巫溪县肖家湾滑坡形成机制及水库蓄水稳定性评价

唐万金， 龙 三， 胡 伟， 卢 波， 曹 流

(1.长江岩土工程总公司(武汉)，湖北 武汉 430010； 2.国家大坝安全工程技术研究中心，湖北 武汉 430010；3.长江水利委员会 长江科学院，湖北 武汉 430010)

规划在重庆市巫溪县大宁河宁厂桥—两河口河段修建一座大型水库，拟建上、下两个坝址，上坝址正常蓄水位为368 m，大宁河支流西溪河回水至观音岩，库长约15 km；下坝址正常蓄水位为348 m，西溪河回水至尖峰子，库长约19 km。肖家湾滑坡位于西溪河左岸，滑坡总体积约1 540×104m3，为一特大型高位滑坡❶。该滑坡位于坝址上游4～10 km处，于2017年发生过滑动和变形，其稳定性对坝址和坝型的选择影响较大；水库建成后，滑坡的一小部分将被淹没，水位的变化将对滑坡稳定性产生一定影响。因此本文对肖家湾滑坡的形成机制及稳定性进行研究，可为滑坡监测治理和水库选址提供重要依据。

1 滑坡区自然环境

滑坡区位于巫溪县大河乡，属亚热带季风性暖湿气候。受东南季风影响，区内气候温和，雨量充沛，春季多低温阴雨和寒潮；夏季多高温，常有暴雨，易诱发洪涝灾害；秋季降温快，多阴雨；冬季气候温和少雨。多年平均气温为14.7℃，最高气温为41.8℃，最低气温为3.3℃。流域降雨充沛，多年平均降雨量为1 333 mm，降雨主要集中在4—10月，约占年降雨量的90%。2017年9月1日—10月21日，巫溪县出现持续性降雨天气，大河乡累计降雨量达575.60 mm，日平均降雨量为11.29 mm，日最大降雨量达84.30 mm(2017年9月24日)。

滑坡区主要水系为西溪河，集雨面积为685.0 km2，水位受降雨和上部中梁水库蓄水影响，研究期间其水位为279.0 m。肖家湾滑坡位于西溪河左岸，距离西溪河河口约1.0 km。该滑坡于2017年10月21日发生滑塌后，滑体堆积于西溪河河床内，堵塞河道长约160 m，形成堰塞湖致使水位抬升约15 m，经应急抢险疏通后，滑坡堆积体上下游水位差已降至9 m。

2 滑坡特征

2.1 滑坡规模及形态

肖家湾滑坡在平面上呈“舌”形，地形坡度为20°～50°，局部形成陡坎。滑体滑动方向为159°～162°，滑体前缘剪出口为西溪河，前缘高程为272 m，后缘高程为1 050 m，高差778 m。滑体长1 180～1 240 m，宽540～810 m，钻孔揭露滑体厚2.0～34.1 m，平均厚约20 m。该滑坡面积约77×104m2，总体积约1 540×104m3，为特大型推移式岩土质混合滑坡。根据滑坡变形特征，将滑坡分为滑移区(A区)和变形区(B区)(照片1)。

照片1 肖家湾滑坡全貌Photo 1 Landslide panorama of Xiaojiawan

滑移区长1 120 m，宽270～310 m，面积约33×104m2，平均厚约20 m，总方量约660×104m3，滑动方向为159°，前缘伸入河道，高程为272 m；后缘呈现典型的“圈椅”状，高程为931 m，为推移式滑动(图1)。变形区长1 080～1 220 m，宽130～500 m，面积约44×104m2，平均厚约20 m，总方量约880×104m3，滑动方向为162°(图2)。

图1 滑移区地质剖面图Fig.1 Geologic section of slip zone1.第四系滑坡堆积层；2.二叠系下统栖霞组；3.志留系中统徐家坝群；4.碎块石土；5.页岩；6.灰岩；7.强风化线。

图2 变形区地质剖面图Fig.2 Geologic section of deformation zone1.第四系崩坡积物；2.二叠系下统栖霞组；3.志留系中统徐家坝群；4.碎块石土；5.页岩；6.灰岩；7.强风化线。

2.2 滑体物质组成

滑体厚度为2.0～34.1 m，滑体物质为块石土，主要为灰岩块石，块石含量为65%～70%，块径为0.5～10 m，块石间充填少量粉质黏土和灰岩碎石。块石表面可见明显溶蚀现象，发育大量溶孔和溶隙，溶孔孔径为2～20 cm，溶隙宽2～15 cm，延伸长5～20 cm，孔隙间充填少量黄褐色黏土。

2.3 滑面(带)特征

该滑坡的滑面主要为覆盖层和基岩的分界面以及岩体浅表风化溶蚀软弱结构面，其滑带不明显，不连续。滑带土为碎石夹土，碎石为灰岩及页岩，含量为30%～50%，粒径为3～20 cm，页岩碎石强风化，灰岩碎石溶蚀较严重。碎石间充填粉质黏土，黏土呈可塑状，干强度高，韧性中等，无摇振反应。

2.4 滑床特征

滑床主要为基岩，坡度为30°～50°，与地面近平行，随地面起伏，向西溪河倾斜，为逆向坡。滑床上部为二叠系下统栖霞组深灰色灰岩，具隐晶质结构、块状构造，发育大量溶孔及溶隙。滑床中下部为志留系中统徐家坝群黄灰色页岩，具泥质结构、细粒结构、薄层状构造。上述岩层倾向5°～37°，倾角21°～50°，局部受构造影响产状发生变化。

2.5 滑坡变形特征

2017年9月17日—10月18日大河乡出现持续强降雨，10月20日滑移区后部出现局部变形，房屋及地面初现裂缝，裂缝长5～30 m、宽1～10 cm，随后变形加剧，滑坡后缘下挫5～20 cm。10月21日滑移区两侧发生剧烈变形，出现整体滑移并发展成滑坡。10月22—28日，滑移区两侧持续变形，发生大小不等的滑塌，滑移区上部的岩土体在重力和水压力的作用下产生变形和滑动，挤推斜坡中下部崩坡积和风化岩体在滑移区下部堆积，致使堵塞西溪河形成堰塞体。

变形区发育数十条变形裂缝，主要呈线状，局部呈圆弧状、叠瓦状，长15～220 m，宽3～80 cm，下挫2～180 cm，走向平行于斜坡临空面。这些裂缝为滑坡向前部临空方向发生变形形成的拉张裂缝。变形区中部还发育纵向“羽”状裂缝，主要由滑体后部土体挤压前部土体形成。幺墩子一带为山脊，微地貌上凸出的山体变形强烈，裂缝十分发育，局部已发生垮塌。

3 滑坡成因和形成机制

肖家湾滑坡主要受地形条件、地层岩性、构造作用及持续强降雨的影响。

(1) 地形条件。滑坡区地形强烈切割，地形坡度一般为30°～55°，局部可达70°，常形成陡崖。山顶高程约1 500 m，河床高程为270 m，高差约1 230 m，因此滑坡区山高坡陡，具有良好的临空面条件，不利于斜坡稳定[1-2]。

(2) 地层岩性。斜坡上部为灰岩，下部为页岩，形成“上硬下软”的地层结构[3]。页岩力学强度较低，易风化。灰岩在长期卸荷作用下易形成拉裂缝，产生危岩及崩塌，崩塌堆积于斜坡上，为滑坡的产生提供了物质来源。

(3) 构造作用。根据现场调查可知，岩体中裂隙较发育，裂隙间距1～5 m，延伸0.5～1 m，张开0.5～2 cm，局部充填粉质黏土。NEE向外倾优势裂隙面与NWW向裂隙或冲沟切割，形成的临空面组合产生不稳定块体，经历了多次崩塌，从而使斜坡上堆积物逐年增加。此外，岩体中风化溶蚀较发育，破坏了岩体的结构，为滑面的形成与贯通、地下水的运移提供了构造条件[4]。

(4) 持续强降雨。根据大河乡气象资料显示，2017年9月15日—10月21日滑坡区持续强降雨，日平均降雨量为17.4 mm，日最大降雨量为84.3 mm。降雨入渗地下，增加了坡体自重，加大了裂隙、孔隙渗透压力，使滑带土的性状进一步软化，力学参数进一步降低[5-6]，是诱发滑坡发生的重要因素。

综合分析认为，肖家湾滑坡为推移式滑坡，最先在斜坡体上部发生变形开裂；在滑坡滑动前，其上部已发育多条张裂缝；在崩塌及滑动的过程中，斜坡中部出现崩坡积和风化岩体被挤推现象，并在斜坡下部堆积。滑坡的“动力”主要来源于滑体自重及降雨，持续的强降雨沿孔隙、溶隙和裂缝等入渗，增加了坡体自重，降低了滑带的性状和力学参数，并形成了较大的渗透压力[7]，使斜坡产生变形或滑移。

4 滑坡稳定性分析

滑坡稳定性计算主要采用二维极限平衡Janbu法、Bishop法和Morgenstern-Price法，滑坡稳定性评价则采用最不利原则。

4.1 计算模型及参数

4.1.1计算模型

根据滑坡地层信息，分别建立滑移区和变形区两个计算剖面模型，分别如图3、图4所示。根据现场调查及滑坡稳定性宏观评价来看，滑坡目前处于欠稳定—稳定状态，滑移区局部存在塌滑，可能再次滑移；变形区可能存在滑移。滑面或潜在滑面为岩土界面，变形区局部沿强风化层滑动。根据其可能出现的启动区和剪出口，概化为3种滑动模式。

图3 滑移区剖面计算模型Fig.3 Calculation model of slip zone section

图4 变形区剖面计算模型Fig.4 Calculation model of deformation zone section

模式1：滑坡整体滑动，后缘为滑坡顶部基岩或裂缝，剪出口为西溪河；

模式2：滑坡上部滑动，后缘为滑坡顶部基岩或裂缝，剪出口为滑坡中部；

模式3：滑坡下部滑动，后缘为滑坡中部，剪出口为西溪河。

4.1.2计算工况及参数

按水库工作状况、作用力出现的几率和持续时间的长短，分为正常条件Ⅰ、正常条件Ⅱ、非常条件Ⅰ和非常条件Ⅱ4种工况[8-9]。

正常条件Ⅰ：正常蓄水位；

正常条件Ⅱ：库水位下降(10 m/d的下降速率)；

非常条件Ⅰ：正常蓄水位+50年一遇强降雨(500 mm/d持续降雨)；

非常条件Ⅱ：正常蓄水位+地震(0.135g水平加速度)。

初始地下水位较高，在库水位上升之后，滑坡前缘局部处于水位以下，坡体内部水位有一定的抬升；库水位下降之后，地下水位随着下降，降速越快，滞后效应越明显[10]。场地50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.067g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度；50年超越概率2%的地震动峰值加速度为0.138g。在进行滑坡稳定性计算时，取地震动峰值加速度为0.138g进行滑坡稳定性复核，水平地震作用系数取0.25。滑坡计算参数见表1。

表1 滑坡计算参数Table 1 Calculation parameters of landslide

4.2 稳定性分析

肖家湾滑坡稳定性分析结果如表2所示，滑坡稳定安全系数取1.2。

表2 肖家湾滑坡稳定性分析结果Table 2 Stability analysis results of Xiaojiawan landslide

分析结果表明，在正常蓄水位条件下，滑移区和变形区整体均处于基本稳定状态，滑坡上部稳定系数为1.004～1.026，处于失稳临界状态，滑坡可能的变形破坏模式是中部以上堆积体局部垮塌失稳；持续暴雨后，滑坡稳定系数将大幅下降11%～20%，滑移区将整体失稳，变形区整体基本稳定，局部可能产生变形滑动。按50年超越概率2%的地震条件(非常条件Ⅱ)对滑坡稳定性进行复核，认为滑坡将整体失稳。

此外，库水位的变动仅影响滑坡前缘局部涉水部分，假如库水位以10 m/d的速率下降，滑移区整体滑动的稳定系数将由1.108降至 1.082，下部滑动的稳定系数将由1.166降至1.099；变形区整体稳定系数将由1.091降至 1.078，下部稳定系数将由1.221降至1.192，但对滑移区和变形区上部的稳定性均无影响。库水位的变动使滑坡稳定系数减小1%～6%，说明库水位变动对肖家湾滑坡稳定性有影响，但影响较小。

5 结论

(1) 肖家湾滑坡可分为滑移区和变形区两个区块，其形成主要受地形条件、地层岩性、构造作用及持续强降雨的影响。

(2) 在正常蓄水位条件下，肖家湾滑坡整体处于基本稳定状态，滑移区上部处于失稳临界状态，滑移区下部和变形区处于基本稳定状态，可能产生整体滑动的动力主要来源于滑坡中上部；而强降雨工况下，滑移区将整体失稳，变形区基本稳定，潜在滑动模式仍是后缘变形的推移式滑坡。建议对滑坡滑移区中上部进行治理，对变形区结合其变形特征进行分区治理。

(3) 水库蓄水后，肖家湾滑坡稳定性受影响较小，使滑坡产生滑动的主要潜在诱因仍然是持续强降雨导致的岩土体强度弱化和岩土体内部渗流梯度的改变，建议加强滑坡排水措施。