三峡水库水位变化对树坪滑坡的影响探析

聂邦亮, 叶义成, 杨　永, 廖伟杰

(1.湖北省地质局 水文地质工程地质大队,湖北 荆州　434020; 2.湖北省地质灾害防治中心,湖北 武汉　430034)

0　引言

树坪滑坡位于湖北省秭归县境内长江干流右岸,为一涉(库)水特大型老滑坡,自2003年三峡水库蓄水以来一直变形不止。该滑坡为“湖北省三峡库区后续地质灾害治理规划”2013年治理项目之一,2012年8月—12月,湖北省地质环境总站完成了树坪滑坡的地质勘查任务。

1　滑坡空间形态及规模

根据树坪滑坡勘查成果[1],该滑坡为特大型复合滑坡,平面形态呈马鞍形。滑坡东侧以叶儿开沟为界,东侧后缘边界位于沙黄公路以上的姜家湾一带,后缘呈明显的圈椅状地形,弧顶高程为400 m,后缘两侧滑壁高8～15 m、坡度60°～80°。西侧后缘边界位于沙黄公路以上的榨房一带,呈波浪状弧形延伸的陡坎,滑壁高5～15 m、坡度60°～70°。滑坡西侧以SN走向的龙井沟为界。前缘位于高程70 m左右(大部分处于库水位下)。滑坡平面形态特征见图1。

纵向剖面形态呈陡缓相间的阶梯状,滑坡前、中、后地形较陡,坡度20°～35°。东侧于高程174～182 m、364～380 m各分布一级滑坡平台,坡度5°～10°,纵向长60 m,横向宽100～150 m;西侧亦分布有二级滑坡平台,分布高程分别为174～190 m、320～338 m,坡度5°～10°,纵向长约8～110 m,横向宽约210～240 m。

树坪滑坡南北纵长约800 m,东西宽约670 m,面积约54.1×104m2,厚10～74 m,总体积约2 070×104m3。

树坪滑坡发育于三叠系中统巴东组(T2b)地层,滑体物质主要由粉质粘土以及滑坡滑动过程中的基岩错动形成碎裂岩组成,滑带清晰、明显。

2　变形特征

2.1　变形历史

树坪滑坡为形成年代久远的老滑坡。2003年以前滑坡变形不明显,主要以局部的小型坍滑为主。2003年6月三峡水库开始蓄水以来,一直持续变形不止:2003年6月—2004年12月,滑体东侧前缘产生塌岸,滑坡体上部沙黄公路一线裂缝自东向西延伸总长约350 m,迫使滑坡区内25户85名居民全部搬迁;2007年4月—2008年8月,滑体后缘及沙黄公路上产生多处长约20～40 m的弧形拉裂缝,滑坡区产生多处坍滑;2009年—2012年,滑坡东侧边界及其后缘公路处原有裂缝出现明显的下沉,原有坍滑范围进一步扩展。

2.2　变形区特征

从2012年勘查时树坪滑坡的变形特征来看,树坪滑坡目前的变形区以中部的宽缓冲沟为中轴向东西两侧延伸,包含了滑坡东、西两侧沙黄公路以下的大部区域,变形区横向宽470 m,纵向长580 m,面积0.27 km2。目前滑坡变形区发育有7处坍滑及11条主要裂缝,滑坡西侧近龙井沟一带目前稳定性较好,未见有明显变形迹象。

2.3　变形监测成果分析

树坪滑坡为三峡库区二期地质灾害专业监测点,专业监测主要采取宏观巡视、8个GPS监测点和4个深部位移监测孔等手段进行[2]。

2.3.1GPS监测成果

从2003年6月截至2013年4月,树坪滑坡有5个GPS监测点多年累积水平位移量为3 152.8～4 414.7 mm,位移量大的监测点主要分布于变形区的中部及前缘,其位移具有同步性。位于变形区上部及边界处的监测点多年累积位移量相对较小。

树坪滑坡呈现波浪式递增曲线的变形特征:每年4—9月出现加速变形,位移变形曲线类型表现为阶梯型。特别是在2012年5—6月份,主滑区变形出现了专业监测以来的最大变形速率,达36.4 mm/d(2012年6月13日)。2003年6月—2012年12月,树坪滑坡监测点累积位移—时间监测曲线如图2,从位移—时间曲线上可以看出,2007—2012年期间每年4—9月的位移速率都出现一次较大的“突变”。

图1　树坪滑坡工程地质(监测点分布)平面图Fig.1　Planar graph engineering gology of Shuping Landslide1.滑坡周界;2.变形区范围;3.局部坍滑;4.变形裂缝;5.GPS监测点及编号;6.增补GPS监测点及编号;7.测斜孔及编号。

图2　树坪滑坡GPS监测点变形与库水位相关曲线图Fig.2　Curves of GPS monitor points deformation and reservoir water level of Shuping Landslide

2.3.2钻孔倾斜监测成果

该项监测自2010年2月开始,期间因滑坡变形较大导致测斜孔及监测设备逐步损坏,至2012年12月,4个测斜孔均已无法观测。

从采集的有效监测数据来看,变形区4个测斜孔深部滑带处均有一定位移,累积位移量25～100 mm不等,表明滑体深部存在蠕动变形。尤其是2012年5—6月,QZK1、 QZK2、 QZK3孔均出现数据采集异常,表明期间滑坡深部发生了较为明显的变形。变形区中后部的QZK2 、QZK4位移量较前部的QZK1、 QZK3明显要大。

2.4　变形特征综合分析

根据各测斜孔及其对应的GPS监测点在相同时间段内的监测数据分析(表1),变形区西侧中后部的QZK2孔滑带处的累积位移量与地表GPS累积位移量相差不大,具一定同步性,其前部的QZK1孔滑带累积位移量明显小于地表GPS位移量;变形区东侧中后部的QZK4测斜孔(仅监测2个月)滑带处的累积位移量与地表GPS累积位移量几乎一致,具较好的同步性,其前部的QZK3孔滑带累积位移量则明显小于地表GPS位移量;且变形区中后部的QZK2 、QZK4位移量较前部的QZK1、 QZK3明显要大。通过相同部位地表GPS监测点与之对应的深部测斜孔的位移量、以及不同部位的深部测斜孔的位移量对比可看出,变形区中后部的地表与深部滑带位移具一定同步性,中后部滑带位移量明显大于前部,说明变形区的变形可能以推移式为主。

表1　测斜孔与GPS监测点位移量对比表Table 1　Contrast diagram of displacement of hole with clinometer and GPS monitoring point

3　三峡库水位变化对滑坡变形的影响

3.1　库水位变化与滑坡变形的规律

树坪滑坡GPS监测位移量与库水位关系曲线见图2。从图2可看出:滑坡变形与库水位下降呈明显相关性,即在库水位下降期间,位移呈阶跃式递升,这表明库水位下降对滑坡变形影响明显;2003—2006年三峡水库在145 m以下运行时,滑坡变形不甚明显;2007—2008年水位蓄至155 m时,滑坡出现较明显变形;从2009年水位蓄至170 m以上后,每次水位大幅下降时,测点变形位移量均会产生跳跃式上升,如2011年5—6月、2012年5—6月变形区测点有显著的台阶上升式变形,均和同期长江库水位大幅下降有对应关系。

2009年5月12日—6月15日,库水位以平均0.5～0.63 m/d的速率快速下降,导致五个GPS监测点均出现整体阶跃变形现象。2010年退水部分时间段内,水位下降速率多在0.5 m/d内,滑坡变形较2009年同期明显减小,而2011年、2012年又出现了退水速率部分时间段内超过了0.5 m/d,则形成与2009年同样的变形特征。上述分析结果表明滑坡的变形与库水位急剧下降有明显的相关性,并且库水位下降速度越快,滑坡的位移速率也越大。但滑坡的变形时间滞后于库水位的下降时间,具有明显的滞后效应,短暂的库水位急剧上升下降对滑坡变形破坏影响很小,只有当水位持续下降,并在低水位运行一段时间才会引起滑坡产生明显变形。

3.2　库水位变化对滑坡变形的影响分析

研究表明,库水位涨落对滑坡稳定性的影响主要表现为物理化学效应、饱水加载效应、静水压力效应、动水压力效应等几个方面。水库高水位长期浸泡导致老滑坡滑带软化泥化,力学强度降低,库水位快速消落导致滑坡体内产生动水压力。三峡水库水位抬升,库水入渗进入滑坡体,滑坡体淹没部分附加了库水向坡体的渗透压力,一定程度上有利于边坡稳定,这与树坪滑坡在每年水库水位蓄水期间滑坡位移速率减小一致;但水位下降时,滑体地下水水位下降滞后于库水位,形成了地下水位与库水位正落差,库水下降速率越快,形成的落差就愈大,相应的动水压力就愈大,从而引发滑坡变形,不利于滑坡体的稳定,这与每年三峡水库退水时滑坡变形速率加快是一致的。三峡水库退水速率过快是牵动树坪滑坡体变形的主要原因。

4　结语

本文通过勘查及监测取得的阶段性成果资料,论证分析了树坪滑坡的变形特征、规律,以及三峡库水位变化对滑坡变形的影响。但因树坪滑坡规模巨大、成因复杂,专业监测时间周期较短,深部测斜孔损坏停测后监测手段单一,因此,为进一步明析滑坡变形与库水位变化的关系,后期对树坪滑坡的监测工作仍然十分重要。

参考文献：

[1]湖北省地质环境总站.湖北省三峡库区后续地质灾害防治秭归县树坪滑坡勘查报告[R].武汉：湖北省地质环境总站，2013.

[2]三峡大学土木与建筑学院.三峡库区秭归县二期地质灾害监测预警工程专业监测预警年报(2012年)[R].宜昌：三峡大学，2013.