王東輝，肖紅勇，李明輝

(1.中國地質調查局成都地質調查中心，四川 成都 610081；2.四川省地質工程勘察院，四川 成都 610072)

模型一詞已廣泛應用于社會生活的各個領域。其基本定義為用以分析問題的概念、數學關系、邏輯關系和算法序列的表示體系。工程地質領域中“地質模型”概念前身為“地質模式”［1］，是反映邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)各種因素的綜合體現，不但包括與邊坡有關的基本地質條件，而且也包括邊坡巖體的變形特點與相應的破壞方式，以及影響邊坡穩(wěn)定性的各種人為的及自然的動力因素［2］。是經過科學的、符合實際地質狀況簡化的一種巖體等效模型［3］。其定義為依據工程性狀，將重要的工程地質條件，亦可稱要素，按實際狀態(tài)，進行抽象和概化以一種簡潔的模式表示［4］。滑坡地質模型可定義為依據滑坡內在性狀，將滑坡發(fā)育的工程地質條件中主要的特征地質內容(或要素)、形態(tài)和變形破壞狀況，結合影響滑坡發(fā)生的外在因素，經過綜合分析，進行抽象和概化以一種簡潔的模型表示。

滑坡地質模型并不是簡單的幾何圖形，它是建立力學—數學模型、監(jiān)測模型，正確地進行滑坡定量分析及穩(wěn)定性評價與預測的基礎，是進行工程分析及設計施工的基礎。因此建立精確的滑坡地質模型，對于評價滑坡穩(wěn)定性，分析其成因機制等具有非常重要的意義。

晏鄂川等通過對三峽庫區(qū)滑坡的研究，提出類、型、式、期組合的滑坡基本地質模型體系［5］，在實際應用中取得了較好的效果［6～7］。但在進行滑前地質模型重建的過程中則不夠適用，滑前地質模型重在考慮影響滑坡發(fā)育的內在地質因素、外在地形因素及自然或人為影響因素，對滑坡的變形運動特征及發(fā)育階段的劃分則是滑坡地質模型重建后進行滑坡成因機制分析時需考慮的內容。

在復雜地質環(huán)境條件下，必須充分認識地質體本質屬性即原始地質屬性及其在降雨、地震、人類工程活動等外部營力作用下的反應，研究中必須十分重視工程地質基礎工作的研究，還原滑坡原始地質環(huán)境條件，準確認識并確定滑前地質模型，是分析滑坡在外部營力作用下變形機理，討論滑坡形成機制的基礎所在。筆者以鮮水河斷裂帶老虎嘴滑坡為例，提出了滑坡滑前地質模型重建的方法與思路，為研究強活動斷裂帶滑坡易發(fā)性提供了依據。

1 研究區(qū)概況

老虎嘴滑坡位于鮮水河斷裂帶北西段斷層破碎帶內，前緣為川藏公路北線G317國道?；虑安扛采w于達曲河二級階地之上，階地形成年代為14C 28000±1300年［8］?；聟^(qū)右側為基巖山脊，其上有薄層殘坡積土覆蓋，左側邊界外圍見厚5～30m殘坡積土，具成層性，下部以碎石為主，厚約5～10m，上部為淺黃色含碎石粉砂質粘土，膠結較好，厚約3～20m。滑體平面形態(tài)呈“舌”形，前部最寬952m，縱向最長810m(圖1)，最厚處位于滑體右側，可達66.9m?？傮w坡向62°?；w及周邊無常駐居民，前緣威脅G317國道。

圖1 老虎嘴滑坡全貌Fig.1 Full view of Laohuzui landslide

2 滑前地質模型重建研究內容

要對滑坡滑前地質模型進行重建需對滑前各要素進行研究，筆者將其歸納為三大類:地質要素、形態(tài)要素、環(huán)境要素，具體見圖2。

圖2 滑前地質模型重建要素框圖Fig.2 Sketch of elements of geological model reconstruction

3 地質模型重建的形態(tài)要素

3.1 滑前地形

為精確掌握現今滑體物質組成，在滑體及滑坡后部布置了10個鉆孔、4個探槽、5條地質雷達測線、3條視電阻率測深測線(圖3)。

3.1.1 滑床面的確定

根據勘探資料，結合滑坡后部出露的滑床面形態(tài)，繪制出連續(xù)的滑床面形態(tài)，其剖面形態(tài)呈“凹”形，二級階地后側為基巖陡崖，滑床坡度為15°。平面形態(tài)呈“簸箕”狀，上寬、下窄，最寬處約910m，最窄處約459m，地勢上右側略高于左側(圖4)。

圖3 滑坡現今地貌及勘探工程布置Fig.3 Landform after failure and exploration engineering map

圖4 滑床面地形Fig.4 Topography of slip surface

3.1.2 滑體體積的確定

利用ArcGIS對1∶2000滑坡區(qū)現狀地形圖及滑體底面地形圖進行處理，生成DEM后進行柵格減計算后得到滑體厚度圖，計算得體積為918.1887×104m3。

目前滑體中部及右側有大量碎塊石堆積，其間極少粉砂或粘土充填，在滑坡外圍斜坡兩側未見松散的碎塊石堆積層，可以認為該碎塊石堆積來源為斜坡上原有的穩(wěn)定基巖。在ZK9后部10m處見寬60m、高20～30m陡坎，剖面下部見穩(wěn)定基巖(圖5)，巖性為中風化變質石英砂巖，于ZK9鉆孔下部見沖洪積卵礫石?？梢耘卸ɡ匣⒆旎聻榛鶐r滑坡，于ZK9附近堆積于河流階地之上。據鉆孔及物探資料，碎塊石堆積主要在滑體兩個部位集中，一處為ZK9以東及ZK2至ZK1一線以西(圖6)，另一處為TC4至ZK7之間(圖7)，其中ZK8附近地表即可見大量碎塊石堆積(圖8)。碎塊石體積計算可以采用公式V石=V總－V土(式1)，為便于計算，在此假設物探剖面中解釋的土石比例即為滑體中粘土與碎塊石的比例，即=，式中S表示土(石)在物探剖面上所占面積，i代表8條物探剖面的序號。經計算=0.329，代入式(1)得 V石=227.3018 ×104m3。

上覆殘坡積土結構特征遵循相關地貌學原理［9］并結合周圍發(fā)育特征進行恢復，詳見下文論述。

圖5 電測深DL2縱剖面Fig.5 Vertical section of DL2

圖6 電測深DL1橫剖面Fig.6 Cross section of DL1

圖7 地質雷達LD3測線(ZK8－ZK10間)Fig.7 LD3 of geological radar(between ZK8 and ZK10)

圖8 滑體碎塊石分布區(qū)Fig.8 Distribution of fragment stone

綜合考慮上述因素，重建了老虎嘴滑坡滑前地貌形態(tài)?；靶逼缕拭娉释剐?，高程3545～3602m為5°～10°緩坡，3440 ～3545m 為 10°～15°緩坡，3342 ～3440m為30°～40°基巖陡坡，具較好臨空條件。

3.2 滑前邊界確定

(1)左側邊界:地形上為一基巖山脊，在3468m處形成埡口，滑坡在此處受左前方基巖阻擋后向右移動，左側邊界呈向右迅速收口的半圓弧形。

(2)右側邊界:在滑坡右側外側高程 3400～3410m間見四川省地震局開挖地震探槽［8］，探槽長20m，揭露大小地震斷層共19條，走向多為北西，其中2條走向北85°東，傾向南東，傾角65°，性質以扭性為主，為鮮水河斷裂左旋扭動形成的剪切型斷裂。該組斷層在地貌上顯示為北東走向的溝槽，構成滑坡右側邊界。

(3)后緣滑壁:滑壁總體呈半月型，長約390m，坡度20°～25°之間，后壁長度所占滑坡長度比例為1/4，反映滑坡滑動速度較快［10］。

(4)剪出口位置:剪出口位于ZK9后部，海拔3420～3440m之間，下方為坡度30～40°的基巖陡坡，距二級階地高差約80～100m。

4 地質模型重建的地質要素

4.1 物質結構

4.1.1 滑體結構

滑體由上部殘坡積土、下部強風化變質砂巖兩部分組成。

(1)變質砂巖呈碎裂結構，局部糜棱巖化，產狀307°∠75°，發(fā)育 3組優(yōu)勢結構面，產狀分別為 75°∠25°、320°∠60°、100°∠65°。多呈中-強風化狀態(tài)，強風化厚度約3～10m，基巖被結構面切割呈直徑3～5cm碎塊，其物理力學參數見表1。

表1 滑體及滑床基巖的物理力學性質參數Table 1 Physical-mechanical properties of the sliding body and the sliding bedrock

(2)上部殘坡積土

斜坡右側土體較薄，厚約1～5m，局部基巖出露，巖性以粉砂質粘土為主，而左側中部見厚約30m土體，上部粉砂質粘土層厚約20m，下部碎石層厚約10m，前部厚度變薄，于近陡崖的埡口處開始向陡崖尖滅。結合地表調查，殘坡積土主要分布于斜坡后部及左側，厚度分布上呈南西薄、北東厚，在北東角3520～3440m之間厚度最大。主要為淺黃色含碎石粉砂質粘土，半膠結狀態(tài)，具垂向裂隙，碎石含量小于30%，直徑以3～10cm為主，磨圓較差，分選較差，天然重度19.5 kN/m3。最厚處位于斜坡北東角，厚度可達30余米，結構上呈現下部以碎石為主，上部以粉砂質粘土為主，兩者厚度比例約1∶2。

4.1.2 滑面特征

通過現今滑坡特征可判斷滑前滑面位置為基巖的強風化層與中－微風化層界面，產狀75°∠25°?；瑤翞榉凵百|粘土夾碎石，碎石含量約5%。硬塑，見較完整絹云母碎片，其抗剪強度指標見表2。

表2 滑帶土抗剪強度建議值Table 2 Shear strength of slip band soil

4.1.3 滑床特征

據鉆孔及槽探揭露，滑床為中-微風化的變質砂巖，巖體相對完整，其力學參數見表1。

4.2 地質構造

研究區(qū)位于鮮水河斷裂帶北西段破碎帶內，鮮水河主干斷裂及丘洛斷層從滑坡區(qū)后側通過，格底村斷層及然達斷層從滑坡中前部及達曲左岸通過。鮮水河斷裂北西段走向315°，為第四紀強活動斷裂，晚更新世以來左旋走滑錯距最大達1700m，年滑動速率13±5mm［8］。其強烈的左旋走滑作用致兩側巖體發(fā)育多組與斷裂走向斜交的羽狀剪切節(jié)理。筆者測量鮮水河斷裂帶北西段沿線337處節(jié)理結構面，統(tǒng)計出3組區(qū)域上的優(yōu)勢結構面，產狀分別為7°∠17°、57°∠49°、100°∠51°。

5 地質模型重建的環(huán)境要素

5.1 氣象水文

屬高原寒溫帶、亞熱帶大陸性季風高原型氣候，年降水量較少。地下水主要賦存于碎(塊)石土的孔隙中，形成上層滯水和孔隙潛水。地下水埋深3.6～5.2m。滑前斜坡位于基巖陡崖之上，不受河流沖刷影響。

5.2 地震

研究區(qū)位于鮮水河強地震帶，北西20km左右侏倭一帶1800年以來6.0級以上2次，研究區(qū)南東40km雅德1973年發(fā)生7.9級地震。區(qū)內地震動峰值加速度 0.2g。

6 滑前地質模型

通過各要素對比分析，老虎嘴滑坡滑前地質模型為:碎裂狀基巖內部結構面控制的強風化層與中風化層間剪切錯動帶構成底部滑面，受地形控制的左側山脊邊界及剪切型斷裂控制的右側沖溝邊界，基巖陡坡之上的剪出口構成有效臨空面，中厚層殘坡積層及強風化基巖構成滑體，中風化基巖構成滑床?；暗刭|模型各要素特征見表3。

表3 老虎嘴滑坡滑前地質模型各要素基本特征Table 3 Basic characteristics of the geological model

7 滑坡觸發(fā)因素分析

利用GEOSLOPE/W軟件對滑前主剖面進行穩(wěn)定性計算，使用地質模型重建獲取的參數值，計算時完全指定滑移面位置，計算方法采用Morgenstern-Price法。在天然、飽水狀態(tài)下計算得安全系數分別為1.292、1.063，均處于穩(wěn)定狀態(tài)。地震為區(qū)內滑坡發(fā)生的主要誘發(fā)因素之一。在GEOSLOPE/W軟件中，對天然狀態(tài)下的斜坡施加地震荷載進行計算，ah/av取經驗值2/3(ah為地震動水平加速度，av為地震動垂直加速度)，對ah從0.10～0.20逐一代入計算，當ah取0.12時，安全系數為0.969，斜坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對應地震烈度為Ⅶ度。初步判定老虎嘴滑坡為某次地震引發(fā)。

8 結論

(1)提出了滑坡滑前地質模型重建要素，即反映滑坡內部屬性特征的地質要素；反映滑坡外部形態(tài)特征的形態(tài)要素；反映滑坡影響及誘發(fā)因素的環(huán)境要素。

(2)提出了滑前地質模型重建的流程:現今滑坡特征——滑前地形恢復——確定滑前滑坡邊界——地質要素重建——環(huán)境要素重建——滑前地質模型。

(3)通過滑前地質模型重建，獲取了滑前地形地貌、剪出口位置、滑體結構等一系列滑坡分析所需參數，通過對模型的進一步分析可以初步斷定老虎嘴滑坡應為地震誘發(fā)。

(4)通過對老虎嘴滑坡滑前地質模型重建，為進一步分析該滑坡成因機制，研究強活動斷裂帶滑坡易發(fā)性提供了依據，同時也進一步驗證了本文研究思路的可行性和準確性。

(5)由于滑坡發(fā)育的影響因素在各地區(qū)具有極大的差異，本文以鮮水河斷裂帶典型滑坡為例提出的滑坡地質模型建立要素及方法在其他地區(qū)適用性還有待進一步研究。

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