三峽庫區典型順斜向巖質滑坡變形破壞特征及失穩機制分析

蔣先念，張晨陽

（1.重慶市地勘局208 水文地質工程地質隊，重慶 400700；2.中國地質大學（武漢）工程學院，湖北 武漢 430074）

0 引言

重慶市位于我國內陸西南地區，長江三峽庫區腹地，為低山丘陵區，地質災害頻發。全市分布各類地質災害隱患16 076 處，多為土質滑坡，巖質滑坡分布較少。且多以順層巖質滑坡為主，而與順斜向巖質滑坡的相關研究實例更少。

對于巖質層狀邊坡，當巖層傾向與斜坡傾向夾角小于20°時，坡體表現為順層下滑，其變形破壞往往簡單地受層面控制，大量的研究對該類滑坡的變形破壞特征[1-4]、失穩機制[5-11]、防治措施[12-14]進行了深入研究。當巖層傾向與斜坡傾向夾角超過20°時，情況將復雜得多，不宜用平面分析方法分析[15-16]。

在國內，張倬元等[17]在1981年便對順斜向巖質邊坡進行了深入研究，結果表明順斜向巖質滑坡的坡體往往表現為旋轉滑移——拉裂變形，滑移從臨空面附近發動，逐步向上擴展并使坡體解體。孫紅月等[18]進一步深入研究了順斜向坡的變形破壞方式，其主要受斜交角度大小的影響，產生旋轉變形破壞或者整體性下滑形成楔形體滑坡。程謙恭等[19]研究表明順斜向層狀巖質斜坡在特殊的邊界條件控制下，發生漸進性變形而形成的平面旋轉滑坡。

綜上所述可知，順斜向巖質滑坡的變形破壞特征和失穩機制往往較為特殊，且國內鮮有大型順斜向巖質滑坡的研究成果。重慶市巫山縣白楊灣滑坡[20]地處巫山縣城新區，直接危及前部金科城小區多棟30 層建筑的安全。鑒于此，本文以白楊灣滑坡為例，通過現場探勘、鉆探和多種監測手段，研究該滑坡變形破壞特征及失穩機制，并提出了相應的防治對策。研究成果對指導三峽庫區順斜向巖質滑坡防治具有重要意義[21-24]。

1 地質背景

1.1 滑坡概況

白楊灣滑坡位于巫山縣城北部，研究區屬亞熱帶季風氣候，年平均降雨量為1 049.3 mm，降雨主要分布在5——10月。研究區主要出露第四系全新統殘坡積層（Q4el+dl）、滑坡堆積層（Q4del）、三疊系巴東組第二段（T2b2）紫紅色泥巖和砂巖。構造部位處于大巴山弧、川東褶帶及川鄂湘黔隆起褶帶結合部，巫山向斜北西翼，巖層產狀約為155°～165°∠24°～40°。

白楊灣滑坡縱長350～400 m，橫寬180～230 m，厚度20.70～69.00 m，面積7.30×104m2，體積約320×104m3（圖1）。根據監測矢量位移方向，滑坡主滑方向95°?；掠覀冗吔绨l育一條正斷層，斷層延伸長約4 km，走向85°～90°，傾向北-北西向，傾角35°～50°，斷層帶寬8～12 m。研究區地勢西高東低，高程530～630 m，坡角平均約28°?；聟^后緣主要為耕地，地勢平坦；中部西坪村分布著大量住宅建筑和國道G348；滑坡坡腳為多級人工開挖邊坡，前緣延伸至金科城小區。研究區附近分布3 條沖溝，分別為滑坡北側邊界，西北側以及南側邊界，三條沖溝近年來均已回填。

圖1 白楊灣滑坡平面及監測點分布圖Fig.1 Plane and monitoring distribution map of Baiyangwan landslide

1.2 滑坡物質組成

滑體主要由第四系人工填土 (Q4ml)和第四系坡積層(Q4del)組成，厚度約20.7～59.0 m?；w材料在垂向上的異質性很強，上部為含礫粉質黏土，下部為風化的層狀泥巖和砂巖（圖2）。

圖2 白楊灣滑坡典型剖面圖Fig.2 Tipical profile of Baiyangwan landslide

白楊灣滑坡有兩級滑帶。第一級滑帶位于滑體泥巖破碎巖體內，滑帶土由粉質黏土組成，埋深18.25～26.20 m，可見明顯的鏡面和擦痕（圖3），滑帶厚度0.20～0.50 m，經XRD 測試可知，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為10∶6∶2∶1∶1，Si 占絕對優勢，其礦物組成主要是石英、伊利石、鐵、綠泥石、蒙脫石。第二級滑帶主要位于破碎巖體與T2b2基巖接觸面，埋深36.60～56.00 m，滑帶物質為紫紅色黏土，滑帶厚度約0.50 m，鉆探揭示滑帶擦痕、鏡面清晰可見（圖4）。

圖3 開挖區出露的第一級滑面Fig.3 First order slip zone exposed in excavated area

圖4 鉆孔揭示滑帶Fig.4 Drilling to reveal sliding zone

滑床主要為T2b2砂巖，產狀為150°∠22°。T2b2砂巖呈紫紅色，呈破碎狀，其內部存在多個泥質軟弱夾層。

1.3 水文地質條件

研究區地表水豐富，滑坡區分布三處池塘。據當地村民所述，滑坡右邊界沖溝內曾為一條溪流，由于人工填土掩埋，已經消失。研究區地下水可分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水?，F場調查可知，滑坡前緣開挖區出露7 處泉點，流量介于0.01～0.05 L/s 之間?；掠覀?、后部泥巖地層分別出露1 處泉點，流量0.01～0.02 L/s。鉆孔抽水試驗顯示，地下水流量57.70 m3/d。研究區地下水不受三峽庫水位的影響。

2 滑坡變形破壞特征

2.1 宏觀變形破壞特征

滑坡的變形始于2019年7月17日，現場調查揭示了宏觀變形跡象主要為以下三種：地面裂縫、建筑變形破壞、道路變形。

地面裂縫主要包括前緣鼓張裂縫，后部拉張裂縫和中部側緣的剪切裂縫。前緣鼓張裂縫主要分布在坡腳金科路地面上，隆起高度約5 cm（圖5中C06）。拉張裂縫主要分布在滑坡后部，局部寬度最大可達20～50 cm（圖5中 C04、C05）。剪切裂縫分布在滑坡中部左右兩側邊界處（圖5中C07、C08），長度可達20～100 m，裂縫寬度最大約20 cm。

圖5 滑坡宏觀變形破壞跡象Fig.5 Signs of macroscopic deformation and failure of landslide

滑坡體中部位置西坪村的建筑物變形十分嚴重，變形跡象包括墻體裂縫、立柱傾斜等（圖5中C03、C09）?；轮胁康膰繥348 路面在滑坡北側邊界處出現顯著地面拉裂，拉裂縫寬1～6 cm，裂縫沿滑坡邊界上、下貫通，局部路面沉降10～30 cm（圖5中C01、C02）。

2.2 滑坡變形時空特征

為研判滑坡變形規律，在地表布置了長期位移監測點。監測結果表明，滑坡前緣金科城及滑坡后部監測點位移量較小，邊界附近監測點變形不明顯（圖1）?；轮胁孔冃瘟看?，7月到12月的累積位移最大達200 mm（圖6），各監測點變形方向均為95°左右?？蓪⒒挛灰品较蚍纸鉃閹r層傾向和坡向的矢量，矢量大小可大致反映層面、坡向對滑移的貢獻大小。由圖7可知，滑坡滑移趨勢受層面和坡向的共同作用，巖層傾向與滑坡方向交角約60°，坡向與滑坡方向相交約20°。坡向矢量較大，說明坡向對滑移方向起主要控制作用；巖層傾向方向矢量較小，說明層面對滑移方向的控制作用較小。另一方面，矢量大小可反映巖層傾向方向遭受的攔阻約束作用的大小，巖層傾向方向矢量較小，說明傾向方向遭受邊界攔阻約束作用較大。

圖6 滑坡中部地表位移監測曲線Fig.6 Monitoring curve of surface displacement in the middle of landslide

圖7 滑坡方向與巖層傾向、坡向關系圖Fig.7 Relationship between landslide direction and rock stratum tendency and slope direction

地表位移監測曲線顯示（圖6），2019年7月以來，滑坡位移持續增大，2019年8月28日前，滑坡呈勻速變形狀態，日水平位移量2～5 mm/d。2019年8月18日，滑坡前部開始設置應急處置抗滑樁，9月23日，抗滑樁施工完畢，累計完成抗滑樁35 根，樁長35 m，樁間距5 m?？够瑯兜牟粩喑蓸?，使得2019年8月25日至2019年9月25日滑坡變形速率日漸減弱。2019年9月25日后，滑坡呈緩慢勻速變形狀態。變形速率發生變化的時段處于應急抗滑樁開始發揮作用的時段。應急抗滑樁發揮作用后，滑坡變形速率減緩，直至發生緩慢勻速變形，變形速率0～0.5 mm/d?？梢姂笨够瑯秾刂苹伦冃伟l揮了作用，但滑坡仍處于緩慢勻速變形狀態，滑坡尚未得到徹底根治。

2.3 深部位移監測

在滑坡的鉆孔中安裝了深部測斜裝置，圖8為滑坡中部SY01 和SY02 深部位移曲線，SY01 和SY02 的平面位置見圖1。

圖8 深部位移監測曲線Fig.8 Deep displacement monitoring curve

SY01 位移曲線表現為底部小，向上位移逐漸增大，第一個滑動面位于 25～26 m，第二個滑動面位于46～47 m 之間。SY02 深部位移監測曲線也揭露了兩處明顯的滑動面，第一個滑移面深度為25～26 m，第二個滑移面深度為55～57 m。深部位移監測結果與鉆孔巖芯揭示的兩層滑動面相符。

3 滑坡影響因素及失穩機制

3.1 滑坡影響因素

（1）內因

巖性：滑坡地層主要為三疊系中統巴東組第二段（T2b2）泥巖地層，泥巖地層巖體破碎，地下水較豐富，夾多層泥化軟弱夾層、角礫狀泥巖，具有易滑特性。

構造：從構造上來看，滑坡區巖層呈單斜構造，右側邊界發育正斷層，斷層面與巖層面相交切割形成楔形體，形成順斜向滑移的空間組合邊界。其中，斷層面控制滑坡右側邊界，巖層層面控制滑帶和左側邊界，滑坡后緣受構造裂隙控制，滑坡為受層面、斷層面主控的順斜向滑移破壞，具備順斜向楔形體滑移破壞條件。

（2）外因

降雨和地下水：研究區地下水賦存于碎裂狀泥巖、砂巖地層中，地下水較豐富，地下水流量約57.70 m3/d。水位監測曲線（圖9）顯示，地下水位穩定，受降雨影響不大。一方面，飽水狀態的泥化夾層或軟弱巖體抗剪強度較低。另一方面，地下水運移使斜坡巖土體遭受動水壓力、揚壓力作用，下滑力增大，抗滑力降低，不利于斜坡穩定。該滑坡所處地形坡角不大，地下水作用是導致滑坡變形的重要因素。

圖9 研究區降雨和地下水位曲線Fig.9 Curve of rainfall and groundwater level curve in the study area

人類工程活動：近年來，在研究區中部和后部的西坪村陸續修建了40 多棟3～6 層的房屋，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區的擴建，滑坡前緣開挖了體積約30×104m3的巖土體，形成多級階梯式邊坡（圖10），開挖顯著降低了滑坡的抗滑力，直接導致滑坡變形失穩。

圖10 開挖前后白楊灣滑坡航拍圖Fig.10 Aerial map of Baiyangwan landslide before and after excavation

3.2 滑坡失穩機制分析

巖層呈單斜構造，右側邊界發育正斷層，斷層面與巖層面相交切割形成楔形體，交線傾向坡外（圖11），傾角約13°，形成順斜向滑移的空間組合邊界。其中，斷層面控制滑坡右側邊界，巖層層面控制滑帶和左側邊界，滑坡受層面、斷層面控制，隨著滑坡坡腳大規模開挖，顯著降低了滑坡抗滑力，直接誘發滑坡沿斷層面與巖層面相交切割形成的楔形體順斜向滑移破壞。

圖11 極射赤平投影圖Fig.11 Stereographic projection of structural plan

4 防治理念和對策

4.1 防治理念

該滑坡危及滑坡后部居民136 戶588 人、前緣金科城6 棟高層建筑及后期建設場地等的安全。針對滑坡變形特點和危害性，防治方案既要確保居民和金科城已有建筑安全，又要滿足金科城后期建設和城市規劃發展需要。

4.2 防治對策

在前期已設應急處置抗滑樁的基礎上，采取“搬遷避讓+工程治理+專業監測”的綜合防治對策，以達到徹底根治滑坡的目的。一方面，對滑坡后部居民136 戶588 人進行搬遷避讓。另一方面，結合金科城后期建設和城市規劃發展需要，采取“削方減載+排水工程+錨桿格構”進行綜合治理，削方減載后既要不影響金科城后期建設，又要兼顧土地整治用于后期建設。削方體積約150×104m3，削方后設置排水系統，對削方形成的邊坡采用錨桿格構進行護坡。第三，對滑坡進行持續專業監測，監測周期視后期對滑坡變形趨勢會商確定。

5 結論

（1）白楊灣滑坡縱長350～400 m，橫寬180～230 m，體積約320×104m3，為一大型順斜向巖質滑坡?；掠?019年7月開始出現顯著變形，滑坡中部的位移速率達到2～5 mm/d。2019年9月中旬，滑坡前部設置應急抗滑樁后，滑坡變形開始減緩至0～0.5 mm/d。

（2）滑坡區巖層呈單斜構造，右側邊界發育正斷層，斷層面與巖層面相交切割形成楔形體。受巖層面、斷層控制，白楊灣滑坡具備順斜向楔形體滑移破壞的條件。研究區雨量充沛，滑體滲透性較好，地下水較豐富，地下水運移使斜坡巖土體遭受動水壓力、揚壓力作用，下滑力增大，抗滑力降低；滑坡中后部民房建設，增加了滑坡的下滑力；而滑坡坡腳大規模開挖，顯著降低了抗滑力，直接誘發滑坡失穩。

（3）結合白楊灣威脅對象和城市規劃建設，采取“搬遷避讓+工程治理+專業監測”的防治對策。一方面，對滑坡后部居民進行搬遷避讓。另一方面，采取“削方減載+排水工程+錨桿格構”進行綜合治理，綜合治理工程既要不影響金科城后期建設，又要兼顧土地整治用于后期工程建設。第三，對滑坡進行持續專業監測，監測周期視后期對滑坡變形趨勢會商確定。