库水下降作用下滑坡动态变形机理分析--以三峡库区白水河滑坡为例
卢书强;易庆林;易武;张国栋;何祥
【摘 要】Many landslides in the Three Gorges Rervoir area have large deformation during the drawdown of rervoir water level every year.In order to study the dynamic deformation mechanism,stability and development trend of landslide during drawdown of rervoir water level,this paper takes Baishuihe landslide as an example.Bad on the field geological survey,detailed geological exploration,and full u of monitoring data of more than ten years,the deformation characteristics,mechanism,influence factors and stability of landslide are analyzed in detail,and the deformation trend of landslide is predicted.Analysis results show that,during the drawdown of rervoir water level, underground water can not be discharged in time due to the landslide soil permeability is poor.Becau decline speed of groundwater is much slower than that of rervoir water,increasing the epage force in the landslide body apparently, and then further reduces the slope stability.The landslide deformation rate increas with the increasing of decline speed of rervoir water level,and
the landslide deformation shows dynamic characteristic of step type.%在每年的库水位下降期间，三峡库区的许多滑坡都出现了较大变形。为了深入研究库水下降作用下滑坡的动态变形机理，评价和预测此类滑坡的稳定性及发展趋势，本文以白水河滑坡为例，在现场地质调查和详细地质勘查的基础上，充分利用十多年监测数据，分析其变形特征、失稳机理、影响因素及稳定性，预测了其变形发展趋势。研究结果表明在水库水位下降的过程中，由于滑坡岩土体渗透性能较差，地下水来不及及时排出，滞后于水库水位的下降，滑坡受到了坡体内地下水向外的渗透动水压力作用，从而使得滑坡稳定性降低。另外库水位下降速度越快，滑坡的位移速率也越大，表现出“阶跃型”动态变形特征。
【期刊名称】《工程地质学报》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】7页(P869-875)
【关键词】动态变形;机理分析;三峡库区;白水河滑坡;稳定性预测
【作 者】卢书强;易庆林;易武;张国栋;何祥
【作者单位】三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心 宜昌 443002; 湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站 宜昌 443002; 湖北省地质灾害防治工程技术研究中心 宜昌 443002;三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心 宜昌 443002; 湖北省地质灾害防治工程技术研究中心 宜昌 443002;三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心 宜昌 443002; 湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站 宜昌 443002;三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心 宜昌 443002; 湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站 宜昌 443002; 湖北省地质灾害防治工程技术研究中心 宜昌 443002;湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站 宜昌 443002; 湖北省地质灾害防治工程技术研究中心 宜昌 443002
【正文语种】中 文
【中图分类】P642
0 引言
库水位的上升和下降常常诱发边坡失稳破坏而发生滑坡地质灾害。如世界著名的意大利瓦依昂滑坡［1］，我国湖南省柘溪水库的塘岩光滑坡［2］，以及三峡库区的千将坪滑坡［
3］等，都是在水库蓄水期间发生的灾难性滑坡。三峡库区自2003年蓄水以来，由于水库水位周期性的变化引起库岸边坡地下水渗流场改变，使得大量老滑坡复活并诱发新的滑坡。许多学者都对三峡库区的滑坡进行了深入分析研究，并取得了卓越成果［4～12］。易武等在滑坡监测的基础上，根据库水位升降变化和滑坡体渗透特征及稳定性，将三峡库区滑坡动态变形模式划分为蓄水滞后型、退水滞后型、蓄水同步型和退水同步型4种类型［5］。根据对三峡库区秭归县十多年的滑坡监测预警资料分析，库水位变化对滑坡稳定性影响较大的主要是蓄水同步型滑坡，如千将坪滑坡、木鱼包滑坡、谭家河滑坡等，以及退水滞后型滑坡，如树坪滑坡、白水河滑坡、八字门滑坡、白家包滑坡、卧沙溪滑坡等。并且由库水位下降所诱发滑坡变形的数量要远多于库水位上升所诱发的变形滑坡。因此，有必要对库水下降作用下滑坡动态变形的特征和机理进行深入分析研究。
三峡库区白水河滑坡是典型的库水下降型滑坡，一直持续发生变形。本文在对库水下降作用下滑坡动态变形机理和特征分析的基础上，以白水河滑坡为例，根据其详细勘查资料和十多年的监测成果，分析其变形特征、失稳机理和影响因素。以此深入研究库水下降型滑坡的稳定性并预测其变形发展趋势。
1 库水下降型滑坡变形机理及特征
在水库水位下降过程中，滑坡体内的地下水位随之下降。但若滑坡岩土体的渗透性能较差，地下水不能及时排出，导致地下水水位滞后于库水位下降［6］。此时，地下水位浸润线表现为临近坡体外侧呈陡降下弯，坡体内侧呈缓坡状，越向内则越接近下降前的水位浸润线 (图1)。并且库水位下降速度越快、滑坡岩土体渗透系数越小，地下水位下降就越慢，临近坡体外侧的地下水位浸润线就越陡，库水位与地下水的落差就越大。
图1 水库下降型滑坡地下水渗流模式示意图Fig.1 Diagram of groundwater flow pattern
由于库水位快速下降，且滑坡岩土体的渗透性能较差，使得滑坡体内地下水滞后于水库水位的下降，滑坡地下水与库水位形成正落差［6］，滑体内地下水向外渗出，产生的渗透压力方向指向滑体外侧。特别是在库水位骤降过程中，除了渗透压力方向指向滑体外侧外，还产生了较高的动水压力作用于土体颗粒上，不利于滑坡的稳定。当水位下降稳定一段时间后，滑坡体内渗流场保持相对稳定，因库水位变化产生的渗透压力逐渐减弱直至消失，此时滑坡稳定性相对增加。并且滑坡体地下水下降部分疏干，滑坡岩土体为非饱和，疏干部分滑带土的抗剪强度增大，有利于滑坡体的稳定。总之，对于库水下降型滑坡，在库水位下降导致地下水位下降的过程中，滑坡体稳定性降低，滑坡变形破坏模式一般表现为“牵引式”滑动。
2 白水河滑坡工程地质特征
白水河滑坡位于三峡大坝上游约56km处的长江南岸，属秭归县沙镇溪镇白水河村。滑坡体地形呈阶梯状，南高北低，坡顶高程450～500m，高程180～500m段地形坡度24°～36°，130～180m 高程地形较平缓，坡度5°～12°，80～130m高程坡度27°～31°。总体上，滑坡前缘及后缘地形坡度较陡，中部较平缓。出露地层为侏罗系下统香溪组(J1x)的黄绿、灰黄色粉砂岩、砂质页岩、石英砂岩，夹炭质页岩和煤层，产状为15°～20°∠30°～35°，属顺向结构岸坡。
滑体总体形态呈不规则圈椅状。滑坡体西侧以山羊沟为界，东侧以黄土包凹槽为界，后缘高程约297m，前缘高程约120～130m，直抵长江。滑体纵长约500m，宽约430m，面积约21.5×104m2，平均厚度约30m，总体积约 645 ×104 m3，主滑方向 20°，属深层大型土质滑坡 (图2)。
图2 白水河滑坡平面图Fig.2 Geomorphic map of Baishuihe landslide1.第四系残坡积物;2.第四系崩坡堆积物;3.第四系滑坡堆积物;4.侏罗系下统香溪组粉砂岩;5.滑坡边界;6.裂缝;7.钻孔;8.深部测斜钻孔;9.GPS监测点;10.地层分界线;11.覆盖层与基岩的分界线;12.地层产状
根据现场地质调查及详细勘查资料［13］，白水河滑体物质成分主要是崩坡积的碎石、块石、角砾和粉质黏土，其结构密实。块碎石含量变化较大，成分以粉砂岩为主，以及石英砂岩、泥岩等，呈棱角状，粒径变化较大，一般0.1～0.6m，滑体表面可见粒径在0.5～1m的大块石，最大可达6m。滑体局部含有黏土层，其中碎石、角砾含量极少。滑带主要为含碎石、角砾的粉质黏土，呈灰黑、灰黄、褐黄或绿灰色，可塑-软塑状，碎石、角砾成分为砂岩或泥岩，呈次圆状-次棱角状。滑带土颗粒分析试验曲线(图3)。滑带厚度在0.20～1.30m之间，平均厚度约0.7m。滑坡体典型工程地质剖面(图4)。
图3 滑带土颗粒大小分布曲线Fig.3 Grain-size distribution of the slide zone soil
3 滑坡变形特征分析
3.1 地表变形特征
白水河滑坡为一顺层老滑坡，曾多次发生变形破坏。特别是在2003年以后每年的5～6月份，滑坡都会出现较大位移［14］。
2003年6月份，滑体东部前缘出现长约300多米的横向拉张裂缝，方向约330°，致使附近村
民房屋被拉裂破坏。2004年7月下旬，滑体出现较大变形，区内村民房屋受到破坏，21户85名村民被迫搬迁。2005年9～11月，滑坡中上部沿江公路扩宽施工，形成3～8m高的陡立公路边坡，因未及时支护，使得滑坡上部坡体发生变形滑移。2006年4月，滑坡变形明显，多处出现下沉拉裂缝，局部出现小规模坍滑。2007年6月30日凌晨，受强降雨的影响，滑坡后缘沿江公路上方发生坍滑，约10×104m3滑体下滑，堵塞公路 (图5)。滑坡变形强烈，发育多条裂缝，滑体东侧和后缘边界已基本贯通，西侧边界裂缝呈羽状断续展布。目前，整个滑坡的周界裂缝已经基本贯通。
3.2 滑坡监测数据分析
白水河滑坡专业监测方法主要有地表位移GPS监测和深部位移钻孔倾斜监测［6］。
3.2.1 地表位移GPS监测
白水河滑坡体上建有GPS监测点6个 (图2)，各监测点累积位移曲线(图6)。图中表明，自2003年6月实施专业监测以来，白水河滑坡出现了明显的变形且呈不断增长的趋势，其特征为“阶跃型”［6］。监测曲线分别在每年的5～7月份向上抬升，8月到第二年的4月趋于平
稳，滑坡位移呈现阶跃式增大，并且在每年的5～6月期间变化最大。尤其在2007年4月18日之后，滑坡变形速率急剧增大，从0.15mm·d-1剧增至 20.6mm·d-1(XD-03监测点)。图7为滑坡变形速率曲线，表现出滑坡变形速率波动型变化特征。并且显示出2007年之后，白水河滑坡变形速率逐年减小。
图4 白水河滑坡工程地质剖面图Fig.4 Location map of Baishuihe landslidea.2-2'剖面;b.4-4'剖面;c.8-8'剖面系残坡积物，2.第四系崩坡堆积物，3.第四系滑坡堆积物，4.侏罗系下统香溪组粉砂岩、砂岩，5.粉质黏土夹碎块石，.粉砂岩、砂岩，7.滑带，8.钻孔及编号，9.深部测斜孔测斜曲线，10.GPS监测点及编号，11.地层分界线
图5 滑坡后缘局部坍滑Fig.5 The collap in trailing edge of landslide
3.2.2 深部位移钻孔倾斜监测
白水河滑坡上建有1个深部位移倾斜监测孔QZK1［6］(图2)，其监测曲线如图 8。经分析，该监测孔在2003年6月19日至8月6日之间，于孔深20.5～21.5m段，向北方方向累积变形位移达60mm，变形速率达1.28mm·d-1，说明白水河滑坡持续沿滑带进行蠕动变形。
曲线突变的位置即是滑带的埋深，这与勘探钻孔揭露的滑带深度一致(图4)。之后，由于滑坡变形较大，致使滑带处测斜管被毁坏而失测。
