三峡库区秭归县盐关滑坡变形特征及成因机制分析

尚 敏 刘昱廷 侯时平 马 锐 廖 芬

(1. 湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站， 湖北 宜昌 443002； 2. 三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室， 湖北 宜昌 443002； 3. 三峡大学 土木与建筑学院， 湖北 宜昌 443002； 4. 湖北省地质局水文地质工程地质大队， 湖北 宜昌 443002)

三峡库区秭归县盐关滑坡位于长江北岸支流香溪河的右岸，根据资料收集，香溪河右岸近年也存在一些持续变形的大型滑坡，如白家包、八字门滑坡等，许多学者对这些滑坡进行了深入的研究．杨背背、殷坤龙等学者分析评价了白家包滑坡在库水位升降和降雨联合作用下的稳定性，得出了滑坡的稳定性受到库水位升降和降雨综合影响的结论[1]；黄波林、陈小婷对白家堡滑坡的变形失稳机制做出了评价，得出白家堡滑坡变形机制为前缘牵引后缘平推式[2]；彭令、牛瑞卿通过比对分析白家包滑坡的数据，分析出降雨量和库水位变化是引起滑坡发生季节性变形的主要因素[3]．本文将对2017年10月30日发生的盐关滑坡进行成因分析，阐述滑坡所处区域地质构造与盐关滑坡的关系，对失稳机制进行了分析．

1 盐关滑坡区域地质构造

秭归县地处鄂西褶皱，地势上具有西南高东北低的特征，海拔高度平均超过千米，相对高程差大概在500～1 300 m范围内．区内地貌的主要类型有：古生界和中生界灰岩所构成的侵蚀构造类型、侏罗系砂岩和页岩所构成的侵蚀构造类型以及侵蚀堆积类型．

图1 盐关滑坡方位图

秭归县管辖区域内地形和坡度有着明显的变化，在河谷、低山丘陵与中高山剥蚀台面中，地形坡度一般为15°左右，总面积846 km2．地形坡度15～25°范围的区域大多分布在秭归盆地的中低山区，面积960 km2．而长江峡谷和中高山向中低山的过渡地带的地形坡度基本大于25°，地形坡度变化较大，所以大多形成陡崖，面积621 km2．秭归县境内悬殊的地势高差，纵横分布的沟谷，使得它成为我国的地质灾害发生频繁的地区．

1.震旦叠系碳酸盐、碎屑岩组合；2.元古宙花岗岩；3.下侏罗统碎屑岩；4.中侏罗统碎屑岩；5.上侏罗统碎屑岩；6.走滑断裂；7.盐关滑坡图2 秭归县区域地质构造图

秭归县地处一个格局相对较复杂的构造单元-新华夏构造体系中，鄂西隆起带的北部和山字型淮阳构造体系之间的复合部位．区域内北西向构造由一些褶皱和断裂组成，并且伴随岩浆活动，其发育于震旦纪变质岩系；东西向构造分布在南部，断裂发育极少，大多是沉积盖层形成的褶皱．新华夏系是区域内的重要构造体系的原因主要是由于新华夏系联合弧形构造的组成成分主要为英闪长岩和斜长花岗岩．盐关滑坡所在的区域是新华夏系中复合式构造的一种，主要为北北东向构造．黄陵背斜和秭归向斜是由北北东向压性或者压扭性断裂构成；仙女山断裂和九畹溪断裂近于平行展布，是近南北向的构造，区内断裂主要有3组：1)北北东-近南北向断裂组；2)近东西向断裂；3)北西向断裂[4]．

盐关滑坡地处长江北岸一级支流香溪河的右岸．根据调查，除该滑坡外，目前香溪河右岸还分布着一些正在变形的大型滑坡，如白家包滑坡，八字门滑坡等．八字门滑坡自1989年起，局部开始出现坍塌和滑移，滑坡体开始有复活的迹象，且于2003年开始进行变形位移专业监测，数据显示滑坡目前的变形特征是中后部朝南推移挤压和前部牵引式下滑；白家包滑坡每到雨季就会发生变形、坡面坍塌和拉裂；滑坡中部公路附近也会发生地表变形，公路路面拉裂下沉、坍塌以及民房开裂，总体方向显示坡体物质下滑变形[5]．

2 盐关滑坡地质概况

盐关滑坡位于中国湖北省秭归县归州镇盐关村，长江北岸一级支流香溪河右岸的岸坡上，香溪河河口以北12 km处．陆路和水路交通均较便利．

滑坡处于秭归向斜东翼的逆层斜坡上，属中低山槽谷地貌．滑坡前缘边界为香溪河，剪出口高程低于140 m，主滑方向为115°．南侧和北侧以冲沟为界，后缘高程约320 m，其壁坎最高可达10 m，从地貌形态上判断，以陡峭裸露的基岩山体为界．滑坡的平面形态呈喇叭状，后缘呈圈椅状，前部宽约171 m，后部宽约120 m，纵长476 m，滑坡体两侧山坡平均坡角为24.5°，滑体的平均厚度达18 m，面积69 191 m2，体积约125×104m3．滑坡所在斜坡坡面呈凸形，剖面呈陡缓相间折线形，滑坡坡高约260 m，滑坡位于斜坡下部，分布高程100～340 m．

1.侏罗系地层；2.第四系崩坡积物；3.滑坡滑动方向；4.S225省道；5.滑坡边界；6.175水位线；7.155水位线；8.民房图3 盐关滑坡平面图

根据现场调查情况以及所获得的勘察资料，盐关滑坡的滑体主要是由碎块石土、残坡积含碎石粉质粘土组成，其物质成分主要由紫红色至灰黄色粉砂质粘土岩及泥岩组成，土石比为6∶4～7∶3，碎石粒径大小约为2～8 cm，呈棱角状，滑体土厚度在10.90～26.00 m范围内，整体呈现前、后缘薄，中部厚，两侧薄的变化特征；从纵断面上看，滑体表面呈折线，底面呈弧线，滑体整体特点为中部厚，向两端发展逐渐变薄，中部最大厚度24.7 m；横断面上，滑体表面和底面均呈弧线，中部厚度大，向两侧逐渐变薄，中部最大厚度为23.50 m．

1.第四系滑坡成因含砾粘土；2.第四系滑坡堆积碎块石土；3.侏罗系中统聂家山组地层；4.侏罗系下统桐竹园组地层；5.钻孔编号/孔口标高(m)；6.地层产状图4 盐关滑坡工程地质剖面图

滑带主要物质成分为紫红、灰白、灰黄色含砾粉质粘土及含砾粘土，软塑，砾石含量5～15%，粒径一般2～5 mm为主，呈浑圆状至次棱角状，母岩成分以紫红色粉砂质泥岩、灰绿色钙质砂岩及石英粉细砂岩为主；滑床物质为侏罗系下统桐竹园组(J1t)深灰色至灰绿色泥岩夹泥质粉砂岩和侏罗系聂家山组(J1n)紫红色泥质粉砂岩夹中厚层灰黄色石英细砂岩．滑体从前往后呈现三级平台：一级平台标高173 m左右；二级平台标高192 m左右；三级平台标高230 m左右．

3 滑坡滑动过程

2017年10月26日上午，该滑坡内出现多处局部变形现象，滑坡右侧房屋右边界处的排水沟发生垮塌，屋前挡墙出现变形，房屋屋后出现裂缝；10月27日，滑坡整体变形非常明显，处于加速变形阶段，出现临滑迹象，主要表现为：在滑坡前缘出现鼓胀裂缝；两侧边界剪切裂缝较明显；贯通的弧形拉裂缝在滑坡后缘形成．2017年10月27日凌晨5时，前缘下座2～5 m，滑坡后缘变形加剧，出现贯通性弧形拉张裂缝，长约120 m，张开宽度0.2～0.5 m．17时巡查时，滑坡前缘外侧出现多条纵向鼓胀裂缝，裂缝长度约为30 m，张开宽度约为0.3～0.5 m，可见深度大于3 m．后缘裂缝再次下座，下座高度达到6～10 m．滑坡两侧剪切裂缝也已形成，主要顺两侧冲沟展布，冲沟内排水沟已垮塌，右侧边界处附属房屋倒塌，滑坡变形速度明显加快，整体变形特征明显；10月30日7时，滑坡体完全破坏，发生滑移变形．滑坡滑动前后边界及对比如图5所示．

图5 滑坡破坏前后卫星图对比

图6 盐关滑坡破坏过程示意图

4 滑坡变形特征

图7(a)和(b)显示滑坡破坏前期，位于滑坡前缘区域的S255省道路面开裂、鼓胀现象明显．随后，滑坡后缘出现贯通性弧形拉张裂缝，两侧剪切裂缝也已形成，右侧边界处的居民房屋附属房屋倒塌．图7(c)滑坡破坏时发生大规模的滑移变形，前缘省道滑移距离60 m，后缘下座，位于后缘的村道滑移距离约120 m，滑坡左边界冲沟入江口处的盐关桥彻底被破坏，推入江中，同时摧毁当地建筑物．

图7 现场位移变形调查

5 滑坡失稳影响因素

5.1 地质构造

香溪河流域在构造上地处黄陵背斜和秭归向斜的过渡带．黄陵背斜与秭归向斜是同一个构造体系中不同的构造单元，所以它们大体上是以东西向构造为基础发育起来的．秭归向斜本质上是一个前陆盆地，贾家店周围正好是其沉降幅度最大的位置，而且刚好位于长江北岸，在该区域内，位于秭归向斜中的侏罗系地层南北向产状倾角最大，向两侧发展倾角逐渐变小，然而滑坡总是发生在有斜坡的地方，其发生几率最大的地形坡度在10°～45°之间．盐关滑坡恰好位于香溪河右岸的斜坡上，贾家店南部3 km处，坡度大概25°．坡体总体形态为圈椅状，坡体前缘直抵香溪河，两侧都发育有冲沟，临空条件好，这些地形条件对盐关滑坡的形成和发展都起到了控制作用．同时，贾家店附近的滑坡具有的共同特征是以反向堆积为主要类型，局部区域的特征为多期叠加(八字门滑坡)．所以盐关滑坡由于区域构造的原因，是一典型的反向堆积滑坡[6]．

5.2 降雨

2017年9月中旬至10月滑坡破坏前，秭归县遭遇连续的降雨天气，期间还出现过多次强降雨．降雨过后，由于雨水渗透进入滑带，软化了滑带土，降低了抗剪强度；另外很大程度上增加了滑体的重度和土体内的动、静水压力，从而导致了滑坡稳定性的下降，易发生破坏，如图8所示．因此，持续的降雨是促使滑坡破坏变形的触发因素[7-8]．

图8 归州镇9月至10月间降雨及累计降雨量

5.3 库水位

盐关滑坡的破坏发生在三峡库区库水位调度的蓄水期，库区内水位保持高位运行，长江三峡水库水位每年都会实施从最低水位145 m到最高水位175 m的调度，10月份库水位升高至175 m满库运行，图9为2017年三峡库区库水位的涨落趋势，由此可见，滑坡的破坏发生于库水高位运行时期，库水位的升高并且保持高位运行也是诱发滑坡破坏的重要因素[9-10]．

图9 2017年三峡库区水位调度曲线

6 滑坡失稳破坏机理

滑坡所赋地层为侏罗系中、下统泥岩、泥质粉砂岩及石英砂岩，该处周边目前大部份基岩处于裸露状态，雨季固水能力差；而滑坡两侧的冲沟为周边地下水排泄的必经之道；暴雨期间，周边地下水汇集从滑坡两侧的冲沟排出，这就给滑体地下水及地表水的顺畅排泄造成了一定的障碍．在地表水、地下水不能够及时排出的情况下，滑体的饱水重度迅速增大；滑带达到饱水软化状态，阻滑能力就大大降低；滑坡的下滑力迅速增大，加之地下、地表水向外排泄时产生的推力、拉力等，在诸多不利于滑坡稳定因素的共同作用下，滑体沿着滑床向临空方向移动变形，达到平衡极限值时便发生破坏．自20世纪末开始，滑坡就多次出现变形迹象．据资料记载，三峡库区蓄水以前，1984～2001年间，该滑坡曾经多次发生变形．蓄水前的最后一次变形发生于2001年2月21日，当时房屋开裂，地面鼓胀，公路桥梁拉裂，并且该滑坡蓄水前的变形均发生在暴雨季间．变形区域集中在滑体后部及移民复建公路及下侧一带，目前盐关桥附近公路及滑体的前部仍可见变形坍塌的痕迹．

由于滑坡滑带位于高程140～345 m范围内，在库水上升至156 m时，滑体前缘浸入水中的范围不大；升至162、175 m时，滑坡的前部浸泡入水中，致使有利滑坡稳定的阻滑段全部浸泡于水中，前缘土体在短时间内趋于饱和，阻滑力大大降低，在江水的淘蚀、浪蚀作用下，特别是在暴雨期间的水位涨落情况下，滑坡将会向最大临空面方向(香溪河)产生蠕动变形．库水位上升并保持高位运行，坡脚被浸泡，这也对滑坡稳定性造成了一些不利影响[11-15]．

7 结 论

由于该区域受秭归向斜沉降的幅度和东西向、南北向构造影响，在八字门-向家店一段形成了一个滑坡聚集区、盐关滑坡就位于该滑坡聚集区内，该滑坡前、后缘薄，中部厚，两侧薄，是典型的反向堆积型滑坡．根据调查和分析，所得结论如下：

1)2017年10月30日在三峡库区发生一体积约为125×104m3的大型滑坡(盐关滑坡)．滑坡前缘首先发生变形，前缘下座导致后缘出现张拉性裂缝，前缘变形逐渐增大、后缘出现贯通性裂缝，滑坡发生整体滑动变形．故盐关滑坡为牵引式滑坡．

2)分析认为长时间的持续降雨和短时间段内的强降雨是触发滑坡破坏的主要因素．由于长时间的降雨，坡体内的孔隙水压力升高，滑体重度增加，降低了滑体的稳定性．同时，库水位上升导致坡脚被浸润，库水对坡脚向上的浮托力也是滑坡前缘首先变形的重要原因，最后使滑坡整体发生变形破坏．

3)滑坡左边界冲沟入江口处修建有盐关桥，该桥的修建大大减小了排水沟出口的宽度，致使坡体排水不畅，尤其遇到大雨久雨的情况，坡体表面和坡体内部的水不能在短时间内排出，滞留于坡体，加速了滑坡的破坏．深入分析和认识这些滑坡破坏的因素对于预测滑坡破坏以及降低人员伤亡和财产损失有着重要的指导意义．