三峡库区典型顺斜向岩质滑坡变形破坏特征及失稳机制分析

蒋先念，张晨阳

（1.重庆市地勘局208 水文地质工程地质队，重庆 400700；2.中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074）

0 引言

重庆市位于我国内陆西南地区，长江三峡库区腹地，为低山丘陵区，地质灾害频发。全市分布各类地质灾害隐患16 076 处，多为土质滑坡，岩质滑坡分布较少。且多以顺层岩质滑坡为主，而与顺斜向岩质滑坡的相关研究实例更少。

对于岩质层状边坡，当岩层倾向与斜坡倾向夹角小于20°时，坡体表现为顺层下滑，其变形破坏往往简单地受层面控制，大量的研究对该类滑坡的变形破坏特征[1-4]、失稳机制[5-11]、防治措施[12-14]进行了深入研究。当岩层倾向与斜坡倾向夹角超过20°时，情况将复杂得多，不宜用平面分析方法分析[15-16]。

在国内，张倬元等[17]在1981年便对顺斜向岩质边坡进行了深入研究，结果表明顺斜向岩质滑坡的坡体往往表现为旋转滑移——拉裂变形，滑移从临空面附近发动，逐步向上扩展并使坡体解体。孙红月等[18]进一步深入研究了顺斜向坡的变形破坏方式，其主要受斜交角度大小的影响，产生旋转变形破坏或者整体性下滑形成楔形体滑坡。程谦恭等[19]研究表明顺斜向层状岩质斜坡在特殊的边界条件控制下，发生渐进性变形而形成的平面旋转滑坡。

综上所述可知，顺斜向岩质滑坡的变形破坏特征和失稳机制往往较为特殊，且国内鲜有大型顺斜向岩质滑坡的研究成果。重庆市巫山县白杨湾滑坡[20]地处巫山县城新区，直接危及前部金科城小区多栋30 层建筑的安全。鉴于此，本文以白杨湾滑坡为例，通过现场探勘、钻探和多种监测手段，研究该滑坡变形破坏特征及失稳机制，并提出了相应的防治对策。研究成果对指导三峡库区顺斜向岩质滑坡防治具有重要意义[21-24]。

1 地质背景

1.1 滑坡概况

白杨湾滑坡位于巫山县城北部，研究区属亚热带季风气候，年平均降雨量为1 049.3 mm，降雨主要分布在5——10月。研究区主要出露第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）、滑坡堆积层（Q4del）、三叠系巴东组第二段（T2b2）紫红色泥岩和砂岩。构造部位处于大巴山弧、川东褶带及川鄂湘黔隆起褶带结合部，巫山向斜北西翼，岩层产状约为155°～165°∠24°～40°。

白杨湾滑坡纵长350～400 m，横宽180～230 m，厚度20.70～69.00 m，面积7.30×104m2，体积约320×104m3（图1）。根据监测矢量位移方向，滑坡主滑方向95°。滑坡右侧边界发育一条正断层，断层延伸长约4 km，走向85°～90°，倾向北-北西向，倾角35°～50°，断层带宽8～12 m。研究区地势西高东低，高程530～630 m，坡角平均约28°。滑坡区后缘主要为耕地，地势平坦；中部西坪村分布着大量住宅建筑和国道G348；滑坡坡脚为多级人工开挖边坡，前缘延伸至金科城小区。研究区附近分布3 条冲沟，分别为滑坡北侧边界，西北侧以及南侧边界，三条冲沟近年来均已回填。

图1 白杨湾滑坡平面及监测点分布图Fig.1 Plane and monitoring distribution map of Baiyangwan landslide

1.2 滑坡物质组成

滑体主要由第四系人工填土 (Q4ml)和第四系坡积层(Q4del)组成，厚度约20.7～59.0 m。滑体材料在垂向上的异质性很强，上部为含砾粉质黏土，下部为风化的层状泥岩和砂岩（图2）。

图2 白杨湾滑坡典型剖面图Fig.2 Tipical profile of Baiyangwan landslide

白杨湾滑坡有两级滑带。第一级滑带位于滑体泥岩破碎岩体内，滑带土由粉质黏土组成，埋深18.25～26.20 m，可见明显的镜面和擦痕（图3），滑带厚度0.20～0.50 m，经XRD 测试可知，SiO2含量50%～60%，Al2O3含量18%～19%，Fe2O3含量6.5%～7.5%，MgO 含量3.5%～5.5%，K2O 含量2.5%～4%，Si∶Al∶Fe∶Mg∶K为10∶6∶2∶1∶1，Si 占绝对优势，其矿物组成主要是石英、伊利石、铁、绿泥石、蒙脱石。第二级滑带主要位于破碎岩体与T2b2基岩接触面，埋深36.60～56.00 m，滑带物质为紫红色黏土，滑带厚度约0.50 m，钻探揭示滑带擦痕、镜面清晰可见（图4）。

图3 开挖区出露的第一级滑面Fig.3 First order slip zone exposed in excavated area

图4 钻孔揭示滑带Fig.4 Drilling to reveal sliding zone

滑床主要为T2b2砂岩，产状为150°∠22°。T2b2砂岩呈紫红色，呈破碎状，其内部存在多个泥质软弱夹层。

1.3 水文地质条件

研究区地表水丰富，滑坡区分布三处池塘。据当地村民所述，滑坡右边界冲沟内曾为一条溪流，由于人工填土掩埋，已经消失。研究区地下水可分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。现场调查可知，滑坡前缘开挖区出露7 处泉点，流量介于0.01～0.05 L/s 之间。滑坡右侧、后部泥岩地层分别出露1 处泉点，流量0.01～0.02 L/s。钻孔抽水试验显示，地下水流量57.70 m3/d。研究区地下水不受三峡库水位的影响。

2 滑坡变形破坏特征

2.1 宏观变形破坏特征

滑坡的变形始于2019年7月17日，现场调查揭示了宏观变形迹象主要为以下三种：地面裂缝、建筑变形破坏、道路变形。

地面裂缝主要包括前缘鼓张裂缝，后部拉张裂缝和中部侧缘的剪切裂缝。前缘鼓张裂缝主要分布在坡脚金科路地面上，隆起高度约5 cm（图5中C06）。拉张裂缝主要分布在滑坡后部，局部宽度最大可达20～50 cm（图5中 C04、C05）。剪切裂缝分布在滑坡中部左右两侧边界处（图5中C07、C08），长度可达20～100 m，裂缝宽度最大约20 cm。

图5 滑坡宏观变形破坏迹象Fig.5 Signs of macroscopic deformation and failure of landslide

滑坡体中部位置西坪村的建筑物变形十分严重，变形迹象包括墙体裂缝、立柱倾斜等（图5中C03、C09）。滑坡中部的国道G348 路面在滑坡北侧边界处出现显著地面拉裂，拉裂缝宽1～6 cm，裂缝沿滑坡边界上、下贯通，局部路面沉降10～30 cm（图5中C01、C02）。

2.2 滑坡变形时空特征

为研判滑坡变形规律，在地表布置了长期位移监测点。监测结果表明，滑坡前缘金科城及滑坡后部监测点位移量较小，边界附近监测点变形不明显（图1）。滑坡中部变形量大，7月到12月的累积位移最大达200 mm（图6），各监测点变形方向均为95°左右。可将滑坡位移方向分解为岩层倾向和坡向的矢量，矢量大小可大致反映层面、坡向对滑移的贡献大小。由图7可知，滑坡滑移趋势受层面和坡向的共同作用，岩层倾向与滑坡方向交角约60°，坡向与滑坡方向相交约20°。坡向矢量较大，说明坡向对滑移方向起主要控制作用；岩层倾向方向矢量较小，说明层面对滑移方向的控制作用较小。另一方面，矢量大小可反映岩层倾向方向遭受的拦阻约束作用的大小，岩层倾向方向矢量较小，说明倾向方向遭受边界拦阻约束作用较大。

图6 滑坡中部地表位移监测曲线Fig.6 Monitoring curve of surface displacement in the middle of landslide

图7 滑坡方向与岩层倾向、坡向关系图Fig.7 Relationship between landslide direction and rock stratum tendency and slope direction

地表位移监测曲线显示（图6），2019年7月以来，滑坡位移持续增大，2019年8月28日前，滑坡呈匀速变形状态，日水平位移量2～5 mm/d。2019年8月18日，滑坡前部开始设置应急处置抗滑桩，9月23日，抗滑桩施工完毕，累计完成抗滑桩35 根，桩长35 m，桩间距5 m。抗滑桩的不断成桩，使得2019年8月25日至2019年9月25日滑坡变形速率日渐减弱。2019年9月25日后，滑坡呈缓慢匀速变形状态。变形速率发生变化的时段处于应急抗滑桩开始发挥作用的时段。应急抗滑桩发挥作用后，滑坡变形速率减缓，直至发生缓慢匀速变形，变形速率0～0.5 mm/d。可见应急抗滑桩对控制滑坡变形发挥了作用，但滑坡仍处于缓慢匀速变形状态，滑坡尚未得到彻底根治。

2.3 深部位移监测

在滑坡的钻孔中安装了深部测斜装置，图8为滑坡中部SY01 和SY02 深部位移曲线，SY01 和SY02 的平面位置见图1。

图8 深部位移监测曲线Fig.8 Deep displacement monitoring curve

SY01 位移曲线表现为底部小，向上位移逐渐增大，第一个滑动面位于 25～26 m，第二个滑动面位于46～47 m 之间。SY02 深部位移监测曲线也揭露了两处明显的滑动面，第一个滑移面深度为25～26 m，第二个滑移面深度为55～57 m。深部位移监测结果与钻孔岩芯揭示的两层滑动面相符。

3 滑坡影响因素及失稳机制

3.1 滑坡影响因素

（1）内因

岩性：滑坡地层主要为三叠系中统巴东组第二段（T2b2）泥岩地层，泥岩地层岩体破碎，地下水较丰富，夹多层泥化软弱夹层、角砾状泥岩，具有易滑特性。

构造：从构造上来看，滑坡区岩层呈单斜构造，右侧边界发育正断层，断层面与岩层面相交切割形成楔形体，形成顺斜向滑移的空间组合边界。其中，断层面控制滑坡右侧边界，岩层层面控制滑带和左侧边界，滑坡后缘受构造裂隙控制，滑坡为受层面、断层面主控的顺斜向滑移破坏，具备顺斜向楔形体滑移破坏条件。

（2）外因

降雨和地下水：研究区地下水赋存于碎裂状泥岩、砂岩地层中，地下水较丰富，地下水流量约57.70 m3/d。水位监测曲线（图9）显示，地下水位稳定，受降雨影响不大。一方面，饱水状态的泥化夹层或软弱岩体抗剪强度较低。另一方面，地下水运移使斜坡岩土体遭受动水压力、扬压力作用，下滑力增大，抗滑力降低，不利于斜坡稳定。该滑坡所处地形坡角不大，地下水作用是导致滑坡变形的重要因素。

图9 研究区降雨和地下水位曲线Fig.9 Curve of rainfall and groundwater level curve in the study area

人类工程活动：近年来，在研究区中部和后部的西坪村陆续修建了40 多栋3～6 层的房屋，增大了滑坡的下滑力。最重要的是，2019年4月至7月，由于滑坡前部金科城小区的扩建，滑坡前缘开挖了体积约30×104m3的岩土体，形成多级阶梯式边坡（图10），开挖显著降低了滑坡的抗滑力，直接导致滑坡变形失稳。

图10 开挖前后白杨湾滑坡航拍图Fig.10 Aerial map of Baiyangwan landslide before and after excavation

3.2 滑坡失稳机制分析

岩层呈单斜构造，右侧边界发育正断层，断层面与岩层面相交切割形成楔形体，交线倾向坡外（图11），倾角约13°，形成顺斜向滑移的空间组合边界。其中，断层面控制滑坡右侧边界，岩层层面控制滑带和左侧边界，滑坡受层面、断层面控制，随着滑坡坡脚大规模开挖，显著降低了滑坡抗滑力，直接诱发滑坡沿断层面与岩层面相交切割形成的楔形体顺斜向滑移破坏。

图11 极射赤平投影图Fig.11 Stereographic projection of structural plan

4 防治理念和对策

4.1 防治理念

该滑坡危及滑坡后部居民136 户588 人、前缘金科城6 栋高层建筑及后期建设场地等的安全。针对滑坡变形特点和危害性，防治方案既要确保居民和金科城已有建筑安全，又要满足金科城后期建设和城市规划发展需要。

4.2 防治对策

在前期已设应急处置抗滑桩的基础上，采取“搬迁避让+工程治理+专业监测”的综合防治对策，以达到彻底根治滑坡的目的。一方面，对滑坡后部居民136 户588 人进行搬迁避让。另一方面，结合金科城后期建设和城市规划发展需要，采取“削方减载+排水工程+锚杆格构”进行综合治理，削方减载后既要不影响金科城后期建设，又要兼顾土地整治用于后期建设。削方体积约150×104m3，削方后设置排水系统，对削方形成的边坡采用锚杆格构进行护坡。第三，对滑坡进行持续专业监测，监测周期视后期对滑坡变形趋势会商确定。

5 结论

（1）白杨湾滑坡纵长350～400 m，横宽180～230 m，体积约320×104m3，为一大型顺斜向岩质滑坡。滑坡于2019年7月开始出现显著变形，滑坡中部的位移速率达到2～5 mm/d。2019年9月中旬，滑坡前部设置应急抗滑桩后，滑坡变形开始减缓至0～0.5 mm/d。

（2）滑坡区岩层呈单斜构造，右侧边界发育正断层，断层面与岩层面相交切割形成楔形体。受岩层面、断层控制，白杨湾滑坡具备顺斜向楔形体滑移破坏的条件。研究区雨量充沛，滑体渗透性较好，地下水较丰富，地下水运移使斜坡岩土体遭受动水压力、扬压力作用，下滑力增大，抗滑力降低；滑坡中后部民房建设，增加了滑坡的下滑力；而滑坡坡脚大规模开挖，显著降低了抗滑力，直接诱发滑坡失稳。

（3）结合白杨湾威胁对象和城市规划建设，采取“搬迁避让+工程治理+专业监测”的防治对策。一方面，对滑坡后部居民进行搬迁避让。另一方面，采取“削方减载+排水工程+锚杆格构”进行综合治理，综合治理工程既要不影响金科城后期建设，又要兼顾土地整治用于后期工程建设。第三，对滑坡进行持续专业监测，监测周期视后期对滑坡变形趋势会商确定。