雅砻江中游某滑坡形成机制及稳定分析

毛 硕，王运生

(成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)



雅砻江中游某滑坡形成机制及稳定分析

毛 硕，王运生

(成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)

摘要：雅砻江右岸某滑坡位于拟建坝址区上游，木里县卡拉乡，该滑坡一旦失稳，威胁坡脚居民以及拟建水电站的安全运行。本文在野外工程地质测绘、钻探、室内试验基础上，采用三维有限差分软件FLAC3D对滑坡进行数值模拟分析，对滑坡基本特征、形成机制以及稳定性进行分析评价。结果表明：该滑坡为特大型岩质滑坡，形成演化经历了剪切蠕动-滑移弯曲-贯通破坏三个阶段，天然状态下滑坡整体上稳定性较好，暴雨状态下处于欠稳定状态，局部表层存在二次滑动可能。

关键词：滑坡；形成机制；稳定性；三维数值模拟；FLAC3D

雅砻江位于四川盆地与青藏高原过渡带，河谷深切，地质环境脆弱，近年来由于水电设施的开发，人类工程活动增强，地质灾害威胁也随之增大。该滑坡位于雅砻江中游右岸，木里县卡拉乡，坡脚有村民居住，前缘有县道通过，如果该滑坡一旦复活，很可能堵塞雅砻江，威胁当地居民生命财产安全和即将规划修建的水电设施。本文通过详细的野外调查以及工程地质测绘和室内试验，对滑坡的形态、变形特征进行了剖析，研究了滑坡的形成机制，并运用FLAC-3D软件对滑坡进行了数值模拟，分析了滑坡的稳定性，并采用FLAC-3D强度折减法和极限平衡理论对滑坡稳定性进行了评价。

1 滑坡概况

1.1地质环境条件

1.2滑坡基本特征

滑坡整体形状呈开阔“U”字形(如图1)，前陡后缓，大致以高程2 500 m为界，2 500 m以上地形坡度20～30°，2 500 m以下地形坡度35～50°。滑坡体后缘以缓坡基岩为界，坡度约26°左右，高程2 650 m，边界线以外岩层产状正常；滑坡前缘至雅砻江边，高程1 950 m；滑坡侧缘以深切冲沟为界。前后缘高差约700 m，沿江宽(近南北向)约950 m，纵向上(近东西向)长约1 150 m，面积109×104m2。从剖面图来看(如图2)，平均厚度80 m，其中最大垂直揭露厚度102 m，总方量约8 700×104m2，为特大型岩质滑坡。滑坡体内发育有多条冲刷形成的深切冲沟，一般下切深度50～70 m，延伸至高程2 400 m后规模变小，冲沟为季节性冲沟。

滑坡体组成物质较复杂，据钻孔、平洞揭露，滑坡堆积体物质组成主要为碎块石土，其中滑坡堆积层根据破碎程度可细分为二个亚层：碎石土层、块石层。碎石土分布在表层，灰黑色、灰黄色，碎石成分主要为砂质板岩、含炭质板岩，呈强风化状，碎石约占60～70 %，间隙充填角砾、粉质粘土，泥质胶结，胶结较好，结构不均，稍密～中密，厚度分布不均匀，一般为10～40 m；块石层分布在碎石土以下，因滑坡形成过程中岩层未完全解题而形成，岩层层理多可辨，岩层缓倾山内，与原始基岩倾向相反，岩层多呈挤压状，产状变化大，岩块风化较强烈，呈全～强风化状。滑带土成分主要为粉质粘土夹砾石，砾石呈次磨圆状，泥质胶结，胶结一般。

1.3滑坡变形特征

据地表调查，滑坡前缘未见鼓胀隆起现象，滑坡体没有出现大规模拉张裂缝，变形破坏迹象主要表现为局部表层蠕滑，具有明显的季节性。表层蠕滑变形区主要分布于冲沟两侧岸坡和滑坡体中下部的较陡部位，变形区物质成分主要为浅表层碎石土，滑坡体上灌木林向坡外倾斜，而高大乔木则未受滑坡体表层蠕滑变形影响，仍直立生长。

2 滑坡形成机制

根据现场调查和勘探成果，斜坡坡体结构为中倾顺向坡，倾角大于坡脚，岩性为砂质板岩、炭质板岩软硬相间，综合分析滑坡的形成机制为滑移-弯曲[1-2]。形成演化过程主要分为三个阶段：剪切蠕动-滑移弯曲-贯通破坏。

剪切蠕动阶段：中更新世晚期以来，雅砻江快速下切，斜坡前缘浸泡在江水之中，板理面长期浸水而软化，强度降低，岩体在自重作用下沿层间软弱带发生顺层剪切蠕动。

滑移弯曲阶段：随着蠕动的加剧，在斜坡上部产生拉应力集中，形成拉裂缝，在层间软弱带由于剪应力增大，产生较大的滑移变形，由于倾倒大于坡脚，岩层滑移变形受阻，发生弯曲，坡脚隆起；随着变形的发展，上部岩体不断挤压，弯曲增强，出现共轭X节理，差异性变形导致岩体扩容，隆起加剧，岩体松动，局部剥落。

贯通破坏阶段：随着弯曲加剧，倾向破内的X节理逐渐变缓，一旦缓倾坡内的X节理与和剪切滑移面、不断向深部下部扩展的后缘拉裂面贯通，产生滑移-弯曲型滑坡。

该区主要由软弱的砂板岩、含炭质板岩构成，可以积累较大的变形。受前波断层影响，岩层挠曲现象比较严重，在此基础上的滑移-弯曲变形可以持续较长时间，进而产生大范围的弯曲变形，滑坡下游侧至猪白沟沿线大面积分布强烈弯曲岩体就是最好的例证。

3 滑坡稳定性分析

3.1滑坡稳定性定性分析

根据对滑坡的变形分析，前缘未发生隆胀、后缘未见长大拉张裂缝等现象，滑坡体中没有泉水出露，钻孔也没有发现次级滑带，滑坡整体上稳定，局部表层蠕滑，在暴雨地震等条件下局部可能发生破坏。

3.2数值模拟分析

为了详细了解堆积体应力变形特征，分析滑坡的稳定性，采用ISTA公司开发的FLAC-3D软件对滑坡进行模拟[3-4]，为稳定性评价提供参考。

(1)模型的建立

根据现场调查、工程地质测绘以及钻探资料建立模型，只分析滑坡堆积体的应力、变形特征，对模型进行了优化，堆积体和基岩采用实体单元，采用接触面单元模拟滑带。模型垂直河谷方向(Y轴，顺坡向为正)长1 640 m，竖直方向(Z轴，垂直向上为证)右侧高170 m,左侧高845 m(底面高程1 830 m)。模型共计26 376个单元，6 349个节点。对模型底面及四周采用法向约束，坡面为自由表面。滑坡堆积体、基岩均采用弹塑性模型，采用摩尔-库伦屈服准则，不考虑构造应力的作用，只考虑自身重力的作用。

(2)参数的选取

通过现场采样、试验及类比该地区同类工程，综合确定岩土体物理力学参数见表1。

表1 计算模型岩土介质参数

(3)模拟结果分析

考虑数值模拟分析边坡变形破坏判断标准[5-7]，主要从系统不平衡力、剪应变增量、位移、监测点位移变化曲线等方面进行分析。

系统不平衡力：图3为系统不平衡力演化曲线。由图可知，不平衡力在开始1 000步之内波动较大，但是系统不平衡力随着迭代的进行而衰减，最终收敛，达到平衡。从系统不平衡力的演变过程可以得出：不考虑构造应力，堆积体在自重作用下，应力不断调整达到自稳。因此，在自然状态下，滑坡变形也会慢慢稳定，滑坡整体处于稳定状态。

剪应变增量：一些学者把剪应变贯通作为边坡失稳的判断依据[8-10]。从剪应变增量云图看出(图4)，剪应变集中的地方主要是主滑带中部，局部坡体表面，其他部位增量均较小。主滑带剪应变增量集中带并未贯通，大部分为锁骨段，为抗滑段。剪应变增量集中的地方是最可能发生破坏的区域[11]。由此表明：主滑带并未贯通，滑坡堆积体整体稳定，发生整体滑动可能性较小，但是局部坡表可能发生局部破坏。

位移分析：从滑坡总位移云图(图5)可以看出，在自重作用下，堆积体变形趋于稳定，总体表现向临空方向运动，滑坡前后缘变形较小，中部较陡部位位移最大，集中在坡表，约39.8 cm，由坡表向破内减小，因此滑坡体变形主要是在自重作用下表层滑动为主。位移分析表明：滑坡目前主要是中部陡坡表层变形明显，与目前调查的变形破坏迹象吻合。

监测曲线：为了更好掌握堆积体变形状况，在前缘(H1，模型高度166 m)、中部陡坡(H2，模型高度308 m)、后缘(H3，模型高度707 m)设立监测点，各个监测点位移曲线如图6。从监测点位移曲线可以看出，H1、H2、H3监测点的最大位移约为4.15、32.98、9.05 cm，中部陡坡处位移最大。在滑坡形成初期，位移迅速增大；但是随着时间的推移，经过一阵波动，增长速率逐渐降低，位移缓慢增加，最终总位移值趋于稳定。因此，该滑坡整体上处于稳定状态。

3.3滑坡稳定性评价

目前滑坡稳定性评价方法主要有极限平衡分析法和数值模拟法[12]。数值模拟法，基于强度折减理论，优点在于不用假定滑面，考虑岩土体弹塑性本质，通过折减物理力学参数，计算得到最危险滑面，并且能够分析极限状态下的应力变形特征[13]。

本文采用FLAC-3D内置强度折减法[14]和传统极限平衡理论Morgenstern-Price、Biop法进行了稳定性计算。考虑天然和暴雨条件，计算结果如表2。图7为天然状态下折减系数Fos=1.2时的剪应变增量云图，从图7可以看出，滑坡强度折减后，剪应变增量贯通，堆积体处于临界失稳状态。

表2 稳定性计算成果

计算结果表明：FLAC3D强度折减法计算的稳定性系数和传统极限平衡法所得较为一致，在天然状态下，堆积体处于稳定状态,暴雨状态下处于欠稳定状态。但是强度折减法还能观察堆积体内部应力、变形状态，分析出潜在滑动面。

4 结论

1)根据现场调查和勘探成果，斜坡坡体结构为中倾顺向坡，倾角大于坡脚，岩性为砂质板岩、炭质板岩软硬相间，综合分析滑坡的形成机制为滑移-弯曲。其形成演化过程主要分为剪切蠕动-滑移弯曲-贯通破坏三个阶段。

2)通过FLAC-3D强度折减法与传统极限平衡分析方法对滑坡进行稳定性评价，评价结果相近、合理，并且FLAC-3D强度折减法还能分析判断出潜在滑面。

3)根据现场调查以及数值模拟分析，天然状态下滑坡整体稳定性较好，暴雨状态下处于欠稳定状态，但是中部陡坡处稳定性较差，局部表层存在二次滑动可能。

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(责任编辑李军)

Formation mechanism and stability evaluation of a landslide in Yalong River

MAO Shuo，WANG Yun-sheng

(State Key Laboratory of Geo-hazards Prevention and Geo-environment Protection, Chengdu University of Technology, Sichuan Chengdu 610059,China)

Abstract：A landslide lies in?the upstream of dam site at the right bank of Yalong River. Once the landslide is damaged. It will have an import an impact on the local residents and safe operation of the preparing hydropower station.This paper based on the field engineering geological mapping, drilling and laboratory test, the stability is analyzed by the numerical simulation using three-dimensional finite difference software(FLAC3D).It analyzes the basic characteristics, formation mechanism and stability of the landslide. The result shows that the landslide is a oversize rock?landslide. Its formation and evolution has passed three stages: shear peristalsis, flexural slumping?and transfixion failure. The landslide is stable under natural state and lacked of stability in ,but secondary sliding may occur on local surface.

Key words：landslide; formation mechanism;stability;three-dimensional numerical simulati-on;FLAC3D

中图分类号：P642.2

文献标识码：A

文章编号：1673-9469(2016)01-0091-05

doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.01.020

作者简介：毛硕(1990-)，男，满族，河北遵化人，硕士，主要从事地质工程及地质灾害评价与预测等研究工作。

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41072231)；中国地质调查局项目资助项目(12120113010100)

收稿日期：2015-09-18