三峽庫區三門洞滑坡復活機理及韌性變形研究

張家旭 易慶林 鄧茂林 安知利 彭云飛 雷玉

摘要：三峽庫區蓄水誘發大量庫岸古滑坡復活變形，引入“韌性變形”概念可很好地解釋古滑坡在相似影響因素下的差異性變形響應情況。以三峽庫區三門洞滑坡為例，通過現場地質調查及17 a的監測數據，分析古滑坡復活過程中的變形特征及“韌性變形”機制。結果表明：①三峽庫區三門洞滑坡為平緩堆積層古滑坡，自三峽水庫蓄水后復活變形，前、中、后部變形主要為塌岸、拉張裂縫或坍滑和拉張剪切裂縫；②在庫水位下降期間，滑坡的變形對庫水位的快速下降響應敏感，庫水在低水位運行和上升期間，滑坡變形主要誘發因素是降雨，尤其是連續性強降雨，可引發滑坡持續性變形；③滑坡發生“韌性變形”時，滑體內部經歷一次密實過程，使得土體的密度增大，內聚力增強，提高了土體的抗剪能力，在一段時間內擁有抵抗下次變形的力量。研究成果可為三峽庫區滑坡監測預警工作提供參考。

關鍵詞：古滑坡； 復活機理； 韌性變形； 三門洞滑坡； 三峽庫區

中圖法分類號： P642.22

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.04.021

0引 言

大壩的建設帶來了便捷與經濟，同時對庫區地質環境的擾動也不斷加大，使得一些古滑坡相繼復活，由于滑坡發生時間久遠，古滑坡復活規律與演化趨勢復雜多樣，受到了越來越多學者的關注。Deng等根據大渡河沿岸某古滑坡的時序性和周期性特征，總結了古滑坡的形成機制、復雜性和多期性［1］；Lane認為蓄水過程是誘發古滑坡復活的主要因素［2］；奧地利Faggenbach 河上的Gepatsch水庫蓄水，誘發Hochmais古滑坡復活，當水庫水位最低時，滑坡位移加速度達到峰值［3］。Dapporto等認為庫水位的升降過程會弱化滑體的力學性質，同時河流會對坡體產生側向侵蝕［4］。國內眾多學者對水庫運行誘發古滑坡復活機理等問題展開了討論。湖南省柘溪水庫蓄水誘發塘巖光滑坡，肖詩榮等采用工程類比方法提出庫岸古滑坡的空間預測模型［5］。三峽水庫蓄水后，誘發了許多庫岸古滑坡復活［6-8］，古滑坡變形趨勢具有多樣性，但多與庫水動態變化相關［9-11］，少數與降雨有關［12-13］，根據庫水變化與滑體的滲透特征的關系可將其劃分為浮托減重型和動水壓力型［14-16］。這兩種分類是針對庫水位上升或者下降過程中有規律響應的滑坡，基于此的研究成果豐厚。而有一些滑坡在庫水位上升或者下降過程中，變形呈現非規律性響應情況，如在不同年份庫水位調度及降雨量相似的情況下，地表監測累計位移曲線對庫水位的響應時有時無，針對此現象開展的研究相對較少。地表監測累計位移曲線對滑坡穩定性以及長期變形演化的判斷有著重要意義，滑坡非規律的變形響應可能會對監測預警工作帶來錯誤的指導。

針對三峽庫區的古滑坡在不同年份相似庫水位調度及降雨量的條件下滑坡變形響應不同的問題，首次引入“韌性變形”概念，即滑坡體在面對一定程度的外界擾動，坡體內部產生的抵抗變形或適應變形。自三峽水庫蓄水以來，大量案例顯示，三峽庫區大部分庫岸古滑坡在首次經歷173 m蓄水時，地表監測累計位移產生了較大變形量，庫水位再次蓄水173 m甚至175 m時，滑坡變形量均達不到首次蓄水時的變形量，即在首次173 m蓄水過程中，滑坡產生了“韌性變形”。

三峽庫區秭歸縣三門洞滑坡地表監測累計位移存在疑似“階躍”特征，在庫水位升降作用與降雨的共同作用下產生較大變形量［17-21］，但在下一個或多個水文年中，再次經歷庫水位升降與降雨共同作用時，滑坡變形則不明顯，“韌性變形”作用強烈，一段時間后，滑坡對庫水位和降雨的共同作用時又出現累計位移“階躍現象”。本文以三門洞滑坡為例，通過現場地質調查及17 a的監測數據，分析古滑坡復活過程中的變形特征及“韌性變形”機制。研究結果可為降雨和庫水位升降作用下，庫區滑坡穩定性判據提供理論基礎，為監測預警工作提供技術指導。

1工程地質概況

三峽庫區三門洞滑坡位于湖北省秭歸縣沙鎮溪鎮，距青干河入江口8.5 km，距三峽大壩壩址50.2 km。滑坡平面形態為明顯的“舌”形，滑坡后緣延伸到公路上，呈不規則圓形，以出露的基巖為邊界；南側順山脊展布，以基巖為邊界，北側以陡坎臨空面為邊界，前緣位于青干河水位線以下，剪出口高程約為125 m。主滑方向60°，平均坡度15°，均寬300 m，滑體縱長830 m，滑體面積24.9萬m2（圖1）。滑坡體積548萬m3，屬于大型滑坡。滑坡所處青干河右岸斜坡，整體趨勢西高東低，標高125～430 m，相對高差205 m，工程地質平面圖見圖2。

根據現場地質調查，三門洞滑坡體主要為第四系崩坡積物碎塊石土，顏色為黃褐色、灰褐色，結構松散，可塑，厚度約為22 m，見圖3。滑體中土為黏土、砂土及耕植土，稍濕，塊石主要為石英砂巖及泥巖，滑體中前緣塊石含量約為30%～40%不等，塊徑多為1 m以下，滑體后緣塊石含量約為40%～50%不等，塊徑大，最高可達10 m。滑帶為覆蓋層與下伏基巖接觸面，接觸面上層為淺灰色粉質黏土夾碎石，性狀稍濕可塑，見圖3。碎石含量約為20%，塊度0.005～0.002 m，主要物質為淺灰綠色砂巖、泥巖，強風化，磨圓度差。滑面為光面（順層光滑斜面），滑床為侏羅系中下統香溪組（J1x）的紫紅、淺灰色泥巖或泥質砂巖，產狀110°∠32°，屬于易滑地層，見圖3。

2滑坡復活變形特征

2.1地表變形特征

三門洞滑坡是三峽庫區重點關注的典型平緩古堆積層滑坡，該滑坡自2003年三峽水庫蓄水后發生復活變形，2006年納入專業監測，按每月一次，汛期兩次的頻率進行宏觀地質巡查。

156 m蓄水后至175 m試驗性蓄水前，滑坡地表變形明顯。175 m試驗性蓄水后，滑坡中前部（高程約200 m）出現一條裂縫，裂縫走向270°，長約20 m，寬15 cm。2009年5月新張5 cm。中部公路處（高程約220 m）出現一條裂縫，裂縫走向110°，長約30 m，寬10 cm，為2009年4～5月新拉張裂縫。2009年6月繼續拉張，新拉張約10 cm。該條裂縫將三門洞滑坡分割為上下兩部分，下部變形大，上部變形小。該裂縫位于現在裂縫L9位置前部的坍塌處，現已被坍塌物填充。目前，滑體上典型裂縫照片如圖4所示，裂縫特征如表1所列，分布見圖2。主要的宏觀變形發展如下：

（1） 滑坡前緣宏觀變形情況。

滑坡前緣每年經歷145～175 m的庫水位大幅升降，部分前緣滑體淹沒于水下，在常年受到江水浸泡與沖刷情況下，前緣強度不斷降低，導致前緣滑體消落帶產生局部塌岸現象，見圖4（a），同時（高程184 m）簡易變形樁變形85 cm，見圖4（b）。

（2） 滑體中部裂縫發展特征。

滑體中部存在多處變形敏感區，多處裂縫持續發展，裂縫致使局部擋墻倒塌和村道部分路段變形損毀，多次對路面裂縫回填、道路翻修，裂縫依然產生，見圖4（c），老路基下沉，2023年1月新修路基在L8延伸方向產生2 mm裂縫。滑體中部裂縫主要從的L9、L11、L16向沿公路滑體兩側發

（3） 滑體后緣裂縫發展特征。

滑體后緣先后產生多條裂縫，以拉張剪切為主，使得村民房屋基礎拉裂，道路路基下沉，蓄水池張拉破壞，加劇了地表水入滲，對坡體穩定性不利，現多處裂縫經歷回填，道路翻修。

2.2監測布設情況

三門洞滑坡為三峽庫區秭歸縣三期地質災害監測滑坡，2006年布設人工監地表位移監測點共計6個，沿Ⅰ-Ⅰ′剖面線上布置ZG363、ZG364、ZG365，滑坡右側前中后緣分別布設ZG360、ZG361、ZG362。隨著滑坡的變形發展，2022年以人工監測點的監測成果為基礎，增設GNSS全自動地表位移監測點4個：ZGX361、ZGX363、ZGX364、ZGX365，布設如圖2所示。

2.3滑坡位移監測特征

2.3.1GNSS人工監測

人工監測點已進行17 a監測。圖5顯示，6個監測點具有同步變形的特性，但各監測點的位置不同，其變化幅度差異顯著，ZG365位移最大，達到累計3 513 mm，ZG360累計位移最小，達到1 276 mm，ZG361～ZG364累計位移在2 457～2 661 mm之間。

通過圖5可知，三門洞滑坡地表監測累計位移存在明顯階躍特征，以變形最大的ZG365為例，常年的年位移值為12～350 mm，而單次階躍可達到8～291 mm，而2008，2009，2017年的年位移屬于最大的3 a，年位移值達到了795，521，449 mm，且主要位移量由階躍貢獻。

2.3.2GNSS自動監測

圖6顯示，自2022年2月開始采集數據，ZGX361、ZGX363、ZGX364、ZGX365的總量位移達到了35.3，50.6，74.7，83.4 mm。與人工監測結果比較，存在一定差異。滑坡中部的ZGX364與滑坡后緣的ZGX363監測點，在2022年4月2號后，失去同步性，但兩者產生階躍現象在時間上是一致的，同時兩者前緣累計位移最大，滑坡左側位移量大于右側等特征，與現場的地質調查結果相吻合。

2.4滑坡變形特征分析

2.4.1庫水影響因素分析

以庫水位運行狀態劃分4個時期：① 庫水位下降期、② 庫水位上升期、③ 低水位運行期、④ 高水位運行期。三門洞滑坡為三峽水庫蓄水誘發的古滑坡復活變形，在不同的庫水位時期，滑坡呈現不同的變形規律，為了準確反應滑坡在庫水動態作用下的變形特征，選用不同水文年降雨少的時段進行分析。

（1） 庫水位下降期。175.00 m→160.00 m這一階段庫水緩慢下降，此時滑坡變形不明顯；160.00 m→145.00 m這個階段庫水位下降速率增大，滑坡變形開始明顯，以ZG365為例，2019年8月10～27日，庫水位由149.04 m降至147.92 m，日均下降0.07 m，監測點最大變形速率達1.04 mm/d；2020年7月28日至8月15日，庫水位由162.45 m降至154.31 m，日均下降0.45 m，監測點最大變形速率達1.63 mm/d；2021年5月19日至6月12日，庫水位由153.94 m降至145.40 m，日均下降0.36 m，監測點最大變形速率達2.80 mm/d，這說明三門洞滑坡的變形對庫水位快速下降的響應敏感。

（2） 低水位運行期。2015年6～8月，庫水位快速下降過程導致的變形，在此階段持續變形一段時間，然后出現減速拐點，滑坡減速變形。

（3） 庫水位上升期。2015年8～10月，歷時61 d，以剖面線上前中后部監測點為例，ZG365、ZG364、ZG363分別發生了1，7，6 mm的位移，無明顯加速變形跡象，且由于低水位運行期間滑坡的減速變形，通常在庫水位開始上升時，滑坡位移曲線趨于平緩。

（4） 高水位運行階期。2014年11月16日至12月12日，以剖面線上前中后部監測點為例，ZG365、ZG364、ZG363分別發生了-3，3，-2 mm位移，滑坡變形位移不明顯，監測數據出現了負值。由于庫水上升期間產生的水頭差指向坡內，位移方向指向了坡體，形成小位移。此類現象在其他年份的監測中常有出現，在相似的土質滑坡中也有出現［7-10］。

2.4.2降雨影響因素分析

完整水文年中，降雨和庫水均是重要的影響因素，本次選用主剖面的ZG363、ZG364Z和G365監測點，進一步討論不同庫水位時期降雨作用對滑坡的影響（圖7）。

（1） 庫水位下降期。A→B過程171.38 m→166.06 m，庫水位緩慢下降，月降雨量20 mm，位移增長2～3 mm，滑坡變形不明顯。B→C階段166.06 m→145.75 m，庫水的驟降過程中有28 d處于緩降，4月和5月降雨量分別為140.2 mm和149.9 mm，滑坡位移以1.26 mm/d增長，月位移量達到120～130 mm；6月降雨量120 mm，同比位移下降20 mm，使得ZG363監測點位移曲線微凸起。

2015年4月和5月降雨量分別為112.0 mm和136.9 mm，月位移量達到130～150 mm。對比分析4～5月降雨量，2017年高于2015年，2017年月位移低于2015年。不同的是，驟降階段2015年庫水位平均日降幅 0.44 m/d，2017年庫水位平均日降幅0.38 m/d。以上分析表明，庫水位驟降階段滑坡變形明顯，降雨不是此階段的主要誘發因素，但對滑坡變形具有促進作用。

（2） 低水位運行期。C→D過程，庫水位在 145.00 m波動，2017年6月降雨量為120 mm，前緣監測點ZG365的位移曲線在C點出現減速拐點，中后緣監測點位移繼續以1.26 mm/d增長。D→G過程，出現了暫時的庫水位抬升至157.00 m，并快速下降至 145.00 m，2017年7月降雨量達到261 mm，同比上月增長140 mm。在E點3個監測點均出現加速拐點，E→F過程為10 d，位移增長33～46 mm，F點出現減速拐點運行到G點。通過對比2018年和2019年，發現短暫的升降變換滑坡變形不明顯。以上分析表明，低水位運行期滑坡變形明顯，此階段的主要誘發因素是降雨。

（3） 庫水位上升及高水位運行期。G→J過程，庫水位上升過程中，8，9月降雨量分別為120 mm和170 mm，位移曲線從G持續減速增長至H點。10月降雨量204 mm，位移曲線加速增長，H點為加速拐點，加速至I點，進入高水位運行期，11月和12月降雨小，位移曲線減速增長至J點，變形持續至12月。10月的降雨情況多為連續性降雨，由于坡度平緩，坡面徑流小，入滲大，坡內地表水難以快速排出，使得變形持續到12月，所以此階段滑坡變形主要誘發因素是降雨，特別是連續性降雨使得滑坡發生持續性變形。

3三門洞滑坡“韌性變形”分析

3.1滑坡“韌性變形”特征

通過前文分析，三門洞滑坡較大的變形主導因素是降雨和庫水位升降作用，但在某個時間內，滑坡經歷降雨和庫水位升降作用時變形不明顯，即典型的“韌性變形”現象，本文根據三門洞滑坡對“韌性變形”特征總結如下：

（1） 宏觀變形跡象。

地表變形跡象表現前緣臨水部分產生塌岸，中部地表坍塌與拉張裂縫發展，后緣拉張剪切裂縫發展等特征，地表監測累計位移曲線產生抬升現象，滑坡呈現疑似“滑動”征兆，但后續滑坡變形跡象不再繼續發展，在一段時間的沉淀后，滑坡變形繼續發展。

（2） 地表位移監測特征。

以變形最大的ZG365為例，如圖8所示，三門洞滑坡的監測累計曲線表現為“臺階”狀，與白家包滑坡等動水壓力型滑坡產生的“臺階”狀累計位移曲線發展相似［19］，但又有本質的不同。如圖9所示，庫水位下降過程中白家包滑坡啟動變形，至低水位運行期變形停止，此現象根據每年庫水位運行情況復現。三門洞滑坡對庫水位升降和降雨的響應存在明顯不同，如2008年首次抬升至 173.00 m水位時，滑坡變形達到監測以來最大，2009年庫水位再次經歷145.00 m→173.00 m→145.00 m，滑坡變形不明顯。

（3） “韌性階段”時長。

按三門洞滑坡地表位移曲線特性，可將其劃分為“變形階段”和“韌性階段”，如圖8所示，“變形階段”的歷時與變形影響因素的作用強度及作用時長相關，“韌性階段”的適應時長難以具體界定。從ZG365監測點的監測曲線特征來看，“變形階段”的歷時越長，則對應的“韌性階段”的歷時也就越長，并且“變形階段”的歷時大于對應的“韌性階段”歷時約100～200 d（表2）。

3.2“變形階段”變形趨勢分析

地表監測累計位移曲線是對滑坡的發展及穩定狀態進行判斷的重要依據。為探究滑坡產生“韌性階段”的原因，深入了解變形段的變形趨勢是有必要的。選取2022年4月18日至8月20日主剖面自動監測點10 d為一個點，繪制“變形階段”的變形趨勢圖，如圖10所示。從圖10中可以看出，“變形階段”的不同部位的監測點的變形趨勢存在明顯差異，

以0°為水平方向，滑坡平均坡度為15°，以垂直向下方向變形為正，ZGX365、ZGX364、ZGX363的垂直變形方位角分別為2°、16°、63°，隨著變形的繼續監測點ZGX363垂直變形方向短暫轉為15°后再次轉向63°。

本次“變形階段”水平變形位移量明顯大于垂直變形位移量，位移最大為前緣ZGX365，其次是中部ZGX364，位移最小為后緣的ZGX363，具有牽引式特征，與前文監測位移特征相符。滑坡前緣主要以水平變形為主；滑坡中部沿著坡面變形，變形方向與平均坡度幾乎一致；滑坡后緣主要沿垂直方向變形，變形過程中，暫時出現以水平變形為主的現象。滑坡中部的地表裂縫多是無明顯錯動的張拉裂縫和局部地表坍滑，滑坡后緣多為有明顯錯動的拉張剪切裂縫，監測結果與宏觀性質相吻合。

值得注意的是，在垂直方向上，滑坡前緣與中部的監測點在變形過程中，存在向上變形的情況，前緣監測點最為明顯，向上和向下方向來回波動，中部監測點先是一段向上變形趨勢后持續向下變形，后緣監測點僅僅存在向下變形趨勢。

3.3滑坡“韌性變形”機制分析

3.3.1滑坡“韌性變形”機制

以前文地表自動監測中“變形階段”不同部位的變形趨勢為基礎，概化滑體內部變形趨勢如圖11所示，滑坡變形過程中，滑坡表面變形大，變形量向滑體深部逐漸減小，由于這種變形差異，使得滑體內部存在自身調整行為，即內部發生“韌性變形”。

（1） 滑坡后部壓密行為與變形趨勢轉向。

滑坡的后部主要發生垂直方向上的變形。當這種變形向滑坡的深部傳遞時，它會受到基巖的限制作用，逐漸發生變形趨勢轉向，從而向滑坡的中部轉移。這種變形趨勢轉向的現象是由于滑體與基巖之間的相互摩擦作用與力的平衡作用引起的。這種轉向變形可能表現為滑坡體在垂直方向上的擠壓和滑體中部的側向位移。垂直方向上的擠壓使得滑坡后部滑坡土體更加密實，而滑體中部的側向位移使得土體的壓密程度向滑體中部方向逐漸減弱。

（2） 滑坡中部不均勻擠壓行為。

滑坡的中部主要沿著滑動面方向變形。由于滑體后部的變形趨勢發生轉向，滑坡后部對滑坡中部呈現非均勻擠壓，中部滑體的深部土體與上層土體之間出現位移差，深部土體承受更大的擠壓效果，位移量較大，而上層土體則受到較小的影響，位移量較小。

（3） 滑坡前部鼓脹行為。

滑坡的前部主要發生水平方向上的變形。由于中部滑體內部土體存在上下位移的差異，這導致了滑坡中部土體對前部土體的擠壓呈現出一種弧形擠壓的形態，所以中前部的變形趨勢在垂直方向上形成了一種凸起的形態，如圖11所示，這種弧形的擠壓結果是前緣土體向臨空面鼓脹，變形趨勢上以水平方向為主。

滑體在發生“韌性變形”過程中不同部位表現出不同行為，包括滑體后部的垂直運動、中部的擠壓以及前緣的鼓脹。這些行為均會使得土體進行一次密實過程，而密實過程使得土體顆粒之間的相互作用加強，從而使土體的密度增大，內聚力增強，土體的抗剪能力提高，一段時間內擁有抵抗下次變形的力量。即“變形階段”后產生變形“韌性階段”。

滑坡受到的降雨及庫水位升降作用，可以分為短期和長期作用，短期作用主要是降雨及庫水位單次作用時產生浸泡軟化、靜水壓力及水頭差使得滑坡變形；長期作用是多次短期作用的疊加情況，不利因素的不斷累積過程，降低滑體的力學性質。而前文對影響因素的分析，就是短期作用表現，滑體內部進行的單次密實過程——“韌性變形”僅能抵抗短期作用；長期作用下，滑體力學性質下降，滑體又再次進入“變形階段”。

3.3.2“韌性變形”的條件

“變形階段”中滑坡垂直方向的位移大小，能否反映滑體各部位相對密實的程度，取決于密實作用能否從后向前緣傳遞，保證密實作用傳遞的條件為直線型滑動面。

直線型滑動面可以約束后部深部巖土體的垂直變形，并在向中部傳遞過程中變形趨勢方向轉為與滑動面平行，以此擠壓前部滑體。

3.3.3滑坡“韌性變形”與宏觀變形跡象

發生“韌性變形”過程中，滑體后中前緣變形趨勢的不同，使得宏觀變形跡象表現存在差異，滑體后部變形趨勢主要以垂直方向為主，多出現有錯動的張拉剪切裂縫，并向滑體中部方向，張拉剪切裂縫逐漸減少；滑體中部變形趨勢沿滑面平行方向，有局部坍滑現象；滑體前部變形趨勢沿水平方向為主，也有局部塌岸現象，若前緣臨水，塌岸現象更為強烈。

“韌性變形”的本質即滑體內部發生了密實作用，但滑體不同部位密實程度也有所區別。根據前文分析，滑坡后部在垂直方向上的位移量最大，中部次之，前部最小，所以密實程度為滑體后部最大，中部次之，前部最小。“變形階段”的密實程度大意味著“韌性階段”抵抗變形能力相對較強，即在“韌性階段”，密實程度大的后部滑體變形量相對更小，在經歷多次“韌性變形”作用后，各部位的變形量差距逐漸拉大。從17 a的人工監測數據來看，滑體綜合位移大小依次為前中后部，即呈現了牽引式滑坡特征。

4結 論

（1） 三峽庫區三門洞滑坡為平緩古堆積層滑坡，平均坡度15°，平均厚度22 m。它在2003年三峽水庫蓄水至135.00 m后復活，目前滑體前中后部變形主要為塌岸、拉張裂縫或坍滑和拉張剪切裂縫，結合專業監測數據，能反映出三門洞滑坡的整體性蠕動變形狀態與牽引式特征。

（2） 在庫水位下降期，三門洞滑坡的變形對庫水位的快速下降響應敏感，而此過程的降雨對滑坡變形仍然具有促進作用；低水位運行、庫水位上升期此階段的主要誘發因素是降雨，尤其在10月的連續性強降雨，可引起滑坡產生的持續1個月的變形。

（3） 滑體發生“韌性變形”時，滑體后緣變形趨勢以豎直向位移為主，中部變形趨勢以基覆界面位移為主，而前部向臨空方向推出，變形趨勢近水平，在這個階段土體會經歷一次密實過程，密實過程使得土體顆粒之間的相互作用加強，從而使土體的密度增大，內聚力增強，土體的抗剪能力提高，在一段時間內擁有抵抗下次變形的力量。

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（編輯：劉 媛）