湖北省杉树槽滑坡成因机制分析

易 武，黄鹏程

(1．三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002；2．三峡大学 长江三峡国家野外科学观测研究站，湖北 宜昌 443002)

湖北省杉树槽滑坡成因机制分析

易 武1,2，黄鹏程1

(1．三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002；2．三峡大学 长江三峡国家野外科学观测研究站，湖北 宜昌 443002)

长江三峡地区滑坡众多，杉树槽滑坡属于典型的顺层基岩滑坡。通过对滑坡发生后追踪调查，介绍了滑坡的地理位置、周边地质概况及其基本地质特征，并将滑坡发生前后的地形地貌和地质特征进行对比，直观地表明了滑坡发生、发展及运动的过程。最后，探讨了湖北省杉树槽滑坡发生的影响因素及形成机理，并认为脆弱的地层结构和不利的地貌形态是滑坡发生的内因，而降雨是诱发滑坡的关键外在因素，其为典型的剧动推移式降雨型顺层岩质滑坡。

岩土工程；滑坡；顺层基岩；地质特征；降雨

0 引 言

2014年9月2日13时19分，杉树槽滑坡高速滑入锣鼓洞河，使得G334国道在滑坡上的一段被推入河中，同时滑坡上一所电站损毁。滑坡导致大量农田被毁，大面积停电，近千人受灾，直接经济损失达3 220万元。因此，对发生后的滑坡进行及时调查，掌握第一手资料，对排除滑坡周边存在的潜在危险，同时可对道路和河道的疏通提供参考。

自2003年7月千将坪岩质滑坡发生后，三峡库区的滑坡灾害越发受到重视[1-3]，顺层岩质滑坡占三峡库区滑坡总数的 62.0 %[4]，对已发生的滑坡进行详细调查与勘察，有利于研究这类滑坡发生机理，为后续监测、防治提供参考。

1 滑坡区概况

1.1 地理位置

杉树槽滑坡地处湖北省秭归县沙镇溪镇三星店村，位于锣鼓洞河左岸，大地坐标N30°57′28″,E110°36′27″，如图1。锣鼓洞河为长江二级支流，主要汇入青干河，滑坡距河口约5 km。

图1 杉树槽滑坡地理位置Fig.1 Location of Shashucao landslide

1.2 地质概况

滑坡在地貌上属于秭归盆地中低山区，地形坡度一般为15°～25°，相对高差一般在500～1 300 m之间。区内地表出露岩层主要为侏罗系红层，由砂岩、泥岩及页岩构成，局部地区可见古、中生界灰岩，为侵蚀型地貌。在构造上滑坡处于鄂西褶皱山地秭归向斜西南翼。秭归向斜走向为北北东，核部一般为倾角20°左右的侏罗系岩层，翼部一般为三叠系岩层，倾角为30°～40°[5]。滑坡区岩层为侏罗系下统聂家山组(J1-2n)紫红色泥岩、灰黄色粉砂岩及灰绿色砂岩(图2)。

图2 滑坡某一钻孔柱状图Fig.2 Histogram of a drill hole of landslide

2 滑坡基本地质特征

2.1 滑坡体表面形态

滑坡未滑动时地貌(图3)：滑坡处于锣鼓洞河左岸(凹岸)，剖面形态为直线型，平面呈长舌形。滑坡前缘较宽，后缘略窄，平均宽度约110 m，滑体纵长约340 m，面积3.74万 m2，平均厚度22 m，总方量82.28 万m3。滑坡前缘高程153 m，后缘高程285 m，坡度约为22°，主滑方向101°。在高程176.5 m处有一小平台，宽约30 m，长约65 m，其上建有一发电厂。在南北方向上，南侧较高，而北侧较低，横向坡度5°～7°。滑坡北侧边界为季节性冲沟，冲沟内侧出露基岩，外侧为碎石土。滑坡南侧边界中后部为陡坎，地形有利于雨水在边界汇集，走向约110°，高10～20 m，长约240 m，前部为山脊，延伸至锣鼓洞河。滑坡后缘为乡间公路，由于修建公路造成边坡开挖，形成陡缓界面，且公路未修建排水沟，从地形上看公路内侧易汇集地表水。滑坡前缘直抵锣鼓洞河，由于河水长期侵蚀造成滑坡前缘不断塌岸形成陡崖，高10～15 m。滑坡地质剖面见图4，滑坡发生时水位高程为168.2 m。

图3 滑坡滑动前工程地质平面Fig.3 Engineering geomorphic map before sliding

图4 滑坡滑动前地质剖面Fig.4 Typical geo-section map before sliding

图5为滑坡滑动后地貌：滑坡滑动后主体部分仍能保留原来形态，而局部岩体在滑动过程中沿裂隙切割成碎块状。滑坡体前部插入锣鼓洞河中，后部形成高约20 m的陡崖，滑体上可见明显的下坐坎、醉汉林、裂缝等现象。从现场量测可知，滑坡水平滑移长度约90 m，垂直滑移长度约50 m。南侧形成一条走向约110°直立崖壁，高20～50 m，壁面上有明显擦痕 (图6)，壁脚有大量散落块石。北侧在滑坡滑动后散落大量碎石，形成走向约100°的堆积垄。图7为滑动后地质剖面图。

图5 滑坡滑动后地貌Fig.5 Geomorphic feature after sliding

图6 滑坡南侧边界Fig.6 South boundary of the landslide

图7 滑坡滑动后地质剖面Fig.7 Typical geo-section map after sliding

2.2 滑坡边界

滑坡南侧边界呈直立的陡崖，走向约110°，在前部稍有转折约90°，壁面呈灰黄色、擦痕明显，出露由黏土填充的裂隙。局部岩体外凸，断口新鲜呈白色(图6)，说明这部分岩体在滑坡下滑过程中被剪断。调查显示，在滑坡南侧边界一组产状为32°～63°∠81°的裂隙风化后，发展成为一个裂隙性脆弱结构面，但整体未完全贯通。滑坡南侧前缘为外凸山脊，其阻滑力较大，边界走向在前部有转折，结合滑坡岩层产状分析可知，滑坡在南侧前部受阻较大，导致滑坡中后部向北侧略有旋转，即产生一定的侧滑(图8)，使得南侧岩体承受一定的横向拉力。滑坡失稳后，岩体抗剪强度迅速降低，脆弱结构面迅速被剪切贯通，形成滑坡的南侧边界。因此，南侧边界为滑坡顺裂隙走向滑动，主要为剪切运动。

图8 滑坡受阻侧滑示意Fig.8 Sideslip diagram of the blocked landslide

滑坡北侧边界为一条走向约100°的堆积垄，原为岩土界面，滑坡滑动时带动土体下滑，同时由于岩体快速滑走形成临空面，局部土体向临空面方向运动。北侧边界为岩体加速运动，脱离土体，主要为拉裂运动。

滑坡后缘壁平面呈不对称弧形，剖面为阶梯型，高约20 m，上部为破碎的薄层泥岩、粉砂岩互层，下部为较完整的中厚层粉砂岩，图9为滑坡后壁形态。后缘主要沿一组节理裂隙170°～190°∠75°～82°切割，局部岩体较破碎，形成危岩体。危岩体上发育一条贯穿裂缝，长约20 m，走向约240°，切割较深，调查时仍有水渗出(图10)。后缘壁下方堆积大量散落块石，局部有呈饱水状态的黏土，后缘表现为拉裂破坏。

图9 滑坡后缘壁形态Fig.9 Morphology of landslide trailing edge

图10 后缘壁裂缝Fig.10 Crack in trailing edge of landslide

滑带在未滑动前受上下岩体错动，为层间剪切错动带[6]，其物质成分较均匀，泥化程度较高。根据地貌和地质结构特征，滑带主要由两部分构成，在中后部为层间剪切泥化带，在前缘为岩体中的不连续裂隙结构面[7]。滑动后滑带特征(图11)：厚20～30 cm，由灰绿色、紫红色含角砾黏性土构成，含水量较高，呈软塑状，角砾定向排列，为棱角状到次棱角状，粒径一般为1 cm。前缘切层滑带由较完整的岩体和不连续的裂隙性断层构成。其中较完整的岩体构成岩桥[8]，在临滑阶段被剪断，裂隙性断层在上覆泥质粉砂岩中发育。剪出口约在高程143 m。

图11 滑带形态Fig.11 Morphology of sliding zone

2.3 滑坡地质构造和地层岩性

滑坡处于秭归向斜西南翼，发育两组裂隙，170°～190°∠75°～82°和32°～63°∠81°。滑坡滑动后主要由块裂岩体、散落堆积岩体及第四系坡积物组成。滑动后残留的主体部分在裂隙切割下呈块裂状，主要由紫红色泥岩、泥质粉砂岩构成；散落堆积岩体主要分布在滑床和南侧边界，块度一般2～5 m3，少数可达10 m3；第四系坡积物为黄褐色碎石土,沿滑坡北侧边界展布。

滑坡主要由侏罗系下统聂家山组(J1-2n)碎屑岩组成，总体上呈“强—弱—强”的地层构造。滑坡体物质自上而下可分为4层，如图12。主要包含：①第四系覆盖层，厚度0.5～2 m，南侧较薄，北侧较厚，成分为黄褐色碎石土，土石比6∶4；②紫红色泥岩，厚度1～3 m，为强风化状态，呈碎块状；③灰黄色-灰绿色泥质粉砂岩，厚度10～18 m，上部较完整，下部呈碎裂状；④紫红色-灰绿色滑带，成分为黏土夹棱角状碎石，呈饱水状态。此外，滑床出露灰绿色砂岩，微风化，岩质新鲜、完整，产状120°∠19°。滑床面光滑，擦痕较少，未见应力薄膜[9](图12)。

图12 滑床形态Fig.12 Morphology of sliding bed

3 滑坡形成机理

3.1 滑坡诱发因素

诱发滑坡的因素有许多，主要为地形地貌、地层岩性、地质构造等内因和风化、水作用、人类活动、地震等外因[10]。影响杉树槽滑坡稳定性的因素主要为以下几个方面。

3.1.1 地质岩性

滑坡主要由侏罗系中统砂岩、泥岩及砂泥岩互层组成，仅上部有薄层松散堆积物，属于砂岩-泥岩-砂岩这种软弱相间地层。夹层泥岩厚仅几十厘米，由于泥岩渗透性小，形成相对隔水层。本地区降雨渗入地下后会沿泥岩层面顺层排泄，当排泄不及时，会在层面滞留扬升地下水位。在周围岩层的应力作用和地下水长期浸泡影响下，泥岩层逐渐崩解泥化，其物理力学性质降低，软弱夹层演化成为滑带。

3.1.2 结构面

滑坡体岩层的倾角与坡角近似一致，在构造作用下，滑坡体内形成两组节理同时切割岩体。一组走向约110°，近直立的节理，在风化作用和构造应力下，逐渐张开、贯通形成滑坡的南侧边界。另一组节理在河水侵蚀作用下在前缘形成陡崖临空面。此外，岩层的倾角略小于地形的坡度，再组合节理面形成脆弱易滑的地层结构(图13)。

图13 滑坡组合结构面示意Fig.13 Structure diagram of the landslide combination

3.1.3 蓄 水

库水位上升一方面使滑坡阻滑段不断被淹没，在库水的浮托作用其抗滑力降低；另一方面滑坡地下水位会响应库水位而升高，进而加剧侵蚀滑带，降低其抗剪强度。同时，在库水的冲刷、淘蚀下，滑坡前缘临空面会增大，不利于滑坡的稳定。

3.1.4 降 雨

集中降雨是诱发滑坡主要外因，在滑坡滑动前一周内，本地区累计降雨量达260.2 mm。大量降水穿过地表松散物质，透过渗透性较好的岩层在滑带区富集。一方面，雨水渗入滑坡体内不能及时排泄，增加了滑坡体下滑力，同时，后缘公路处汇集的坡面水沿裂缝入渗，地下水位升高，产生沿主滑方向的渗透压力即滑坡后缘附加推力增大；另一方面，雨水从裂隙、裂缝入渗后使滑带由非饱和状态变为饱和状态，基质吸力丧失，抗剪强度大大降低[11-13]。

3.2 滑坡形成机制

杉树槽滑坡属于顺层岩质滑坡，滑坡主体为坚硬厚层砂岩夹薄层泥岩，其上第四系覆盖层较薄，岩性相对脆弱，具有易滑的地层岩性组合结构。在长期内外营力作用下，经历原生软岩→层间剪切带→滑带的演化过程[14]，软弱夹层的物理力学性质逐渐降低，最终形成滑带。在雨水和地应力作用下岩体裂隙逐渐张开、贯通，在库水的侵蚀下前缘临空面逐渐扩大，滑坡的边界形成。

从滑坡的原始地形地貌可看出，原始斜坡前部潜在滑体比后部要薄。另外，在锣鼓洞河的切割、侵蚀作用下，前缘临空面逐渐崩塌、陡立，且在水位波动带潜在滑移面逐渐被揭露，同时在人工改造作用下前缘滑体变薄，使得滑坡前部阻滑段比中后部滑体薄，即滑坡阻抗体部分被不断削弱。

从剖面图(图14)可看出，在三峡水库蓄水前，锣鼓洞河水位较低，滑坡的滑带处于硬质岩层下部，受河水侵蚀影响较小。在三峡水库蓄水后，滑坡前缘受库水影响，阻滑段关键部位的硬质岩体受库水泥化、软化及冲刷作用[15]，强度迅速降低，潜在滑移面上移，即潜在剪出口形成。

图14 滑坡结构面水力模型Fig.14 Water project model of the landslide surface

总之，在不利的地形地貌和脆弱的地质结构条件下，杉树槽滑坡基本处于极限平衡状态。在滑坡临滑阶段，滑带完全泥化，内聚力和摩阻力急剧下降[16]，岩体裂隙完全贯通。在暴雨影响下(图14)，雨水沿裂隙入渗，滑坡地下水位快速升高，滑带部分孔隙水压力升高，对滑体产生扬压力，使得抗滑力减小，同时后缘水压力迅速增大，使前缘岩桥被剪断，抗阻段平衡被打破，前缘潜在滑移面贯通，滑坡迅速启动下滑。

4 结 语

笔者通过对杉树槽滑坡地形地貌特征及破坏形式的分析，认为滑坡为典型的剧动推移式降雨型顺层岩质滑坡。

基于对滑坡发生时掌握的第一手资料，分析对比滑坡发生前后的地貌及结构特征，认为脆弱的岩性组合、发育的节理裂隙是控制滑坡的主要内在因素，集中降雨是滑坡发生的主要诱发因素，库水作用加速了滑坡的发生。

通过对滑坡前后的地貌及地质结构的分析，认为滑坡在临滑阶段后缘水压力增大，推动滑坡中部和前缘，使得滑坡前缘岩桥被剪断，抗滑力迅速下降，滑坡快速下滑。

此外，笔者对滑坡进行了定性分析，下一步可对滑坡进行定量的数值模拟，从不同的方面来考虑滑坡的稳定性，进而分析其破坏成因。

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Formation Mechanism of Shashucao Landslide in Hubei Province

YI Wu1, 2, HUANG Pengcheng1

(1. College of Civil Engineering & Architecture, China Three Gorges University, Yichang 443002, Hubei, P.R.China; 2. National Research Station of Field Science & Observation in Three Gorges of Yangtze River, China Three Gorges University, Yichang 443002, Hubei, P.R.China)

There are plenty of landslides in Three Gorges reservoir area and Shashucao landslide is a typical bedding rock landslide. Through follow-up investigation after the landslide occurrence, the geographical location, the surrounding geology and basic geological characteristics of landslide were introduced. And the topography and geomorphy as well as geological characteristics before and after landslide were contrasted, which intuitively indicated the process of landslide occurrence, development and motion. Eventually, the influence factors and formation mechanism of Shashucao landslide in Hubei province were discussed. It is discovered that the vulnerable stratum structure and unfavorable geomorphologic shape are the internal causes of landslide occurrence, and rainfall is the key external factor to induce landslide. Shashucao landslide is a typical elapse precipitation type of bedding rock landslide.

geotechnical engineering; landslide; bedding rock; geological features; rainfall

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.03.19

2015-06-08；

2015-09-16

囯家自然科学基金项目(41302260，41172298)；湖北省自然科学基金创新群体项目(2012FFA040)

易 武(1966—)，男，湖北黄冈人，教授，博士，主要从事地质工程方面的研究。E-mail: 397745802@qq. com。

黄鹏程(1988—)，男，湖北孝感人，硕士研究生，主要从事地质工程方面的研究。E-mail:258773840@qq. com。

P642；U416.1+4

A

1674-0696(2016)03-089-05