李家峽水電站右岸黃土滑坡的特征、成因及變形機制

羅延婷，徐 峰，白振嶺

（黃河勘測規劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003）

黃土覆蓋著約10%的地球陸地表面，主要集中在北半球的溫帶和沙漠前緣的半干旱地帶［1-7］。 中國黃土主要分布于陜西、寧夏、甘肅、青海和山西等省（區）［8-13］，在這些地方，每年發生大量的黃土滑坡，其中李家峽水電站右岸黃土滑坡就是黃土高原滑坡地質災害的縮影［13-21］。 李家峽水電站右岸的滑坡距離大壩約1.2 km，在電站的勘察期和建設期間（1988—1996年），該滑坡并未產生。 2002年在右岸邊坡上修建李坎公路，開挖了坡腳，前緣黃土邊坡開始出現不穩定現象，有關部門在李坎公路樁號K7＋980—K8＋360 段修建了抗滑設施，有效阻止了滑坡的變形，2004—2013年期間在黃土邊坡上并沒有產生明顯的變形。 但在2014年之后，滑坡體上產生的變形裂縫越來越多、縫寬越來越大，右側前部還產生了小規模（約5 萬m3）的次級滑坡。 為此，有必要對李家峽水電站右岸黃土滑坡的特征、成因及變形機制進行研究，為李家峽水電站開展下一步滑坡防治提供技術支撐，為黃河兩岸高位黃土滑坡的研究提供重要參考。

為研究李家峽水電站右岸黃土滑坡的特征、成因和變形機制，采用地質測繪、鉆探、豎井、試驗等手段進行勘察，使用無人機高清攝影揭露變形裂縫和落水洞，利用三維地質建模揭示滑坡體的空間特征，對滑坡的地質特征、形成歷史、成因及變形機制進行分析研究。

1 滑坡工程地質特征

滑坡體高程2 485 ～2 716 m，黃土自然邊坡坡向30°～40°，坡度5°～18°；滑坡下部基巖邊坡的坡度一般為35°～45°。 東向和北向臨空，東側為一深切大溝，常年有細流，北向為黃河（李家峽水庫），西側邊界的下部發育一小型切溝。

滑坡周界基本清晰，黃土滑坡地質平面及典型斷面見圖1、圖2，后緣陡坎的高差為3 ～6 m。 右側受抗滑樁的阻擋，之上的地表裂縫不發育，但抗滑樁之間的擋墻發生斷裂（見圖3）。 左邊界縱向的變形裂縫發育，左側前緣已發生次級黃土滑坡，滑動面為上覆黃土與下伏泥巖的分界面，擦痕清晰。

圖1 黃土滑坡地質平面

圖2 黃土滑坡典型斷面1—1′

圖3 右側前緣的抗滑樁與擋墻

在黃土與泥巖的接觸部位，地表水沿黃土孔隙下滲至相對隔水的泥巖層頂面時富集，接觸帶土的含水率一般較高，可達飽和狀態，易形成軟弱的潛在滑動面，上覆黃土最可能沿著潛在滑動面變形失穩。 地表調查也證明了這一點：滑坡的左側前緣已產生上覆黃土沿下伏泥巖面的次級滑坡，滑體物質為黃土，泥巖保持穩定，滑動面為黃土與泥巖的分界面，存在擦痕。

勘探揭露的最軟弱界面為上覆黃土與下伏泥巖界面，由于僅在滑坡前緣出現了塌滑，并沒有出現整體滑動的跡象，滑動面并未貫通，因此泥巖頂面即黃土與泥巖界面為潛在滑動面。 通過三維地質建模分析，潛在滑動面產狀總體為 30°～40°∠10°～20°。 潛在滑動面和上部黃土自然邊坡的產狀組合為順向坡，屬不利于邊坡穩定的組合。

通過計算和分析得出，滑坡體長495 ～795 m，寬230～710 m，面積約 23 萬 m2，滑坡體厚度 0 ～32 m，平均厚度約26 m，滑坡體總方量601 萬m3，為巖土混合邊坡上的黃土滑坡，滑床為泥巖，潛在滑動面為黃土與泥巖接觸面，主滑方向為NE35°。

2 裂縫及落水洞發育分布狀態

在滑坡體上共發現地表裂縫265 條，分析各變形裂縫的形態、延伸方向、長度、變形方向、力學特性及形成原因，對關聯緊密、有共同成因的地表裂縫進行分區。 根據地表裂縫的特征、成因及其相關性，共劃分14 個裂縫發育區。 研究結果表明，滑坡上的裂縫以牽引性張拉裂縫為主，分布在前緣已發生的塌滑和次級滑坡的頂部以上區域。 變形裂縫自下向上逐級發展，下部發生變形破壞的規模大，向上牽引產生的裂縫多。右側前部受兩排抗滑樁的支護，黃土體未見變形裂縫，當上排抗滑樁之間的擋土墻斷裂后，則在其上部出現了一條牽引性張拉裂縫。

發現黃土落水洞41 個，落水洞為橢圓形或圓形，洞壁直立，直徑 0.5 ～8.0 m，深度 1 ～6 m，大小不一。受排水渠集中排泄地表水及人工澆灌樹木的影響，大量落水洞沿排水渠各排泄口之下的排泄路徑發育，少量沿著滑坡的左右邊界（地形上的分水嶺）發育，個別落水洞由植樹的樹坑發展形成。

3 邊坡滑動的驅動因素及演化過程

根據前期勘察資料，李家峽水電站建設前，該邊坡未見異常；李家峽水電站建設期間以及運行期未對該邊坡進行工程活動，對邊坡沒有擾動，2002年李坎公路的建設對邊坡擾動較大，黃土邊坡的變形也是從2002年開始的。

2002年修建李坎公路，開挖坡腳導致出現局部滑坡，有關部門修建了抗滑樁，阻止了滑坡的進一步發展，在修建后一段時期內滑坡穩定。

2014年之后，滑坡的不穩定現象主要受上林場植樹及澆灌、公路排水渠的集中排水、降雨等影響，地表水沿坡面排泄不暢，向下入滲，降低了土體強度。 目前，不穩定狀態的主要誘導因素是地表水的集中沖刷與入滲，即水是產生滑坡不穩定的主導因素。

滑坡從自然穩定邊坡發展為不穩定邊坡，演化過程可分為3 個階段：①歷史上該區可能產生過變形或滑動，但規模不大，為淺層黃土滑坡或表層塌滑。 至少在李家峽水電站修建期內，黃土邊坡處于自然穩定狀態。 ②2002年李坎公路修建，開挖導致黃土滑坡自然穩定狀態遭到破壞，其右側前緣出現不穩定，相關部門于2003年及時修建了兩排抗滑樁阻止了邊坡的進一步變形，之后10 a 沒有出現大的變形。 ③2014年以后隨著長期地表降雨沿排水渠集中排泄到黃土體上，由此產生的沖刷、滲透作用破壞了黃土體的結構，降低了潛在滑動面的抗剪強度，導致抗滑樁西側滑坡的前緣產生了塌滑和次級滑坡，并牽引上部黃土體產生大量變形裂縫，滑坡的前緣再次出現不穩定。

4 滑坡變形機制及失穩模式

早更新世黃土層形成之前，新近紀泥巖、泥質砂礫巖地層面在風化卸荷等作用下略有起伏，在此期間強烈的構造作用造成泥巖、泥質砂巖的巖層向北東向（黃河方向）緩傾斜（產狀變為 35°～40°∠15°～16°）。在較長的一段地質歷史時期，地殼抬升、黃河形成過程中發生侵蝕切割，在風化卸荷等作用下形成了目前的黃河河道。 后期黃土覆蓋在新近紀泥巖之上，前緣的黃土層在前緣崩塌及小型滑坡的作用下形成了現今的地貌狀態。 滑坡是在現有特定地形地貌及地質環境中形成與發展的。

李坎公路開挖及排水渠排水在不同時期、不同部位造成滑坡前緣失穩，產生了塌滑和次級滑坡，牽引上部黃土體出現變形裂縫，黃土結構被破壞。 每次降雨后，排水渠的集中排水會再次產生沖刷和滲透，降水沿坡面裂縫直接進入黃土體中，本已變形的黃土體會加速擴大變形，進而牽引上部黃土體產生數量更多、范圍更廣的變形裂縫。 當變形區黃土體的下滑力大于潛在滑動面的摩擦阻力時，就會產生滑動破壞。 以上變形和滑動破壞是逐級向上發展的。

滑坡前緣的變形比較明顯，變形裂縫較多，變形部位基本沿著上覆黃土與下部泥巖的分界線處分布，且均表現為黃土體的變形，下部出露的泥巖保持穩定狀態，周圍出露的新近系泥巖及泥質砂巖、前震旦系片麻巖邊坡整體均保持穩定狀態。 由此可見，滑坡具有黃土-泥巖的二元巖土體結構特征，其變形破壞主要為上部黃土的變形破壞。

滑坡上的裂縫主要為牽引性拉張裂縫，分布在前緣已發生的塌滑和次級滑坡的頂部以上區域，前緣發生變形破壞的規模越大，牽引產生的裂縫則越多。 因此，上部黃土的變形破壞主要為牽引式變形破壞。

李家峽水電站右岸黃土滑坡為巖土混合邊坡上的黃土滑坡，滑坡體為黃土，滑床為泥巖，潛在滑動面為黃土與泥巖接觸帶，其失穩破壞模式為黃土體沿潛在滑動面滑動，變形破壞類型屬牽引式滑坡，滑坡破壞模式為后退式分級滑動。

5 結 語

（1）滑坡的變形以牽引性張拉裂縫為主，變形裂縫自下向上逐級發展，下部發生變形破壞的規模大，牽引產生的裂縫較多。 如任這種變形自由發展，將造成滑坡上的李坎公路路面被拉裂、路基損壞，對李坎公路的通行安全造成影響。

（2）滑坡破壞模式屬于后退式分級滑動，在不利因素影響下，滑動后黃土滑坡體先堆積于斜坡上，并不是整體直接滑入水庫，另外受下部基巖斜坡面的阻擋，松散狀的黃土滑坡體下滑至水庫所需的時間歷程較長，整體產生高速滑動的可能性小。 滑坡體屬高位、黃土松散體，分級滑體失穩滑動后會先伏在下部基巖岸坡上，在降雨的作用下，部分散體將以泥流的形式沿下部基巖岸坡滑入水庫，會造成一定的淤積，但不會產生大的涌浪災害。

（3）集中排水對黃土邊坡穩定的影響非常大，排水渠集中排水對排水口處前緣的黃土造成沖刷，產生了類似工程開挖的挖腳作用，使前緣黃土邊坡產生小規模滑坡。 黃土邊坡上的排水渠設計需要特別重視排水渠出口的位置及黃土濕陷性導致的排水渠斷裂與排水失效問題。

（4）前緣小規模滑坡（塌滑）會向上牽引產生更多的變形裂縫，進而向上產生新的不同規模的次級滑坡；變形裂縫逐級向上發展，不同規模的滑坡也會逐級向上產生、逐級向上塌滑。 因此，及時采用抗滑工程措施，阻止變形向上發展是非常必要的。

（5）在沒有采取抗滑工程措施的情況下，在黃土滑坡上植樹造林后高頻率人工澆灌樹木，會使得灌溉水向下入滲，在黃土與泥巖交界面富集，從而產生軟弱面，進而易貫通形成滑動面。 這需要國土部門和林業部門在滑坡防治問題上達成共識、相互協作，以避免無良好造林效果的資源浪費。

（6）2020年 2月，時隔 3 a 對該滑坡進行現場檢查，繼續驗證了之前的結論：從坡體前緣逐級向上發展產出不同規模的次級滑坡，在降雨的作用下，黃土滑坡體沿著坡面和切溝緩慢進入水庫。