滑坡滑前地质模型重建方法与思路——以鲜水河断裂带老虎嘴滑坡为例

王东辉，肖红勇，李明辉

(1.中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 610081；2.四川省地质工程勘察院，四川 成都 610072)

模型一词已广泛应用于社会生活的各个领域。其基本定义为用以分析问题的概念、数学关系、逻辑关系和算法序列的表示体系。工程地质领域中“地质模型”概念前身为“地质模式”［1］，是反映边坡稳定性状态各种因素的综合体现，不但包括与边坡有关的基本地质条件，而且也包括边坡岩体的变形特点与相应的破坏方式，以及影响边坡稳定性的各种人为的及自然的动力因素［2］。是经过科学的、符合实际地质状况简化的一种岩体等效模型［3］。其定义为依据工程性状，将重要的工程地质条件，亦可称要素，按实际状态，进行抽象和概化以一种简洁的模式表示［4］。滑坡地质模型可定义为依据滑坡内在性状，将滑坡发育的工程地质条件中主要的特征地质内容(或要素)、形态和变形破坏状况，结合影响滑坡发生的外在因素，经过综合分析，进行抽象和概化以一种简洁的模型表示。

滑坡地质模型并不是简单的几何图形，它是建立力学—数学模型、监测模型，正确地进行滑坡定量分析及稳定性评价与预测的基础，是进行工程分析及设计施工的基础。因此建立精确的滑坡地质模型，对于评价滑坡稳定性，分析其成因机制等具有非常重要的意义。

晏鄂川等通过对三峡库区滑坡的研究，提出类、型、式、期组合的滑坡基本地质模型体系［5］，在实际应用中取得了较好的效果［6～7］。但在进行滑前地质模型重建的过程中则不够适用，滑前地质模型重在考虑影响滑坡发育的内在地质因素、外在地形因素及自然或人为影响因素，对滑坡的变形运动特征及发育阶段的划分则是滑坡地质模型重建后进行滑坡成因机制分析时需考虑的内容。

在复杂地质环境条件下，必须充分认识地质体本质属性即原始地质属性及其在降雨、地震、人类工程活动等外部营力作用下的反应，研究中必须十分重视工程地质基础工作的研究，还原滑坡原始地质环境条件，准确认识并确定滑前地质模型，是分析滑坡在外部营力作用下变形机理，讨论滑坡形成机制的基础所在。笔者以鲜水河断裂带老虎嘴滑坡为例，提出了滑坡滑前地质模型重建的方法与思路，为研究强活动断裂带滑坡易发性提供了依据。

1 研究区概况

老虎嘴滑坡位于鲜水河断裂带北西段断层破碎带内，前缘为川藏公路北线G317国道。滑坡前部覆盖于达曲河二级阶地之上，阶地形成年代为14C 28000±1300年［8］。滑坡区右侧为基岩山脊，其上有薄层残坡积土覆盖，左侧边界外围见厚5～30m残坡积土，具成层性，下部以碎石为主，厚约5～10m，上部为浅黄色含碎石粉砂质粘土，胶结较好，厚约3～20m。滑体平面形态呈“舌”形，前部最宽952m，纵向最长810m(图1)，最厚处位于滑体右侧，可达66.9m。总体坡向62°。滑体及周边无常驻居民，前缘威胁G317国道。

图1 老虎嘴滑坡全貌Fig.1 Full view of Laohuzui landslide

2 滑前地质模型重建研究内容

要对滑坡滑前地质模型进行重建需对滑前各要素进行研究，笔者将其归纳为三大类:地质要素、形态要素、环境要素，具体见图2。

图2 滑前地质模型重建要素框图Fig.2 Sketch of elements of geological model reconstruction

3 地质模型重建的形态要素

3.1 滑前地形

为精确掌握现今滑体物质组成，在滑体及滑坡后部布置了10个钻孔、4个探槽、5条地质雷达测线、3条视电阻率测深测线(图3)。

3.1.1 滑床面的确定

根据勘探资料，结合滑坡后部出露的滑床面形态，绘制出连续的滑床面形态，其剖面形态呈“凹”形，二级阶地后侧为基岩陡崖，滑床坡度为15°。平面形态呈“簸箕”状，上宽、下窄，最宽处约910m，最窄处约459m，地势上右侧略高于左侧(图4)。

图3 滑坡现今地貌及勘探工程布置Fig.3 Landform after failure and exploration engineering map

图4 滑床面地形Fig.4 Topography of slip surface

3.1.2 滑体体积的确定

利用ArcGIS对1∶2000滑坡区现状地形图及滑体底面地形图进行处理，生成DEM后进行栅格减计算后得到滑体厚度图，计算得体积为918.1887×104m3。

目前滑体中部及右侧有大量碎块石堆积，其间极少粉砂或粘土充填，在滑坡外围斜坡两侧未见松散的碎块石堆积层，可以认为该碎块石堆积来源为斜坡上原有的稳定基岩。在ZK9后部10m处见宽60m、高20～30m陡坎，剖面下部见稳定基岩(图5)，岩性为中风化变质石英砂岩，于ZK9钻孔下部见冲洪积卵砾石。可以判定老虎嘴滑坡为基岩滑坡，于ZK9附近堆积于河流阶地之上。据钻孔及物探资料，碎块石堆积主要在滑体两个部位集中，一处为ZK9以东及ZK2至ZK1一线以西(图6)，另一处为TC4至ZK7之间(图7)，其中ZK8附近地表即可见大量碎块石堆积(图8)。碎块石体积计算可以采用公式V石=V总－V土(式1)，为便于计算，在此假设物探剖面中解释的土石比例即为滑体中粘土与碎块石的比例，即=，式中S表示土(石)在物探剖面上所占面积，i代表8条物探剖面的序号。经计算=0.329，代入式(1)得 V石=227.3018 ×104m3。

上覆残坡积土结构特征遵循相关地貌学原理［9］并结合周围发育特征进行恢复，详见下文论述。

图5 电测深DL2纵剖面Fig.5 Vertical section of DL2

图6 电测深DL1横剖面Fig.6 Cross section of DL1

图7 地质雷达LD3测线(ZK8－ZK10间)Fig.7 LD3 of geological radar(between ZK8 and ZK10)

图8 滑体碎块石分布区Fig.8 Distribution of fragment stone

综合考虑上述因素，重建了老虎嘴滑坡滑前地貌形态。滑前斜坡剖面呈凸型，高程3545～3602m为5°～10°缓坡，3440 ～3545m 为 10°～15°缓坡，3342 ～3440m为30°～40°基岩陡坡，具较好临空条件。

3.2 滑前边界确定

(1)左侧边界:地形上为一基岩山脊，在3468m处形成垭口，滑坡在此处受左前方基岩阻挡后向右移动，左侧边界呈向右迅速收口的半圆弧形。

(2)右侧边界:在滑坡右侧外侧高程 3400～3410m间见四川省地震局开挖地震探槽［8］，探槽长20m，揭露大小地震断层共19条，走向多为北西，其中2条走向北85°东，倾向南东，倾角65°，性质以扭性为主，为鲜水河断裂左旋扭动形成的剪切型断裂。该组断层在地貌上显示为北东走向的沟槽，构成滑坡右侧边界。

(3)后缘滑壁:滑壁总体呈半月型，长约390m，坡度20°～25°之间，后壁长度所占滑坡长度比例为1/4，反映滑坡滑动速度较快［10］。

(4)剪出口位置:剪出口位于ZK9后部，海拔3420～3440m之间，下方为坡度30～40°的基岩陡坡，距二级阶地高差约80～100m。

4 地质模型重建的地质要素

4.1 物质结构

4.1.1 滑体结构

滑体由上部残坡积土、下部强风化变质砂岩两部分组成。

(1)变质砂岩呈碎裂结构，局部糜棱岩化，产状307°∠75°，发育 3组优势结构面，产状分别为 75°∠25°、320°∠60°、100°∠65°。多呈中-强风化状态，强风化厚度约3～10m，基岩被结构面切割呈直径3～5cm碎块，其物理力学参数见表1。

表1 滑体及滑床基岩的物理力学性质参数Table 1 Physical-mechanical properties of the sliding body and the sliding bedrock

(2)上部残坡积土

斜坡右侧土体较薄，厚约1～5m，局部基岩出露，岩性以粉砂质粘土为主，而左侧中部见厚约30m土体，上部粉砂质粘土层厚约20m，下部碎石层厚约10m，前部厚度变薄，于近陡崖的垭口处开始向陡崖尖灭。结合地表调查，残坡积土主要分布于斜坡后部及左侧，厚度分布上呈南西薄、北东厚，在北东角3520～3440m之间厚度最大。主要为浅黄色含碎石粉砂质粘土，半胶结状态，具垂向裂隙，碎石含量小于30%，直径以3～10cm为主，磨圆较差，分选较差，天然重度19.5 kN/m3。最厚处位于斜坡北东角，厚度可达30余米，结构上呈现下部以碎石为主，上部以粉砂质粘土为主，两者厚度比例约1∶2。

4.1.2 滑面特征

通过现今滑坡特征可判断滑前滑面位置为基岩的强风化层与中－微风化层界面，产状75°∠25°。滑带土为粉砂质粘土夹碎石，碎石含量约5%。硬塑，见较完整绢云母碎片，其抗剪强度指标见表2。

表2 滑带土抗剪强度建议值Table 2 Shear strength of slip band soil

4.1.3 滑床特征

据钻孔及槽探揭露，滑床为中-微风化的变质砂岩，岩体相对完整，其力学参数见表1。

4.2 地质构造

研究区位于鲜水河断裂带北西段破碎带内，鲜水河主干断裂及丘洛断层从滑坡区后侧通过，格底村断层及然达断层从滑坡中前部及达曲左岸通过。鲜水河断裂北西段走向315°，为第四纪强活动断裂，晚更新世以来左旋走滑错距最大达1700m，年滑动速率13±5mm［8］。其强烈的左旋走滑作用致两侧岩体发育多组与断裂走向斜交的羽状剪切节理。笔者测量鲜水河断裂带北西段沿线337处节理结构面，统计出3组区域上的优势结构面，产状分别为7°∠17°、57°∠49°、100°∠51°。

5 地质模型重建的环境要素

5.1 气象水文

属高原寒温带、亚热带大陆性季风高原型气候，年降水量较少。地下水主要赋存于碎(块)石土的孔隙中，形成上层滞水和孔隙潜水。地下水埋深3.6～5.2m。滑前斜坡位于基岩陡崖之上，不受河流冲刷影响。

5.2 地震

研究区位于鲜水河强地震带，北西20km左右侏倭一带1800年以来6.0级以上2次，研究区南东40km雅德1973年发生7.9级地震。区内地震动峰值加速度 0.2g。

6 滑前地质模型

通过各要素对比分析，老虎嘴滑坡滑前地质模型为:碎裂状基岩内部结构面控制的强风化层与中风化层间剪切错动带构成底部滑面，受地形控制的左侧山脊边界及剪切型断裂控制的右侧冲沟边界，基岩陡坡之上的剪出口构成有效临空面，中厚层残坡积层及强风化基岩构成滑体，中风化基岩构成滑床。滑前地质模型各要素特征见表3。

表3 老虎嘴滑坡滑前地质模型各要素基本特征Table 3 Basic characteristics of the geological model

7 滑坡触发因素分析

利用GEOSLOPE/W软件对滑前主剖面进行稳定性计算，使用地质模型重建获取的参数值，计算时完全指定滑移面位置，计算方法采用Morgenstern-Price法。在天然、饱水状态下计算得安全系数分别为1.292、1.063，均处于稳定状态。地震为区内滑坡发生的主要诱发因素之一。在GEOSLOPE/W软件中，对天然状态下的斜坡施加地震荷载进行计算，ah/av取经验值2/3(ah为地震动水平加速度，av为地震动垂直加速度)，对ah从0.10～0.20逐一代入计算，当ah取0.12时，安全系数为0.969，斜坡处于不稳定状态，对应地震烈度为Ⅶ度。初步判定老虎嘴滑坡为某次地震引发。

8 结论

(1)提出了滑坡滑前地质模型重建要素，即反映滑坡内部属性特征的地质要素；反映滑坡外部形态特征的形态要素；反映滑坡影响及诱发因素的环境要素。

(2)提出了滑前地质模型重建的流程:现今滑坡特征——滑前地形恢复——确定滑前滑坡边界——地质要素重建——环境要素重建——滑前地质模型。

(3)通过滑前地质模型重建，获取了滑前地形地貌、剪出口位置、滑体结构等一系列滑坡分析所需参数，通过对模型的进一步分析可以初步断定老虎嘴滑坡应为地震诱发。

(4)通过对老虎嘴滑坡滑前地质模型重建，为进一步分析该滑坡成因机制，研究强活动断裂带滑坡易发性提供了依据，同时也进一步验证了本文研究思路的可行性和准确性。

(5)由于滑坡发育的影响因素在各地区具有极大的差异，本文以鲜水河断裂带典型滑坡为例提出的滑坡地质模型建立要素及方法在其他地区适用性还有待进一步研究。

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