丹巴縣莫洛村滑坡的地質成因與穩定評價

陳 菲，鄧建輝，高明忠，王俤剴，蒙玉林，黃潤太

（1. 西南交通大學 土木工程學院，成都 610031；2. 四川大學 水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室，成都 610065；

3. 中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，成都 610072）

1 引 言

莫洛村滑坡位于大渡河猴子巖水庫庫尾，是著名的丹巴古碉的集中分布區之一，其穩定性不論是對藏碉群保護，還是對水庫蓄水位的選擇均十分重要。

本文首先簡介了滑坡的區域地質環境條件，其次基于地質勘察和現場調查資料，分析了梭坡堆積體的地質成因，以及莫洛村滑坡的形成與演變機制，最后采用三維強度折減法和二維極限平衡法預測了不同蓄水位與水庫運行方案對其穩定性的影響，建議了可行的工程治理措施。

2 區域地質環境條件

丹巴縣位于大雪山東麓，地處我國第1 階梯向第2 階梯過渡地帶，屬于典型高山峽谷地貌。境內地形復雜，侵蝕剝蝕地貌發育。在丹巴縣梭坡鄉政府駐地下游側，大渡河河谷相對開闊，岸坡舒緩，兩岸各發育有一巨型堆積體，即左岸的梭坡堆積體和右岸的普角頂堆積體，初步估算體積均超過30 000× 104m3。堆積體上、下游河谷均為V 型峽谷，四周高山環抱，高程約3 400～4 400 m（見圖1）。

圖1 研究區地形地質圖 Fig.1 Geographical and geological map of the research area

區域出露的地層主要為志留系茂縣群第4 巖組(Smx4)，是海相碎屑巖、泥質巖和碳酸鹽的變質組合巖。Smx4 大致可分為3 層，巖性以二云母石英片巖為主，其次為千枚巖、大理巖、石英巖和變粒巖等。3 層中，上、下兩層中等偏硬以上巖層較多，形成了研究區的上、下游峽谷，中層二云母石英片巖、千枚巖等中軟巖較多、硬巖較少而薄，形成了研究區基巖。兩個堆積體是區域的主要第四系松散地層，是丹巴縣古碉群的重要分布區，也是滑坡的分布區，包括左岸的查農滑坡、莫洛村滑坡、四道口滑坡和右岸的宋達滑坡等（見圖2）。

研究區位于金湯弧西翼NW向褶皺束的東方紅復向斜北東翼，巖層總傾向為SW，傾角為20～40°。但在梭坡堆積體一帶，受其他構造影響，巖層傾向NW～W。札科斷裂是研究區的主要斷裂，由多條逆斷層組成，傾向為NE，傾角為60～80°，總寬約120～150 m，斷距大于500 m，長度超過21 km。研究區地震活動水平較低，主要地震影響來自周邊活動斷裂帶，場區烈度為Ⅶ度，50 年超越概率10%的基巖水平峰值加速度為141 cm/s2[1]。

研究區氣候屬于高原氣候區的高原南緣濕潤大區，大渡河谷年均氣溫為14.3℃，高山區則氣溫低寒，霜凍較長。氣候主要受西南季風與東南季風控制，夏季降雨較多，5～9 月多年平均降雨量占82.4%，秋冬、春降雨較少，10 月至次年4 月只占17.6%。多年平均降雨總量為593.9 mm。該區高山多且高，降水量隨高度增加而增大，實際年平均降雨量為700～800 mm。

圖2 梭坡堆積體前緣滑坡分布圖 Fig.2 Distributions of landslides at the toe of Suopo deposit

3 梭坡堆積體的地質成因

梭坡堆積體邊坡總體走向為S30°E，與下部基巖走向交角約26°，近順向坡。其后緣高程約3 300 m，前緣延伸至大渡河河谷，高程約1 840 m。平面長度約3 000 m，橫向寬度約1 150 m，厚度約70～ 95 m，最厚達110 m (PZK15)，總方量近30 000× 104m3。在高程2 100 m 以下平均坡度約20°，發育一些長度為60～150 m、寬度為20～50 m、坡度為8～15°的小型平臺。前緣成扇狀，中部向河中突出。高程2 100 m 以上坡度逐漸變緩，2 200～3 300 m平均坡度約16°，發育多個較大平臺，寬度一般為100～ 200 m，個別可達800 m，坡度為6～10°。各平臺間的斜坡一般在15～30°。

自前緣至后緣，堆積體上分布著4 個村莊，分別為莫洛村（高程為2 100 m 以下），左比村（高程2 100～2 500 m），巴鎖村（高程為2 500～2 700 m）和來依村（高程為2 700 m 以上）。

堆積體主要成分為塊碎石土，大致可分4 層，從基巖向上，1、3 層為塊石夾土，塊石約占50～70%，2、4 層為土夾塊石，土占50～70%。地表塊石主要分布在高程2 300 m 以下，塊石直徑大小不等，最大可達20 余米。大塊石以變粒巖為主，偶爾可見溶蝕大理巖，小塊石則主要為風化殘余的二云母石英片巖。土為二云母石英片巖的風化土壤，云母含量較高。

堆積體孔隙潛水與下部基巖局部裂隙水是主要的地下水類型。地下水主要靠1 條沖溝（雙源溝）和2 條人工引水溝補給。雙源溝位于堆積體中部偏上游側，發源于堆積體后緣，常年有流水。2 條人工引水溝分別為左比村水溝和巴鎖村水溝，高程約2 500 m 和2 700 m，均開挖于20 世紀80 年代初，水源來自堆積體左側的四道溝。3 條水溝的分枝渠系分布十分繁雜，遍布堆積體中、下部的各個部位。除雨季外，大渡河邊溝口部位難見流水。

堆積體的地質成因目前尚存爭論[1－3]，文獻[2]認為，是滑坡堆積成因。根據現場調查資料，作者認為，屬于冰磧堆積與冰水沉積。理由如下：(1) 堆積體不存在滑坡地形地貌特征；(2) 堆積體的物質與結構冰磧堆積與冰水沉積特征顯著。如緩坡上的長徑大于20 m 的巨礫、磨蝕的變粒巖塊石、溶蝕強烈的大理巖塊石、雜亂的塊石結構與堆積體中后緣的冰磧黃土（圖3(a)～(d)）等。文獻[2]的論據之一就是古雪線高程約3 000 m，冰川活動不可能達到1 860 m 高程。作者認為，雪線高程與冰川前緣到達高程不是同一概念，即使在現代，海螺溝冰川的前緣高程也達到2 800 m 左右。鄰近的丹巴水文站揭露的小型冰磧湖是歷史時期冰川前緣曾經到達大渡河河谷高程（1 856 m）的最有力證據（圖3(e)）。

4 莫洛村滑坡的形成與演變

莫洛村滑坡的地貌特征不顯著，邊界也不甚清晰。僅僅從三維DEM 圖上大致可以辨認其圈椅狀地形（見圖4）。滑坡上游側以雙源溝與查農滑坡交界，下游側為四道溝滑坡，前臨大渡河，后靠2 200 m臺地（見圖2）。滑坡沿河寬約600 m，長約1km，厚度約70～95 m，右側較厚，左側較薄，面積約0.62 km2，總方量約為4 000×104m3。

圖3 堆積體冰川成因的證據 Fig.3 Evidences of glaciations for Suopo deposit

圖4 滑坡區地形三維DEM 圖與滑坡邊界 Fig.4 Digital elevation model (DEM) and boundary of Moluocun landslide

滑坡的后緣高程與堆積體中、下部的裂縫高程基本吻合。后緣裂縫始于2004 年，高程在2 175～ 2 250 m 之間，目前已形成一橫向的貫穿裂縫。在 2 250 m 高程以上亦存在零星的裂縫，裂縫出現的最大高程為2 278 m。該高程也與古碉的傾斜情況較為吻合。梭坡鄉的古碉大多修建于明清時期，目前尚保留100 余座。從調查情況來看，位于高程 2 250 m 以下古碉整體傾斜明顯（見圖5(a)～(c)），而以上的其他古碉要么由于結構原因局部傾斜（見圖5(d)），要么沒有傾斜（見圖5(e)）。前緣高程為1 900 m 附近亦出現多條張拉裂縫。

圖5 堆積體上不同高程的古碉變形特征 Fig.5 Deformation characteristics of watchtowers at different elevations

自然的演變是緩慢的，近年的大量引水無疑是導致滑坡形成的主要原因。自1983 年實行聯產承包責任制以來，當地居民在坡體上種植了大量果樹，并開鑿了自四道溝至滑坡體的2 條水溝。由于采用粗放的流灌方式，致使大量引水滲入坡體，抬升地下水位。前緣水池附近地面（高程為2 050 m）原本干燥，目前四季均有地下水滲出。由于水位抬升，當地居民陸續遷出位于高程1 900 m 的祖墳。

從勘探孔揭露的情況看，滑帶基本上為堆積體與基巖的交界面，滑動面傾角約為20°，大致為一直線，與坡面基本平行，但前緣變緩，并延伸至現代河床下（見圖6）。滑坡前緣河邊鉆孔HZK4 揭示，在孔深44.51 m 以上為滑坡堆積形成的塊碎石土，以下為河床冰緣泥石流堆積物，并在孔深48.16 m處見到木屑，已炭化。C14 同位素測年結果為 3 300±250 a[3]。

結合C14 測年結果和古碉修建年代，大致可以作出如下推論：(1) 堆積體前緣、高程為2 250 m 以下的變形歷史悠久，其上限時間約在3 300 年前。該滑坡早期為一變形體[4]；(2) 變形加速是2004 年以后的事，具體表現為高程2 250 m 和1 900 m 上下的裂縫，堆積體前緣變形體逐步演變形成莫洛村滑坡。

堆積體變形與滑坡形成過程推演如下：第四紀最后一期冰川期間，梭坡被冰川覆蓋。冰川退卻后，由于坡體較緩，堆積了大量冰磧堆積物，同時冰水作用在其表面沉積了一層冰磧黃土，形成梭坡堆積體。堆積體早期處于相對穩定狀態，但雨季地下水位較高，其前緣（即現莫洛村滑坡體）存在緩慢的蠕變。大約在3300 年前，滑坡體前緣開始擠壓大渡河河床覆蓋層。覆蓋層的阻擋作用一方面減緩了滑坡體的變形速度；另一方面也改變了滑坡體的變形特征，滑坡體前緣開始鼓脹，中后緣由于橫向裂縫的生成，解體為一系列斷塊，由于后側斷塊的推擠作用使前側斷塊出現傾倒變形趨勢。滑坡體的這一變形特征可用圖7 表示，圖中的古碉編號與圖5 一致。

圖6 縱剖面地質圖 Fig.6 Longitudinal profile of Moluocun landslide

圖7 莫洛村滑坡的變形特征示意圖（修改自文獻[5]） Fig.7 Schematic view of deformation characteristics of Moluocun slide (revised from reference 5)

5 莫洛村滑坡蓄水后的穩定性預測

采用二維極限平衡法和三維強度折減法分別進行分析。二維極限平衡法的計算剖面見圖6，使用摩根斯頓－普賴斯（M-P）方法；三維強度折減法采用FLAC3D。

三維強度折減法的平面計算范圍為803.6 m× 1 700 m（見圖2），X 軸正向為S29oE，范圍0～ 803.6 m；y 軸正向為N61oE，范圍為0～1 700 m；z軸為垂直向，坐標與海拔高程相同，范圍自高程 1 230 m 至地表。計算模型參見圖8，共劃分節點30 327 個，六面體和四面體單元27 205 個。邊界條件均為位移邊界條件，即在x =0 m 和x = 803.6 m邊界上施加x 向位移約束；在y =0 m 和y = 1 700 m邊界上施加y 向位移約束；在z = 1 230.0 m 邊界上施加z 向位移約束。模擬方法與文獻[6－9]相同。計算分兩步進行，第1 步計算滑床、滑體和滑帶在重力作用下的彈性變形和應力，作為初始狀態；第2 步將彈性變形清0，將滑帶的材料屬性改為彈塑性，模擬變形和破壞發展過程。滑帶使用理想彈塑性本構模型，三維實體單元，Mohr-Coulomb 屈服準則；滑體和滑床使用線彈性模型。每次強度折減計算時，收斂準則采用滑動面塑性區完全貫通準則。地震模擬使用擬靜力法。

計算考慮了3 種主要的地質材料，即滑體、滑帶和滑床（基巖）。主要計算參數取自前期研究成果報告[1]，如表1 所示。堆積體的滲透系數根據表2的鉆孔水位反演確定，河床部位滲透系數為8.0× 10-5m/s，其他部位2.5×10-5m/s，屬于中等透水。

圖8 計算模型 Fig.8 Calculation model

計算過程與結果見圖9(其中RF 為折減系數)和表3。猴子巖可研階段，水庫正常水位包括1 842 m和1 852 m 兩種備選方案，水庫運行也存在多種備選方案。限于篇幅，本文僅列出運行期水位驟升、驟降條件下的最小安全系數（見表3），并與天然河道水位、穩態滲流和不考慮地下水條件下的安全系數對比分析。可以看出，(1) 無水、無地震狀態下，二維極限平衡法和三維強度折減法的安全系數分別為1.443 和1.490，滑坡的三維效應不顯著；(2) 在天然河道、無地震狀態下，二維和三維安全系數分別為1.048 和1.070，分別降低27.4%和28.2%。高地下水位是影響滑坡穩定的最重要因素；(3) 在天然河道、有地震狀態下，滑坡體的二維安全系數僅為1.001，接近極限狀態；（4） 不論是1 842 m 還是1 852 m 水位方案，水庫蓄水與運行對滑坡穩定的影響均很小；(5) 滑坡體的中、后緣較早就進入塑性狀態，滑坡體前緣，特別是河床部位的抗滑作用明顯（見圖9）；(6) 不論是現狀，還是水庫蓄水后滑坡的安全系數不能滿足規范要求[10]。

圖9 滑帶塑性區發展過程（深色部分為彈性區） Fig.9 Distribution of plastic zones for slide belt(the dark areas are in elastic state)

表1 計算參數表 Table 1 Calculation parameters

表2 鉆孔地下水位 Table 2 Water levels in boreholes

表3 水庫運行條件下莫洛村滑坡的穩定性 Table 3 The stability of Moluocun landslide during reservoir operation

6 結 論

（1）梭坡堆積體是冰川作用形成的，整體穩定性良好，但前緣存在局部解體現象，包括查農滑坡、四道口滑坡和莫洛村滑坡。

（2）莫洛村滑坡是堆積體前緣（高程為2 200 m以下）長期蠕變形成的。目前變形加速的主要原因是1983 年以來開鑿引水溝導致堆積體地下水位上升。

（3）莫洛村滑坡目前處于臨界穩定狀態，采用二維極限平衡法和三維強度折減法，安全系數分別為1.048 和1.07；考慮地震影響的安全系數為1.001。安全系數不滿足規范的最小安全系數要求。計算結論與滑坡體穩定的宏觀調查結論一致。

（4）不論是1 842 m 還是1 852 m 水位方案，水庫蓄水與運行對滑坡的穩定的影響均很小。

（5）高地下水位是影響滑坡穩定的最主要因 素，建議采取必要措施降低滑坡體的地下水位。

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