陳 菲，鄧建輝，高明忠，王俤剴，蒙玉林，黃潤(rùn)太

（1. 西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，成都 610031；2. 四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065；

3. 中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都 610072）

1 引 言

莫洛村滑坡位于大渡河猴子巖水庫(kù)庫(kù)尾，是著名的丹巴古碉的集中分布區(qū)之一，其穩(wěn)定性不論是對(duì)藏碉群保護(hù)，還是對(duì)水庫(kù)蓄水位的選擇均十分重要。

本文首先簡(jiǎn)介了滑坡的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件，其次基于地質(zhì)勘察和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，分析了梭坡堆積體的地質(zhì)成因，以及莫洛村滑坡的形成與演變機(jī)制，最后采用三維強(qiáng)度折減法和二維極限平衡法預(yù)測(cè)了不同蓄水位與水庫(kù)運(yùn)行方案對(duì)其穩(wěn)定性的影響，建議了可行的工程治理措施。

2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

丹巴縣位于大雪山東麓，地處我國(guó)第1 階梯向第2 階梯過(guò)渡地帶，屬于典型高山峽谷地貌。境內(nèi)地形復(fù)雜，侵蝕剝蝕地貌發(fā)育。在丹巴縣梭坡鄉(xiāng)政府駐地下游側(cè)，大渡河河谷相對(duì)開闊，岸坡舒緩，兩岸各發(fā)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(guò)30 000× 104m3。堆積體上、下游河谷均為V 型峽谷，四周高山環(huán)抱，高程約3 400～4 400 m（見(jiàn)圖1）。

圖1 研究區(qū)地形地質(zhì)圖 Fig.1 Geographical and geological map of the research area

區(qū)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(zhì)巖和碳酸鹽的變質(zhì)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(qū)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(qū)基巖。兩個(gè)堆積體是區(qū)域的主要第四系松散地層，是丹巴縣古碉群的重要分布區(qū)，也是滑坡的分布區(qū)，包括左岸的查農(nóng)滑坡、莫洛村滑坡、四道口滑坡和右岸的宋達(dá)滑坡等（見(jiàn)圖2）。

研究區(qū)位于金湯弧西翼NW向褶皺束的東方紅復(fù)向斜北東翼，巖層總傾向?yàn)镾W，傾角為20～40°。但在梭坡堆積體一帶，受其他構(gòu)造影響，巖層傾向NW～W。札科斷裂是研究區(qū)的主要斷裂，由多條逆斷層組成，傾向?yàn)镹E，傾角為60～80°，總寬約120～150 m，斷距大于500 m，長(zhǎng)度超過(guò)21 km。研究區(qū)地震活動(dòng)水平較低，主要地震影響來(lái)自周邊活動(dòng)斷裂帶，場(chǎng)區(qū)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(qū)氣候?qū)儆诟咴瓪夂騾^(qū)的高原南緣濕潤(rùn)大區(qū)，大渡河谷年均氣溫為14.3℃，高山區(qū)則氣溫低寒，霜凍較長(zhǎng)。氣候主要受西南季風(fēng)與東南季風(fēng)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(qū)高山多且高，降水量隨高度增加而增大，實(shí)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(zhì)成因

梭坡堆積體邊坡總體走向?yàn)镾30°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(zhǎng)度約3 000 m，橫向?qū)挾燃s1 150 m，厚度約70～ 95 m，最厚達(dá)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(fā)育一些長(zhǎng)度為60～150 m、寬度為20～50 m、坡度為8～15°的小型平臺(tái)。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(fā)育多個(gè)較大平臺(tái)，寬度一般為100～ 200 m，個(gè)別可達(dá)800 m，坡度為6～10°。各平臺(tái)間的斜坡一般在15～30°。

自前緣至后緣，堆積體上分布著4 個(gè)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(lái)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(dá)20 余米。大塊石以變粒巖為主，偶爾可見(jiàn)溶蝕大理巖，小塊石則主要為風(fēng)化殘余的二云母石英片巖。土為二云母石英片巖的風(fēng)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(bǔ)給。雙源溝位于堆積體中部偏上游側(cè)，發(fā)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(jì)80 年代初，水源來(lái)自堆積體左側(cè)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(gè)部位。除雨季外，大渡河邊溝口部位難見(jiàn)流水。

堆積體的地質(zhì)成因目前尚存爭(zhēng)論[1－3]，文獻(xiàn)[2]認(rèn)為，是滑坡堆積成因。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，作者認(rèn)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(zhì)與結(jié)構(gòu)冰磧堆積與冰水沉積特征顯著。如緩坡上的長(zhǎng)徑大于20 m 的巨礫、磨蝕的變粒巖塊石、溶蝕強(qiáng)烈的大理巖塊石、雜亂的塊石結(jié)構(gòu)與堆積體中后緣的冰磧黃土（圖3(a)～(d)）等。文獻(xiàn)[2]的論據(jù)之一就是古雪線高程約3 000 m，冰川活動(dòng)不可能達(dá)到1 860 m 高程。作者認(rèn)為，雪線高程與冰川前緣到達(dá)高程不是同一概念，即使在現(xiàn)代，海螺溝冰川的前緣高程也達(dá)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(shí)期冰川前緣曾經(jīng)到達(dá)大渡河河谷高程（1 856 m）的最有力證據(jù)（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(rèn)其圈椅狀地形（見(jiàn)圖4）?；律嫌蝹?cè)以雙源溝與查農(nóng)滑坡交界，下游側(cè)為四道溝滑坡，前臨大渡河，后靠2 200 m臺(tái)地（見(jiàn)圖2）?；卵睾訉捈s600 m，長(zhǎng)約1km，厚度約70～95 m，右側(cè)較厚，左側(cè)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(jù) Fig.3 Evidences of glaciations for Suopo deposit

圖4 滑坡區(qū)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(xiàn)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(xiāng)的古碉大多修建于明清時(shí)期，目前尚保留100 余座。從調(diào)查情況來(lái)看，位于高程 2 250 m 以下古碉整體傾斜明顯（見(jiàn)圖5(a)～(c)），而以上的其他古碉要么由于結(jié)構(gòu)原因局部?jī)A斜（見(jiàn)圖5(d)），要么沒(méi)有傾斜（見(jiàn)圖5(e)）。前緣高程為1 900 m 附近亦出現(xiàn)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(wú)疑是導(dǎo)致滑坡形成的主要原因。自1983 年實(shí)行聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制以來(lái)，當(dāng)?shù)鼐用裨谄麦w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(dāng)?shù)鼐用耜懤m(xù)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(dòng)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(xiàn)代河床下（見(jiàn)圖6）?；虑熬壓舆呫@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(jiàn)到木屑，已炭化。C14 同位素測(cè)年結(jié)果為 3 300±250 a[3]。

結(jié)合C14 測(cè)年結(jié)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(shí)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(xiàn)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(guò)程推演如下：第四紀(jì)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(shí)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(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，但雨季地下水位較高，其前緣（即現(xiàn)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(cè)斷塊的推擠作用使前側(cè)斷塊出現(xiàn)傾倒變形趨勢(shì)。滑坡體的這一變形特征可用圖7 表示，圖中的古碉編號(hào)與圖5 一致。

圖6 縱剖面地質(zhì)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(xiàn)[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(wěn)定性預(yù)測(cè)

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

三維強(qiáng)度折減法的平面計(jì)算范圍為803.6 m× 1 700 m（見(jiàn)圖2），X 軸正向?yàn)镾29oE，范圍0～ 803.6 m；y 軸正向?yàn)镹61oE，范圍為0～1 700 m；z軸為垂直向，坐標(biāo)與海拔高程相同，范圍自高程 1 230 m 至地表。計(jì)算模型參見(jiàn)圖8，共劃分節(jié)點(diǎn)30 327 個(gè)，六面體和四面體單元27 205 個(gè)。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(xiàn)[6－9]相同。計(jì)算分兩步進(jìn)行，第1 步計(jì)算滑床、滑體和滑帶在重力作用下的彈性變形和應(yīng)力，作為初始狀態(tài)；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(fā)展過(guò)程。滑帶使用理想彈塑性本構(gòu)模型，三維實(shí)體單元，Mohr-Coulomb 屈服準(zhǔn)則；滑體和滑床使用線彈性模型。每次強(qiáng)度折減計(jì)算時(shí)，收斂準(zhǔn)則采用滑動(dòng)面塑性區(qū)完全貫通準(zhǔn)則。地震模擬使用擬靜力法。

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

圖8 計(jì)算模型 Fig.8 Calculation model

計(jì)算過(guò)程與結(jié)果見(jiàn)圖9(其中RF 為折減系數(shù))和表3。猴子巖可研階段，水庫(kù)正常水位包括1 842 m和1 852 m 兩種備選方案，水庫(kù)運(yùn)行也存在多種備選方案。限于篇幅，本文僅列出運(yùn)行期水位驟升、驟降條件下的最小安全系數(shù)（見(jiàn)表3），并與天然河道水位、穩(wěn)態(tài)滲流和不考慮地下水條件下的安全系數(shù)對(duì)比分析?？梢钥闯?，(1) 無(wú)水、無(wú)地震狀態(tài)下，二維極限平衡法和三維強(qiáng)度折減法的安全系數(shù)分別為1.443 和1.490，滑坡的三維效應(yīng)不顯著；(2) 在天然河道、無(wú)地震狀態(tài)下，二維和三維安全系數(shù)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(wěn)定的最重要因素；(3) 在天然河道、有地震狀態(tài)下，滑坡體的二維安全系數(shù)僅為1.001，接近極限狀態(tài)；（4） 不論是1 842 m 還是1 852 m 水位方案，水庫(kù)蓄水與運(yùn)行對(duì)滑坡穩(wěn)定的影響均很??；(5) 滑坡體的中、后緣較早就進(jìn)入塑性狀態(tài)，滑坡體前緣，特別是河床部位的抗滑作用明顯（見(jiàn)圖9）；(6) 不論是現(xiàn)狀，還是水庫(kù)蓄水后滑坡的安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求[10]。

圖9 滑帶塑性區(qū)發(fā)展過(guò)程（深色部分為彈性區(qū)） Fig.9 Distribution of plastic zones for slide belt(the dark areas are in elastic state)

表1 計(jì)算參數(shù)表 Table 1 Calculation parameters

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

表3 水庫(kù)運(yùn)行條件下莫洛村滑坡的穩(wěn)定性 Table 3 The stability of Moluocun landslide during reservoir operation

6 結(jié) 論

（1）梭坡堆積體是冰川作用形成的，整體穩(wěn)定性良好，但前緣存在局部解體現(xiàn)象，包括查農(nóng)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(zhǎng)期蠕變形成的。目前變形加速的主要原因是1983 年以來(lái)開鑿引水溝導(dǎo)致堆積體地下水位上升。

（3）莫洛村滑坡目前處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，采用二維極限平衡法和三維強(qiáng)度折減法，安全系數(shù)分別為1.048 和1.07；考慮地震影響的安全系數(shù)為1.001。安全系數(shù)不滿足規(guī)范的最小安全系數(shù)要求。計(jì)算結(jié)論與滑坡體穩(wěn)定的宏觀調(diào)查結(jié)論一致。

（4）不論是1 842 m 還是1 852 m 水位方案，水庫(kù)蓄水與運(yùn)行對(duì)滑坡的穩(wěn)定的影響均很小。

（5）高地下水位是影響滑坡穩(wěn)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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