甘肃舟曲江顶崖滑坡成因及稳定性分析

穆 鹏

（1.武警工程学院，710086，西安；2.长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，710054，西安）

甘肃舟曲江顶崖滑坡成因及稳定性分析

穆 鹏1，2

（1.武警工程学院，710086，西安；2.长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，710054，西安）

通过区域地质调查、滑坡微地貌和变形破坏特征测量等手段，对甘肃舟曲江顶崖滑坡的特征和成因进行了系统研究。研究表明，该滑坡具有显著的分级分块滑动特性，降雨、滑坡区高陡的地形、河流冲刷及不良的岩土体工程地质性质是形成该滑坡的主要因素。对此采用多种极限平衡计算方法，并结合滑坡所处的地质环境评价该滑坡在天然、暴雨、地震以及暴雨和地震耦合作用下的稳定性，为该滑坡的下一步治理提供理论指导。

滑坡；稳定性；成因；降雨

一、工程概况

甘肃省舟曲县南峪水电站地处白龙江干流，坝址位于舟曲县南峪村下游约270 m处，该水电站为低水头径流引水式电站，水库正常蓄水位 1282.90 m，总库容 66.6万m3。水电站厂区对岸发育的江顶崖滑坡地理位置为东经 104°25.4′，北纬33°43′。该滑坡历史上发生过多次滑动，最大一次滑动发生于1991年，目前暂时处于稳定状态，但通过现场勘查分析认为该滑坡势能没有完全释放，随着白龙江的冲刷、暴雨及地震等外部不利因素的影响和引发作用，还有可能发生整体复活滑动，滑坡体及形成的堰塞湖将对南峪水电站、通往舟曲县城的救灾生命线省道313的交通安全和下游人民群众生命财产安全造成极大威胁。因此，根据滑坡区的地质环境以及该滑坡的特征，分析其形成原因，通过定性分析和定量计算相结合评价该滑坡在天然、降雨、地震以及降水和地震耦合作用下的稳定状态极为重要。

二、滑坡区地质环境

1.气象与地质

该区地处青藏高原东缘，西秦岭西翼与岷山山脉交汇地区，属构造、侵蚀高中山地，气候有明显的垂直变化。根据舟曲县地面气象站资料，多年平均降水量为434.0 mm，其中6—9月占年降水量的76.7%，实测最大日降水量 63.3 mm （1994年 8月 8日），1 h最大降水量47.0 mm。

舟曲江顶崖滑坡地处白龙江高山峡谷之中，山高坡陡，白龙江河谷底宽100～700 m，局部地段不足100 m。滑坡区的相对高差240 m，坡体前缘受白龙江直接冲刷，形成高 50 m、坡度 50°的高陡临空坡面，为滑坡形成创造了有利地形条件。

2.地层岩性与地质构造

滑坡区出露的地层主要有志留系中上统白龙江群（S2-3b1）含炭质千枚岩、板岩，泥盆系中统古道岭组（）炭质板岩、千枚岩、砂岩及灰岩，还有石炭系下统（C1）灰岩。灰岩组成后部高陡的山体，在斜坡下部发育有第四系的松散堆积层，主要是崩塌体和坡残积物，以粗颗粒碎石土为主，夹倾向斜坡外的灰黑色细粒透镜体，总厚度大于50 m。

新构造运动在该区表现十分活跃。主要表现为山地强烈隆起和河流急剧侵蚀下切，形成高山深谷，白龙江沿岸分布的二级阶地和三级阶地分别高出现在的河床约50 m和200 m。新构造运动的另一表现是第四系地层中发育有新生小型断层、裂隙，许多较早形成的断裂也再次活动，并切割第四系。区域上，该区处于西秦岭断块强烈隆起区，上升速度为 1～4 mm/a，大峪坪—朱家山断层与坪定—化马断层左旋走滑速度为1.35 mm/a，据热释光测定，其最新活动年限距今约2.2±0.03万年。

3.地震活动

研究区位于青藏高原北部地震区之南北地震带，舟曲—武都地震亚带。据历史记载统计，天水地震带Ms≥4.7级地震达46次，1900年以前35次，1900年以后12次，现处于相对低潮阶段。可见研究区处于强震分布带上。根据《中国地震烈度区划图》，研究区地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.20 g，地震动反映谱特征周期为0.45 s。

三、滑坡特征

江顶崖滑坡总体呈不规则簸箕状（图1），主体滑动部分呈长条形，滑坡长700 m，平均宽250 m，下部宽达440 m，滑体平均厚度约30 m，相对高差 240 m，主滑方向 240°，滑坡总体积约530万m3。

滑坡体主要为破碎的浅黄色灰岩、炭质板岩、千枚岩和少量黄土组成的混杂堆积物，亦见少量砂岩、角砾岩、灰绿色片岩和页岩碎块。滑坡体下部可以发现大块灰岩，最大达 100 cm×50 cm×50 cm，主要为上部灰岩发生的早期崩塌体。受白龙江的强烈侵蚀作用，崩塌堆积体曾发生过多次滑动，使坡体结构非常混杂。滑体表层局部存在黄土层，从滑坡前缘到后缘，破碎堆积物中黄土含量越来越少。坡体发育两处平台，堆积了大量灰岩块石。

根据滑体内各部分的滑动特征，将其分为 5个块体（图 1）。I为主滑块体，1991年滑动时首先形成高30 m的次级滑壁，坡度约 30°，根据滑体形态及东侧滑壁擦痕发育的特点分析，I块体滑动时西部快于东部。Ⅱ块体是在I块体的牵引作用下陆续发生的，因此，该滑坡属牵引式堆积层滑坡。Ⅲ、Ⅳ块体是1990年快速滑动部分，Ⅴ块体已形成滑体，但未彻底滑落。此外，滑坡周围有大量的张性裂缝发育，特别是后部，裂缝发育范围可达26 m。

图1 滑坡平面分区示意图

滑坡后壁整体呈圈椅状，坡度30°，壁高30 m。滑坡侧壁在Ⅰ块体内较为明显，呈弧形，高 5～8 m，侧壁有明显的擦痕；其余滑块因多级滑动不断掩埋等影响，侧壁不明显。滑块Ⅰ内发育两处平台，有大量灰岩块石堆积，因堆积体松散，雨水容易下渗，在平台处未见积水，也未发现较大的冲沟。滑坡前缘呈扇形，高 40～60 m，坡度 55°，坡脚长年受雨水冲刷淘蚀，加速了滑坡的失稳。

滑体内裂缝主要发育于块体Ⅰ的后缘和块体Ⅳ的前、后缘。块体Ⅰ后缘裂缝数量多，规模大，一般长5～10 m，宽 30～50 cm，可见深度 30～60 cm，走向 130°，呈半圆弧形，大量裂缝将坡体结构切割得非常破碎；块体Ⅳ后缘裂缝规模相对较小，数量少，前缘裂缝由于雨水冲刷和滑坡活动，大部分已被填充。

四、滑坡成因分析

1.内因

①地形地貌条件。研究表明，合适的地形坡度和坡高能为滑坡的发育和形成提供必需的势能和物质积累。江顶崖滑坡前缘受白龙江急剧下切，形成了高山陡坡，地形高差达600 m，坡度 30°，最陡处大于60°。前缘受白龙江直接冲刷，形成50°的高陡临空坡面，这一临空面方向与滑坡前部呈波状的千枚岩产出方向一致，增大了坡体的不稳定性，是滑坡发育的有利地形条件。

②组成斜坡的岩土体工程地质性质较差。滑坡上部基岩为泥盆系中统古道岭组（）炭质板岩、千枚岩、灰岩、石炭下统（C1）灰岩，岩体软硬相间，节理、裂隙发育。中下部为重力堆积物和老滑坡堆积物，以碎石土为主，结构混杂，土体松散，有利于雨水渗漏，局部加细粒土透镜体，强度低且具较强的隔水性，易在堆积体内形成饱和软化带。

③地质构造。滑坡区新构造运动强烈，断裂构造发育，坪定—化马断裂带从滑坡北部经过，它们分割地层，控制影响山体走向，使山体表现为断块发育，破坏强烈，形成典型的构造破坏带。受断裂活动的影响，滑坡顶部高陡山体崩塌发育，大量崩塌体堆积于相对平缓的滑体上，增加了下滑力。

2.外因

①降雨是该滑坡滑动的主要诱发因素。暴雨除对滑坡表面土体造成冲刷外，雨水渗入裂隙及潜在滑面，将导致滑面软化，力学性质降低，并可能由于相对隔水层而导致水体滞留形成高动水压力，从而导致滑坡体变形加剧。滑坡区降雨主要集中在7—9月，且降雨多以连阴雨和暴雨出现，降雨大量渗入坡体，软化土体，降低抗滑力，也使土体重度增加，下滑力加大，引发新滑坡形成，老滑坡复活；雨季和暴雨期间，白龙江流量较大，对滑坡前缘坡脚部位具有强烈的冲刷、侵蚀能力，降低滑坡的稳定性。

②河流冲刷及人类工程活动。白龙江江顶崖滑坡段河谷谷底宽100～200 m， 最窄处不足 100 m，河流冲刷下切严重，并不断淘蚀滑坡坡脚，降低坡体的稳定性。省道313线从该滑坡坡脚通过，人类工程活动如公路边坡开挖、土石移动等改变了滑坡原有赋存环境，影响了滑坡稳定性。滑坡发生后，掩埋了原有的公路，为了维持公路的畅通，对坍塌体进行清理，进一步加剧了滑坡的失稳。

五、滑坡稳定性分析

1.定性分析

舟曲江顶崖滑坡历史上曾发生过多次滑动并堵江，特别是1991年发生的大规模滑动，滑体冲过白龙江抵达南岸，堵断了白龙江及省道313线，滑坡坝高20 m，回水3 km，形成蓄水量达400万m3的滑坡堰塞湖。通过现场调查分析研究，认为该滑坡势能没有完全释放，随着白龙江的冲刷以及暴雨、地震等外部不利因素的影响和引发作用，还可能发生整体复活滑动。

表1 滑坡稳定性计算参数表

图2 极限平衡法计算模型（1-1）

2.定量计算

滑坡滑带土力学参数是滑坡稳定性极限平衡计算的重要参数，能否正确选取十分关键。该滑坡定量计算的有关力学参数是在试验资料的基础上，根据该滑坡的岩土体组成，并参考了当地岩土抗剪强度经验值，再以该滑坡目前活动状态的实际情况运用参数反分析法综合确定的。极限平衡计算模型见图2，计算参数见表 1。

在天然条件、降雨条件（强度按日降雨量50 mm计算）、地震条件（抗震设防烈度为Ⅷ度，设计基本地震加速度为0.20 g）、降雨和地震耦合作用这4种工况下，利用简化Bishop法（B）、Morgenstern-price 法（M）、简化Janbu 法（J）和不平衡推力法（U）进行定量计算，计算结果表明，天然状态下该滑坡处于暂时稳定状态，但稳定系数很低；在暴雨条件、地震条件、降雨和地震耦合作用下滑坡将整体复活滑动。■

[1]吴玮江，王念秦.甘肃滑坡灾害[M].兰州：兰州大学出版社，2006.

[2]杨海平，王金生.长江三峡工程库区千将坪滑坡地质特征及成因分析[J].工程地质学报，2009，17(2)：233-239.

[3]唐永仪.新构造运动在陇南滑坡泥石流形成中的作用[J].兰州大学学报 (自然科学版)，1992，23(4)：153-156.

[4]肖学沛，李天斌，张志龙.三峡水库区严家坡滑坡成因分析及稳定性评价 [J].中国地质灾害与防治学报，2005，16(1)：39-43.

[5]郑明新.论滑带土强度特征及强度参数的反算法[J].岩土 力学，2003，24(4)：528-532.

责任编辑 田灵燕

Analysis on causes and stability of landslide at Jiangdingya in Zhouqu County of Gansu Province

Mu Peng

Through the methods of regional geological survey,landslide micro physiognomy and deformation damage characteristics measuring,the landslide characteristics and contributing factors at Jiangdingya in Zhouqu County of Gansu Province is systematically studied.Research shows that the landslide has remarkable grading block sliding characteristics,and the main factors of the landslide are the rainfall,the high and steep topography in the landslide zone,scouring river and bad engineering geological properties of rock-soil body.For this,many kinds of limit equilibrium calculation methods are used in connection with the geological and environment assessment of the landslide and stability of landslide under the action of the nature,the heavy rains and earthquakes as well as the coupled action of the earthquake and heavy rainstorm,and thus the theoretical guidance for next landslide control is provided.

landslide；stability；cause of formation；rainfall

武警工程学院基础研究基金资助项目 （WJY201038）；长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室开放基金项目（CHD2010JC146）；交通运输部行业联合科技攻关项目（2008353361420）。

TV223

B

1000-1123（2011）04-0050-03

2010-10-15

穆鹏(1979—)，男，博士研究生，讲师，主要从事岩土工程研究。