三峡库区兴山县杨家院子滑坡稳定性及成因机制分析

阮庆桥, 刘 帅

(1.湖北省地质灾害防治中心,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

三峡库区兴山县杨家院子滑坡稳定性及成因机制分析

阮庆桥1, 刘 帅2

(1.湖北省地质灾害防治中心,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

通过地质测绘、工程测量、钻探、山地工程等手段查明了滑坡区的地质环境、滑坡体规模及其滑带特征，并通过分析与计算，针对不同边界条件、多种工况条件下进行了滑坡稳定性评价及成因机制分析，结果表明杨家院子滑坡现状基本稳定，在水位涨落、暴雨的情况下，发生滑移变形的可能性较大，为后期滑坡灾害的防治提供了依据。

杨家院子滑坡;稳定性;成因机制

照片1 杨家院子滑坡全貌Photo 1 Landslide panorama of Yangjiayuanzi

杨家院子滑坡位处湖北省兴山县高阳镇南面约5 km,香溪河左岸金乐村的杨家院—金乐湾的斜坡中下部,地貌类型属构造侵蚀中低山区[1]。滑坡区的地形总体为东高西低,地形向西倾,与基岩地层倾向一致或近于一致,属正向地形(见照片1)。杨家院子滑坡平面形态上为“长条口袋状”,呈256°方向展布,东高西低。滑坡体分为两级宽度195～242 m的宽缓平台,分布标高分别位于256～294 m(一级平台)和195～228 m(二级平台)。滑坡前缘高程为145 m,后缘高程为370 m,宽210～240 m,高峡公路经过段滑体宽243 m。滑坡纵向长560 m,面积13.6×104m2,滑体平均厚度约13.30 m,滑动体积146.3×104m3,主滑方向为256°(图1)。杨家院子滑坡主要危及对象为香溪河河道和坡上现有的居民点,共15户,总人数58人,坡上无工矿企业,但危及峡口—高阳镇复建公路(省道S312)安全,直接经济损失达8 000万元。另外一旦滑坡整体下滑,将造成香溪河航道堵塞,使香溪河水位上涨,可能诱发上游斜坡失稳形成次生地质灾害。

1 滑坡物质组成及结构特征

1.1 滑体

滑体物质在上部后缘区域主要由灰褐、灰黄、棕黄色粘性土夹碎块石构成,粘性土呈可塑状,碎块石成分多为长石细砂岩、泥质粉砂岩,粒径2～17 cm不等,最大者为24～37 cm,棱角状为主,其含量一般在35%～67%,结构呈松散—中密状,局部呈密实状。在中部及前缘区域主要由灰褐、灰黄、红褐色碎块石土构成,充填可塑状粉质粘土,碎块石成分多为长石细砂岩、泥质粉砂岩,粒径4～20 cm不等,大者为25～54 cm,局部可见直径达1.4 m,棱角状为主,其含量一般在57%～95%,结构呈稍密—密实。

1.2 滑带

根据该滑坡两条勘探线15个钻孔的揭露结果,滑带土主要由紫红色含砾粉质粘土构成,其中砾石含量20%～30%,砾径0.2～4 cm,次棱角状—次圆状,砾石中可见明显的擦痕和磨光面,稍湿,可塑—软塑状,厚0.20～0.50 m。滑带分布深度8.70～20.50 m,标高164.18～346.47 m。滑面平均坡角11.2°,最大达31.3°,平均角度22.6°。

图1 杨家院子滑坡1—1′工程地质剖面图

1.3 滑床

由侏罗系中统下沙溪庙组(J2x)的中等风化的泥质粉砂岩、细砂岩构成。矿物成分主要由长石、石英及粘土矿物组成,薄—中厚层构造,裂隙较发育—弱发育,岩体较破碎—较完整;细砂岩矿物成分主要由长石、石英组成,中厚—厚层构造,裂隙较发育,岩体较破碎,岩层产状:260°～280°∠40°～47°,岩层倾向与坡向相近,为顺向坡,滑体沿岩土接触面滑动变形。

2 滑坡的变形破坏特征

从滑坡区的整体地貌形态及滑坡体物质组成来看,本滑坡随着香溪河的不断下切,形成临空面,堆积体发生了多次滑移,最终形成了目前这种陡缓相间的形态。

根据现场调查,杨家院子滑坡自三峡库区蓄水后屡次发生变形,据当地老乡反映,于滑坡二级平台后缘、滑坡南部S312省道以上坡面,在2007年前后曾出现两条近南北向的拉张裂缝,缝宽0.2～0.3 m,可见延伸长度23～42 m,后经人工回填改建农田。滑坡中上部的高峡公路边修筑的1～2 m高的挡土墙已被挤出破坏;滑坡区的高峡公路路面开裂现象也明显重于滑坡区外;公路边村民的房屋也出现了严重变形,屋顶及地坪上出现长而大的裂缝(照片2)。

照片2 高峡公路路面开裂Photo 2 Pavement crack of high gorge highway

3 滑坡稳定性及成因机制分析

3.1 滑坡稳定性宏观分析

3.1.1 滑坡变形现象

滑坡区内地形地貌复杂,地形起伏变化大,岩土组分与结构和地质环境条件较复杂,在每年雨季后均有不同程度的边坡坍塌和边坡土体滑移变形,尤其是强降雨后期形成小型泥石流,危及公路和使坡下农田被毁;根据现场调查,近期主要变形迹象为复建公路路面出现拉张裂缝,公路内侧挡土墙受滑坡挤涨出现不同程度的变形、损毁,公路外侧居民房屋屋顶及房前地坪均出现不同程度裂缝,缝宽一般1 cm左右,延伸长2～3 m。

3.1.2 滑坡变形影响因素分析

(1) 地层岩性。地层岩性是滑坡形成的物质条件,滑坡区出露地层为侏罗系中统沙溪庙组及第四系崩坡堆积层。基岩岩性为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、长石砂岩,粉砂质泥岩、泥质粉砂岩易风化软化,其上覆盖第四系松散堆积层石土结构较松散,利于地表水下渗,为滑坡的形成提供了物质条件。

(2) 降雨的作用。滑坡区位于鄂西暴雨中心北部边缘地带,气候温暖,潮湿多雨。据统计资料,年降雨量介于615.4～1 357.0 mm之间,全年降雨量的88%集中在4—10月,降雨峰值在6—10月,因而历年来6—10月都是地质灾害多发季节,杨家院子滑坡体出现局部变形位移正是6—10月。因而地表水的入渗是杨家院子滑坡体变形滑移的主要诱发因素。

地表水及大气降水入渗坡体内形成较高的孔隙水压力和动水压力,增强了坡体下滑的能力;水体浸入坡体所造成的地下水浮托力,降低了岩土抗滑摩阻力;水体继续下渗遇基岩面受阻,则软化、泥化岩土,降低了岩土的抗剪强度,有利于滑坡滑动。

(3) 水库蓄水的作用。三峡水库蓄水及水库的正常运行,将对杨家院子滑坡的稳定性产生一定的影响,主要表现在以下几个方面:①水库蓄水后,水位上升,在滑坡前缘等效于坡脚加压以及地下水梯度变缓,渗流压力减小,利于滑坡稳定;另一方面,滑坡淹没部分的岩土体为水所饱和、软化,强度降低,同时所受的浮托力增大,对滑坡稳定性不利;②水库水位在175～145 m之间周期性的涨落,动水压力对滑坡稳定构成了很不利的影响;③在库水的潜蚀、掏蚀作用下,滑体岸坡将发生库岸再造,岸坡崩塌形成的临空面,使原本就处于局部变形的滑坡发生整体失稳的可能性增大。

(4) 人为活动。①峡口—高阳公路的修建,从滑坡体中部切割而过,形成近20 m的高陡边坡,一是形成了新的临空面;二是坡脚、坡顶形成应力集中区;三是打破整个滑坡体自然平衡状态。因而切脚后滑坡体无论是整体还是局部均会产生应力调整,影响滑坡体的稳定性。②房屋修砌、农田开垦等人类工程活动,破坏了滑坡的植被,增加了地表水的冲刷与入渗,进而破坏滑体的平衡条件。

3.2 滑坡成因机制分析[2]

3.2.1 滑坡形成的地质条件分析

(1) 地质环境和地形地貌条件分析。由于杨家院子滑坡一带的地质构造位置处于挽近期地壳抬升较剧的黄陵断穹北西侧和以沉降运动为主的秭归向斜盆地转折部位。这种抬升与沉降的差异运动,不仅使滑坡区一带地层的倾角变陡,而且导致岩体完整性降低;再者,滑坡区地层倾向与地形坡向一致或近于一致,形成顺向坡的格局,且坡陡、临空;下伏基岩岩性为泥质粉砂岩等易软化岩体,在地下水的软化作用下,极易形成软弱面,加之前缘香溪河的下切,易诱发形成滑坡。上述诸种因素的综合作用,均为岩体的崩塌与滑移变形提供了有利的条件。这一特定的地质环境条件,对杨家院子滑坡的形成与发展起到至关重要的作用。

(2) 滑体物质成分分析。滑体上大面积分布有崩坡积大块石,最大块径可达1.4 m以上,块石物质成分主要为灰绿色细砂岩,从该类物质的岩性和规模分析,当属滑坡后缘崩塌堆积的物质。从块石的块径、分布范围与厚度较大、搬运距离较远分析,滑坡成生与滑坡后缘山体发生过不止一次的较大山崩有关。

基于上述分析,该滑坡在其孕育与发展过程中,受地质构造运动的影响,滑坡区一带地层的倾角变陡,岩体变破碎、完整性降低、裂隙增加,在降雨入渗及风化作用的影响下,使原斜坡岩体风化为碎块石及粘性土。再者,滑坡后缘高陡的岩坡上,经历了多次崩塌,从而使斜坡上堆积物逐年增加,在雨水的冲刷、淋滤及风化作用下,崩坡积物及坡面上原有风化岩的组分与结构发生变化,细粒成分部分被地表水冲刷向坡下运移,部分则被淋滤沉积于底部和充填于中下部碎块石孔隙中。再次出现崩塌时,新的崩坡积碎块石土的组分与结构同样也会在雨水的冲刷、淋滤、运移与沉积作用下相应变化,如此周而复始和上述综合作用的累进与叠加,在现迁建公路附近加载、孕生滑坡的能量也在逐渐积累。

同时,由于新构造运动,导致香溪河下切和滑坡前缘坡陡临空以及香溪河河水的浸润与冲刷等综合作用加强。在此综合作用下,受降雨和崩坡物的冲击,各类堆积物平衡状态被破坏后会引发整体滑动。

3.2.2 滑坡的形成机制分析

(1) 滑坡区基岩为细砂岩及泥质粉砂岩,属易风化易崩解岩石,在地质构造运动的影响下,岩体变破碎、完整性降低、裂隙增加,在降雨入渗及风化作用的影响下,使原斜坡岩体风化为碎块石及粘性土,为滑体的形成提供物质来源。

(2) 滑坡区后缘分布有厚度大、顺向、陡倾且破碎或较破碎的泥质粉砂岩层,且滑坡区属东高西低的似槽状地形,为崩坡积和残坡积物的集聚与堆积提供了物质来源及场所。

(3) 滑坡体下伏主要为软弱、易风化的泥质粉砂岩层,为滑体底部软弱带和主滑带的形成造就了有利的内在条件。

(4) 滑坡区一带,雨量充沛,暴雨频繁,为雨水累年入渗、软化软弱土(滑带土)、诱发斜坡体滑动变形营造了优越的外动力条件。

上述四因素(条件)综合作用结果,对香溪河左岸的滑坡群的孕育、发展和成生具有至关重要的意义。杨家院子滑坡的孕育与发展变形模式主要经历以下五个阶段:原斜坡坡体岩体风化、崩解为碎块石土→滑坡后缘山体多次崩塌的碎块石土和残坡积土顺坡堆积,逐渐累增、加载→滑动能量逐渐积累,斜坡平衡条件逐渐被破坏,斜坡土石体向失稳方向发展→地壳不断抬升,香溪河下切作用加强,临空面进一步发育→滑坡变形的边界条件逐步形成→连降大、暴雨使滑坡体下部饱水,坡体自然平衡状态完全被破坏→滑坡变形。

3.2.3 滑坡稳定性判断及发展趋势

宏观来看,本滑坡现状整体处于基本稳定状态,但当环境条件发生改变,尤其是降雨及三峡水库蓄水至175 m时(滑坡前缘高程约为145 m),滑坡的前缘浸泡水中,由于库水对滑坡体和滑带的浸润、岸坡的冲蚀、岸坡再造等作用,在降雨、后缘加载(移民建房、修路、开荒)等因素作用下,有可能使滑坡前缘首先坍塌失稳,进而引发滑坡整体滑移变形。

[1] 许汇源,别亚飞,马丽雯,等.湖北省三峡库区后续地质灾害防治兴山县杨家院子滑坡勘查报告[R].宜昌:湖北省鄂西地质工程勘察院,2012.

[2] 刘传正.长江三峡复杂斜坡成因问题[J].水文地质工程地质,2005,32(1):1-6.

(责任编辑：陈姣霞)

Analysis of Stabilty and Genetic Mechanism of Yangjiayuanzi Landslide in ThreeGorges Reservoir Area of Xingshan County

RUAN Qingqiao1, LIU Shuai2

(1.GeologicalHazardPreventionandManagementCenterofHubeiProvince,Wuhan,Hubei430034; 2.HubeiGeologicalEnvironmentStation,Wuhan,Hubei430034)

The paper identifies geological environment of landslide area, landslide body scale and characteristics of sliding zone. Based on the analysis and calculation, the stability analysis of the landslide and the analysis of the formation mechanism are carried out under different boundary conditions and various operating conditions. The results show that the landslide is basically stable , in the case of fluctuation of water level and heavy rain, the possibility of slip deformation is larger, which provides a basis for the prevention and control of landslide disaster.

Yangjiayuanzi landslide; stability; genetic mechanism

2016-04-29;改回日期:2016-07-35

阮庆桥(1957-),男,工程师,水工环地质专业,从事水文地质、工程地质及地质灾害防治管理方面的工作。E-mail:719750849@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2017)01-0071-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.012

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161208.1017.014.html 数字出版日期:2016-12-08 10:17