万州孙家荆竹屋基滑坡滑动模型研究

姜 波， 柴 波 ，方 恒，王佳佳，黄发明

(中国地质大学(武汉) a.环境学院;b.工程学院;c.地质调查研究院, 武汉 430074)

万州孙家荆竹屋基滑坡滑动模型研究

姜 波a， 柴 波a，方 恒a，王佳佳b，黄发明c

(中国地质大学(武汉) a.环境学院;b.工程学院;c.地质调查研究院, 武汉 430074)

荆竹屋基滑坡的滑动过程存在多种解体模式，为了研究该类顺层岩质滑坡的滑动模型，在对滑坡后滑体结构和地面破裂现象系统调查的基础上，根据解体特征对滑坡进行了分区，并通过建立的滑坡作用强度评价模型,探讨了滑坡滑距、运动解体模式和建筑物易损性等问题。研究结果表明：①前缘采石场的切坡使潜在不稳定的斜坡临空，抗滑力降低，诱发了中部浅层顺层软弱页岩层及后部风化接触带的整体滑动；②主滑体滑移距离约29.5 m，主滑方向为5°，滑体厚度约15 m；③受滑体风化层厚度变化和前地形条件限制，在整体滑动后分区解体现象明显。滑体上各区对建筑物易损性的作用强度从大到小依次为：前缘堆积区(Ⅵ)>后缘拉槽破坏区(Ⅱ)>中部推覆区(Ⅳ)和破碎区(Ⅶ)>局部分块滑移区(Ⅴ)>中部逆冲区(Ⅳ)>顺层整体滑移区(Ⅲ1、Ⅲ2)>后缘拉裂影响区(Ⅰ)。研究绘制出的滑坡解体破碎分区图，对分析滑坡风险分布规律具有参考价值。

顺层岩质滑坡；滑距；运动模式；解体；作用强度

1 研究背景

2013年4月4日13点15分，重庆市万州区孙家镇荆竹屋基发生大面积滑坡，滑坡体积约145万m3，损毁房屋8栋9户，威胁着孙家镇至梁平县县级公路和渝万高速公路的安全。该滑坡属于大型顺层岩质滑坡，滑动后解体破碎现象明显，牵引和碰撞变形等迹象全面，对于研究顺层岩质滑坡运动模型具有现实的意义。

顺层岩质滑坡是最常见的滑坡类型，常因发生突然、高速运动及影响范围广而造成重大灾害，如：Vajont滑坡[1]和鸡尾山滑坡[2-3]。对于顺层岩质滑坡而言，岩体结构控制着滑坡的变形破坏特征[4-5]，斜坡变形破坏都是沿着岩体中相对软弱的结构面发生[6-7]。从启滑到停止，由结构性岩体变为破碎的堆积体，其解体和运动模式十分复杂，通常不单一地遵循整体滑动的“雪橇”运动模型[8-9]。为此，研究典型顺层岩质滑坡运动过程的解体模式和运动规律，对于发展滑坡动力学研究具有理论意义，同时，可指导滑坡风险分析和减灾工程。

本文在对孙家镇荆竹屋基滑坡滑动后变形和破裂现象调查的基础上，对滑坡进行了系统分区，并对各区运动解体特征进行了分析，探讨了滑坡滑距、运动模式和解体原因等问题，并演示了适用于新生滑坡调查的制图方法。

2 滑坡概况

2.1 滑坡几何形态

荆竹屋基滑坡位于重庆市万州区孙家镇天宝村5组，滑坡中心点坐标为N30°44.089′和E107°56.824′。滑坡平面上呈南北向展布的长舌形，后缘高程约950 m，前缘以孙家镇至梁平县县级公路为界，剪出口位于公路旁采石场掌子面内，高程795 m。滑坡两侧以冲沟为界，内有季节性水流。滑体南北向长约540 m，东西宽约200 m ，面积约10.8×104m2，平均厚度15 m左右，体积约145×104m3，主滑方向5°，属于大型顺层岩质滑坡(图1)。

图1 荆竹屋基滑坡平面图Fig.1 Plan view of Jingzhuwuji landslide

2.2 滑坡地质条件

滑坡区属构造剥蚀中—低山地貌，总体地势南高北低，滑坡位于斜坡中部，地形不连续，自上而下呈“缓坡—陡坡—平台—陡坡(坎)”的多段变化，地形平均坡度约20°。

滑坡位于铁峰山背斜西侧末端的北西翼(图2)，该背斜属于川东褶皱束中的一条，具有背斜紧闭、向斜宽阔的特征(图3)。受构造影响，向斜内部和背斜的两翼是顺层滑坡的多发区，在向斜内部地层平缓开阔，当受到大型河流切割时，河谷内常发育大型近水平地层滑坡，如万州城区的古滑坡。在靠近背斜核部，岩层产状急剧变陡，在顺向斜坡内，常发生新生的滑坡，如2004年发生的铁峰山滑坡[10]，该滑坡和本文研究的滑坡同属于铁峰山背斜的构造单元内，此类滑坡是川东地区常见的滑坡构造，具有现实的理论研究意义，其成果也具有广泛推广应用性。

滑坡区表层局部覆盖第四系残坡积层(Q4el+dl)和崩坡积层(Q4col+dl)，主滑体和下伏基岩为侏罗系新田沟组(J2x)和自流井组(J1-2z)地层。残坡积层分布于滑坡东侧的中部，由土黄色、灰黄色粉质黏土夹碎块石组成，为新田沟组地层风化产物。崩坡积层分布于滑坡中后部，由褐黄色粉质黏土夹砂泥岩块石、碎石组成。新田沟组岩层在滑坡西侧的中前部及两侧冲沟出露，上部为黄色页岩夹薄层砂岩，下部为巨厚层浅黄色砂岩夹少量深灰色页岩。侏罗系中-下统自流井组(J1-2z)在滑坡东侧冲沟及公路旁采石场掌子面内可见，由灰色砂岩、灰-深灰色页岩组成，掌子面内的厚层砂岩未见滑动迹象，滑坡前部的滑动面位于新田沟组的页岩层。

图4 滑坡发生前后A—A′剖面Fig.4 Profile A—A ' before and after sliding

表1 滑坡解体分区及特征Table 1 Partition and disintegration characteristics of the landslide

图2 万州区构造纲要图(据1∶200 000区域地质报告)Fig.2 Structural outline of Wanzhou district(according to report of regional geology 1∶200 000)

图3 万州区“隔档式”褶皱带示意图Fig.3 Ejective folds in Wanzhou district

3 滑体分区及分块滑动特征

根据滑体各个部分的解体特征和破碎程度，从平面上划分为5个区域，即后缘拉裂影响区(Ⅰ)、后缘拉槽破坏区(Ⅱ)、顺层整体滑移区(Ⅲ1，Ⅲ2)、局部分块滑移区(Ⅳ)和前缘堆积区(Ⅴ)，具体分区边界、物质结构如图4和主要裂隙分布如图1所示。滑坡解体分区及特征如表1。

4 讨 论

4.1 滑坡启动过程及成因

根据监测资料，滑坡启动前地面破裂由滑坡后缘开始，由后缘向两侧逐渐扩展。全面启滑前，其后缘及两侧裂缝近乎贯通，前缘出现掉块及局部小规模坍塌，表现出明显的整体启滑特征。

根据万州地质环境监测站的资料，滑坡滑动前区内无明显降雨和振动等诱发条件，但滑坡前缘采石场切坡是滑坡卸荷变形的重要条件，也为滑坡提供了滑动空间。滑体明显的破坏开始于前缘，即掉块和小型坍塌等，但此时滑坡已处于贯通的边界，很快转化为整体的滑动。整体启动后，由于局部地段临空条件和下伏基岩岩性的差异，又表现出明显的分块运动特征，直至受滑坡中部和前缘采石场外平台内新鲜基岩的阻隔，停止运动并堆积。

由此可见，滑坡区前缘采石场的切坡是造成滑坡的一个关键因素，采矿卸荷使顺向斜坡变形加剧，最终沿软弱页岩发生整体滑动。

图5 滑坡发生前后B—B′剖面Fig.5 Profile B—B ' before and after sliding

4.2 滑坡的滑距和运动速度

根据滑动区边界建筑物和道路等相对位置的变化，在左侧边界平面滑移距离为27.25～32 m，边界处相对的滑动方向为20°～35°。右侧道路错动距离约35m，相对运动方向为345°。滑体主要运动方向指向前缘采石场的临空方向，其次向东侧冲沟扩展，主滑方向为5°。滑体整体的平面运动距离约29.5 m，顺斜坡方向的滑动距离约35 m。 根据万州地质环境监测站的监测，滑坡从全面启动到停止运动，整个运动时间持续约8 min，平均运动速度为4.4 m/min。

4.3 滑坡差异运动的特征和原因

根据万州区地质环境监测站对滑坡应急调查的资料，滑坡经历了18 h的明显变形，全面启动前，后缘和两侧边界已开裂贯通，滑体内部也存在解体的迹象。滑坡由前缘向后迅速发展，整体启动，在滑动过程中东、西两部分滑体具有明显的差异运动，最终复杂的解体破碎分区，差异运动形成主要受控于滑动区地形和滑体物质结构。

(1) 滑坡西侧典型剖面B—B′如图5，西侧各部分滑体速度和加速度示意图如图6。

图6 滑坡西侧各部分滑体速度和加速度示意图Fig.6 Velocity and acceleration of each part in the west side of sliding body

滑坡在中部剪出形成Ⅲ1，Ⅲ2上下2段滑体，根据滑坡地质结构和解体模式，反演其运动过程：①在启滑阶段，滑坡整体启动，下段滑体，即前缘采石场处到Ⅲ1区前缘，沿岩层内部软弱面呈匀加速运动。上段滑体由于滑动面物质差异，呈现出明显的差异加速运动。风化层自上而下逐渐变薄，上段滑体上部滑动面为风化接触面，下部为较新鲜的砂岩，因此，上段滑体的潜在加速度后部大于前部，砂岩部分为被动加速，具备阻滑效应；②滑动后，下段滑体前缘进入采石场，地形变缓，开始发生自前向后的阻滑，在t0时刻下段加速度开始降低。随着滑体逐渐进入采石场，加速度小于0，开始出现减速运动。由于前缘临空，滑体在运动过程中受挤压，解体现象明显，最终形成滑坡的破碎堆积体；③整个上段滑体表现为推移式的运动，上部沿风化层接触面平动，但下部的砂岩自始至终表现为阻滑状态，在上部滑体启动加速一段后，下部挤压应力增大并剪出，在很短一段时间被动加速。t1时刻上段滑体达到最大加速度，随后开始减速运动，直至停滞。

(2) 滑坡东侧典型剖面C—C′如图7，东侧各部分滑体速度和加速度示意图如图8。

图7 滑坡发生前后C—C′剖面Fig.7 Profile C—C ' before and after sliding

图8 滑坡东侧各部分滑体速度和加速度示意图

Fig.8 Velocity and acceleration of each part in the east side of sliding body

滑坡由于差异性运动分为上、中、下3段滑体，根据滑坡地质结构和解体模式，反演其运动过程：①滑坡沿岩层内部软弱面破坏，整体处于加速状态。上段滑面为岩石风化接触面，下段滑面为页岩，两者强度相近，因此，当地形相似时，加速度相近；②下段滑体前缘进入采石场，地形影响下，发生自前向后的阻滑，即t0时刻加速度开始降低。随着滑体进入采石场，加速度小于0，滑体开始减速。运动过程中，下段进入采石场的减速滑体受到被动挤压，加之前缘临空，滑体挤压解体现象明显，形成破碎堆积块体；③中段滑体在t1时刻加速度开始降低，上段挤压中段滑体，该段滑体存在差异风化，部分风化岩石在挤压作用下破碎，新鲜的岩体保存了原岩结构，但仍可见大量挤压作用形成的剪切裂缝。在东侧冲沟临空区，也可见挤压作用下的侧向扩展现象。上段滑体具有“后缘受拉、前缘受阻”的双重效应，在t2时刻整体减速。由于滑体风化层厚度大，在35 m的滑动距离下，后缘拉裂错动台阶和牵引拉裂缝十分发育，前部挤压完全破碎。

由此可见，滑坡各区内裂缝和破碎形成的原因如下：Ⅰ区主要受滑体牵引拉裂作用，以弧形拉张裂缝为主，伴有少量羽状裂隙；Ⅱ区为主滑体脱离滑床形成的拉裂槽，槽内风化岩石破碎明显，拉动作用下形成多级错动台阶；顺层平动段(Ⅲ1区和Ⅲ2区)的岩体具有一定强度时(岩体强度>减速挤压作用力)，则保持整体运动，解体和破碎现象不明显，若其岩体强度低时(即Ⅳ区风化岩体)，在减速挤压时则发生明显的挤压剪切裂缝，甚至解体破碎。当滑体挤压效应明显，且存在有效的临空面时，则发生扩容或破碎，即Ⅴ区的破碎堆积体。

4.4 滑坡地表变形对易损性的作用强度评价

Hungr等[11]提出了多个评价指标，包括最大变形速度、总位移、地表差异性位移、滑体深度、冲击滑体的厚度、滑程范围内对地表堆积层的侵蚀深度、冲击动能、水平冲击力等。现场调查，该滑坡各区作用强度主要取决于滑体速度、滑体滑移距离、滑面深度及解体模式4个方面。为此，建立了如下的滑坡作用强度评价模型，即

式中：I为滑体的强度值；Ii为滑体对第i个指标承受的强度值；ni为考虑指标的个数。

根据滑坡作用强度评价模型计算得到滑坡各项影响因素对建筑物影响强度，如表2所示。

表2中各参数值范围为0～1，值越大表明滑体受该因素影响越小。滑体速度取值根据Cruden等[12]对滑坡速度等级的划分取值；在相同运动时间下，滑移距离参数可参考速度参数值；根据Ragozin等[13]的研究，建筑结构的易损性不仅与建筑本身的基础深度密切相关，而且受到滑体深度的影响，并给出了滑体深度相应的强度参数；解体模式参数取值根据滑坡各部分实际破坏情况赋值：完整(0.75～1.0)、少量裂缝(0.5～0.75)、裂缝发育但无明显破碎(0.25～0.5)、破碎明显(0～0.25)。

表2 滑坡各项因素对建筑物易损性影响强度取值Table 2 Values of the intensity of factors affecting on building’s vulnerability

图9 荆竹屋基滑坡对建筑物易损性作用强度分区Fig.9 Partitioning according to the intensity of landslide’s effect on building’s vulnerability in Jingzhuwuji landslide

从最终计算得出的强度值来看，滑体上各区对建筑物易损性的作用强度从大到小依次为：前缘堆积区(Ⅴ)>后缘拉槽破坏区(Ⅱ)>局部分块滑移区(Ⅳ)>顺层整体滑移区(Ⅲ1，Ⅲ2)>后缘拉裂影响区(Ⅰ)。根据各区对建筑物易损性的作用强度绘制滑体对建筑物易损性作用强度分区，如图9所示。

5 结 论

万州孙家荆竹屋基滑坡是川东地区背斜两翼常见的新生型顺层基岩滑坡，发生了顺软弱页岩层和风化接触带的整体滑动。滑坡区地形变化和滑体物质结构差异，造成了滑体的差异解体和岩体破碎。由于滑面的不统一，滑体各部分受到的阻滑力不同，局部出现拉张或挤压效应。当岩体受风化等作用强度低于拉张或挤压力时，会发生解体或破碎。即便是整体启动的顺层岩质滑坡，也由于滑体解体模式的差异，建筑物和土地存在差异的易损性，该滑坡对建筑物易损性的作用强度从大到小依次为：前缘堆积区(Ⅴ)>后缘拉槽破坏区(Ⅱ)>局部分块滑移区(Ⅳ)>顺层整体滑移区(Ⅲ1，Ⅲ2)>后缘拉裂影响区(Ⅰ)。由此可见，滑体解体模式是滑坡风险评价的重要参数。

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(编辑：陈绍选)

Sliding Model of Jingzhuwuji Landslide in Sunjia Town, Wanzhou District

JIANG Bo1, CHAI Bo1, FANG Heng1, WANG Jia-jia2, HUANG Fa-ming3

(1.School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;2.Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 3.Geological Survey Institute, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)

A large bedded landslide occurred in Sunjia Town, Wanzhou District of Chongqing. There were multiple disintegration modes in the sliding process. In order to study the slip model of such bedded rock landslide, the slip structure and ground rupture were investigated. Furthermore on this basis, the landslide was partitioned and the sliding distance, movement patterns and building’s vulnerability were analysed. Results reveal that 1) potentially unstable slopes were made free by slope cutting of the leading edge of the quarry, and the anti-sliding force decreased, which triggered the sliding of shallow bedded weak shale in the middle and weathered contact zone in the back; 2) the primary slip body slid about 29.5m, the main slide direction was 5° and the thickness of slip body was about 15m; 3) affected by the change of weathered layer thickness and the previous topographical conditions, the partitioned disintegration was obvious after the sliding. The intensity of each partition’s effect on building’s vulnerability can be ranged as: front accumulation zone (Ⅵ) > groove damaging zone in the back edge (Ⅱ) > central nappe zone (Ⅳ), crushing zone (Ⅶ) > local block sliding zone (Ⅴ) > central thrust zone (Ⅳ) > integral sliding zone (Ⅲ1, Ⅲ2)> affected zone in the back edge (Ⅰ). Moreover, the zoning map of landslide’s crushing and disintegration is given, and it has reference value for analyzing landslide risk distribution.

bedded rock landslide; sliding distance; movement pattern; disintegration；intensity of effect

2014-03-31;

2014-04-08

国家自然科学基金项目(41202247)；中国地质调查局项目(121201122017)；中央高校优秀青年教师基金项目(2012049018)

姜 波(1990-)，男，湖北枣阳人，硕士研究生，主要从事工程地质方面的研究，(电话)13986095133 (电子信箱)jbo1101@163.com。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.08.019

P642.22

A

1001-5485(2015)08-0103-07

2015,32(08):103-109