唐萬金， 龍 三， 胡 偉， 盧 波， 曹 流

(1.長江巖土工程總公司(武漢)，湖北 武漢 430010； 2.國家大壩安全工程技術研究中心，湖北 武漢 430010；3.長江水利委員會 長江科學院，湖北 武漢 430010)

規(guī)劃在重慶市巫溪縣大寧河寧廠橋—兩河口河段修建一座大型水庫，擬建上、下兩個壩址，上壩址正常蓄水位為368 m，大寧河支流西溪河回水至觀音巖，庫長約15 km；下壩址正常蓄水位為348 m，西溪河回水至尖峰子，庫長約19 km。肖家灣滑坡位于西溪河左岸，滑坡總體積約1 540×104m3，為一特大型高位滑坡?。該滑坡位于壩址上游4～10 km處，于2017年發(fā)生過滑動和變形，其穩(wěn)定性對壩址和壩型的選擇影響較大；水庫建成后，滑坡的一小部分將被淹沒，水位的變化將對滑坡穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。因此本文對肖家灣滑坡的形成機制及穩(wěn)定性進行研究，可為滑坡監(jiān)測治理和水庫選址提供重要依據(jù)。

1 滑坡區(qū)自然環(huán)境

滑坡區(qū)位于巫溪縣大河鄉(xiāng)，屬亞熱帶季風性暖濕氣候。受東南季風影響，區(qū)內(nèi)氣候溫和，雨量充沛，春季多低溫陰雨和寒潮；夏季多高溫，常有暴雨，易誘發(fā)洪澇災害；秋季降溫快，多陰雨；冬季氣候溫和少雨。多年平均氣溫為14.7℃，最高氣溫為41.8℃，最低氣溫為3.3℃。流域降雨充沛，多年平均降雨量為1 333 mm，降雨主要集中在4—10月，約占年降雨量的90%。2017年9月1日—10月21日，巫溪縣出現(xiàn)持續(xù)性降雨天氣，大河鄉(xiāng)累計降雨量達575.60 mm，日平均降雨量為11.29 mm，日最大降雨量達84.30 mm(2017年9月24日)。

滑坡區(qū)主要水系為西溪河，集雨面積為685.0 km2，水位受降雨和上部中梁水庫蓄水影響，研究期間其水位為279.0 m。肖家灣滑坡位于西溪河左岸，距離西溪河河口約1.0 km。該滑坡于2017年10月21日發(fā)生滑塌后，滑體堆積于西溪河河床內(nèi)，堵塞河道長約160 m，形成堰塞湖致使水位抬升約15 m，經(jīng)應急搶險疏通后，滑坡堆積體上下游水位差已降至9 m。

2 滑坡特征

2.1 滑坡規(guī)模及形態(tài)

肖家灣滑坡在平面上呈“舌”形，地形坡度為20°～50°，局部形成陡坎。滑體滑動方向為159°～162°，滑體前緣剪出口為西溪河，前緣高程為272 m，后緣高程為1 050 m，高差778 m?；w長1 180～1 240 m，寬540～810 m，鉆孔揭露滑體厚2.0～34.1 m，平均厚約20 m。該滑坡面積約77×104m2，總體積約1 540×104m3，為特大型推移式巖土質(zhì)混合滑坡。根據(jù)滑坡變形特征，將滑坡分為滑移區(qū)(A區(qū))和變形區(qū)(B區(qū))(照片1)。

照片1 肖家灣滑坡全貌Photo 1 Landslide panorama of Xiaojiawan

滑移區(qū)長1 120 m，寬270～310 m，面積約33×104m2，平均厚約20 m，總方量約660×104m3，滑動方向為159°，前緣伸入河道，高程為272 m；后緣呈現(xiàn)典型的“圈椅”狀，高程為931 m，為推移式滑動(圖1)。變形區(qū)長1 080～1 220 m，寬130～500 m，面積約44×104m2，平均厚約20 m，總方量約880×104m3，滑動方向為162°(圖2)。

圖1 滑移區(qū)地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geologic section of slip zone1.第四系滑坡堆積層；2.二疊系下統(tǒng)棲霞組；3.志留系中統(tǒng)徐家壩群；4.碎塊石土；5.頁巖；6.灰?guī)r；7.強風化線。

圖2 變形區(qū)地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geologic section of deformation zone1.第四系崩坡積物；2.二疊系下統(tǒng)棲霞組；3.志留系中統(tǒng)徐家壩群；4.碎塊石土；5.頁巖；6.灰?guī)r；7.強風化線。

2.2 滑體物質(zhì)組成

滑體厚度為2.0～34.1 m，滑體物質(zhì)為塊石土，主要為灰?guī)r塊石，塊石含量為65%～70%，塊徑為0.5～10 m，塊石間充填少量粉質(zhì)黏土和灰?guī)r碎石。塊石表面可見明顯溶蝕現(xiàn)象，發(fā)育大量溶孔和溶隙，溶孔孔徑為2～20 cm，溶隙寬2～15 cm，延伸長5～20 cm，孔隙間充填少量黃褐色黏土。

2.3 滑面(帶)特征

該滑坡的滑面主要為覆蓋層和基巖的分界面以及巖體淺表風化溶蝕軟弱結構面，其滑帶不明顯，不連續(xù)?；瑤翞樗槭瘖A土，碎石為灰?guī)r及頁巖，含量為30%～50%，粒徑為3～20 cm，頁巖碎石強風化，灰?guī)r碎石溶蝕較嚴重。碎石間充填粉質(zhì)黏土，黏土呈可塑狀，干強度高，韌性中等，無搖振反應。

2.4 滑床特征

滑床主要為基巖，坡度為30°～50°，與地面近平行，隨地面起伏，向西溪河傾斜，為逆向坡?；采喜繛槎B系下統(tǒng)棲霞組深灰色灰?guī)r，具隱晶質(zhì)結構、塊狀構造，發(fā)育大量溶孔及溶隙?；仓邢虏繛橹玖粝抵薪y(tǒng)徐家壩群黃灰色頁巖，具泥質(zhì)結構、細粒結構、薄層狀構造。上述巖層傾向5°～37°，傾角21°～50°，局部受構造影響產(chǎn)狀發(fā)生變化。

2.5 滑坡變形特征

2017年9月17日—10月18日大河鄉(xiāng)出現(xiàn)持續(xù)強降雨，10月20日滑移區(qū)后部出現(xiàn)局部變形，房屋及地面初現(xiàn)裂縫，裂縫長5～30 m、寬1～10 cm，隨后變形加劇，滑坡后緣下挫5～20 cm。10月21日滑移區(qū)兩側發(fā)生劇烈變形，出現(xiàn)整體滑移并發(fā)展成滑坡。10月22—28日，滑移區(qū)兩側持續(xù)變形，發(fā)生大小不等的滑塌，滑移區(qū)上部的巖土體在重力和水壓力的作用下產(chǎn)生變形和滑動，擠推斜坡中下部崩坡積和風化巖體在滑移區(qū)下部堆積，致使堵塞西溪河形成堰塞體。

變形區(qū)發(fā)育數(shù)十條變形裂縫，主要呈線狀，局部呈圓弧狀、疊瓦狀，長15～220 m，寬3～80 cm，下挫2～180 cm，走向平行于斜坡臨空面。這些裂縫為滑坡向前部臨空方向發(fā)生變形形成的拉張裂縫。變形區(qū)中部還發(fā)育縱向“羽”狀裂縫，主要由滑體后部土體擠壓前部土體形成。幺墩子一帶為山脊，微地貌上凸出的山體變形強烈，裂縫十分發(fā)育，局部已發(fā)生垮塌。

3 滑坡成因和形成機制

肖家灣滑坡主要受地形條件、地層巖性、構造作用及持續(xù)強降雨的影響。

(1) 地形條件?；聟^(qū)地形強烈切割，地形坡度一般為30°～55°，局部可達70°，常形成陡崖。山頂高程約1 500 m，河床高程為270 m，高差約1 230 m，因此滑坡區(qū)山高坡陡，具有良好的臨空面條件，不利于斜坡穩(wěn)定[1-2]。

(2) 地層巖性。斜坡上部為灰?guī)r，下部為頁巖，形成“上硬下軟”的地層結構[3]。頁巖力學強度較低，易風化。灰?guī)r在長期卸荷作用下易形成拉裂縫，產(chǎn)生危巖及崩塌，崩塌堆積于斜坡上，為滑坡的產(chǎn)生提供了物質(zhì)來源。

(3) 構造作用。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查可知，巖體中裂隙較發(fā)育，裂隙間距1～5 m，延伸0.5～1 m，張開0.5～2 cm，局部充填粉質(zhì)黏土。NEE向外傾優(yōu)勢裂隙面與NWW向裂隙或沖溝切割，形成的臨空面組合產(chǎn)生不穩(wěn)定塊體，經(jīng)歷了多次崩塌，從而使斜坡上堆積物逐年增加。此外，巖體中風化溶蝕較發(fā)育，破壞了巖體的結構，為滑面的形成與貫通、地下水的運移提供了構造條件[4]。

(4) 持續(xù)強降雨。根據(jù)大河鄉(xiāng)氣象資料顯示，2017年9月15日—10月21日滑坡區(qū)持續(xù)強降雨，日平均降雨量為17.4 mm，日最大降雨量為84.3 mm。降雨入滲地下，增加了坡體自重，加大了裂隙、孔隙滲透壓力，使滑帶土的性狀進一步軟化，力學參數(shù)進一步降低[5-6]，是誘發(fā)滑坡發(fā)生的重要因素。

綜合分析認為，肖家灣滑坡為推移式滑坡，最先在斜坡體上部發(fā)生變形開裂；在滑坡滑動前，其上部已發(fā)育多條張裂縫；在崩塌及滑動的過程中，斜坡中部出現(xiàn)崩坡積和風化巖體被擠推現(xiàn)象，并在斜坡下部堆積?；碌摹皠恿Α敝饕獊碓从诨w自重及降雨，持續(xù)的強降雨沿孔隙、溶隙和裂縫等入滲，增加了坡體自重，降低了滑帶的性狀和力學參數(shù)，并形成了較大的滲透壓力[7]，使斜坡產(chǎn)生變形或滑移。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

滑坡穩(wěn)定性計算主要采用二維極限平衡Janbu法、Bishop法和Morgenstern-Price法，滑坡穩(wěn)定性評價則采用最不利原則。

4.1 計算模型及參數(shù)

4.1.1計算模型

根據(jù)滑坡地層信息，分別建立滑移區(qū)和變形區(qū)兩個計算剖面模型，分別如圖3、圖4所示。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及滑坡穩(wěn)定性宏觀評價來看，滑坡目前處于欠穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)，滑移區(qū)局部存在塌滑，可能再次滑移；變形區(qū)可能存在滑移?；婊驖撛诨鏋閹r土界面，變形區(qū)局部沿強風化層滑動。根據(jù)其可能出現(xiàn)的啟動區(qū)和剪出口，概化為3種滑動模式。

圖3 滑移區(qū)剖面計算模型Fig.3 Calculation model of slip zone section

圖4 變形區(qū)剖面計算模型Fig.4 Calculation model of deformation zone section

模式1：滑坡整體滑動，后緣為滑坡頂部基巖或裂縫，剪出口為西溪河；

模式2：滑坡上部滑動，后緣為滑坡頂部基巖或裂縫，剪出口為滑坡中部；

模式3：滑坡下部滑動，后緣為滑坡中部，剪出口為西溪河。

4.1.2計算工況及參數(shù)

按水庫工作狀況、作用力出現(xiàn)的幾率和持續(xù)時間的長短，分為正常條件Ⅰ、正常條件Ⅱ、非常條件Ⅰ和非常條件Ⅱ4種工況[8-9]。

正常條件Ⅰ：正常蓄水位；

正常條件Ⅱ：庫水位下降(10 m/d的下降速率)；

非常條件Ⅰ：正常蓄水位+50年一遇強降雨(500 mm/d持續(xù)降雨)；

非常條件Ⅱ：正常蓄水位+地震(0.135g水平加速度)。

初始地下水位較高，在庫水位上升之后，滑坡前緣局部處于水位以下，坡體內(nèi)部水位有一定的抬升；庫水位下降之后，地下水位隨著下降，降速越快，滯后效應越明顯[10]。場地50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.067g，相應的地震基本烈度為Ⅵ度；50年超越概率2%的地震動峰值加速度為0.138g。在進行滑坡穩(wěn)定性計算時，取地震動峰值加速度為0.138g進行滑坡穩(wěn)定性復核，水平地震作用系數(shù)取0.25?；掠嬎銋?shù)見表1。

表1 滑坡計算參數(shù)Table 1 Calculation parameters of landslide

4.2 穩(wěn)定性分析

肖家灣滑坡穩(wěn)定性分析結果如表2所示，滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)取1.2。

表2 肖家灣滑坡穩(wěn)定性分析結果Table 2 Stability analysis results of Xiaojiawan landslide

分析結果表明，在正常蓄水位條件下，滑移區(qū)和變形區(qū)整體均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡上部穩(wěn)定系數(shù)為1.004～1.026，處于失穩(wěn)臨界狀態(tài)，滑坡可能的變形破壞模式是中部以上堆積體局部垮塌失穩(wěn)；持續(xù)暴雨后，滑坡穩(wěn)定系數(shù)將大幅下降11%～20%，滑移區(qū)將整體失穩(wěn)，變形區(qū)整體基本穩(wěn)定，局部可能產(chǎn)生變形滑動。按50年超越概率2%的地震條件(非常條件Ⅱ)對滑坡穩(wěn)定性進行復核，認為滑坡將整體失穩(wěn)。

此外，庫水位的變動僅影響滑坡前緣局部涉水部分，假如庫水位以10 m/d的速率下降，滑移區(qū)整體滑動的穩(wěn)定系數(shù)將由1.108降至 1.082，下部滑動的穩(wěn)定系數(shù)將由1.166降至1.099；變形區(qū)整體穩(wěn)定系數(shù)將由1.091降至 1.078，下部穩(wěn)定系數(shù)將由1.221降至1.192，但對滑移區(qū)和變形區(qū)上部的穩(wěn)定性均無影響。庫水位的變動使滑坡穩(wěn)定系數(shù)減小1%～6%，說明庫水位變動對肖家灣滑坡穩(wěn)定性有影響，但影響較小。

5 結論

(1) 肖家灣滑坡可分為滑移區(qū)和變形區(qū)兩個區(qū)塊，其形成主要受地形條件、地層巖性、構造作用及持續(xù)強降雨的影響。

(2) 在正常蓄水位條件下，肖家灣滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，滑移區(qū)上部處于失穩(wěn)臨界狀態(tài)，滑移區(qū)下部和變形區(qū)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，可能產(chǎn)生整體滑動的動力主要來源于滑坡中上部；而強降雨工況下，滑移區(qū)將整體失穩(wěn)，變形區(qū)基本穩(wěn)定，潛在滑動模式仍是后緣變形的推移式滑坡。建議對滑坡滑移區(qū)中上部進行治理，對變形區(qū)結合其變形特征進行分區(qū)治理。

(3) 水庫蓄水后，肖家灣滑坡穩(wěn)定性受影響較小，使滑坡產(chǎn)生滑動的主要潛在誘因仍然是持續(xù)強降雨導致的巖土體強度弱化和巖土體內(nèi)部滲流梯度的改變，建議加強滑坡排水措施。