熊揚福, 吳娟娟, 王亞男

(1.湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊，湖北 孝感 432000; 2.湖北省地質(zhì)局 第一地質(zhì)大隊，湖北 大冶 435100)

長江三峽庫區(qū)自然地質(zhì)條件復雜，地質(zhì)災害頻繁發(fā)生，目前據(jù)統(tǒng)計有3 864處滑坡[1]。2003年7月13日湖北省秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)由于庫水位的升降及降雨誘發(fā)千將坪滑坡[2]，引發(fā)了眾多學者對庫區(qū)滑坡的關(guān)注[3-8]。孫家莊滑坡位于三峽庫區(qū)白沙河左岸，為典型的中層土質(zhì)巖床滑坡?；诖罅康牡刭|(zhì)資料，從滑坡基本特征入手，分析其形成條件，探討該滑坡變形的主要影響因素及變形機制，并基于傳遞系數(shù)法對滑坡處于不同工況下的穩(wěn)定性進行計算，綜合評價孫家莊滑坡的發(fā)展趨勢。

1 滑坡概況

孫家莊滑坡位于三峽庫區(qū)香溪河上游支流白沙河左岸，距三峽大壩70 km，距香溪河41 km?；聟^(qū)位于秭歸向斜北邊緣，滑坡所在區(qū)出露的地層由新至老依次為第四系崩坡積物、三疊系中統(tǒng)巴東組中厚層泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層、夾薄層頁巖以及下統(tǒng)嘉陵江組白云巖，巖層產(chǎn)狀為220°∠30°，呈單斜構(gòu)造。地形上，滑坡所在斜坡走向近東西，傾向南，坡度15°～80°，坡腳至白沙河，高程170 m，斜坡類型為順向坡。

2 滑坡特征

2.1 滑坡空間形態(tài)及邊界特征

滑坡體位于白沙河左岸，滑坡體呈錐形堆積于凹溝中，分布高程170～320 m，前沿至白沙河，其他三面陡壁近直立圍繞滑坡體，平面呈箕形，剖面呈階梯形，滑坡上、下部平臺坡度較緩(坡度為22°左右)，中部和前緣坡度較陡為30°～40°，兩側(cè)向凹部傾斜，坡度10°～15°，坡體向白沙河延伸，河流將岸邊沖刷切割為高10 m、局部坡角為40°～50°的臨空面。前緣寬400 m、長370 m，厚度約10～37 m，均厚20 m，面積8.8×104m2，體積約180×104m3?；轮骰较?98°。孫家莊滑坡屬大型中層土質(zhì)巖床滑坡，其全貌如圖1所示。

圖1 孫家莊滑坡全貌(拍攝鏡頭方向67°)Fig.1 Panorama of Sunjiazhuang landslide

2.2 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

2.2.1滑體

孫家莊滑坡為一堆積層土質(zhì)滑坡?；麦w物質(zhì)為殘坡積和崩坡積物組成的碎石土，表層可見1 m左右的白云質(zhì)灰?guī)r塊石，其后緣大而多，前緣相對少而小，其他則為砂、頁巖組成的碎塊石，塊石大小在3～10 cm，土石比約為6∶4。土體結(jié)構(gòu)松散，據(jù)物探資料分析表明，滑坡東部前緣滑坡體厚度較薄，滑床基巖埋深較淺?；麦w厚度約10～37 m，平均厚約20 m。

2.2.2滑帶

滑帶為堆積層與基巖的接觸帶，以碎石土為主，碎石母巖成分為泥質(zhì)粉砂巖，粒徑2～4 cm，受擠壓碾磨，結(jié)構(gòu)較密實，局部夾雜有粉質(zhì)粘土，呈可塑狀。

2.2.3滑床

滑床上部為三疊系中統(tǒng)巴東組黃綠色泥質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀為220°∠30°?；鹿こ痰刭|(zhì)平面圖見圖2，剖面圖見圖3。

圖2 孫家莊滑坡工程地質(zhì)平面圖Fig.2 Planar graph of engineering geology of Sunjiazhuang landslide1.滑坡邊界;2.滑坡堆積物;3.三疊系中統(tǒng)巴東組;4.地層產(chǎn)狀;5.剖面線及編號。

圖3 孫家莊滑坡I-I′工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 I-I′ engineering geological profile of Sunjiazhuang landslide1.滑坡堆積;2.三疊系中統(tǒng)巴東組;3.三疊系下統(tǒng)嘉陵江組;4.碎塊石上;5.白云巖;6.泥質(zhì)粉砂巖;7.推測滑動面。

2.3 滑坡變形破壞特征

2008年7月27日出現(xiàn)強降雨，在滑坡體西側(cè)外山體陡崖上及后部山體陡崖上，由于強降雨的影響而出現(xiàn)了較大規(guī)模的坍塌，方量50～100 m3。

同時滑坡中下部和西側(cè)出現(xiàn)了較大的變形，在滑坡中部出現(xiàn)了幾條規(guī)模較大的貫穿性裂縫。其中在滑坡中前部村民孫成先家房屋前的地坪上(圖4)，原有裂縫擴張。據(jù)調(diào)查裂縫寬約2～5 mm，且斷續(xù)分布；長約5～8 m，呈近東西向分布，裂縫寬約1～3 cm，下錯1～4 cm。

圖4 滑坡中前部村民房前地坪裂縫Fig.4 Cracks in the front floor of villagers’ houses in the middle of landslide

在孫成先家房后平距約20 m，高差約10 m處的李兵芳家門前，也出現(xiàn)1條近東西向，長約30～40 m的貫穿性裂縫，寬約1～2 cm，下錯1～3 cm，可見深度5～15 cm(圖5)。在其房屋東側(cè)墻體出現(xiàn)3條規(guī)模較大的裂縫(圖6)，寬一般1～3 mm，并且與頂部、地面裂縫貫通，地面處裂縫下錯1～2 cm。

圖5 李兵芳家門前裂縫Fig.5 A crack in front of Li Bingfang’s house

圖6 房屋東側(cè)墻體裂縫Fig.6 Cracks in the eastern wall of buildings

3 滑坡形成機制分析

3.1 滑坡形成條件

對于孫家莊滑坡，其地形地貌、地層巖性及巖土體結(jié)構(gòu)為滑坡的產(chǎn)生提供了條件。

(1) 地形地貌。由圖3可知，滑坡剖面呈階梯形，滑坡上、下部平臺坡度較緩(22°左右)，中部和前緣坡度較陡為30°～40°，兩側(cè)向凹部傾斜，坡度10°～15°，坡體向白沙河延伸，河流將岸邊沖刷切割為高10 m、局部坡角為40°～50°的臨空面，使滑坡體有了變形的空間，特定的地形地貌為滑坡提供了空間條件。

(2) 地層巖性?；麦w物質(zhì)為結(jié)構(gòu)松散的崩坡積物組成的碎塊石土，在外力作用下易于變形?；瑤镔|(zhì)主要為堆積層與下伏基巖接觸帶的碎石土，滑床為三疊系中統(tǒng)巴東組紫紅色，上部為黃綠色泥質(zhì)粉砂巖，后部山體出露三疊系下統(tǒng)嘉陵江組白云質(zhì)灰?guī)r，順坡向產(chǎn)出，灰?guī)r體崩塌加載有利于滑坡體順向滑動。

(3) 巖土體結(jié)構(gòu)。巖土體發(fā)育的各類結(jié)構(gòu)面控制滑面的空間位置及滑坡范圍，同時決定滑坡地下水分布和運動規(guī)律。滑床上部為三疊系中統(tǒng)巴東組黃綠色泥質(zhì)粉砂巖，層理面發(fā)育，也是地下水的富集位置，對結(jié)構(gòu)面的強度會有劣化作用，且斜坡為順向坡。因此，結(jié)構(gòu)面的存在為孫家莊滑坡滑帶的形成提供了條件。

3.2 影響因素及變形機制分析

(1) 庫水的軟化和浮托作用啟動滑坡的變形。首先，自2008年三峽水庫開始172 m試驗性蓄水，庫水位由145 m升至175 m，而白水河作為支流，其水位的變化與三峽庫區(qū)水位同步。而孫家莊滑坡為古崩滑堆積體，下覆基巖為泥質(zhì)粉砂巖，透水性較差，在庫水驟升30 m的情況下，必然對滑體產(chǎn)生較大的浮托作用。且滑帶以碎石土為主，碎石母巖成分為泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)含量較高，在庫水的浸泡和軟化作用下，其抗剪強度必然降低。在軟化和浮托的協(xié)同作用下，滑坡阻滑段阻滑力減小，致使滑坡出現(xiàn)變形，使得滑坡中下部出現(xiàn)東西向裂縫，前緣出現(xiàn)隆起，后部出現(xiàn)拉裂縫，繼而牽引上部牽引區(qū)出現(xiàn)拉裂位移。其次，滑坡前緣為白沙河，對斜坡坡腳進行沖刷掏蝕，使斜坡前緣局部被掏空，致使出現(xiàn)塌岸現(xiàn)象；其東部前緣的阻滑體在水流的作用下，其巖體強度會降低，進而使得前緣阻滑段抗滑力減小，加劇滑坡的變形。

(2) 降雨是滑坡變形的主要影響因素。根據(jù)多年的野外巡查資料，在連續(xù)長時間降雨尤其是暴雨后?；麦w淺表松散，降雨極易入滲，而深部滑體物質(zhì)為弱透水性，降雨使地下水位抬高，使滑坡地下水力坡度增大。一方面是地下水靜水壓力效應，增加了滑坡體的重量；另一方面就是地下水的動水壓力效應，增加了沿滲流方向的滑動力。同時，大量降水沿滑體表面入滲，對滑體物質(zhì)和滑帶土產(chǎn)生了軟化效應，直接降低了滑帶土的抗剪強度，失去部分力學性能；滑體動、靜水壓力增加以及地下水飽和軟化滑帶土使滑體易于變形失穩(wěn)。

2006年，滑坡體上布置了XS112-XS118等7個GPS監(jiān)測點，據(jù)2006—2009年的監(jiān)測數(shù)據(jù)(圖7)和降雨量(圖8)分析可知，孫家莊滑坡在2007年6—8月和2008年8—9月分別發(fā)生了較為明顯的變形，水平位移分別在22.5～40.5 mm和68.0～119.1 mm，位移方向指向白沙河。在圖8中，可發(fā)現(xiàn)在2007年6月、7月和2008年8月份出現(xiàn)高強度降雨，且降雨強度在200 mm/月以上，與滑坡的兩次變形對應；而在圖9中，明顯可見此時庫水位處于145 m水位，庫水的影響較小。因此，降雨對滑坡穩(wěn)定性影響較大，而庫水位變化對滑坡有一定影響，該滑坡可歸為水庫—降雨型滑坡。

圖7 孫家莊滑坡累積位移變化曲線圖Fig.7 Cumulative displacement curve of Sunjiazhuang landslide

圖8 孫家莊滑坡區(qū)降雨量圖Fig.8 Rainfall map of Sunjiazhuang landslide area

圖9 三峽水庫壩前水位實際曲線圖Fig.9 Actual curve of water level in front of Three Gorges Reservoir Dam

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡穩(wěn)定性計算

選用圖3剖面，采用傳遞系數(shù)法對滑坡的穩(wěn)定性進行計算。由于該滑坡屬于涉水滑坡，參照文獻的規(guī)定，滑坡的計算工況及采用的安全系數(shù)如表1所示。

表1 計算工況及安全系數(shù)Table 1 Calculating working condition and safety factor

通過對滑坡巖土體的室內(nèi)試驗、與臨近滑坡的類比及反算法綜合分析確定滑坡巖土體的物理力學參數(shù)如表2所示，計算結(jié)果如表3所示。

表2 巖土體物理力學參數(shù)Table 2 Physical and mechanical parameters of geotechnical body

表3 孫家莊滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表Table 3 Table of calculation results for stability of Sunjiazhuang landslide

4.2 滑坡穩(wěn)定性評價及預測

通過對比表3的計算結(jié)果，參照《滑坡防治工程勘察規(guī)范》(GB/T 32864—2016)可知，在工況1下，計算出的滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.182，>1.15，說明該滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；在工況2中，滑坡穩(wěn)定系數(shù)處于1.05～1.15之間，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在工況3、工況4和工況6下，計算出的穩(wěn)定系數(shù)均<1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在工況5下，穩(wěn)定系數(shù)處于1.00～1.05，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

另外，對比工況1和工況3或工況2和工況4，增加20年一遇降雨后，滑坡穩(wěn)定性從穩(wěn)定或基本穩(wěn)定降為不穩(wěn)定級別，可知降雨對滑坡影響較大，這也印證了上文對降雨的分析；對比工況1和工況5，可知在水位由145 m升至175 m過程中，滑坡由穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榍贩€(wěn)定狀態(tài)，說明了庫水位上升會降低滑坡的穩(wěn)定性，這也符合浮托減重型滑坡的特點；對比工況3和工況5，也可說明對于孫家莊滑坡的失穩(wěn)，降雨的影響大于庫水位的影響。

隨著三峽水庫的運行，庫區(qū)水位停留在175 m的時間加長，水位淹沒滑坡體前緣坡腳只有1～3 m，這與白沙河和汛期水位相差無幾，只是在175 m水位保持時間較長，約3—5個月，在其長期浸泡作用下，土的粘聚力和內(nèi)摩擦角相應的減小，土體的抗剪強度也相應的減小，滑坡的前緣松散土層進一步被擾動，前緣的陡坎進一步被侵蝕和側(cè)蝕，形成角度更陡的岸坡。在強降雨的作用下，滑坡體地下水較為迅速地集中在滑坡體中下部，地下水位迅速抬高，與坡體外側(cè)形成較高的水頭差，使坡腳附近最大主應力集中，一旦坡腳(滑坡體前緣)最大主應力超過其抗剪強度，即沒有相應的傳遞下滑力的支撐，滑坡前緣和中部將衍生出數(shù)條拉張裂隙。之后這些裂隙作為地表和滑帶土之間的管道，并不斷遭受沖蝕，導致裂隙擴張。發(fā)育到后期，滑坡前緣可能形成臨空面，滑坡的后緣在自重的作用下，形成拉裂隙。在強降雨及河流汛雨期的洪水沖刷作用下，滑帶還受到水動力和軟化作用，同時上覆第四系堆積物的荷載增加，造成滑動面的擾動，當滑動面被剪斷貫通時，就導致滑坡發(fā)生。因此，該滑坡發(fā)展趨勢為不穩(wěn)定。

5 結(jié)論

基于大量的地質(zhì)調(diào)查資料，分析孫家莊滑坡的基本特征，對滑坡的主要影響因素和變形機制進行探討，運用傳遞系數(shù)法計算滑坡處于不同工況下的穩(wěn)定性，對該滑坡的發(fā)展趨勢進行預測。主要結(jié)論如下：

(1) 通過對滑坡宏觀變形情況分析，孫家莊滑坡所處斜坡的地形地貌、地層巖性及巖土體結(jié)構(gòu)為滑坡的產(chǎn)生提供了條件，且該滑坡的主要影響因素為庫水位和大氣降雨，但降雨的影響遠大于庫水位的影響。

(2) 運用傳遞系數(shù)法計算，滑坡在施加20年一遇暴雨荷載后，均出現(xiàn)失穩(wěn)，對比分析庫水與降雨對滑坡穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)降雨影響大于庫水的影響，并綜合評價了該滑坡未來變形趨勢為不穩(wěn)定。