甘孜州色达县典型牵引式滑坡地质灾害形成机理分析——以甘孜州甲学乡甲热滑坡为例

罗雲丰， 魏良帅

(中国地质科学院探矿工艺研究所，四川 成都 611734)

0 引言

牵引式滑坡往往是滑坡前缘由于侵蚀或人工削坡，造成坡面变陡以致失稳，在后缘引起裂缝，随着变形的发展，后缘以后的斜坡体也产生变形失稳，出现新的滑动，从而导致滑坡体向后向上发展，最终形成一个面积较大且相对稳定的坡面[1-3]。牵引式滑坡一般发生在断裂带、堆积层、风化带及岩土体的软弱夹层所组成的斜坡地带，自下而上发展，规模不断扩大。影响牵引式滑坡的主要因素有地层岩性、微地貌特征、气象与水文条件以及人类工程活动等[4]。

张俊瑞[5]以一典型的牵引式滑坡为例，在对其地质环境特征进行详细调查后,分析了其出现滑动的原因及影响因素；宋东日等[6]认为牵引式滑坡一般有着独特的工程与坡体的位置组合关系、地层条件、空间和时间特征，这4个因素对牵引式滑坡的早期识别和规模预测可以起到很好的指示性作用；周跃峰等[7]通过离心模型试验与应力路径试验相结合的手段，分析了地下水位抬升条件下牵引式滑坡的变形破坏过程；丁秀丽等[8]、唐晓松等[9]采用数值模拟手段研究了库水位变化对库岸边坡稳定性的影响。

甲热滑坡位于四川省甘孜藏族自治州色达县甲学乡，地理坐标31°54′45.3″N，100°50′11.6″E。甲热滑坡位于色达县甲学乡二加其村，地处色曲河左岸构造侵蚀高山区，位于角科沟左岸，地形相对高差大，前缘切割强烈。滑坡前缘高程3395 m，后缘高程3490 m，相对高差95 m，平均坡度约35°。滑坡体主要由碎石土组成，碎石含量约38%。滑坡长约195 m，宽约280 m，平均厚约15 m，滑坡体总方量约60万m3，属中型滑坡。滑坡总体呈圈椅状，主滑方向240°。坡体左侧局部基岩出露，岩性为三叠系上统侏倭组变质砂岩、板岩互层。

1 滑坡工程地质条件

甲热滑坡位于甘孜州色达县甲学乡，色达县境地处巴颜喀拉山的南麓，主要山脉河流呈北北西—南南东方向展布，西南部的牟尼芒起山为主体山脉，自北北西向南南东绵延展布，是泥曲与色曲的分水岭，研究区属于县域东南部扬各-色尔坝-歌乐沱-线以北与壤塘县交界地区，属构造侵蚀高山地貌，滑坡工程地质平面图见图1。

滑坡体附近出露的地层情况比较单一，主要为第四系松散堆积层(Q)及中生界三叠系上统侏倭组(T3zh)地层，甲热滑坡基岩岩性主要为灰白色薄-中层状石英砂岩与绢云母板岩互层，岩层产状约210°∠70°，滑坡工程地质剖面图见图2。

色达县境内的大地构造属昆仑—秦岭地槽褶皱区，松潘-甘孜地槽褶皱系，甘孜-雅江冒地槽褶皱带的东北部。褶皱和段层较发育，主要构造线呈北西—南东方向延展，甲热滑坡研究区构造单一，未见明显断裂通过。

甲热滑坡中部为二加其村农户聚集点，见图3，一旦发生滑动，将直接威胁41户160人的生命财产安全。此外，由于滑坡所处的角科沟，沟道狭窄，呈V字形，常年流水，一旦发生局部或整体滑动，将堵塞沟道，形成堰塞湖，溃坝后影响沟下游农户的生命财产安全及国道G317线的畅通。

2 滑坡基本特征及成因机制

2.1 滑坡基本特征

甲热滑坡区属构造剥蚀高山斜坡地形，滑坡平面上呈圈椅状，剖面呈折线形，呈上陡，中间缓，下陡形态地形坡度33°～42°。

滑体呈舌状，前缘厚，后缘较薄。滑坡前缘高程3395 m，后缘高程3490 m，相对高差95 m，平均坡度约35°，主滑方向240°，见图4。滑坡斜长约195 m，宽200～280 m，平均厚约15 m，滑坡体总方量约60×104m3，属中型土质滑坡。滑坡体主要由碎石土组成，碎石含量约38%。

该滑坡的边界特征较明显，后缘为居民区后部陡缓交接处，前缘至角科沟，左侧以基岩为界，基岩区域未发生明显变形，右侧以地形小山梁转向处为界。

2.2 滑坡变形特征

图3 甲热滑坡全貌

图4 甲热滑坡前缘边界

根据调查，受斜坡“陡坡-平台-陡坡”地形控制，变形迹象可分为中前部强变形区、后缘弱变形区。

中前部强变形区，主要表现在滑坡前缘的第一级台地底部，强变形区的纵长约有120 m，宽达200 m，面积共约24000 m2，潜在滑体平均厚度约为15 m。目前，滑坡中前部产生明显的变形破坏现象，坡体产生大量裂缝，其中长大裂缝发育4条，其基本特征见表1。

表1 滑坡体裂缝分布特征

滑坡后部弱变形区，主要分布在后缘居民区的局部耕地，纵长80 m，宽约150 m，面积约12000 m2，潜在滑体平均厚度约10 m。弱变形区后缘局部产生小规模溜滑破坏，地面上出现多条延伸0.3～1.2 m拉裂缝、断续发育，张开无充填，雨水极易渗入。

2.3 滑坡变形破坏机制

组成甲热滑坡的斜坡主体是下伏基岩地层，岩石地层的出现与地质构造等关系极大，而在自然条件下，斜坡自身重力作用的结果使其结构一般处于相对平衡状态，如果外部的动力条件发生改变，将打破其平衡空间，新的平衡状态急需建立。甲热滑坡受暴雨的浸润作用，斜坡岩土体及堆积物的平衡状态被打破，在斜坡土体沿崩坡积与基岩接触部位首先发生变形，产生局部的横向拉裂缝，下部斜坡体进一步发生位移，牵引上部斜坡体继续产生变形，最后沿基覆界面形成贯通的滑动带，发生滑坡。总体上该滑坡为牵引式滑坡。

3 甲热滑坡稳定性三维数值模拟研究

3.1 模型的构建及计算参数的选取

3.1.1 模型的构建

模型为三维地质模型，X轴长302 m，Y轴长224 m，模型左右范围为滑坡左右两侧边界，前后范围为滑坡底部及后缘部分；Z轴向上从高程3380～3530 m。

该模型在两边的X方向和前后的Y方向上施加了水平方向约束，在底面Z方向上施加了垂直方向的约束，地表面自由。基于上述原则建立了甲热滑坡FLAC3D三维数值模拟计算模型(见图5)。

图5 甲热滑坡FLAC3D计算模型

3.1.2 参数的选取(参见表2)

表2 甲热滑坡岩土体参数取值

3.2 计算结果分析

3.2.1 应力场分析

在天然工况下，模型计算收敛后，边坡最大主应力的分布较为均匀，主要受重力场控制。最大应力大小与地层埋深成正比，局部岩性应力较低。没有产生拉应力的现象，甲热滑坡的坡脚，部分由于公路施工开挖，形成了较陡的斜坡，应力相对较为集中，见图6。

最小主应力的分布特征跟不同埋深的岩体重力场投影在水平方向上的分力有直接关系，另外甲热滑坡表面坡体碎块石分布范围较广，特别是滑坡体中上部分(见图7红色部分)，坡表在水平方向上有拉应力出现。拉应力的出现也直接导致滑坡体在暴雨工况下可能会产生沿坡体横向上的拉裂缝。

图6 最大主应力分布特征

图7 最小主应力分布特征

图8为滑坡在天然状态下的主应力矢量图，可以看出滑坡体内部以压应力为主(图中蓝色部分)，矢量方向主要表现为竖直向下；拉应力主要分布在滑坡表面部分区域(图中红色部分)，矢量方向主要表现为沿斜坡平行向下。

图8 主应力矢量图

3.2.2 天然状态下滑坡变形特性分析

图9、10分别表示的天然状态下滑坡总位移及X=100 m处剖面上总位移云图。从总位移云图可看出，变形主要集中在滑坡南侧顶部以及中部地形突起的部位，从地表向坡内，变形的数值逐步递减，坡体北东向顶部位移最大，为19.7 cm，中部突出部分变形量值达18 cm。

图9 天然状态下滑坡总位移图

图10 天然状态下滑坡X=100 m处剖面总位移图

通过数值模拟计算，滑坡首先发生变形的地方为斜坡土体沿崩坡积与基岩接触部位。而由于地形缘故，在滑坡南侧中上部突起部位，变形有所集中，随着变形的不断发展，受中上部变形牵引，后缘斜坡体也产生了局部形变，从而导致变形继续向上发展，最终形成一个面积较大且相对稳定的滑移面，滑坡发生，这也符合之前滑坡的变形破坏机制分析结果。

4 结论

(1)甲热滑坡位于甘孜州色达县甲学乡，属构造侵蚀高山地貌。甲热滑坡属于牵引式滑坡。

(2)滑坡主要出露地层为第四系松散堆积层(Q)及中生界三叠系上统侏倭组(T3zh)地层，甲热滑坡基岩岩性主要为灰白色薄-中层状石英砂岩与绢云母板岩互层，岩层产状约210°∠70°。

(3)甲热滑坡受暴雨的浸润作用，斜坡岩土体及堆积物的平衡状态被打破，在斜坡斜坡土体沿崩坡积与基岩接触部位首先发生变形，产生局部的横向拉裂缝，下部斜坡体进一步发生位移，牵引上部斜坡体继续产生变形，最后沿基覆界面形成贯通的滑动带，发生滑坡。

(4)数值模拟结果表明滑坡首先发生变形的地方为斜坡土体沿崩坡积与基岩接触的斜坡中部，随着变形的发展，在滑坡南侧中上部突起部位，变形有所集中，随着变形的不断发展，受中上部变形牵引，后缘斜坡体也产生了局部的形变，从而导致变形继续向上发展，最终形成一个面积较大且相对稳定的滑移面，滑坡发生，这也符合之前滑坡的变形破坏机制分析结果。