郭長(zhǎng)寶 張永雙 劉定濤 滑 帥 任三紹 李 雪 金繼軍

(①中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所， 北京 100081， 中國(guó)) (②自然資源部活動(dòng)構(gòu)造與地質(zhì)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081， 中國(guó)) (③中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所， 石家莊 050061， 中國(guó)) (④華北科技學(xué)院， 廊坊 065201， 中國(guó))

0 引 言

2018年7月12日，甘肅舟曲縣南峪鄉(xiāng)江頂崖古滑坡發(fā)生復(fù)活(圖 1a)，新發(fā)生的滑坡體體積約(480～550)×104m3，滑坡堆積體造成白龍江南峪鄉(xiāng)段河道堵塞、水位上漲，形成堰塞湖(圖 1b)，引起國(guó)道G345線中斷、淹沒南峪村和南峪電站(Guo et al.，2020)，造成重大損失。近年來，包含江頂崖古滑坡在內(nèi)的古滑坡復(fù)活災(zāi)害頻發(fā)，造成了巨大損失，進(jìn)一步引起了研究者對(duì)古滑坡變形和災(zāi)害研究的重視。穆鵬(2011)認(rèn)為江頂崖古滑坡具有顯著的分級(jí)分塊滑動(dòng)特性，降雨、滑坡區(qū)高陡的地形、河流沖刷及不良的巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)是該滑坡復(fù)活的主要因素。古滑坡一般指第四紀(jì)以來滑動(dòng)過的滑坡，是斜坡長(zhǎng)期復(fù)雜演化過程的產(chǎn)物，古滑坡現(xiàn)今多處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但有可能發(fā)生復(fù)活或再次滑移(戚筱俊， 2002； 張永雙等， 2018)。古滑坡復(fù)活可能是受自然因素影響發(fā)生的，如降水、河流侵蝕、地震等引起古滑坡復(fù)活，也可能是人類工程活動(dòng)誘發(fā)的。古滑坡復(fù)活極易造成重大經(jīng)濟(jì)損失，如在20世紀(jì)50年代，隴海鐵路西安—寶雞段臥龍寺老滑坡復(fù)活，體積約2.0×107m3，將隴海鐵路向南推移100多米(張茂省等， 2011)； 在20世紀(jì)90年代中期，南昆鐵路八渡車站古滑坡發(fā)生復(fù)活，治理費(fèi)用達(dá)9000余萬元(王恭先等， 2004)； 2014年美國(guó)華盛頓州OSO古滑坡發(fā)生復(fù)活，復(fù)活體積達(dá)760×104m3，掩埋了高速公路SR530，滑坡造成43人死亡(Iverson， et al.，2015)等等，古滑坡復(fù)活現(xiàn)象為世界范圍內(nèi)關(guān)注的重要研究?jī)?nèi)容和難題(黃潤(rùn)秋等， 2007；Sassa， et al.，2013； 張永雙等， 2018)。

國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)古滑坡復(fù)活機(jī)理開展了大量研究，主要研究方法有：物理模擬、工程地質(zhì)分析和數(shù)值模擬等。物理模擬是采用相似材料，通過模擬斜坡演變過程中有關(guān)因素的改變來再現(xiàn)斜坡變形破壞過程，進(jìn)而分析其力學(xué)機(jī)制和變形破壞機(jī)制(張?jiān)葡椋?2010； 趙建軍等， 2019； 晏長(zhǎng)根等， 2021)，該類試驗(yàn)對(duì)揭示滑坡變形破壞過程最為直觀。由于普通的室內(nèi)小尺寸模型試驗(yàn)，無法模擬真實(shí)的應(yīng)力場(chǎng)而引起重力失真，造成試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際值有較大偏差，而離心機(jī)試驗(yàn)?zāi)軓浹a(bǔ)這方面的不足。由于土工離心模型試驗(yàn)?zāi)茉佻F(xiàn)自重應(yīng)力場(chǎng)以及與自重有關(guān)的變形過程而具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，成為與原型相似性較好的古滑坡復(fù)活力學(xué)模型試驗(yàn)方法，在滑坡災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理中得到了廣泛應(yīng)用(馮振， 2012； 吳昊宇等， 2015)。因此，為了深入研究江頂崖古滑坡2018年的復(fù)活機(jī)制，本次通過離心機(jī)物理模擬，研究了江頂崖滑坡在不同含水率下復(fù)活變形發(fā)展過程、滑坡破壞過程中位移場(chǎng)演化趨勢(shì)、滑坡體內(nèi)部應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)規(guī)律及孔壓增長(zhǎng)模式等關(guān)鍵性問題，進(jìn)而提出江頂崖古滑坡復(fù)活的成因機(jī)制，對(duì)于區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)和古滑坡復(fù)活機(jī)理研究具有一定的指導(dǎo)意義。

1 江頂崖古滑坡基本特征

1.1 地質(zhì)背景

江頂崖古滑坡位于甘肅省舟曲縣城東南側(cè)白龍江左岸炭窯山下，也被稱為南峪滑坡(陳洪天， 1991； 王景榮等， 1994； 焦赟等， 2011； 穆鵬， 2011)，該流域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌極為復(fù)雜、歷史強(qiáng)震發(fā)育，大型滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害極為發(fā)育。受活動(dòng)斷裂、歷史強(qiáng)震、降雨和人類工程活動(dòng)等因素的影響，近年來該區(qū)曾發(fā)生過甘肅舟曲2010年8月8日泥石流災(zāi)害(胡向德等， 2011； 孟興民等， 2013)，江頂崖滑坡1991年、2007年和2010年3次發(fā)生大規(guī)模復(fù)活(焦赟等， 2011)、泄流坡滑坡多次復(fù)活滑動(dòng)(黃曉等， 2013； Jiang et al.，2016)等極為嚴(yán)重的災(zāi)害事件。

圖 2 江頂崖古滑坡工程地質(zhì)剖面圖Fig. 2 Engineering geological section of Jiangdingya ancient landslidea. 滑坡側(cè)壁滑帶與基巖出露關(guān)系； b. ZK3鉆孔揭露滑帶土特性

1.2 古滑坡復(fù)活特征

江頂崖古滑坡全長(zhǎng)640～700m，寬度240～250m，體積(640～970)×104m3(圖 2)。江頂崖古滑坡自1807年發(fā)生大規(guī)?；瑒?dòng)(陳洪天， 1991)以來，曾多次發(fā)生復(fù)活，造成白龍江堵江斷流，之后經(jīng)常發(fā)生滑動(dòng)； 20世紀(jì)以來，比較明顯的是1985年在江頂崖古滑坡體上出現(xiàn)滑坡征兆，并于1986年、1988年、1990年、1991年和2018年分別發(fā)生大規(guī)?；瑒?dòng)，后4次還發(fā)生堵江事件，造成了極為嚴(yán)重的損失。

2018年，江頂崖滑坡復(fù)活滑體呈長(zhǎng)舌型，縱長(zhǎng)約580m，前緣寬約300m，中部寬約190m，后緣寬約185m，面積約0.12km2，在滑體側(cè)壁可見清晰滑動(dòng)剪切帶與出露基巖(圖 2a)，鉆探揭露厚層滑帶(圖 2b)，滑體平均厚度約40～50m，體積(480～550)×104m3。滑坡的發(fā)生受降雨影響大，Guo et al.(2020)研究認(rèn)為滑坡發(fā)生滑動(dòng)時(shí)其滑帶含水率為14.03%，是在強(qiáng)降雨作用下誘發(fā)形成的滑坡。

2 江頂崖古滑坡離心機(jī)模型試驗(yàn)

2.1 土工離心機(jī)試驗(yàn)原理

土工離心模型試驗(yàn)是將模型進(jìn)行一定比例縮尺后置于離心機(jī)中，再按相同比例將重力加速度進(jìn)行放大后所得的離心加速度進(jìn)行試驗(yàn)(王鍇， 2020)，由于慣性力和重力的高度等效性，從而使得模型和原型的應(yīng)力、應(yīng)變相等，變形相似，破壞機(jī)理相同，再現(xiàn)原型變形破壞過程。其基本原理為：將按比例縮小的物理模型放置在高速旋轉(zhuǎn)的大型土工離心機(jī)中，模型在試驗(yàn)過程中將受到較高的離心加速度影響，當(dāng)離心加速度大小合適時(shí)，模型所產(chǎn)生的離心力正好可以用于補(bǔ)償?shù)刭|(zhì)模型因縮小比尺帶來的自身重力損失(Bowman E T et al.，2010)。

離心機(jī)最早于1973年應(yīng)用于巖土工程等方面的研究，美國(guó)學(xué)者Buky利用離心機(jī)開展礦山結(jié)構(gòu)物破壞的相關(guān)研究。目前，土工離心機(jī)已廣泛應(yīng)用于軟土地基固結(jié)、沉降與承載力問題、黏土邊坡穩(wěn)定性研究，以及擋土墻、隧道、涵管、土石壩、近海平臺(tái)等許多土與結(jié)構(gòu)物互相作用的研究中(魏迎奇等， 2018)，并取得了重要進(jìn)展，如離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)揭示了強(qiáng)震作用下的邊坡傾倒變形、土質(zhì)滑坡變形機(jī)制和動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律(巨能攀等， 2019； 黃珮倫等， 2020)； 超大直徑盾構(gòu)隧道動(dòng)態(tài)掘進(jìn)過程對(duì)地表城際鐵路沉降影響(楊林松等， 2021)； 揭示了不同加密型抗液化處理的小型土石壩邊坡地震響應(yīng)規(guī)律(劉庭偉等， 2020)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)采用成都理工大學(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)室的TLJ-500土工離心試驗(yàn)機(jī)(圖 3)。該試驗(yàn)機(jī)由離心機(jī)主機(jī)、900kW直流電機(jī)、數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)、拖動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、模型箱及機(jī)械手等系統(tǒng)組成，最大容量500g·t、最大離心加速度可達(dá)250g，模型箱最大尺寸為1.2m(長(zhǎng))×1.0m(寬)×1.2m(高)(表 1)。

圖 3 TLJ-500型土工離心機(jī)Fig. 3 The TLJ-500 geotechnical centrifuge

表 1 TLJ-500型土工離心機(jī)主要參數(shù)Table 1 Main parameters of TLJ-500 geotechnical centrifuge

2.3 滑坡物理模型

2.3.1 滑坡原型

本次滑坡物理模擬主要是反演分析2018年滑坡復(fù)活啟滑機(jī)理，模擬范圍主要為2018年的復(fù)活區(qū)域(圖 4)。

圖 4 江頂崖古滑坡工程地質(zhì)剖面圖(虛線框?yàn)楸敬坞x心機(jī)模擬滑坡范圍)Fig. 4 Engineering geological section of Jiangdingya ancient landslide(the dashed box simulates the landslide range for this centrifuge model test)

2.3.2 離心機(jī)模型比尺及結(jié)構(gòu)

模型比尺的選擇需要綜合考慮原型的大小、離心機(jī)的容量、模型箱的尺寸、研究問題的性質(zhì)和模擬精度等。若要模擬江頂崖古滑坡原型和滑坡區(qū)范圍，則其水平距離接近600m，滑坡寬度最大為300m(前緣)，滑坡高度達(dá)到180m，而試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖渥畲蟪叽鐬?.2m(長(zhǎng))×1.0m(寬)×1.2m(高)，相似材料密度和模型質(zhì)量均無法滿足試驗(yàn)要求，綜合考慮模型尺寸和原型條件，設(shè)計(jì)模型尺寸長(zhǎng)寬高為1.0m×0.5m×0.3m，模型比尺n=600。離心機(jī)模型與滑坡原型主要物理量的相似比見表 2。在制備模型時(shí)，模型的物理量嚴(yán)格按照相應(yīng)的相似比尺寸設(shè)計(jì)。根據(jù)滑坡原型結(jié)構(gòu)，模型結(jié)構(gòu)主要包括滑床、滑體和滑帶。

表 2 離心機(jī)模型與原型相似比Table 2 Similarity ratio of centrifuge model and prototype

2.4 試驗(yàn)工況

根據(jù)筆者2018年7月22日現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與取樣測(cè)試結(jié)果，滑坡體后緣出露地表的滑帶表層含水率為9.74%，后緣地表以下0.5m位置處滑帶含水率為20.76%，在Zk3鉆孔(圖 2b)29.8m位置處滑帶土含水率為14.03%(郭長(zhǎng)寶等， 2019)，其中鉆孔位于滑體中前部，滑坡在剪切過程中發(fā)生排水現(xiàn)象，其含水率低于滑體后緣滑帶土的含水率，滑體后緣地表下含水率更接近于江頂崖滑坡啟滑時(shí)的坡體含水率。因此，為了揭示江頂崖古滑坡復(fù)活變形發(fā)展過程，采取滑坡現(xiàn)場(chǎng)滑體和滑帶材料進(jìn)行重塑，分別配制接近于滑坡后緣地表、地表以下0.5m和鉆孔深部滑帶土不同含水率(10%， 15%， 20%)江頂崖滑體離心機(jī)模型來研究江頂崖古滑坡的復(fù)活機(jī)理。在試驗(yàn)過程中，逐漸提高加載離心加速度來模擬滑坡失穩(wěn)現(xiàn)象，試驗(yàn)工況如表 3所示。試驗(yàn)過程主要分為固結(jié)階段、變形失穩(wěn)階段或趨于穩(wěn)定階段。

2.5 模型材料的力學(xué)參數(shù)

2.5.1 滑床材料

江頂崖滑坡滑床主要由炭質(zhì)板巖、千枚巖、砂巖夾灰?guī)r構(gòu)成。在制作離心模型前，先確定相似材料的選擇及配比，通過相似三定理、離心模型試驗(yàn)主要比尺關(guān)系，參考前人相似材料研究成果，最終確定滑床采用重晶石粉、碎石、石英砂、石膏和水按照一定重量配合比拌合制作(李光等， 2019； 鄭達(dá)等， 2019)(表 4)。

表 4 滑床相似材料配比表Table 4 Proportioning table of similar materials for sliding bed

表 3 離心機(jī)模型試驗(yàn)方案Table 3 Centrifuge model test plans

2.5.2 滑體、滑帶材料

為能夠真實(shí)反映滑坡原型巖土體的物理力學(xué)特性，本次試驗(yàn)滑體和滑帶采用滑坡現(xiàn)場(chǎng)原型材料來制作，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料級(jí)配進(jìn)行粒組配比，對(duì)配比材料進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)，以使滑體材料和滑帶材料力學(xué)參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)接近(表 5)。

表 5 滑體及滑帶力學(xué)參數(shù)取值Table 5 Values of mechanical parameters of sliding body and sliding belt

2.6 傳感器的類型及埋設(shè)

參考以往離心機(jī)模擬試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和成果，本次離心機(jī)模擬試驗(yàn)監(jiān)測(cè)儀器采用中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所研發(fā)的高速離心機(jī)專用土壓力傳感器(TY1008)、孔隙水壓力傳感器(KY1008)和多角度攝像頭(圖 5)，通過線纜與控制系統(tǒng)相連。監(jiān)測(cè)傳感器布設(shè)原則具體如下。

圖 5 傳感器布設(shè)點(diǎn)位圖Fig. 5 Layout of sensors for the test

(1)土壓傳感器布置：主要布置在滑帶內(nèi)，由上至下分別布置4個(gè)土壓傳感器TY-1、TY-2、TY-3、TY-4，另在滑體后緣(TY-5)、中部(TY-6)及前緣(TY-7)各布置一個(gè)土壓傳感器，土壓傳感器的量程為1MPa，其直徑為1.4cm。

(2)孔隙水壓力傳感器布置：主要布置在滑帶內(nèi)，由上至下分別布置3個(gè)孔壓傳感器KY-1、KY-2、KY-3，孔壓傳感器的量程為500kPa，其直徑為1.4cm。

(3)多角度攝像頭，實(shí)時(shí)對(duì)滑坡模型變形進(jìn)行高清攝像和坡表位移的捕捉。

圖 8 LST-1模型在含水率為10%時(shí)的坡表裂縫發(fā)育過程圖Fig. 8 The development process of cracks on the slope surface of the LST-1 test model when the water content is 10%a. t=9min， 加速度=50g； b. t=15min， 加速度=60g； c. t=16min， 加速度=80g； d. t=18min， 加速度=100g； e. t=19min， 加速度=120g； f. t=28min, 加速度=150g

2.7 離心機(jī)模型制作過程

離心機(jī)模型制作過程主要有觀測(cè)網(wǎng)格制作(圖 6)、滑床制作、滑體與滑帶(軟弱層)制作，制作好的模型如圖 7所示。

圖 6 觀測(cè)網(wǎng)格制作Fig. 6 Completed observation grid

圖 7 制好的江頂崖滑坡模型圖Fig. 7 Completed model of Jiangdingya landslide

3 離心機(jī)試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 滑坡模型破壞特征

圖 9 LST-2模型在含水率為15%時(shí)的坡表裂縫發(fā)育過程圖Fig. 9 The development process of cracks on the slope surface of the LST-2 test model when the water content is 15%a. t=7min， 加速度=30g； b. t=9min， 加速度=40g； c. t=10min， 加速度=50g； d. t=12min， 加速度=60g； e. t=14min， 加速度=80g； f. t=19min, 加速度=100g

圖 10 LST-3模型在含水率為20%時(shí)的坡表裂縫發(fā)育過程圖Fig. 10 The development process of cracks on the slope surface of the LST-3 test model when the water content is 20%a. t=3min， 加速度=8g； b. t=4min， 加速度=9g； c. t=5min， 加速度=13g； d. t=6min， 加速度=20g； e. t=7min， 加速度=30g； f. t=12min, 加速度=50g

如圖 8 所示，在LST-1試驗(yàn)中，滑體含水率為10%的情況下，試驗(yàn)結(jié)束后僅在坡體中后部產(chǎn)生少量裂縫，但在整個(gè)試驗(yàn)過程中滑坡體并沒有產(chǎn)生滑動(dòng)破壞。由圖 9可知，在LST-2試驗(yàn)中，含水率為15%的情況下，試驗(yàn)進(jìn)行至9min離心加速度達(dá)到40g時(shí)，坡體中后部開始產(chǎn)生裂縫，隨著離心加速度增加至50g，裂縫逐漸發(fā)展，裂縫總體為弧形分布，呈拉裂性質(zhì)，當(dāng)離心加速度從60g增加至100g，裂縫逐漸向前緣發(fā)展貫通，最終造成滑坡的整體滑動(dòng)。由圖 10可知，在LST-3試驗(yàn)中，含水率為20%的條件下，試驗(yàn)僅進(jìn)行至3min離心加速度僅為8g時(shí)即開始產(chǎn)生裂縫，離心加速度僅增加1g(即達(dá)到9g)時(shí)，裂縫便迅速發(fā)展，試驗(yàn)進(jìn)行至5min離心加速度為13g時(shí)，裂縫已經(jīng)向前緣發(fā)展貫通，前緣土體在受到后緣土體擠壓情況下，前緣土體發(fā)生土體膨脹現(xiàn)象，隨著離心加速度不斷增加，坡體持續(xù)滑動(dòng)破壞。

3.2 土壓力變化分析

(1)據(jù)圖 11a分析，在含水率為10%的情況下，離心加速度加載至150g之前，土壓力計(jì)讀數(shù)隨著離心機(jī)加速度增加整體上逐漸增大，滑坡體與離心加速度呈現(xiàn)線性相關(guān)性和跳躍性，表明坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。TY-5和TY-7的讀數(shù)在離心機(jī)加速度逐漸加載至150g后增長(zhǎng)緩慢，TY-5和TY-7最大讀數(shù)分別為31.36kPa和34.77kPa，這表明滑坡體在中后部和前緣已有微略變形的趨勢(shì)，由圖 8a可以看出此時(shí)滑坡體產(chǎn)生少許裂縫，但坡體整體還處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)據(jù)圖 11b分析，在含水率為15%的情況下， ①離心加速度0～45g階段，土壓計(jì)讀數(shù)變化趨勢(shì)與離心加速度變化趨勢(shì)一致； ②離心加速度45～60g階段，即坡體開始產(chǎn)生裂縫階段，在試驗(yàn)進(jìn)行至9min和11min時(shí)，TY-2和TY-4讀數(shù)突然下降，由圖 9裂縫發(fā)育過程可知，此時(shí)坡體產(chǎn)生裂縫造成了土壓力的讀數(shù)下降； ③離心加速度60～100g階段，坡體處于裂縫迅速發(fā)育擴(kuò)展階段，此時(shí)土壓計(jì)讀數(shù)平均增長(zhǎng)率不斷增大，表明離心加速度產(chǎn)生微量的增加，土壓力的讀數(shù)便迅速增大，由圖 9可知，在這一階段坡體產(chǎn)生的裂縫在很短的時(shí)間內(nèi)就迅速發(fā)展； ④離心加速度維持100g階段，坡體處于失穩(wěn)狀態(tài)，在試驗(yàn)進(jìn)行至19min時(shí)，TY-5讀數(shù)突然下降，而試驗(yàn)進(jìn)行至20min時(shí)，TY-6讀數(shù)才突然下降，TY-6讀數(shù)下降滯后于TY-5，該現(xiàn)象說明滑坡變形破壞從中后緣開始，并逐漸向滑坡前緣發(fā)展，坡體已達(dá)到失穩(wěn)狀態(tài)，推測(cè)其為推移式滑動(dòng)。

(3)據(jù)圖 11c分析，在含水率為20%的情況下， ①離心加速度10～30g階段，裂縫處于發(fā)展階段。TY-3、TY-4讀數(shù)增加的趨勢(shì)基本一致，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至10min時(shí)，TY-3和TY-4讀數(shù)增加趨勢(shì)逐漸大于TY-2，隨著離心加速度逐漸增大，TY-3和TY-4讀數(shù)增加趨勢(shì)更為明顯。該現(xiàn)象說明隨著裂縫從中后緣開始產(chǎn)生，滑坡后部的推力在不斷地增加，且不斷地向滑坡前緣傳遞，導(dǎo)致滑坡前緣的土壓力增幅更為明顯； ②離心加速度30～50g階段，坡體處于失穩(wěn)狀態(tài)，隨著離心加速度不斷增加，滑坡后緣推力不斷向滑坡前緣增加，造成裂縫不斷向前緣擴(kuò)展，最終造成滑坡的整體滑動(dòng)破壞。

圖 11 不同含水率下土壓力隨加速度變化趨勢(shì)圖Fig. 11 Trend graph of earth pressure with acceleration under different water contenta. 含水率為10%； b. 含水率為15%； c. 含水率為20%

圖 12 不同含水率孔隙水壓力隨加速度變化趨勢(shì)圖Fig. 12 Trend graph of pore pressure with acceleration under different water contenta. 含水率為10%； b. 含水率為15%； c. 含水率為20%

3.3 孔隙水壓力變化分析

本次試驗(yàn)一共布置了3個(gè)孔隙水壓力計(jì)，孔隙水壓力計(jì)具體位置如圖 5所示，以此來分析KY-1、KY-2、KY-3的變化。

(1)據(jù)圖 12a分析，在含水率為10%條件下，KY-1的讀數(shù)一直呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，最大孔隙水壓力為-4kPa，這表明該處滑坡體為非飽和土體，水體主要沿著顆粒向土體內(nèi)部滲透，土體顆粒之間存在水-氣彎液面(陳洪凱等， 2017)，所以測(cè)得的孔隙水壓力為負(fù)值； KY-3讀數(shù)大于KY-2，在試驗(yàn)進(jìn)行27min時(shí)，KY-2讀數(shù)突然增加，最大至11.74kPa，而KY-3讀數(shù)大小滯后于KY-2，在試驗(yàn)進(jìn)行到32min時(shí)KY-3讀數(shù)突然增大，最大增加至10.55kPa。表明在試驗(yàn)過程中滑坡體產(chǎn)生向前的擠壓，中后緣開始產(chǎn)生裂縫使滑體內(nèi)水分向前緣流動(dòng)，使孔隙水壓力突然增加。由圖 11a的土壓力變化趨勢(shì)圖可知，TY-5率先發(fā)生變形破壞，導(dǎo)致孔隙水往KY-3位置匯集，造成KY-3的讀數(shù)升高。在加速度維持在140g的時(shí)間段內(nèi)，孔隙水壓力先保持不變后突然增加，表明在此過程中滑坡體產(chǎn)生位移變形擠壓，滑坡中后緣產(chǎn)生少量裂縫使水分向前緣流動(dòng)，使其孔隙水壓力逐漸增加。

(2)據(jù)圖 12b分析，在含水率為15%條件下，KY-2讀數(shù)隨加速度成比例升降，KY-2讀數(shù)明顯大于KY-1，表明在試驗(yàn)過程中滑坡體產(chǎn)生向前的擠壓變形破壞。試驗(yàn)在60～100g階段時(shí)，KY-1的讀數(shù)由19.53kPa緩慢減小至15.66kPa。試驗(yàn)在加速度維持100g階段，KY-2讀數(shù)逐漸增大，最大可達(dá)138.21kPa，由圖 11b土壓力變化趨勢(shì)及圖 10滑坡裂縫發(fā)育過程圖可知，此時(shí)坡體中后部已產(chǎn)生裂縫，坡體中后部的水沿著裂縫往坡體前緣匯聚，造成KY-1讀數(shù)上升。

(3)據(jù)圖 12c分析，在含水率為20%條件下，從加速度增加至8g開始，KY-2讀數(shù)大于KY-1讀數(shù)，而從圖 11a坡表裂縫發(fā)育圖可知，此時(shí)坡體已經(jīng)開始從中后部產(chǎn)生裂縫，后部土體向前擠壓，造成KY-2讀數(shù)大于KY-1讀數(shù)。加速度達(dá)到50g，試驗(yàn)進(jìn)行至15min時(shí)，KY-2達(dá)到最大值96.35kPa，此時(shí)坡體已經(jīng)開始處于失穩(wěn)階段，在加速度維持在50g的時(shí)間段內(nèi)，KY-1和KY-2的增長(zhǎng)率緩慢直至趨于平緩，表明滑體在小離心荷載的作用下，產(chǎn)生位移變形擠壓，坡體處于失穩(wěn)狀態(tài)，造成孔隙水壓力讀數(shù)也發(fā)生明顯的變化。

3.4 江頂崖古滑坡復(fù)活啟滑過程分析

3.4.1 滑帶土力學(xué)強(qiáng)度變化分析

為了分析滑帶土力學(xué)強(qiáng)度的變化，在LST-3試驗(yàn)含水率為20%情況下對(duì)滑坡滑動(dòng)前后的滑帶土進(jìn)行直剪試驗(yàn)，破壞前滑帶土黏聚力c值為17kPa，破壞后為12kPa； 破壞前內(nèi)摩擦角φ為7.76°，破壞后為5.58°。由此可見滑動(dòng)后土體較滑動(dòng)前黏聚力c減少了5kPa，衰減了29.41%； 內(nèi)摩擦角φ減少了2.18°，衰減了28.09%。由此可知，滑坡模型在含水率為20%情況下，滑坡的變形大幅減弱了滑帶土的力學(xué)參數(shù)，誘發(fā)了滑坡的產(chǎn)生。

3.4.2 滑坡變形過程分析

試驗(yàn)表明，江頂崖滑坡的變形受含水率的控制，坡體的變形破壞是由中后部逐漸發(fā)展的，隨著坡體含水率的增加，滑坡啟滑所需的加速度就越小。在含水率分別為15%情況下，開始產(chǎn)生裂縫的離心加速度為40g，失穩(wěn)時(shí)的離心加速為100g，而在含水率分別為20%情況下，開始產(chǎn)生裂縫的離心加速度為8g，失穩(wěn)時(shí)的離心加速為50g。根據(jù)試驗(yàn)分析滑坡的變形過程主要分為以下3個(gè)階段： ①變形啟動(dòng)階段，在此階段坡體中后部裂縫開始產(chǎn)生； ②變形加速階段，在此階段中后部裂縫迅速發(fā)育，并迅速擴(kuò)展至坡體前緣； ③失穩(wěn)階段，在此階段，坡體表面拉張裂縫擴(kuò)展貫通，潛在滑移面形成，整體發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)。

4 江頂崖古滑坡復(fù)活機(jī)理討論

江頂崖古滑坡復(fù)活機(jī)理復(fù)雜，在斷裂活動(dòng)和地震作用下形成的破碎巖土體和斜坡結(jié)構(gòu)特征為滑坡復(fù)活提供了內(nèi)因，強(qiáng)降雨作用增加了坡體的自重并弱化了巖土體的力學(xué)強(qiáng)度，在暴雨期形成的強(qiáng)烈河流侵蝕作用進(jìn)一步切割了坡腳，從而誘發(fā)了滑坡的復(fù)活，其是在內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下形成的典型古滑坡復(fù)活(郭長(zhǎng)寶等， 2019)。根據(jù)離心機(jī)物理模擬試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合野外調(diào)查，以及已有Guo et al. (2020)等的調(diào)查分析，本文認(rèn)為降雨作用造成江頂崖古滑坡中后部含水率升高，中后部產(chǎn)生拉裂縫隨后產(chǎn)生推移滑動(dòng)，并且受到前緣河流侵蝕牽引情況下，形成了前緣河流侵蝕牽引、滑坡中后部推移的耦合啟滑機(jī)制，最終造成江頂崖古滑坡的復(fù)活。

4.1 降雨對(duì)古滑坡復(fù)活的影響

降雨是誘發(fā)大型滑坡的主要因素之一，Ren et al.(2013)認(rèn)為當(dāng)甘肅舟曲地區(qū)降雨量達(dá)到30mm時(shí)將會(huì)非常容易誘發(fā)大型滑坡； 代聰?shù)?2021)認(rèn)為江頂崖滑坡在2018年7月11日～2018年7月12日降雨量達(dá)28mm，達(dá)到全年最高峰，最終導(dǎo)致了江頂崖滑坡整體失穩(wěn)。郭長(zhǎng)寶等(2019)認(rèn)為在7月10日降雨量更是達(dá)到了65mm的暴雨級(jí)別； Lumb(1962)發(fā)現(xiàn)當(dāng)24h內(nèi)降雨量超過100mm或先前15d內(nèi)降雨量超過350mm時(shí)，易誘發(fā)滑坡，而江頂崖6月25日～7月10日15d內(nèi)累計(jì)降雨量已超過300mm。由于江頂崖滑坡體結(jié)構(gòu)松散，且裂縫較多，強(qiáng)降水很容易通過裂縫，形成入滲通道，降雨入滲到滑帶內(nèi)，增加了滑帶土的含水率，軟化了滑帶土的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)入滲的降雨在相對(duì)隔水層(炭質(zhì)板巖)形成上層滯水，增加了巖土體自重，增大了下滑力，最終導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。

4.2 滑坡變形過程中的超孔隙水壓力對(duì)滑坡啟滑的影響

滑坡啟滑的臨界孔隙壓力主要由斜坡巖土體的密度、有效孔隙度、潛在滑移面上覆巖土體厚度、斜坡組成物的黏聚力和內(nèi)摩擦角及斜坡的坡角決定(麻土華等， 2014)。

(1)

式中：θ為滑坡上存在著一個(gè)傾斜的軟弱層面的傾角(°)；ρ為巖土體的密度(g·cm-3)；g為重力加速度；z為潛在滑移面的深度(即上覆巖土體厚度，m)；c為巖土體的黏聚力(kPa)；φ為巖土體的內(nèi)摩擦角(°)。根據(jù)式(1)，θ取30°、ρ取 2.16 g·cm-3、g取9.8m·s-2、z取0.3m、c取27kPa、φ取30.5°可求得臨界孔隙壓力Uwc=67.27kPa，在滑體含水率為10%的情況下，最大孔隙水壓力為11.77kPa，小于臨界孔隙水壓力，而試驗(yàn)在15%和20%情況下最大孔隙水壓力分別為138.21kPa和96.35kPa，均超過了臨界孔隙水壓力Uwc，最終引起了滑坡滑動(dòng)。

5 結(jié) 論

本文以甘肅江頂崖古滑坡復(fù)活為原型，在野外調(diào)查基礎(chǔ)上開展了其復(fù)活過程的離心機(jī)模型試驗(yàn)，得到以下主要結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

(1)結(jié)合離心機(jī)模擬試驗(yàn)與野外調(diào)查分析，強(qiáng)降雨是導(dǎo)致江頂崖古滑坡復(fù)活的直接原因，強(qiáng)降雨入滲導(dǎo)致滑帶土體力學(xué)強(qiáng)度降低，并在前緣河流侵蝕耦合作用下，形成后部推移-前緣牽引復(fù)合式啟滑機(jī)制。

(2)模擬了不同含水率下滑坡啟滑過程，獲得了滑坡破壞時(shí)土壓力、孔隙水壓力變化規(guī)律，試驗(yàn)表明坡體的變形破壞是由中后部逐漸發(fā)展的，隨著含水率的增加，滑坡啟滑所需的離心加速度就越小。在含水率為15%、20%情況下坡體失穩(wěn)所需離心加速度分別為100g和50g，而在含水率為10%情況下，試驗(yàn)結(jié)束后僅在坡體中后部產(chǎn)生了少量裂縫，與實(shí)際情況相符。

(3)試驗(yàn)表明江頂崖古滑坡的復(fù)活變形過程主要分為3個(gè)階段： ①變形啟動(dòng)階段(裂縫開始形成階段)； ②變形加速階段(裂縫發(fā)展階段)； ③失穩(wěn)階段。

(4)降雨是導(dǎo)致古滑坡復(fù)活的主要原因，降雨引起土體含水率的變化，一定程度上降低了土體強(qiáng)度，并導(dǎo)致土體中孔隙水壓力發(fā)生變化，降低了土體的抗滑力，進(jìn)而降低了坡體的穩(wěn)定性，導(dǎo)致滑坡的形成。

致 謝本次試驗(yàn)測(cè)試在成都理工大學(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)室完成，任洋副教授、鄭光副教授對(duì)本次試驗(yàn)進(jìn)行了指導(dǎo)； 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所楊志華副研究員、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)劉健碩士生參加了野外工作，在此一并表示感謝。