèn)、公路、鐵路建設(shè)等工程逐漸增多，地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題也日益凸出。

已有研究表明，在岷江干流及其主要支流的深切峽谷河段地質(zhì)災(zāi)害尤其發(fā)育、危害嚴(yán)重[6～8]。而在靠近分水嶺部位的槽谷曲流河段，由于地殼抬升緩慢，河谷寬、岸坡緩，降雨量偏少，地質(zhì)災(zāi)害相對(duì)較少，也多被認(rèn)為發(fā)生大型滑坡的可能性小，沒(méi)有引起特別關(guān)注。但通過(guò)筆者近年在該區(qū)域的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)在岷江上游紅橋關(guān)至西寧關(guān)的槽谷曲流段兩岸大型滑坡卻密集發(fā)育，從紅橋關(guān)至西寧關(guān)25.4 km槽谷曲流河段共發(fā)育大型滑坡14 處，平均線密度達(dá)1.81 處/km，遠(yuǎn)高于其上游、下游河段。這些古滑坡多具有地震滑坡的特征。特別是近年來(lái)人類工程活動(dòng)快速擴(kuò)張，加之該區(qū)域進(jìn)入地震頻發(fā)期，以及氣候變化、降雨量增多，導(dǎo)致了一些古滑坡復(fù)活。例如，國(guó)道G213川主寺隧道南出口滑坡是一個(gè)巨型古滑坡，施工導(dǎo)致隧道口滑坡體局部復(fù)活[6]；紅花屯古滑坡因成蘭鐵路切坡及強(qiáng)降雨，導(dǎo)致120×104m3古滑坡堆積體發(fā)生復(fù)活，花費(fèi)巨資治理[7]；元壩子滑坡、俄寨滑坡等也都出現(xiàn)局部復(fù)活跡象。

已有研究認(rèn)為，該區(qū)多期、密集發(fā)育的斷裂，變質(zhì)、破碎的巖體及斜坡結(jié)構(gòu)是滑坡形成的基本條件；頻發(fā)的地震，以及干旱、融雪、降雨交替的氣候是主要誘發(fā)因素。研究這些古滑坡的特征、成因機(jī)理和演化過(guò)程，評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性和復(fù)活性，對(duì)于該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的早期識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)防范意義重大。因此，本文在分析岷江上游槽谷曲流段自然地理、地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，總結(jié)了大型古滑坡的特征及分布規(guī)律，研究其成因機(jī)理和復(fù)活性，并以元壩子滑坡為例，研究滑坡形成條件、成因機(jī)理與演化過(guò)程，對(duì)其穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢(shì)做了評(píng)價(jià)。

1 岷江上游曲流段孕災(zāi)背景

1.1 自然地理?xiàng)l件

岷江上游槽谷曲流河段位于松潘縣紅橋關(guān)至西寧關(guān)之間的岷江干流上，全長(zhǎng)25.4 km。該河段靠近岷江源頭，紅橋關(guān)距岷江分水嶺——弓嘎嶺約30 km，控制流域面積1 420 km2，流量3.2～20.3 m3/s，平均5.5 m3/s。曲流河段谷底海拔高程2 710～2 960 m，平均縱坡降1%，谷寬600～700 m，谷坡18°～22°。兩側(cè)山脊海拔高程3 400～4 500 m，屬圓頂中高山地貌。

研究區(qū)屬高山寒溫帶氣候，多年平均降水量728.4 mm，呈雙峰型，5—7月最高，8月略低，9月略高，11月至次年2月為枯季。20分鐘最大降水量為21.4 mm，1小時(shí)最大降水量25.3 mm，24小時(shí)最大降水量45.5 mm；多年平均氣溫5.9 ℃，極端最高溫度30.9 ℃，最低溫度-23.1 ℃。

1.2 地質(zhì)環(huán)境

研究區(qū)以岷江干流為界，西側(cè)為岷江推覆構(gòu)造帶之大溝推覆體，由東向西平行發(fā)育NNW向延伸的高屯子向斜、大溝向斜和阿英平梁向斜，并被大溝斷層切斷。東側(cè)以雪山斷裂為界，北部為摩天嶺地塊，由南向北平行發(fā)育NEE向延伸、向北凸出的黑賬房背斜、三塘水向斜和林坡背斜；南部為雪寶頂東西向構(gòu)造帶，發(fā)育NWW向延伸的郎求向斜、大寨鄉(xiāng)背斜、麻子寨向斜和麻子寨斷層。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為多階段、不均衡的抬升、震蕩和掀斜，岷江河谷較寬闊，發(fā)育不對(duì)稱的多級(jí)階地，西岸抬升較快階地窄小，東岸階地地形平緩，階地發(fā)育較好。

研究區(qū)地處松潘—龍門(mén)山地震區(qū)，地震活動(dòng)較頻繁，附近有記錄的較大地震主要有638年紅花屯5級(jí)地震、1960年漳臘6.75 級(jí)地震、1953年扎尕山5.5級(jí)地震、1933年疊溪7.5 級(jí)地震、1976年松潘—平武兩次7.2 級(jí)地震，以及2008年汶川8.0 級(jí)地震。研究區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)特征譜周期為0.40 s。

2 岷江上游曲流段大型古滑坡特征、成因及復(fù)活性分析

2.1 滑坡特征

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，岷江上游紅橋關(guān)至西寧關(guān)發(fā)育的14處大型古滑坡(圖1、表1)，其中岷江右岸6處、左岸8 處?；麦w方量100×104～770×104m3，總方量約4 000×104m3。這些滑坡都沿岷江斷裂帶分布，且均屬巖質(zhì)滑坡，巖性主要為三疊系中、上統(tǒng)較為破碎的板巖、變質(zhì)砂巖、千枚巖等，巖體風(fēng)化破碎帶厚度一般為30～60 m，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些滑坡大多從坡頂啟動(dòng)，滑動(dòng)距離較遠(yuǎn)，從坡頂直達(dá)最低處的岷江河谷呈現(xiàn)“一滑到底”特征。從發(fā)生滑坡后殘留的滑壁分析，大部分滑坡具有不連續(xù)的滑動(dòng)面，且剪出口位置相對(duì)較高，一般位于斜坡中下部。

2.2 滑坡成因及復(fù)活性分析

這些滑坡分布于岷江兩岸，左岸多屬順向坡，右岸多屬逆向坡，滑坡發(fā)育于岷江斷裂帶的變質(zhì)巖地層，岷江斷裂破碎帶寬度數(shù)十米至數(shù)百米，兩側(cè)巖層受強(qiáng)烈擠壓破碎嚴(yán)重[8]，新構(gòu)造活動(dòng)形跡明顯，地震活動(dòng)強(qiáng)烈，有記載的中、強(qiáng)地震有7 次，其中公元638年在紅花屯附近發(fā)生5.7級(jí)地震，1960年在漳臘發(fā)生6.75 級(jí)地震，1953年在西格堡岷江西支斷裂上發(fā)生5.5 級(jí)地震。因此分析認(rèn)為強(qiáng)烈的地震是該地段大型滑坡集中的主要原因，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查也證實(shí)這些滑坡具有滑動(dòng)距離較遠(yuǎn)、滑動(dòng)面不連續(xù)、剪出口較高、一滑到底等典型的地震滑坡特征[14]。經(jīng)地質(zhì)分析、測(cè)年鑒定，這些滑坡是更新世以來(lái)形成的古滑坡?，F(xiàn)場(chǎng)定性判定目前滑坡整體穩(wěn)定性均較好，但其中10 處滑坡因江水沖刷、工程開(kāi)挖局部不穩(wěn)定，在強(qiáng)震或持續(xù)、強(qiáng)降雨條件下，滑坡堆積體可能局部復(fù)活。

圖1 岷江上游槽谷曲流段大型古滑坡分布圖Fig.1 Distribution of large ancient landslides in the meandering trough valley in the upper reaches of the Minjiang river1—大型滑坡及編號(hào)；2—曲流河段；3—河流；4—地震震中；5—斷層

3 元壩子古滑坡成因機(jī)理與演化過(guò)程

松潘縣十里鄉(xiāng)元壩子滑坡為區(qū)內(nèi)典型滑坡，滑坡位于岷江上游槽谷曲流段岷江干流左岸，處于岷江大拐彎的凹岸(圖2)。斜坡結(jié)構(gòu)為逆向坡，滑坡左右側(cè)各發(fā)育一條沖溝，滑體巖性為板巖和變質(zhì)砂巖，巖體破碎嚴(yán)重，風(fēng)化破碎帶厚度達(dá)幾十米厚，且滑坡區(qū)緊鄰岷江斷裂和雪寶頂斷裂兩大區(qū)域性斷裂。這些地質(zhì)背景代表了該區(qū)段地震滑坡的普遍特征，為地震條件下發(fā)生滑坡提供了十分有利的條件，而且由于該滑坡剛好處于岷江大拐彎凹岸，坡腳受岷江江水沖刷十分強(qiáng)烈，出現(xiàn)了明顯的局部復(fù)活跡象，同時(shí)，正在建設(shè)中的成蘭鐵路從滑坡前緣約150 m處順河穿過(guò)。因此，以下我們著重研究元壩子滑坡的成因機(jī)理及演化過(guò)程，對(duì)該區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害研究、成蘭鐵路建設(shè)提供一定的參考。

表1 岷江上游槽谷曲流段大型古滑坡特征表

圖2 元壩子滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig.2 Engineering geological map of the Yuanbazi landslide

3.1 地質(zhì)背景條件

元壩子滑坡構(gòu)造上位于雪寶頂東西向構(gòu)造帶西北角，郎求向斜近軸部，北距東西走向的雪山斷裂約700 m，西則緊鄰南北走向的岷江斷裂。

滑坡區(qū)基巖地層為三疊系上統(tǒng)新都橋組(T3xn)深灰—灰黑色含炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、鈣質(zhì)板巖，局部夾灰色薄—中層狀不穩(wěn)定砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)砂巖。岷江左岸巖層產(chǎn)狀40°∠20°，屬逆向坡；岷江右岸巖層陡立，產(chǎn)狀106°∠80°?；聟^(qū)地下水主要為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。基巖裂隙水賦存于三疊系上統(tǒng)新都橋組板巖、砂巖裂隙中，富水性較好，主要受降雨、融雪補(bǔ)給，向岷江河谷方向徑流，在谷底、地形轉(zhuǎn)折部位補(bǔ)給松散堆積體。松散巖類孔隙水零星分布，滑坡堆積體富水較差。

3.2 滑坡基本特征

元壩子滑坡前緣臨江，海拔高程2 888 m，后緣最高海拔3 238 m，相對(duì)高差350 m?；掠覀?cè)以山脊為界，左側(cè)以溝谷為界?；驴v長(zhǎng)約780 m，上寬下窄，中后部最寬約480 m，前緣寬約250 m?；聟^(qū)面積26.2×104m2，其中堆積體面積18.9×104m2，滑體平均厚度15.5 m，體積293×104m3，規(guī)模大型，滑坡主滑動(dòng)方向249°(圖3)。

圖3 元壩子滑坡工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 Engineering geological profile of the Yuanbazi landslide

滑坡區(qū)平均地形坡度約23°，滑源區(qū)較陡，一般25°～35°，堆積區(qū)較緩，一般20°～25°?；麦w厚度一般10～25 m，中部最厚處近30 m?；w物質(zhì)主要為含角礫粉質(zhì)黏土、碎石角礫土；含角礫粉質(zhì)粉土，灰色、灰褐色，可塑狀，角礫含量約占10%～40%，粒徑一般5～15 mm，成分以砂巖、板巖為主，該層主要分布于地表，厚度一般5～10 m，局部夾于下部角礫土中；碎石角礫土，灰、深灰色，中密-密實(shí)，粒徑一般2～15 cm，角礫含量約占40%～50%，碎石含量約占30%～40%，少量砂、粉質(zhì)黏土充填，成分為砂巖、板巖，強(qiáng)風(fēng)化狀，該層分布于滑動(dòng)面以上，厚度一般10～25 m?；瑤林饕獮樯罨疑圪|(zhì)黏土，可塑狀，含少量角礫、腐殖質(zhì)、貝殼等，厚度0.1～0.5 m。據(jù)鉆孔揭露，滑床上段為三疊系上統(tǒng)新都橋組砂板巖，下段為第四系上更新統(tǒng)飛機(jī)壩組圓礫卵石土。

3.3 成因機(jī)理分析

根據(jù)滑坡地面、滑面形態(tài)和堆積物現(xiàn)狀復(fù)原滑坡原始地形(圖3)可以看出，滑坡原始地面線呈階梯型。上部滑源區(qū)接近分水嶺，地形坡度較緩；中部剪出口段地形坡度較陡，約35°～45°，提供了良好的臨空條件；下部滑覆堆積區(qū)二、三級(jí)階地地形坡度相對(duì)較緩。

滑坡區(qū)緊鄰岷江斷裂和雪寶頂斷裂兩大區(qū)域性斷裂，且地震活動(dòng)頻繁，三疊系上統(tǒng)新都橋組板巖、砂巖破碎嚴(yán)重，風(fēng)化破碎帶發(fā)育深度達(dá)數(shù)十米，為滑坡發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。該基巖地層產(chǎn)狀40°∠20°，屬傾向坡內(nèi)的逆向斜坡，僅在降雨條件下很難形成滑坡。

從滑動(dòng)面形態(tài)分析，從上至下呈陡—緩—陡的變化，第一個(gè)緩平臺(tái)具地震拋射滑面特征。據(jù)鉆孔揭露，中、前部滑坡體覆蓋在二、三級(jí)階地堆積的圓礫、卵石土上，而不是被向前推擠，仍呈現(xiàn)出地震滑覆的特征。從滑源區(qū)和堆積物推斷，滑坡滑動(dòng)距離150～350 m，最遠(yuǎn)達(dá)400 m以上，平均休止角21°。

滑坡堆積體物質(zhì)細(xì)碎、結(jié)構(gòu)較致密，表現(xiàn)出充分解體及后期固結(jié)的特點(diǎn)。鉆孔揭露中前部滑動(dòng)帶土(滑床為上更新世圓礫、卵石土)中含有樹(shù)木殘?bào)w，取樣后在美國(guó)BETA實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行14C測(cè)年，測(cè)年結(jié)果為11 250±40 a，證明該滑坡為晚更新世末形成的古滑坡。

3.4 滑坡觸發(fā)因素模擬分析

根據(jù)反演推測(cè)的滑前原始地形，采用FLAC3D軟件模擬暴雨和地震工況下的變形特征，分析滑坡觸發(fā)因素?；瑒?dòng)前為基巖斜坡，滑體為風(fēng)化破碎砂巖、板巖，根據(jù)調(diào)查、反演和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定模擬參數(shù)，風(fēng)化破碎砂巖、板巖參考碎石土取值。

結(jié)果顯示，暴雨工況下，坡體處于完全飽水狀態(tài)，總位移從坡體內(nèi)部2.0 mm至坡表達(dá)到最大1.7 cm(圖4)，水平位移從坡體內(nèi)2.0 mm至坡表達(dá)到最大1.3 cm，垂向位移從坡體內(nèi)2.0 mm至坡表最大1.2 cm。坡體中部存在應(yīng)力集中，剪應(yīng)變主要集中在坡體中上部，但剪應(yīng)變值較小，剪應(yīng)變?cè)隽考性谄麦w中上部，但未貫通(圖5)。

圖4 暴雨?duì)顟B(tài)下總位移場(chǎng)特征Fig.4 Characteristics of the total displacement field under heavy rain

圖5 暴雨?duì)顟B(tài)下剪應(yīng)變?cè)隽刻卣鱂ig.5 Characteristics of the shear strain increment under heavy rain

地震工況下，地震加速度取0.2g，坡體發(fā)生變形破壞，總位移從坡體內(nèi)部5.0 cm至坡表達(dá)到最大約36.1 cm(圖6)，水平位移從坡體內(nèi)2.0 cm至坡表達(dá)到最大8.6 cm，垂向位移從坡體內(nèi)5.0 mm至坡表達(dá)到最大35.5 cm。坡體中部出現(xiàn)較明顯的剪應(yīng)變集中帶，剪應(yīng)變?cè)隽考性谄麦w中上部，且發(fā)生貫通(圖7)，斜坡穩(wěn)定性變差。

對(duì)比顯示，原始斜坡對(duì)地震的敏感性明顯強(qiáng)于暴雨，因此推測(cè)元壩子滑坡是由地震引發(fā)的古滑坡。

圖6 地震狀態(tài)下總位移場(chǎng)特征Fig.6 Characteristics of the total displacement field under earthquake

圖7 地震狀態(tài)下剪應(yīng)變?cè)隽刻卣鱂ig.7 Characteristics of the shear strain increment under earthquake

3.5 滑坡演化過(guò)程分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析認(rèn)為，元壩子滑坡發(fā)生至今大致經(jīng)歷了四個(gè)階段：(1)在原始地形下，晚更新世河床形成，受臨空面影響后緣頂部產(chǎn)生拉張裂縫(圖8a)；(2)受歷史地震誘發(fā)，發(fā)生地震滑坡，滑動(dòng)距離150～350 m，滑坡堆積物覆蓋于下方河流階地之上(圖8b)；(3)滑坡發(fā)生后，后期河流下切，形成現(xiàn)代河床(圖8c)；(4)由于滑坡位于岷江凹岸，坡腳長(zhǎng)期受江水沖刷，滑坡前緣產(chǎn)生局部復(fù)活滑動(dòng)(圖8d)。

4 元壩子滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

圖8 滑坡演化過(guò)程示意圖Fig.8 Schematic diagram showing the evolution process of the landslide1—砂板巖；2—圓礫卵石土；3—滑坡裂縫；4—樹(shù)木

采用傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡堆積體現(xiàn)狀穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算(圖9)。計(jì)算參數(shù)根據(jù)勘查測(cè)試、反演計(jì)算結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定：滑體土天然重度20 kN/m3，飽和重度21.5 kN/m3，滑帶土內(nèi)摩擦角20°，內(nèi)聚力30 kPa，水平地震力參數(shù)0.16，計(jì)算結(jié)果顯示古滑坡堆積體整體在天然、地震工況下穩(wěn)定性好，在極端暴雨工況下基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定，在暴雨和地震同時(shí)作用下滑坡不穩(wěn)定(表2)。

圖9 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算剖面示意圖Fig.9 Schematic profile showing the stability computation of the landslide

計(jì)算剖面穩(wěn)定性系數(shù)天然工況地震工況暴雨工況暴雨+地震工況Ⅰ-Ⅰ'1.321.171.100.98Ⅱ-Ⅱ'1.331.181.020.91

目前，元壩子滑坡出現(xiàn)局部變形復(fù)活現(xiàn)象。在堆積體前緣左側(cè)發(fā)育一處小型滑坡，平面形態(tài)呈半圓形，長(zhǎng)150 m，前緣最寬145 m，體積8.7×104m3；堆積體中部沖溝邊緣發(fā)育一處淺表層小型滑坡，呈弧形，長(zhǎng)30 m，寬60 m，體積2 300 m3；在堆積體中上部發(fā)育一條與斜坡平行的裂縫，斷續(xù)延伸約15 m，寬5～20 cm，最大可見(jiàn)深度50 cm。江水沖刷是前緣復(fù)活的主要原因，降雨、融雪滲入增加巖土重度，降低裂隙面、滑帶土抗剪強(qiáng)度，也是局部變形復(fù)活的原因。

5 結(jié)論

(1)岷江上游槽谷曲流段因其特殊的自然、地質(zhì)環(huán)境條件，從紅橋關(guān)至西寧關(guān)25.4 km河道兩側(cè)共發(fā)育大型古滑坡14 處，這些滑坡多具地震滑坡的特征，目前整體穩(wěn)定性較好，但個(gè)別因江水沖刷、工程開(kāi)挖等誘發(fā)因素而導(dǎo)致局部復(fù)活。

(2)元壩子古滑坡位于岷江上游槽谷曲流段岷江大拐彎凹岸，縱長(zhǎng)約780 m，中部最寬處約480 m，滑坡區(qū)面積26.2×104m2，平均厚度15.5 m，體積293×104m3，通過(guò)測(cè)年及數(shù)值模擬分析確定該滑坡為晚更新世由歷史地震誘發(fā)的大型巖質(zhì)古滑坡。

(3)分析認(rèn)為，元壩子滑坡從發(fā)生至今經(jīng)歷了斜坡裂縫擴(kuò)展、地震滑坡、河流下切和前緣復(fù)活等演化過(guò)程。同時(shí)，通過(guò)穩(wěn)定性計(jì)算分析認(rèn)為元壩子古滑坡堆積體在天然、地震工況下穩(wěn)定性好，在極端暴雨工況下處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震同時(shí)作用下可能失穩(wěn)。

(4)建議加強(qiáng)對(duì)包括元壩子滑坡在內(nèi)的岷江上游槽谷曲流段大型滑坡穩(wěn)定性的監(jiān)控，避免產(chǎn)生滑坡堵江事件，確保區(qū)內(nèi)成蘭鐵路以及當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)安全。