白家包滑坡變形影響因素定性及定量分析

朱 偉 王孔偉 魏 東 靳寶萍

(三峽大學 三峽庫區地質災害教育部重點實驗室， 湖北 宜昌 443002)

白家包滑坡變形影響因素定性及定量分析

朱 偉 王孔偉 魏 東 靳寶萍

(三峽大學 三峽庫區地質災害教育部重點實驗室， 湖北 宜昌 443002)

確定庫岸滑坡變形的主要影響因素，可以為庫岸滑坡的防治提供更有效指導．本文以三峽庫區白家包滑坡為研究對象，首先收集了白家包滑坡監測資料以及三峽庫區庫水和降雨資料;然后定性分析白家包滑坡累積位移變形階段及特征，將該滑坡累積位移主要影響因素分為三類：降雨和庫水的共同作用；主要為降雨作用；主要為庫水作用；最后利用相對庫水位、降雨量和累積位移相關系數，分別建立降雨和庫水位對滑坡位移影響系數模型，定量計算出該滑坡變形主要影響因素，與定性分析結果進行對比．研究結果表明，白家包滑坡位移主要影響因素定量計算與定性分析的結果吻合度較高，準確率為84.62%，模型具有一定適用性，其方法也能為相關研究提供參考．

白家包滑坡； 影響因素； 定性分析； 定量分析

自三峽工程蓄水以來，庫岸滑坡成為三峽庫區一種主要的地質災害類型，引起了眾多學者的廣泛關注．滑坡的形成有內力和外力兩方面因素，從地質作用來看，三峽庫區庫岸滑坡變形演化過程及分布與構造活動存在一定關系[1-3]；從外力作用來看，庫水位變化和降雨作用對庫岸滑坡的變形演化有重要影響[4-8]，不同變形階段對應不同的主要影響因素和預測依據[9-10]．劉新喜[4]等基于非飽和滲流理論，采用GEO/SEEP研究了庫水位變化下三峽庫區紅石包滑坡體內的地下水滲流場，發現庫水位下降導致滑坡的穩定性變化規律；劉廣寧[5]等對三峽庫區水泥廠滑坡監測資料進行研究，認為個別時間段滑坡變形加劇是降雨和庫水位升降共同作用結果；彭令[11]等以白家包滑坡對象研究發現庫水位變化和降雨量是導致滑坡季節性變化的主要因素；代貞偉[12]等通過研究三峽庫區某滑坡變形特征發現滑坡的變形與庫水位下降及集中降雨有明顯關系，并運用灰色關聯法研究了相關變量之間的響應程度．對三峽庫區滑坡變形影響因素的研究，學者主要是以典型滑坡為研究對象進行定性分析[11-14]，而使用定量計算的方法分析滑坡主要變形因素的研究卻很少．

本文以三峽庫區白家包滑坡為研究對象，在定性分析白家包滑坡主要變形影響因素之上，建立降雨和庫水位對滑坡位移影響系數模型，計算出該滑坡變形主要影響因素并將結果與定性分析進行對比，為確定滑坡變形主要影響因素引進一種新思路．

1 白家包滑坡工程地質概況

白家包滑坡位于湖北秭歸縣歸州鎮向家店村二組，處于長江支流香溪河右岸，黃陵背斜與秭歸向斜的交界地帶，整個滑坡展布于香溪河右岸．滑坡前緣直抵香溪河，滑坡的剪出口位于高程125～135 m；滑坡后緣以基巖為界，高程265 m；滑坡左側以山脊下部基巖為界，右側以山梁為界，前緣寬500 m，后緣寬300 m，縱長約550 m，滑坡面積22×104m2．深層滑體前緣厚20～30 m，中部厚47 m，后緣厚10～40 m，滑體平均厚度45 m，滑體體積990×104m3．淺層滑體前緣厚10～20 m，中部厚35 m，后緣厚10～40 m，滑體平均厚度30 m，滑體體積730×104m3．滑坡平面形態呈短舌狀(如圖1所示)．

圖1 白家包滑坡全貌圖

白家包滑坡物質為崩坡積物，坡積物厚度在空間上分布不均，前緣坡積物厚度較厚．滑體物質成分為碎塊石土，崩坡積物與下伏基巖接觸帶即為滑坡滑帶，其滑床為下伏基巖，成分為侏羅系下統長石石英砂巖及泥巖，產狀285°∠30°，為逆向巖層．

2 白家包滑坡變形階段劃分及特征分析

2.1 白家包滑坡變形演化階段定性劃分

根據監測資料分析，從時間上，白家包滑坡大致可分成三個階段進行研究位移變化的特征和規律(如圖2所示)．第1階段(降雨影響階段)對應155 m水位：2007年1月至2009年5月．這一階段在圖2上看是兩個小臺階，是主要受降雨影響的階段．第2階段(庫水影響階段)對應175 m水位：2009年5月至2012年5月．第二階段在圖2上看是一個大臺階加兩個小臺階，是主要受庫水位影響的階段．第3階段(庫水突變影響階段)：2012年5月至2014年12月．第三階段在圖2中是一個大臺階加兩個小臺階組成的，是受水位突降影響的階段．

圖2 白家包滑坡階段劃分總圖

圖3 汛期時段連續明顯階躍型變形平均速率圖

根據圖3對白家包滑坡的階段劃分，計算出白家包滑監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326每個變形階段在汛期時段連續明顯階躍型變形的平均速率見表1．由表1和圖3可知：1)白家包滑坡監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326變形平均速率在第一階段整體較??；2)白家包滑坡監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326變形平均速率在第二階段變化過程由大變小再變大；3)白家包滑坡監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326變形平均速率在第二階段變化過程由大變小再變?。C上所述，監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326位移變形具有同步性；上文定性劃分的白家包滑坡三個變形階段比較合理．

表1 白家包汛期時段連續明顯階躍型變形平均速率表 (單位：mm/月)

2.2 白家包滑坡階段變形特征

2.2.1 白家包滑坡第一階段變形特征

由圖4可知，每年汛期時段白家包滑坡累積位移明顯連續階躍型變形，受降雨量增加和庫水位下降作用影響．

圖4 白家包滑坡第一階段累積位移圖

白家包滑坡監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第一階段第一年汛期2007年5月～8月變形總的平均速率為19.34 mm/月．汛期2007年5月～7月平均降雨量都較大，發生持續大降雨，且期間庫水位變動幅度并不大，白家包滑坡被庫水淹沒范圍較小，故認為第一年汛期2007年5月～7月白家包滑坡累積位移受降雨影響．汛期2007年5月～8月三峽庫區水位連續4個月下降，而8月降雨量明顯減小，故說明第一年汛期2007年8月累積位移主要受庫水位影響．

第一階段第二年汛期2008年5月～8月變形總的平均速率為8.67 mm/月．汛期2008年5、6月平均降雨量較7、8月小很多，但是2008年5、6月庫水位下降速度較7、8月快很多，因此說明第一階段第二年汛期2008年5、6月白家包滑坡受庫水和降雨作用的共同影響，但是主要受庫水作用影響．汛期2008年7、8月白家包滑坡受庫水和降雨作用的共同影響，但是主要受降雨作用影響．

2.2.2 白家包滑坡第二階段變形特征

由圖5可知，每年汛期時段白家包滑坡累積位移明顯連續階躍型變形，受降雨量增加和庫水位下降作用影響．

圖5 白家包滑坡第二階段累積位移圖

白家包滑坡監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第二階段第一年汛期2009年5月～8月變形總的平均速率為50.77 mm/月．汛期2009年5月～6月平均降雨量都較大，庫水位下降速度也較快，因此可認為第二階段第一年汛期2009年5月～6月白家包滑坡累積位移受降雨和庫水共同作用影響．汛期2009年7月～8月平均降雨量都較大，但三峽庫區水位連續有較小的幅度上升，說明第二階段第一年汛期2009年7月～8月累積位移主要受降雨作用影響．

第二階段第二年汛期2010年6月～9月變形總的平均速率為19.90 mm/月．汛期2010年6月平均降雨量較小和庫水位降雨下降較快，說明第二階段第二年汛期2010年6月白家包滑坡受庫水和降雨作用的共同影響，但是主要受庫水作用影響．汛期2010年7、8、9月平均降雨量較大，但庫水位7、8、9月連續上升，說明第二階段第二年汛期2010年7、8、9月白家包滑坡主要受降雨作用影響．

第二階段第三年汛期2011年6月～8月變形總的平均速率為43.04 mm/月．汛期2011年6月平均降雨量較大且庫水位下降快，因此認為第二階段第三年汛期2011年6月白家包滑坡受庫水和降雨作用的共同影響．汛期2011年7月平均降雨量較小但庫水位下降較快，說明第二階段第三年汛期2011年7月白家包滑坡受庫水和降雨作用的共同影響，但主要受庫水位影響．

汛期2011年8月平均降雨量較大，但庫水位8月上升，說明第二階段第三年汛期2011年8月白家包滑坡主要受降雨作用影響．

2.2.3 白家包滑坡第三階段變形特征

由圖6可知，每年汛期時段白家包滑坡累積位移明顯連續階躍型變形，受降雨量增加和庫水位下降作用影響．

圖6 白家包滑坡第一階段累積位移圖

白家包滑坡監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326第三階段第一年汛期2012年5月～6月變形總的平均速率為61.25 mm/月．汛期2012年5月～6月平均降雨量小，庫水位下降速度快，因此說明第二階段第一年汛期2012年5月～6月白家包滑坡累積位移受庫水作用影響．汛期2012年7月平均降雨量大，庫水位上升．說明第二階段第一年汛期2012年7月白家包滑坡累積位移受降雨影響．

第三階段第二年汛期2013年5月～7月變形總的平均速率為35.10 mm/月．汛期2013年5月～6月平均降雨量大和庫水位降雨下降快，因此說明第三階段第二年汛期2013年5月～6月白家包滑坡受庫水和降雨作用的共同影響．汛期2013年7月平均降雨量較大，但庫水位7月上升，說明第三階段第二年汛期2013年7月白家包滑坡主要受降雨作用影響．

第三階段第三年汛期2014年5月～7月變形總的平均速率為16.88 mm/月．汛期2014年5～6月平均降雨量較小和庫水位降雨下降快，因此認為第三階段第三年汛期2014年5～6月白家包滑坡受庫水和降雨作用的共同影響，但是主要受庫水作用影響．汛期2014年7月平均降雨量較大，但庫水位7月上升，因此認為第三階段第三年汛期2014年7月白家包滑坡主要受降雨影響．

根據降雨和庫水對滑坡累積位移的影響因素把每個監測點每月的累積位移分為A、B、C三種類型．A類為滑坡的累積位移影響因素為降雨和庫水的共同作用；B類為滑坡的累積位移的影響因素主要為降雨作用；C類為滑坡累積位移影響因素為庫水作用(見表2)．

表2 白家包滑坡每個階段每年汛期監測點類型分類表

3 白家包滑坡變形影響因素定量分析

3.1 計算模型建立

滑坡在非汛期時累計位移變化小，汛期時位移變化大，故本文首先針對所有數據進行定量分析計算，然后計算出汛期，主要是研究汛期的位移變化和主要影響因素．利用相對庫水位、降雨量和累積位移相關系數分別建立了降雨和庫水位對滑坡位移影響系數模型如下：

式中，μt為每月庫水位升降和降雨共同作用對滑坡位移的綜合影響系數；q為每月庫水位升降作用對滑坡位移的最終影響系數；α為每月庫水位升降作用對滑坡位移的初步影響系數，計算公式如式(4)；p為每月降雨作用對滑坡位移的最終影響系數；β為每月降雨作用對滑坡位移的初步影響系數，計算公式如式(5)．

式中，wt為每月庫水位升降幅度絕對值，其計算公式如式(6)，vt為每月位移變化幅度絕對值，其計算公式如式(7)，xt為本月降雨量，yt為本月平均庫水位，yt-1為上月平均庫水位，zt為本月累積位移值，zt-1為上月累積位移值．

3.2 汛期每月影響系數結果分析

白家包滑坡累積位移監測資料、降雨、庫水位數據代入上述公式，計算出白家包滑坡監測點ZG323、ZG324、ZG325、ZG326每月降雨和庫水位作用對位移影響系數．由上文變形特征分析可知，4個監測點ZG323、ZG324、ZG325和ZG326累計位移變形具有同步性，考慮篇幅問題，故下文只選取不同高程監測點ZG323、ZG324的定量計算結果作為代表進行分析(見表3，表4)．

表3 監測點ZG323每階段汛期庫水和降雨對累積位移作用影響系數

續表3 監測點ZG323每階段汛期庫水和降雨對累積位移作用影響系數

根據白家包滑坡監測點ZG323累積位移受降雨和庫水作用影響的定量計算結果(表3)分析可知，白家包滑坡汛期監測點ZG323累積位移受降雨和庫水作用影響類型為A類的有2011.6、2013.5、2013.6這3個月份，其庫水作用的貢獻率分別為63.54%、62.09%、71.64%；降雨作用的貢獻率分別為36.46%、37.91%、28.36%．

表4 監測點ZG324每階段汛期庫水和降雨對累積位移作用影響系數

續表4 監測點ZG324每階段汛期庫水和降雨對累積位移作用影響系數

根據白家包滑坡監測點ZG324累積位移受降雨和庫水作用影響的定量計算結果(表4)分析可知，白家包滑坡汛期監測點ZG324累積位移受降雨和庫水作用影響(A類)的有2011.6、2013.5、2013.6這3個月份，其庫水作用的貢獻率分別為64.03%、62.59%、72.07%；降雨作用的貢獻率分別為35.97%、37.41%、27.93%．

由表3、表4可看出白家包滑坡ZG323、ZG324兩個監測點在汛期29個月中的26個B類和C類點降雨和庫水貢獻率的大小，據此可判定出這26個點的類型；再對比定量分析和定性分析白家包ZG323、ZG324兩個監測點26個判定類型的結果，可知定量分析白家包ZG323、ZG324兩個監測點26個判定類型中均有4個產生誤判，且均發生在2007.5、2007.6、2010.8和2010.9這4個月，主要受降雨作用影響誤判為主要受庫水作用影響．因此，可以計算出白家包ZG323、ZG324兩個監測點定量分析主要影響因素的準確率為84.62%．

4 結 論

1)白家包滑坡變形演化定性分為3個階段：第一階段2007.01～2009.05(對應155 m水位)，第二階段2009.05～2012.05(對應175 m水位)，第三階段2012.05～2014.12(庫水突變影響階段)．

2)白家包滑坡ZG323、ZG324、ZG325、ZG326四個監測點位移變形具有同步性，主要影響因素定性分為降雨和庫水位共同作用、主要受降雨作用及主要受庫水位作用3種類型．

3)建立了滑坡累計位移影響系數計算模型，通過模型定量選取ZG323、ZG324兩個監測點數據計算出白家包滑坡期每月累計位移A、B、C類受降雨和庫水作用具體值，對比定性分析結果，定量分析模型計算準確率達84.62%，模型具有一定適用性和準確性．

綜上所述，研究成果和方法可為完善滑坡的工程防治提供一定參考．但是，滑坡位移變形影響因素較多，本文主要考慮降雨和庫水位，計算存在不準確性，還需要進一步深入研究．

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QualitativeandQuantitativeAnalysisofDeformationInfluencingFactorsofBaijiabaoLandslide

Zhu Wei Wang Kongwei Wei Dong Jin Baoping

(Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area of Ministry of Education, China Three Gorges Univ., Yichang 443002，China)

To determine the main influencing factors of reservoir bank landslide deformation can provide more effective guidance for the prevention and control of landslide. So in this paper, the Baijiabao landslide in the Three Gorges reservoir area is taken as the object of study. First,the monitoring data of Baijiabao landslide and the reservoir water and rainfall data of the Three Gorges reservoir area are collected. Then, the accumulative displacement and deformation characteristics of Baijiabao landslide are analyzed qualitatively. The main influencing factors of cumulative displacement are divided into three categories： A, collective effect of rainfall and reservoir water; B, mainly for the effect of rainfall; C, mainly for the action of reservoir water. Finally, the influence coefficient model of rainfall and reservoir water level on landslide displacement is established by using the relative reservoir water level, rainfall and cumulative displacement correlation coefficient. The main influencing factors of landslide deformation are calculated quantitatively and compared with qualitative analysis results. The results show that the quantitative analysis of the main influencing factors of Baijiabao landslide is consistent with the result of qualitative analysis; the accuracy rate is 84.62%, so sa to show that the model is certainly applicable; and the methods can also provide a reference for relevant researches.

Baijiabao landslide; influencing factors; qualitative analysis; quantitative analysis

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2017.05.002

2017-08-07

國家自然科學基金重點項目(No.51439003)

王孔偉(1966-)，男，副教授，博士，主要從事工程地質及地質災害形成機理研究．E-mail：wangkongwei@126.com

P642.2

A

1672-948X(2017)05-0006-06

[責任編輯周文凱]