侯時(shí)平, 王水華, 郭 峰

(湖北省地質(zhì)局 水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),湖北 宜昌 443000)

三峽庫區(qū)巴東某滑坡基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的變形特征與因素分析

侯時(shí)平, 王水華, 郭 峰

(湖北省地質(zhì)局 水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),湖北 宜昌 443000)

利用湖北省三峽庫區(qū)巴東某滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù),分析其變形特征,并根據(jù)滑坡內(nèi)地下水位變化,分別分析滑坡變形與大氣降水和庫水位變動的關(guān)聯(lián),確定其相關(guān)性。結(jié)果表明,降雨量和庫水位變化是引起滑坡階躍型變形的主要因素,滑坡前緣地下水位受庫水位波動影響明顯,地下水位與庫水位間高度相關(guān)；地下水位變動明顯滯后于庫水位變動,滯后時(shí)間10—15天。

滑坡;變形特征;三峽庫區(qū)

三峽庫區(qū)巴東縣位于湖北省西部,地處長江三峽的巫峽和西陵峽之間,屬川鄂褶皺山地,山勢陡峭,溝壑縱橫,地質(zhì)、地形地貌條件復(fù)雜,地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)。三峽工程建設(shè)過程中,國內(nèi)外許多學(xué)者對湖北省三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害,特別是滑坡的變形特征、發(fā)育規(guī)律等進(jìn)行了不同程度的研究[1]。以三峽庫區(qū)巴東某滑坡為例,匯總多年監(jiān)測成果,歸納分析滑坡變形特征。

1 滑坡概況

該滑坡地處長江左岸岸坡地帶,平面形態(tài)呈橫長形,剖面形態(tài)總體呈凸形,上緩下陡,平均坡度34°?；虑熬壐叱?36 m,部分滑體已淹沒于庫水下;后緣高程365 m,相對高差約230 m。

滑坡東側(cè)以近南北向淺沖溝為界,后緣以及西側(cè)以完整基巖與碎、塊裂巖巖性界線為界?；驴v長380 m,橫寬1 200 m,平均厚度63 m,總面積50×104m3,總體積3 150×104m3,為一深層巖質(zhì)滑坡,主滑方向近南[2]。

受沖溝切割作用,自西向東滑坡可分成Ⅰ#崩滑體、Ⅱ#崩滑體、Ⅲ#滑坡三部分。Ⅰ#、Ⅱ#崩滑體為土質(zhì)滑坡,滑坡體物質(zhì)由含塊碎石粉質(zhì)粘土組成,部分為塊碎石夾粉質(zhì)粘土;Ⅲ#滑坡為巖質(zhì)滑坡,滑體物質(zhì)由碎裂巖、散裂巖和碎塊石組成,以碎裂巖為主,結(jié)構(gòu)松散?；轮苓叧雎兜貙訛槿B系中統(tǒng)巴東組第二段—第四段,巴東組第二段(T2b2)為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖,第三段(T2b3)主要為薄—中厚層狀泥灰?guī)r,第四段(T2b4)為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖。巖層傾向355°～34°,傾角15°～37°,坡體結(jié)構(gòu)類型為逆向坡。

滑帶由碎石、角礫和粘性土組成,土石比為2∶8～7∶3,滑帶物質(zhì)成分和顏色受母巖的影響較明顯,滑帶土有紫紅色和黃褐色,角礫成分有泥灰?guī)r、灰?guī)r和紫紅色粉砂巖、泥巖,角礫呈次棱角—渾圓狀。主滑帶的厚度一般0.2 m左右,局部厚度可達(dá)1.87～3.63 m。

滑坡區(qū)地下水主要類型為松散堆積物孔隙水和基巖裂隙水?？紫端x存于滑坡堆積巖土體孔隙內(nèi),受大氣降水及上部斜坡區(qū)地下水滲透補(bǔ)給,通過土體空隙順坡向排泄,部分下滲補(bǔ)給基巖裂隙水。基巖裂隙水主要賦存于泥灰?guī)r裂隙內(nèi),泥巖內(nèi)相對較少,受大氣降雨及上部區(qū)域基巖裂隙水滲透補(bǔ)給,并順坡向排泄入長江。松散土體孔隙水與基巖裂隙水之間并無穩(wěn)定的隔水層,兩者存在相互滲透補(bǔ)給關(guān)系。

地下水最低排泄基準(zhǔn)面為長江,受其控制,地下水位隨長江水位的漲落而波動,亦隨降雨量影響而變動。

該滑坡于2007年3月首測,布設(shè)有GPS位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測和深部位移監(jiān)測等(圖1)?；轮饕T發(fā)因素為庫水位波動和季節(jié)性降雨。在外部誘發(fā)條件和觸發(fā)因素改變情況下,滑坡體可能產(chǎn)生變形破壞,直接威脅滑坡體上23戶93人的生命財(cái)產(chǎn)安全,威脅長江航運(yùn)及巴秭北線公路的安全。

圖1 滑坡專業(yè)監(jiān)測布置示意圖Fig.1 Sketch map of landslide monitoring layout1.GPS監(jiān)測墩及編號;2.GPS基準(zhǔn)墩及編號;3.鉆孔傾斜監(jiān)測孔及編號;4.地下水位監(jiān)測孔及編號。

2 滑坡監(jiān)測成果

該滑坡上共布設(shè)14個(gè)GPS監(jiān)測點(diǎn),其中2個(gè)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn),6個(gè)深部位移監(jiān)測孔、6個(gè)地下水位監(jiān)測孔。本文主要利用從2007年3月—2014年3月近7年時(shí)間內(nèi),共105期監(jiān)測資料,從滑坡地表位移、深部位移、地下水位等監(jiān)測數(shù)據(jù),主要分析滑坡變形的初始變形時(shí)間,地表變形與深部變形的同步性與差異性,滑坡各部位變形的特征等。

圖2 滑坡累計(jì)位移—時(shí)間曲線Fig.2 Cuinulative displacement-time curve of landslide

2.1 地表位移監(jiān)測

該滑坡布設(shè)了12個(gè)形變點(diǎn)(編號BD1-BD12),GPS累計(jì)位移監(jiān)測曲線如圖2所示,位移方向如圖3所示。圖2顯示:BD2-BD6形變監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)位移比BD7-BD12形變監(jiān)測點(diǎn)明顯偏大,表明滑坡體內(nèi)西側(cè)變形較滑坡東側(cè)更為劇烈;BD-3較BD-4、BD-5、BD-6變化幅度更大,表明滑坡前緣西側(cè)變形與中部及后緣相比更為強(qiáng)烈。圖3顯示:滑坡內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)位移方位基本穩(wěn)定在170°～190°,單點(diǎn)位移方向變化幅度在5°之內(nèi),滑坡已具有統(tǒng)一的滑移方向,表明滑坡已進(jìn)行蠕動變形階段[3]。

2.2 深部位移監(jiān)測

該滑坡上共布設(shè)6個(gè)深部位移監(jiān)測孔,編號從CX1到CX6,其中CX1、CX2、CX3布置于2-2′監(jiān)測剖面,CX4、CX5、CX6布置于3-3′監(jiān)測剖面(圖1)。監(jiān)測孔基本情況見表1,各深部位移監(jiān)測曲線見圖4-圖9。

圖3 滑坡位移方向—時(shí)間曲線Fig.3 Displacement direction-time curve of landslide

名稱孔口高程/m孔深/m滑帶位置孔深/m對應(yīng)GPSCX1273.1050.4939.80～40.80BD-4CX2225.0970.4361.75～62.20BD-5CX3188.6078.6069.10～69.30BD-6CX4298.0361.3654.10～54.30BD-7CX5260.1680.6173.40～74.00BD-8CX6221.7081.4474.00～74.20BD-9

圖4顯示:CX1監(jiān)測孔2008年6月在深度27 m附近位移量較大(274.51 mm),與孔口位移量(267.19 mm)基本一致,表明滑坡27 m以上為同步移動,證明在滑坡深度27 m附近存在次級滑帶(塊碎石土與含塊碎石粉質(zhì)粘土交界部位)。

圖4 CX1深部位移曲線(A向)Fig.4 Deep displacement curve of CX1

圖5 CX2深部位移曲線(A向)Fig.5 Deep displacement cure of CX2

圖6 CX3深部位移曲線(A向)Fig.6 Deep displacement cure of CX3

圖7 CX4深部位移曲線(A向)Fig.7 Deep displacement cure of CX4

圖8 CX5深部位移曲線(A向)Fig.8 Deep displacement cure of CX5

圖9 CX6深部位移曲線(A向)Fig.9 Deep displacement cure of CX6

圖5顯示:CX2監(jiān)測孔2008年9月在深度42 m處位移量(264.17 mm)與孔口位移量(269.62 mm)基本一致,表明滑坡42 m以上滑體為同步變形,證明在滑坡深度42 m附近存在次級滑帶(含塊碎石粉質(zhì)粘土)。

圖6顯示:CX3監(jiān)測孔僅有的3次監(jiān)測成果反映在深度50 m附近存在層內(nèi)錯動帶(碎石土),滑坡深部位移量(70.8 mm)與孔口位移量(67.55 mm)基本一致,表明上部滑體(0～50 m)為同步變形。證明在滑坡深度50 m附近存在次級滑帶。

圖7顯示:CX4監(jiān)測孔2009年6月在滑坡深部(52 m)位移量(104.14 mm)與孔口位移量(104.53 mm)基本一致,表明滑坡52 m以上滑體為同步變形。

圖8、圖9顯示:CX5、CX6監(jiān)測孔無明顯位移突變部位,但CX5監(jiān)測孔深部位移自深度73.4 m(滑帶處)向上緩慢增加,表明坡體仍然存在由表及里向長江方向的傾覆變形,孔位處滑體雖未見明顯次級滑帶加速位移跡象,但處于持續(xù)蠕動變形階段。

綜合地表位移和深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯總分析認(rèn)為,滑坡體內(nèi)西側(cè)變形較東側(cè)位移量更大,變形更明顯,但其變形主要集中在上部滑體內(nèi),東側(cè)變形量略小,但其為滑坡整體的蠕滑變形。

2.3 地下水位監(jiān)測

滑坡上共布設(shè)6個(gè)地下水位監(jiān)測孔,編號從SW1到SW6,其中SW1、SW2、SW3布置于2-2′監(jiān)測剖面,SW4、SW5、SW6布置于3-3′監(jiān)測剖面(圖1),地下水位監(jiān)測孔多年監(jiān)測成果見圖10。

圖10 該滑坡地下水位高程—時(shí)間曲線Fig.10 Underground water level elevation-time curve of landslide

圖10顯示:位于滑坡前緣的SW3和SW6水文孔,受庫水位變動影響,水位變動較明顯,位于滑坡中后部的水文孔變化不明顯。

3 滑坡變形特征分析

3.1 地表位移速率與降雨量

根據(jù)該滑坡累計(jì)位移—時(shí)間曲線,滑坡東側(cè)各GPS累計(jì)位移曲線呈現(xiàn)緩慢增加趨勢,總體變化不大。在每年6—10月表現(xiàn)出一定的變化特征,但變幅不大且很快又恢復(fù)常態(tài),滑坡累計(jì)位移曲線總體呈現(xiàn)振蕩型特征,滑坡處于蠕動變形階段。

滑坡體內(nèi)西側(cè)除BD-1監(jiān)測點(diǎn)無明顯位移外,其它各監(jiān)測點(diǎn)至2014年7月累計(jì)位移達(dá)到633～1 250 mm,各監(jiān)測點(diǎn)平均位移速率見圖11。

圖11顯示:該滑坡體內(nèi)西側(cè)各監(jiān)測點(diǎn)位移速率—時(shí)間曲線具有振蕩型特征。在2007年7月、2009年6月、2010年7月、2012年6月、2013年7月,各監(jiān)測點(diǎn)位移速率均處于波峰,即每年6月、7月滑坡變形最為劇烈。以1-1′監(jiān)測剖面前緣的BD-3為例,2007年7月最大位移速率達(dá)10.733 mm/d,2009年6月達(dá)1.834 mm/d,2012年達(dá)3.316 mm/d,位移速率最大值均出現(xiàn)在6、7月,此時(shí)正為汛期與庫水位快速波動期,該點(diǎn)位受降雨或庫區(qū)水位變動等因素影響較大。

圖11 滑坡西側(cè)各GPS監(jiān)測點(diǎn)位移速率—時(shí)間曲線Fig.11 Displacement rate-time curve of GPS monitoring points on the west side of the landslide

將滑坡體內(nèi)西側(cè)各GPS監(jiān)測點(diǎn)位移速率與庫水位、降雨進(jìn)行綜合分析(圖12)可以看出,滑坡所在區(qū)域降雨明顯具有季節(jié)性特征,每年的5—9月(汛期)雨量急劇增加,占全年降雨量的70%以上,滑坡位移速率在此時(shí)間段內(nèi)亦明顯增加,表明降雨強(qiáng)度與滑坡位移速率具有一定的相關(guān)性。排除庫水位波動等其他因素對滑坡位移速率的影響,采用一元線性回歸方程對降雨量與BD-2～BD-6位移速率分別進(jìn)行相關(guān)性分析,其相關(guān)系數(shù)分別為0.221、0.380、0.146、0.018、0,表明滑坡體內(nèi)西側(cè)各GPS監(jiān)測點(diǎn)位移速率與降雨量呈正相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)程度均較弱[4]。

3.2 地下水與庫水位

圖12 位移速率—庫水位—降雨量—時(shí)間曲線(滑坡西側(cè))Fig.12 Displacement rate-reservoir water level-rainfall-time curve(west side of landsilde)

三峽庫區(qū)降雨具有明顯的季節(jié)性特征,每年汛期降雨急劇增加,為發(fā)揮三峽大壩防洪功能,庫區(qū)水位調(diào)度也具有明顯的季節(jié)性特征。每年1—5月庫水位自175 m緩慢消落至145 m,5月底—6月初因防洪調(diào)度快速消落至145 m,10—12月為蓄水期,水位平穩(wěn)抬升至175 m。

該滑坡為涉水滑坡,滑坡變形特征及穩(wěn)定性與地下水的關(guān)系非常密切,因此分析滑坡地下水位與庫水位的相關(guān)性以及地下水位與滑坡位移速率的相關(guān)性具有重要意義。

SW6監(jiān)測孔孔口高程221.7 m,孔底高程80.5 m,低于長江最低調(diào)洪水位145 m。圖13為SW6監(jiān)測孔地下水位—庫水位—時(shí)間曲線。從圖中可看出,庫水位變化時(shí)地下水位隨之相應(yīng)變化,庫水位下降時(shí),地下水位相應(yīng)降低,庫水位抬升時(shí),地下水位抬升,地下水位與庫水位間存在明顯的相依關(guān)系。在其他外在影響因素降低狀況下(如2011年2—5月),地下水位變化曲線與庫水位波動曲線的時(shí)間差值(滯后時(shí)間)約為10—15 d。

圖13 地下水位—庫水位—時(shí)間曲線(SW6)Fig.13 Groundwater level-reservoir water level-time curve

對滑坡區(qū)內(nèi)各地下水位監(jiān)測孔監(jiān)測成果與對應(yīng)時(shí)間的庫水位高程建立對應(yīng)關(guān)系,采用皮爾森相關(guān)系數(shù)的方法,求解地下水位與庫水位的關(guān)聯(lián)程度,計(jì)算結(jié)果見表2,相關(guān)程度按表3劃分。

從表2可以看出,位于滑坡前緣的SW3、SW6監(jiān)測孔中地下水位與庫水位相關(guān)程度最高,隨著孔位遠(yuǎn)離長江,地下水位與庫水位相關(guān)程度逐步降低,孔位高程值越大,相關(guān)程度越低。

3.3 地下水位、庫水位變動速率與地表位移速率

地表位移速率表征的是地表形變的快慢,圖14為SW3監(jiān)測孔地下水變動速率、庫水位波動速率及對應(yīng)GPS地表位移速率時(shí)間曲線,其中水位波動速率負(fù)值表示水位下降,正值表示水位上升。

表2 地下水位監(jiān)測孔與庫水位相關(guān)程度計(jì)算結(jié)果表Table 2 The calculation result table of the correlation degree of the groundwater level monitoring hole and the reservoir water level

表3 相關(guān)程度劃分表Table 3 Partition table of correlation degree

圖14 地下水位、庫水位變動速率—地表位移速率—時(shí)間曲線Fig.14 Variation rate of groundwater level and reservoir water level-surfacedisplacement rate-time curve

從圖中可以看出,SW3監(jiān)測孔地下水變動速率與庫水位變動速率具有明顯的相關(guān)性,庫水位消落越快地下水位降落越快。如在2007年3—6月、2008年3—6月、2009年2—9月,相應(yīng)監(jiān)測周期內(nèi)庫水位平均位移速率最大-0.134 m/d、-0.196 m/d、-0.311 m/d,相對應(yīng)的地下水平均變動速率為-0.138 m/d、-0.223 m/d、-0.295 m/d,庫水位消落后地下水位相應(yīng)下降,其變化趨勢基本一致。

從圖中還可以看出,地下水位快速下降時(shí),BD-6監(jiān)測點(diǎn)位移速率增大如2008年5月和2009年2—6月。但降低程度與該點(diǎn)位處地表位移速率并無明顯相關(guān),計(jì)算所得其相關(guān)程度僅為0.342,為低度相關(guān)。特別是在2007年6—7月,地下水位在170 m左右小幅波動,其位移速率達(dá)到最大1.822 mm/d。結(jié)合降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析,2007年6月降雨量達(dá)到367.90 mm,為近年來該區(qū)域月降雨強(qiáng)度最大月份,認(rèn)為該點(diǎn)位地表變形應(yīng)為地下水位降低與降雨的雙重影響形成。一方面強(qiáng)降雨沖刷坡體造成淺表變形(居民房屋前出現(xiàn)長30～40 m、寬20～30 cm的橫向裂縫),另一方面地下水位的快速下降造成深部位移(2007年6月,點(diǎn)位處CX3測斜孔因強(qiáng)烈變形不能施測),兩方面綜合作用下地表位移速率急劇增大。

4 結(jié)論

基于多年滑坡地表位移、深部位移、地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù),結(jié)合滑坡環(huán)境,對三峽庫區(qū)巴東某滑坡進(jìn)行變形特征分析,得出該滑坡變形(地表累計(jì)位移、位移速率)與降雨、庫水位、地下水相互之間的作用與關(guān)系。

(1) 該滑坡自2007年7月劇烈變形后應(yīng)力進(jìn)行了調(diào)整,統(tǒng)一了運(yùn)動模式,滑坡進(jìn)入了蠕動變形階段。

(2) 滑坡累計(jì)位移曲線總體表現(xiàn)出振蕩型變形特征,滑坡內(nèi)西側(cè)變形較東側(cè)變形更為劇烈,已上層滑體的變形為主,前緣變形較中部及后緣更為強(qiáng)烈,具有牽引式變形特征。

(3) 降雨量和庫水位變化是引起滑坡階躍型變形的主要因素,滑坡前緣地下水位受庫水位波動影響明顯,地下水位與庫水位間高度相關(guān);地下水位波動明顯滯后于庫水位波動,滯后時(shí)間10—15 d。

(4) 中部及后緣地下水位與庫水位間呈微弱相關(guān)或低度相關(guān)。

(5) 滑坡受庫水位波動與降雨雙重疊加作用影響,強(qiáng)烈變形主要集中于每年度6—7月。此期間正處于三峽庫區(qū)主汛期,庫水位快速下降,應(yīng)加強(qiáng)庫區(qū)滑坡的監(jiān)測工作。

[1] 彭令.三峽庫區(qū)白家包滑坡變形特征與影響因素分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2011,22(4):1-4.

[2] 湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院.三峽庫區(qū)巴東縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警工程專業(yè)監(jiān)測年報(bào)[R].武漢:湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院,2014.

[3] 易慶林.基于GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)的某滑坡變形分析[J].地質(zhì)科技情報(bào),2010,29(6):106-109.

[4] 高華喜.降雨與滑坡災(zāi)害相關(guān)性分析及預(yù)警預(yù)報(bào)閥值之探討[J].巖土力學(xué),2007,28(5):1055-1060.

Deformation Characteristics and Factor Analysis of a Landslide Based onMonitoring Data in Three Gorges Reservoir Area

HOU Shiping, WANG Shuihua, GUO Feng

(HubeiInstituteofHydrogeologyandEngineeringGeology,Jinzhou,Hubei443000)

Taking advantage of a landslide monitoring data of the Three Gorges Reservoir area in Badong county,Hubei province,its deformation characteristics is analyzed,and according to the change of the underground water level,the relevance of landslide deformation,atmospheric precipitation and reservoir water level fluctuation was analyzed respectively.At last,their correlation were determined.The results show the change of rainfall and reservoir water level is the main factor that causes the step-type deformation of the landslide.The groundwater level at the leading edge of the landslide is obviously affected by the fluctuation of reservoir water level.The groundwater level is highly correlated with the reservoir water level.The variation of groundwater level is obviously lagged behind the change of reservoir water level,and the delay time is 10—15 days.

landslide; deformation characteristics; Three Gorges Reservoir aera

P642.22

A

1671-1211(2017)06-0752-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.016

2017-08-21;改回日期2017-09-30

侯時(shí)平(1988-),男,工程師,水文與水資源工程專業(yè),從事水工環(huán)地質(zhì)工作。E-mail:279819116@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171026.1009.036.html數(shù)字出版日期2017-10-26 10:09

李雯)