甘肅舟曲江頂崖滑坡成因及穩(wěn)定性分析

穆 鵬

（1.武警工程學(xué)院，710086，西安；2.長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室，710054，西安）

甘肅舟曲江頂崖滑坡成因及穩(wěn)定性分析

穆 鵬1，2

（1.武警工程學(xué)院，710086，西安；2.長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室，710054，西安）

通過區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、滑坡微地貌和變形破壞特征測量等手段，對甘肅舟曲江頂崖滑坡的特征和成因進行了系統(tǒng)研究。研究表明，該滑坡具有顯著的分級分塊滑動特性，降雨、滑坡區(qū)高陡的地形、河流沖刷及不良的巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)是形成該滑坡的主要因素。對此采用多種極限平衡計算方法，并結(jié)合滑坡所處的地質(zhì)環(huán)境評價該滑坡在天然、暴雨、地震以及暴雨和地震耦合作用下的穩(wěn)定性，為該滑坡的下一步治理提供理論指導(dǎo)。

滑坡；穩(wěn)定性；成因；降雨

一、工程概況

甘肅省舟曲縣南峪水電站地處白龍江干流，壩址位于舟曲縣南峪村下游約270 m處，該水電站為低水頭徑流引水式電站，水庫正常蓄水位 1282.90 m，總庫容 66.6萬m3。水電站廠區(qū)對岸發(fā)育的江頂崖滑坡地理位置為東經(jīng) 104°25.4′，北緯33°43′。該滑坡歷史上發(fā)生過多次滑動，最大一次滑動發(fā)生于1991年，目前暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)，但通過現(xiàn)場勘查分析認為該滑坡勢能沒有完全釋放，隨著白龍江的沖刷、暴雨及地震等外部不利因素的影響和引發(fā)作用，還有可能發(fā)生整體復(fù)活滑動，滑坡體及形成的堰塞湖將對南峪水電站、通往舟曲縣城的救災(zāi)生命線省道313的交通安全和下游人民群眾生命財產(chǎn)安全造成極大威脅。因此，根據(jù)滑坡區(qū)的地質(zhì)環(huán)境以及該滑坡的特征，分析其形成原因，通過定性分析和定量計算相結(jié)合評價該滑坡在天然、降雨、地震以及降水和地震耦合作用下的穩(wěn)定狀態(tài)極為重要。

二、滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境

1.氣象與地質(zhì)

該區(qū)地處青藏高原東緣，西秦嶺西翼與岷山山脈交匯地區(qū)，屬構(gòu)造、侵蝕高中山地，氣候有明顯的垂直變化。根據(jù)舟曲縣地面氣象站資料，多年平均降水量為434.0 mm，其中6—9月占年降水量的76.7%，實測最大日降水量 63.3 mm （1994年 8月 8日），1 h最大降水量47.0 mm。

舟曲江頂崖滑坡地處白龍江高山峽谷之中，山高坡陡，白龍江河谷底寬100～700 m，局部地段不足100 m。滑坡區(qū)的相對高差240 m，坡體前緣受白龍江直接沖刷，形成高 50 m、坡度 50°的高陡臨空坡面，為滑坡形成創(chuàng)造了有利地形條件。

2.地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)出露的地層主要有志留系中上統(tǒng)白龍江群（S2-3b1）含炭質(zhì)千枚巖、板巖，泥盆系中統(tǒng)古道嶺組（）炭質(zhì)板巖、千枚巖、砂巖及灰?guī)r，還有石炭系下統(tǒng)（C1）灰?guī)r。灰?guī)r組成后部高陡的山體，在斜坡下部發(fā)育有第四系的松散堆積層，主要是崩塌體和坡殘積物，以粗顆粒碎石土為主，夾傾向斜坡外的灰黑色細粒透鏡體，總厚度大于50 m。

新構(gòu)造運動在該區(qū)表現(xiàn)十分活躍。主要表現(xiàn)為山地強烈隆起和河流急劇侵蝕下切，形成高山深谷，白龍江沿岸分布的二級階地和三級階地分別高出現(xiàn)在的河床約50 m和200 m。新構(gòu)造運動的另一表現(xiàn)是第四系地層中發(fā)育有新生小型斷層、裂隙，許多較早形成的斷裂也再次活動，并切割第四系。區(qū)域上，該區(qū)處于西秦嶺斷塊強烈隆起區(qū)，上升速度為 1～4 mm/a，大峪坪—朱家山斷層與坪定—化馬斷層左旋走滑速度為1.35 mm/a，據(jù)熱釋光測定，其最新活動年限距今約2.2±0.03萬年。

3.地震活動

研究區(qū)位于青藏高原北部地震區(qū)之南北地震帶，舟曲—武都地震亞帶。據(jù)歷史記載統(tǒng)計，天水地震帶Ms≥4.7級地震達46次，1900年以前35次，1900年以后12次，現(xiàn)處于相對低潮階段。可見研究區(qū)處于強震分布帶上。根據(jù)《中國地震烈度區(qū)劃圖》，研究區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反映譜特征周期為0.45 s。

三、滑坡特征

江頂崖滑坡總體呈不規(guī)則簸箕狀（圖1），主體滑動部分呈長條形，滑坡長700 m，平均寬250 m，下部寬達440 m，滑體平均厚度約30 m，相對高差 240 m，主滑方向 240°，滑坡總體積約530萬m3。

滑坡體主要為破碎的淺黃色灰?guī)r、炭質(zhì)板巖、千枚巖和少量黃土組成的混雜堆積物，亦見少量砂巖、角礫巖、灰綠色片巖和頁巖碎塊。滑坡體下部可以發(fā)現(xiàn)大塊灰?guī)r，最大達 100 cm×50 cm×50 cm，主要為上部灰?guī)r發(fā)生的早期崩塌體。受白龍江的強烈侵蝕作用，崩塌堆積體曾發(fā)生過多次滑動，使坡體結(jié)構(gòu)非常混雜。滑體表層局部存在黃土層，從滑坡前緣到后緣，破碎堆積物中黃土含量越來越少。坡體發(fā)育兩處平臺，堆積了大量灰?guī)r塊石。

根據(jù)滑體內(nèi)各部分的滑動特征，將其分為 5個塊體（圖 1）。I為主滑塊體，1991年滑動時首先形成高30 m的次級滑壁，坡度約 30°，根據(jù)滑體形態(tài)及東側(cè)滑壁擦痕發(fā)育的特點分析，I塊體滑動時西部快于東部。Ⅱ塊體是在I塊體的牽引作用下陸續(xù)發(fā)生的，因此，該滑坡屬牽引式堆積層滑坡。Ⅲ、Ⅳ塊體是1990年快速滑動部分，Ⅴ塊體已形成滑體，但未徹底滑落。此外，滑坡周圍有大量的張性裂縫發(fā)育，特別是后部，裂縫發(fā)育范圍可達26 m。

圖1 滑坡平面分區(qū)示意圖

滑坡后壁整體呈圈椅狀，坡度30°，壁高30 m。滑坡側(cè)壁在Ⅰ塊體內(nèi)較為明顯，呈弧形，高 5～8 m，側(cè)壁有明顯的擦痕；其余滑塊因多級滑動不斷掩埋等影響，側(cè)壁不明顯。滑塊Ⅰ內(nèi)發(fā)育兩處平臺，有大量灰?guī)r塊石堆積，因堆積體松散，雨水容易下滲，在平臺處未見積水，也未發(fā)現(xiàn)較大的沖溝。滑坡前緣呈扇形，高 40～60 m，坡度 55°，坡腳長年受雨水沖刷淘蝕，加速了滑坡的失穩(wěn)。

滑體內(nèi)裂縫主要發(fā)育于塊體Ⅰ的后緣和塊體Ⅳ的前、后緣。塊體Ⅰ后緣裂縫數(shù)量多，規(guī)模大，一般長5～10 m，寬 30～50 cm，可見深度 30～60 cm，走向 130°，呈半圓弧形，大量裂縫將坡體結(jié)構(gòu)切割得非常破碎；塊體Ⅳ后緣裂縫規(guī)模相對較小，數(shù)量少，前緣裂縫由于雨水沖刷和滑坡活動，大部分已被填充。

四、滑坡成因分析

1.內(nèi)因

①地形地貌條件。研究表明，合適的地形坡度和坡高能為滑坡的發(fā)育和形成提供必需的勢能和物質(zhì)積累。江頂崖滑坡前緣受白龍江急劇下切，形成了高山陡坡，地形高差達600 m，坡度 30°，最陡處大于60°。前緣受白龍江直接沖刷，形成50°的高陡臨空坡面，這一臨空面方向與滑坡前部呈波狀的千枚巖產(chǎn)出方向一致，增大了坡體的不穩(wěn)定性，是滑坡發(fā)育的有利地形條件。

②組成斜坡的巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)較差。滑坡上部基巖為泥盆系中統(tǒng)古道嶺組（）炭質(zhì)板巖、千枚巖、灰?guī)r、石炭下統(tǒng)（C1）灰?guī)r，巖體軟硬相間，節(jié)理、裂隙發(fā)育。中下部為重力堆積物和老滑坡堆積物，以碎石土為主，結(jié)構(gòu)混雜，土體松散，有利于雨水滲漏，局部加細粒土透鏡體，強度低且具較強的隔水性，易在堆積體內(nèi)形成飽和軟化帶。

③地質(zhì)構(gòu)造。滑坡區(qū)新構(gòu)造運動強烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，坪定—化馬斷裂帶從滑坡北部經(jīng)過，它們分割地層，控制影響山體走向，使山體表現(xiàn)為斷塊發(fā)育，破壞強烈，形成典型的構(gòu)造破壞帶。受斷裂活動的影響，滑坡頂部高陡山體崩塌發(fā)育，大量崩塌體堆積于相對平緩的滑體上，增加了下滑力。

2.外因

①降雨是該滑坡滑動的主要誘發(fā)因素。暴雨除對滑坡表面土體造成沖刷外，雨水滲入裂隙及潛在滑面，將導(dǎo)致滑面軟化，力學(xué)性質(zhì)降低，并可能由于相對隔水層而導(dǎo)致水體滯留形成高動水壓力，從而導(dǎo)致滑坡體變形加劇。滑坡區(qū)降雨主要集中在7—9月，且降雨多以連陰雨和暴雨出現(xiàn)，降雨大量滲入坡體，軟化土體，降低抗滑力，也使土體重度增加，下滑力加大，引發(fā)新滑坡形成，老滑坡復(fù)活；雨季和暴雨期間，白龍江流量較大，對滑坡前緣坡腳部位具有強烈的沖刷、侵蝕能力，降低滑坡的穩(wěn)定性。

②河流沖刷及人類工程活動。白龍江江頂崖滑坡段河谷谷底寬100～200 m， 最窄處不足 100 m，河流沖刷下切嚴重，并不斷淘蝕滑坡坡腳，降低坡體的穩(wěn)定性。省道313線從該滑坡坡腳通過，人類工程活動如公路邊坡開挖、土石移動等改變了滑坡原有賦存環(huán)境，影響了滑坡穩(wěn)定性。滑坡發(fā)生后，掩埋了原有的公路，為了維持公路的暢通，對坍塌體進行清理，進一步加劇了滑坡的失穩(wěn)。

五、滑坡穩(wěn)定性分析

1.定性分析

舟曲江頂崖滑坡歷史上曾發(fā)生過多次滑動并堵江，特別是1991年發(fā)生的大規(guī)模滑動，滑體沖過白龍江抵達南岸，堵斷了白龍江及省道313線，滑坡壩高20 m，回水3 km，形成蓄水量達400萬m3的滑坡堰塞湖。通過現(xiàn)場調(diào)查分析研究，認為該滑坡勢能沒有完全釋放，隨著白龍江的沖刷以及暴雨、地震等外部不利因素的影響和引發(fā)作用，還可能發(fā)生整體復(fù)活滑動。

表1 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)表

圖2 極限平衡法計算模型（1-1）

2.定量計算

滑坡滑帶土力學(xué)參數(shù)是滑坡穩(wěn)定性極限平衡計算的重要參數(shù)，能否正確選取十分關(guān)鍵。該滑坡定量計算的有關(guān)力學(xué)參數(shù)是在試驗資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)該滑坡的巖土體組成，并參考了當(dāng)?shù)貛r土抗剪強度經(jīng)驗值，再以該滑坡目前活動狀態(tài)的實際情況運用參數(shù)反分析法綜合確定的。極限平衡計算模型見圖2，計算參數(shù)見表 1。

在天然條件、降雨條件（強度按日降雨量50 mm計算）、地震條件（抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，設(shè)計基本地震加速度為0.20 g）、降雨和地震耦合作用這4種工況下，利用簡化Bishop法（B）、Morgenstern-price 法（M）、簡化Janbu 法（J）和不平衡推力法（U）進行定量計算，計算結(jié)果表明，天然狀態(tài)下該滑坡處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)，但穩(wěn)定系數(shù)很低；在暴雨條件、地震條件、降雨和地震耦合作用下滑坡將整體復(fù)活滑動。■

[1]吳瑋江，王念秦.甘肅滑坡災(zāi)害[M].蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2006.

[2]楊海平，王金生.長江三峽工程庫區(qū)千將坪滑坡地質(zhì)特征及成因分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2009，17(2)：233-239.

[3]唐永儀.新構(gòu)造運動在隴南滑坡泥石流形成中的作用[J].蘭州大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版)，1992，23(4)：153-156.

[4]肖學(xué)沛，李天斌，張志龍.三峽水庫區(qū)嚴家坡滑坡成因分析及穩(wěn)定性評價 [J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2005，16(1)：39-43.

[5]鄭明新.論滑帶土強度特征及強度參數(shù)的反算法[J].巖土 力學(xué)，2003，24(4)：528-532.

責(zé)任編輯 田靈燕

Analysis on causes and stability of landslide at Jiangdingya in Zhouqu County of Gansu Province

Mu Peng

Through the methods of regional geological survey,landslide micro physiognomy and deformation damage characteristics measuring,the landslide characteristics and contributing factors at Jiangdingya in Zhouqu County of Gansu Province is systematically studied.Research shows that the landslide has remarkable grading block sliding characteristics,and the main factors of the landslide are the rainfall,the high and steep topography in the landslide zone,scouring river and bad engineering geological properties of rock-soil body.For this,many kinds of limit equilibrium calculation methods are used in connection with the geological and environment assessment of the landslide and stability of landslide under the action of the nature,the heavy rains and earthquakes as well as the coupled action of the earthquake and heavy rainstorm,and thus the theoretical guidance for next landslide control is provided.

landslide；stability；cause of formation；rainfall

武警工程學(xué)院基礎(chǔ)研究基金資助項目 （WJY201038）；長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室開放基金項目（CHD2010JC146）；交通運輸部行業(yè)聯(lián)合科技攻關(guān)項目（2008353361420）。

TV223

B

1000-1123（2011）04-0050-03

2010-10-15

穆鵬(1979—)，男，博士研究生，講師，主要從事巖土工程研究。