趙 龍 翔，蘇 愛 軍，鄒 宗 興，張 文，郭 兵

(1.中國地質大學(武漢) 教育部長江三峽庫區(qū)地質災害研究中心，湖北 武漢 430074； 2.重慶市地質災害防治中心，重慶 401147)

0 引 言

滑坡是中國重要的地質災害類型，許多滑坡受降雨影響常常出現“大雨大滑，小雨小滑，無雨不滑”的現象。受全球氣候變化的影響，極端暴雨事件出現次數日益增多，總結滑坡變形與降雨等影響因素間的相關規(guī)律對滑坡災害的預測和防治具有重大意義[1-3]。林孝松等[4]從頻次、周期變化、歷時、降雨量及雨型5個方面分析了降雨與滑坡的耦合作用關系，提出降雨型滑坡發(fā)生破壞是其內在特征和外在因素共同作用的結果；李濱等[5]對三峽庫區(qū)“14·9”極端暴雨誘發(fā)的特大型滑坡進行調查，分析了不同類型滑坡在短時強降雨條件下的演化機制與破壞特征；代貞偉等[6]使用灰色關聯分析法計算出藕塘滑坡的影響因素同位移的灰色關聯度，認為當月降雨量和前兩月降雨量為最主要的影響因素；張永雙等[7]通過室內離心機試驗模擬了古滑坡在降雨作用下的復活演化過程，認為裂縫的發(fā)育情況決定了滑坡對降雨的響應程度。對滑帶土的室內試驗結果也表明，長期處于飽和狀態(tài)的滑帶土微觀結構會發(fā)生改變，力學強度將大幅度下降[8-11]。

特大型滑坡變形是一復雜的動態(tài)過程，分析監(jiān)測數據是了解滑坡穩(wěn)定情況和變形機制的有效手段[12-14]。本文以三峽庫區(qū)典型的特大型多級水庫滑坡——藕塘滑坡為研究對象，定性分析滑坡的空間變形特征，結合日位移專業(yè)監(jiān)測數據、降雨量、庫水位和地下水位的變化情況，對滑坡的變形規(guī)律進行定量總結。研究加深了對多級復雜滑坡變形機制的認識，可為此類滑坡的變形機制和動態(tài)預警方面的研究提供參考。

1 藕塘滑坡概況

藕塘滑坡位于重慶市奉節(jié)縣原安坪鎮(zhèn)境內，地理坐標為東經109°17′48″～109°19′04″，北緯30°16′40″～30°17′44″，為特大型多級順層基巖滑坡，平面形態(tài)呈斜歪“倒立古鐘”狀，前緣高程90～102 m，后緣高程705 m左右?；聟^(qū)域出露的地層由老至新主要包括三疊系上統須家河組(T3xj2)石英砂巖，侏羅系下統珍珠沖組(J1Z)粉砂質泥巖、頁巖、泥質粉砂巖，侏羅系下統自流井組(J1-2Z)砂巖、黏土巖、粉砂巖夾少量灰色頁巖和第四系覆蓋層(Q4)?；诨碌目臻g形態(tài)特征和鉆孔實際揭露情況，將滑坡劃分為二級滑坡區(qū)，滑帶判定為珍珠沖組中的含炭黏土巖(見圖1)。其中一級滑體沿R5軟弱帶滑動，二級滑體沿R3軟弱帶滑動。

2 地形地貌與監(jiān)測方案

藕塘滑坡為受水庫蓄水影響復活的古滑坡，在長江河谷演化的過程中發(fā)生過多次滑動，各級滑體具有不同的空間形態(tài)特征，見圖2～4。一級滑體縱長約880 m，橫寬約1 100 m，面積約 9.0×105m2，前緣位于145.00 m水位線以下，形成廟包-藕塘一線厚約100 m的反翹段，東西兩側各存在一處淺部變形體，均由黏性土和碎裂巖體組成，沿巖土接觸面滑動，江邊至高程220 m處為原安坪鎮(zhèn)集鎮(zhèn)區(qū)(已搬遷)，坡腳小于10°，地形較平緩，后緣相對較薄，整體向西微傾，整體形狀似勺狀。二級滑體縱長約1 080 m，橫寬約600～800 m，面積約8.57×105m2?；w前緣剪出口高程約285～305 m，形成鵝頸項-雙大田滑坡堆積平臺，以獅子包埡口為頂界，具有典型的雙溝同源地貌，東西兩側分別以山脊為界。二級滑體在長江河谷發(fā)育過程中沿R3軟弱帶發(fā)生過3次大規(guī)模滑動，由高至低分別形成中大塘臺地、老祠堂臺地和鵝頸項臺地。

圖2 藕塘滑坡全貌照片

藕塘滑坡共布設GNSS監(jiān)測點25個，另有3個基準點(TN01，TN02，TN05)布置于東西兩側穩(wěn)定山脊上。

本文基于數據完整程度和分布位置選取典型的15個監(jiān)測點進行分析：一級滑體4個(MJ01，FJOT02，FJOT03，FJOT05)，二級滑體11個(FJOT06～FJOT08，FJOT10～FJOT12，ATU01～ATU05)。所選監(jiān)測點于2017年全部完成自動化改造，實現全天候專業(yè)監(jiān)測，監(jiān)測點空間分布及2017～2020年位移矢量見圖3。

圖3 滑坡區(qū)工程地質平面

圖4 藕塘滑坡B-B’工程地質剖面

3 監(jiān)測數據分析

由圖5可知：2014～2020年間，每年滑坡的階躍變形均發(fā)生于降雨集中的5～9月份，進入枯水期后滑坡變形明顯趨緩；階躍變形量與當年的降雨強度成正比，以二級滑體的FJOT10監(jiān)測點為例，2016年年降雨量為780 mm，年位移量為198 mm，2017年年降雨量為1 643 mm，年位移量越升至422 mm，表明藕塘滑坡出現的變形階躍現象與降雨呈強相關。每年的庫水位升降期間滑坡未出現明顯的周期性變形跡象，可知藕塘滑坡的階躍變形同庫水位升降呈弱相關。

圖5 2014～2020年累積位移、降雨量、庫水位變化曲線

一級滑體2017年的變形曲線如圖6(a)所示。受益于前緣反翹段阻滑，一級滑體的變形程度最小?；w前緣集鎮(zhèn)區(qū)(FJOT02)和東側變形體(FJOT03)經工程治理(抗滑樁+片石護坡)穩(wěn)定性較高，年累積位移量約75 mm；西側變形區(qū)(MJ01)位于抗滑樁外側，為一級滑體變形程度最大的區(qū)域，年累積位移量約170 mm；滑體后緣山體(FJOT05)變形較為劇烈，年累積位移量約160 mm。二級滑體2017年的變形曲線如圖6(b)所示。中大塘臺地的形成時間最早，西側山脊為其提供了側向摩阻力，在經歷多次滑動后仍具有較高的勢能，位于該區(qū)域的FJOT10、FJOT11、ATU01監(jiān)測點平均累積位移量最高，分別為422，326，355 mm，變形方向為NW12°左右；位于老祠堂和鵝頸項臺地變形監(jiān)測點的變形方向一致，為NE12°左右，變形量后高前低，FJOT12→FJOT06的變形量為264 mm→147 mm；鵝頸項臺地兩側坡體監(jiān)測點ATU03、ATU05的變形最為強烈，年累積位移值分別達419，413 mm，從地形上看兩處監(jiān)測點布設于陡坡區(qū)，在進入枯水期后仍保持較快的蠕變速率，表明監(jiān)測變形量為淺表局部土體變形與滑坡整體位移的疊加值。

圖6 2017年累積位移與降雨量變化曲線

由上述分析可知，藕塘滑坡由于在歷史上經歷過多次滑動，不同區(qū)域的地質結構不同導致變形量和變形方向均存在差異，一級滑體雖經前期工程治理，但在降雨影響下仍會出現階躍變形，安全儲備不足；二級滑體變形量隨高程遞增，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3.1 滑坡對降雨的響應特征

為細化研究滑坡對降雨的響應特征，取暴雨年——2017年的專業(yè)監(jiān)測數據為研究對象，該年滑坡區(qū)年降雨量達1 723 mm，滑坡各監(jiān)測點均出現實施監(jiān)測以來的最大變形。

由變形曲線和原始數據可知各監(jiān)測點在強降雨事件的影響下均出現了3次典型的階躍變形事件(見圖6)。根據變形特點將2017年滑坡變形過程劃分為7個階段：階段①，低速蠕變階段，該階段為1～4月枯水期，無強降雨事件出現，最大蠕變速率僅0.13 mm/d；階段②，首次階躍階段，出現于“5·11”強降雨事件后，該日降雨量237.5 mm，最大日位移速率達3.6 mm/d，持續(xù)時間約17 d；階段③，快速蠕變階段，該階段滑坡未出現明顯的加速現象，但保持較高的蠕變速度，最大蠕變速率為0.71 mm/d；階段④，二次階躍階段，出現于“7·7”強降雨事件后，該日降雨量為116.0 mm，最大日位移速率達7.6 mm/d，持續(xù)時間約23 d；階段⑤，快速蠕變階段，該階段中后期出現的“9·9”強降雨事件(90+99 mm)使蠕變速率明顯增加，降雨前最大蠕變速率為0.53 mm/d，降雨后升至0.96 mm/d；階段⑥，出現于“9·27”強降雨事件后(102.5 mm)，誘發(fā)滑坡出現變形幅度最大的階躍事件，最大日位移速率達18.13 mm/d，持續(xù)時間約33 d；階段⑦，低速蠕變階段，11～12月份，隨著雨季結束，最大蠕變速率下降至0.36 mm/d。

滑坡各監(jiān)測點在3個階躍變形階段累積的位移量依次遞增，以變形量最大的監(jiān)測點FJOT10為例，在②、④、⑥階段產生的位移量分別為25.4，77.1，220.6 mm，依次遞增，與各階段內的累積降雨量并非嚴格的線性關系。分析認為滑坡經歷階躍變形后會產生累積損傷效應，滑體內部的裂縫隨整體變形逐步貫通導致抗滑力下降，整體穩(wěn)定性降低，與此同時貫通的裂縫會提高滑坡體的滲透系數，導致滑坡對降雨事件更加敏感，再次經歷較小規(guī)模的降雨事件時便會引發(fā)新一輪的階躍變形。西側變形體MJ01在3個階躍階段的變形量分別為51.2，40.2，45.2 mm，未隨滑坡主體出現位移量遞增現象，表明該區(qū)域僅出現淺部的土體滑移。階段②、④、⑥的局部放大圖顯示：以局部放大圖(f)為例，滑坡在階躍變形過程中出現了多次加速-減速-加速循環(huán)，表明在階躍階段中滑坡的變形趨勢會隨降雨動態(tài)變化，如降雨停止滑坡逐漸減速進入蠕滑階段，若出現降雨則再次轉入新的加速周期中；滑坡進入階躍加速的時間點同標志暴雨事件存在明顯的滯后時間，前緣堆積體的滯后時間較長(2～7 d)，后緣坡體的滯后時間較短(0～1 d)，分析認為藕塘滑坡兩級滑體的空間特征均為前厚后薄，降雨事件發(fā)生后，后緣區(qū)域雨水沿后緣巖體裂隙快速入滲，局部穩(wěn)定性迅速下降，變形滯后時間較短，階躍幅度較大；滑體前緣區(qū)域雨水沿第四系覆蓋層的孔隙緩慢入滲，因此水位的抬升幅度較小，在受到后緣滑體變形產生的推移作用后才進入階躍變形階段，變形滯后時間較長。

由上述分析可知：藕塘滑坡的變形速率同降雨密切相關，雨季期間滑坡的蠕變速率明顯大于枯水期；極端暴雨事件會誘發(fā)滑坡進入階躍變形階段，每次階躍變形均可視為對滑坡體的一次擾動，多次擾動后滑坡失穩(wěn)的概率將大幅提高；階躍變形過程中的降雨事件決定此次階躍事件的變形量與歷時；不同區(qū)域的變形滯后時間同滑體厚度呈正相關。

3.2 滑坡對庫水位的響應特征

由藕塘滑坡的空間結構可知一級滑體前緣涉水，為進一步了解藕塘滑坡一級滑體對庫水位的響應特征，選取位于一級滑體的FJOT02(前緣)和FJOT05(后緣)監(jiān)測點進行研究。為減少降雨對分析結果的干擾，提取少雨年(2018年1月至2020年6月)監(jiān)測點的5 d位移速率同庫水位、降雨量等特征參數進行定量分析(見表1和圖7)。

圖7 2018～2020年一級滑體位移速率隨庫水位-降雨量變化過程

表1 一級滑體監(jiān)測點位移增量及相關參數信息統計

根據庫水位的升降情況可將全年劃分為4個階段：水位下降期(174.00 m→145.00 m)、水位低位波動期(145.00 m?156.00 m)、水位上升期(145.00 m→174.00 m)和水位高位波動期(174.00 m?175.00 m)。一級滑體前緣在水位下降期和水位上升期對庫水位變化表現出明顯的響應特征。

水位下降期：A1①、A2(①、②)和A3(①、②)階段，一級滑體前緣的累積位移量大于或近似于后緣，前緣在水位慢速下降期A2①(-0.1 m/d)與水位快速下降期A2③(-0.29 m/d)的變形量分別為1.00 mm(≈后緣1.33 mm)和5.84 mm(>后緣5.19 mm)，表明枯水期一級滑體變形主要受水庫水位下降影響，前緣牽動后緣產生變形，變形量與水位下降速率正相關；A1(②、③)、A3③階段雖然處于水位下降期，但受雨季降雨影響滑坡整體變形同步增加，后緣對降雨更敏感，變形的幅度更大，同樣進入雨季的A2③階段前緣變形量為5.84 mm(>后緣5.19 mm)，該階段降雨強度(255 mm)與A1③(238 mm)和A3③(258.8 mm)相近，但平均日降雨量3.15 mm/d為同期最低(

水位波動期：B1①和B2①階段，庫水位保持在145.00 m附近，前緣的變形速率逐漸回落，后緣的變形速率隨降雨波動，該區(qū)段變形主要受降雨影響；B1②和B2②階段，庫水位在(145.00 m?156.00 m)間波動，前緣在兩個階段中后期及C1階段前期(151.00 m→161.00 m)和C2①階段(145.00 m→161.00 m)均出現了短暫的負速率，分析認為該現象主要是庫水位上升江水反向滲入坡體導致的；D1和D2階段庫水位在174.00 m左右波動，區(qū)段內庫水位變化幅度和降雨量均較小，滑體后緣變形量大于前緣，表明在不受外界影響因素作用的情況下前緣較穩(wěn)定位移速率接近于0，后緣處于蠕滑狀態(tài)。

水位上升期：C1(151.00 m→174.00 m)和C2②(161.00 m→174.00 m)階段，一級滑體前緣的累積位移量大于后緣，表明隨著庫水位上升一級滑體的變形模式再次轉為前緣牽動后緣；其中，C1階段的水位上升速率(0.56 m/d)大于C2②階段(0.35 m/d)，累積位移量(2.43 mm)卻小于C2②階段(2.56 mm)，表明變形與水位上升速率弱相關。

由上述分析可知，正常情況下的庫水位變化雖不會導致一級滑體出現類似于降雨誘發(fā)的階躍事件，但會對滑體前緣的穩(wěn)定性造成一定影響：水位下降期(174.00 m→145.00 m)和水位上升中后期(161.00 m→174.00 m)，受庫水位影響一級滑體前緣的穩(wěn)定性下降，在降雨作用下更容易出現較大變形；在水位上升前期由于水位上升反向滲入坡體，滑體穩(wěn)定性會小幅度抬升；水位低位波動期(145.00 m?156.00 m)滑體變形主要由降雨控制，水位高位波動期(174.00 m?175.00 m)變形主要為后緣山體的淺部蠕滑。

4 藕塘滑坡變形機制分析

根據上文分析滑坡對降雨和庫水位變化的響應特征和藕塘滑坡2017年的地下水位變化情況(MZK03布置于一級滑體集鎮(zhèn)區(qū)，MZK05布置于二級滑體鵝頸項平臺，觀測間隔為10 d，見圖8)，可以認為藕塘滑坡的變形機制包括以下兩點。

圖8 2017年藕塘滑坡地下水位變化曲線

(1) 降雨是滑坡階躍變形的主控因素。降雨會引起滑坡區(qū)的地下水位出現明顯波動，2017年每次階躍變形的標志暴雨事件出現后，MZK05監(jiān)測點的地下水位快速上漲，最大漲幅近10 m(如A′B′段)，水頭差形成指向坡外的滲透壓力、滑體自重上升導致滑體增加的下滑力、滑帶在飽和狀態(tài)下力學性質下降以及地下水位上升引起的浮托力上升使滑體的抗滑力降低，各項不利作用相互疊加誘發(fā)滑坡開始階躍變形。降雨終止后地表水停止入滲，但由于滑帶土的透水性較差(黏土巖，滲透系數2.4×10-6cm/s)，地下水位回落速度緩慢長期保持高位，當再次出現強降雨時地下水位將快速升至高位引起新一輪的階躍變形(如C′D′、E′F′段)。

(2) 庫水位變化影響滑坡的局部穩(wěn)定性。庫水位變化的影響范圍僅限于一級滑體前緣：① 水位下降期，地下水位隨庫水位逐漸下降(如AB段)，于坡體內外形成水頭差，產生朝向坡外的滲透壓力，導致前緣阻滑段的抗滑力下降，出現降雨時滑坡中后段的水位快速抬高，水頭差進一步增大，此時更容易誘發(fā)滑坡出現階躍變形。② 水位低位波動期，由于庫水位變化速率較快幅度較小，地下水位未出現明顯波動，對穩(wěn)定性的影響有限(如BC段)。③ 水位上升期，145.00 m→161.00 m區(qū)段內庫水位快速上升，滑體前緣在反向滲透壓力的作用下出現小幅度回縮，此時庫水位上升對滑坡穩(wěn)定性有利；161.00 m→175.00 m區(qū)段內，庫水位上升速率變慢滲透壓力減小的同時，地下水位上升形成的浮托力導致前緣阻滑段的抗滑力減小再次對穩(wěn)定性產生不利影響(如DE段)。

5 結 論

(1) 藕塘滑坡受降雨和庫水位共同影響，降雨是滑坡變形的主控因素，強降雨事件會誘發(fā)滑坡整體出現階躍變形，庫水位升降對滑坡穩(wěn)定性產生的影響較小且范圍僅限于一級滑體前緣。

(2) 滑坡不同區(qū)域階躍變形的滯后時間同滑體厚度呈正相關，階躍變形時的滑坡對降雨更加敏感，小程度的降雨也可能誘發(fā)滑坡進入新的加速周期。對藕塘滑坡進行預警預報時，大暴雨后一段時間內可能出現的任何降雨都需要高度警惕。

(3) 庫水調節(jié)周期內，庫水位下降期(174.00 m→145.00 m)和上升中后期(161.00 m→174.00 m)藕塘滑坡一級滑體的穩(wěn)定性最差，更容易發(fā)生整體滑動，在此期間應加強監(jiān)測和巡查力度。

(4) 降雨引起滑坡區(qū)域的地下水位變化是滑坡階躍變形的直接原因，藕塘滑坡的防治要點在于快速疏干降雨后滑坡內部滯留的入滲雨水，有效降低滑坡區(qū)地下水位的抬升幅度。