曹水合，吳新明，鐘東

(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一五水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，眉山 620020)

白格滑坡位于西藏自治區(qū)江達(dá)縣波羅鄉(xiāng)白格行政村北面，金沙江右岸。該滑坡分別于2018年10月10日(簡稱“10.10”滑坡)和2018年11月3日(簡稱“11.03”滑坡)間隔24 d先后發(fā)生兩次特大型滑坡，并兩次形成堰塞體阻斷金沙江，形成巨大的回水庫容。其潰壩式泄流影響范圍之大、波及范圍之廣，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大、社會(huì)影響深遠(yuǎn)，以及整個(gè)過程中應(yīng)急響應(yīng)，已經(jīng)超出一般意義的地質(zhì)災(zāi)害威脅和危害對(duì)象統(tǒng)計(jì)范疇，在國家地質(zhì)災(zāi)害防治史上具有里程碑的意義。

白格滑坡經(jīng)兩次滑動(dòng)后，松散物質(zhì)已大為減少，但滑坡體對(duì)山體撓動(dòng)作用巨大(主要表現(xiàn)為拉拽、刮、鏟、刷)，滑坡三面由于臨空卸荷作用不斷加強(qiáng)，變形跡象十分明顯，后緣及兩側(cè)發(fā)育多條深大裂縫，仍存在大量潛在不穩(wěn)定塊體(殘留體)。殘留體狀態(tài)為滑坡，周界明顯，發(fā)生了明顯的下滑、錯(cuò)動(dòng)，仍具備進(jìn)一步下滑的趨勢。因此，查明殘留體基本特征、進(jìn)行穩(wěn)定性分析及堵江風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測意義重大。

根據(jù)相關(guān)文件，四川省地礦局九一五隊(duì)承擔(dān)并完成了金沙江白格滑坡應(yīng)急勘查任務(wù)。本文作者全面參與了該滑坡后期應(yīng)急勘查及殘留體應(yīng)急處置，完成了滑坡區(qū)無人機(jī)航空攝影測量、工程地質(zhì)測繪、鉆探、物探等詳細(xì)勘查工作，基本查明了滑坡殘留體特征，并進(jìn)行了穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，為本次滑坡殘留體失穩(wěn)堵江過程數(shù)值模擬提供了重要依據(jù)。

目前，利用數(shù)值模擬軟件對(duì)高位滑坡堵江風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)取得了一定進(jìn)展。歐陽朝軍[1]、范宣梅[2]等采用Massflow軟件對(duì)白格“10.10”和“11.03”兩次滑坡運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了模擬分析，并與兩次滑坡實(shí)際堆積特征進(jìn)行了對(duì)比分析，取得了較好的效果；周禮等[3]利用PFC軟件進(jìn)行了白格滑坡運(yùn)動(dòng)過程特征數(shù)值模擬與危險(xiǎn)性預(yù)測研究，揭示了兩次滑坡失穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)、鏟刮、碰撞、停積等動(dòng)力學(xué)特征。本文是在應(yīng)急勘查的基礎(chǔ)上，采用Massflow軟件完成了滑坡殘留體失穩(wěn)堵江過程數(shù)值分析。

1 滑坡殘留體特征及發(fā)展變化趨勢

1.1 滑坡殘留體特征

許強(qiáng)等[5]通過應(yīng)急調(diào)查、多期歷史衛(wèi)星影像遙感解譯、Insar、無人機(jī)航拍等技術(shù)手段對(duì)“10.10”和“11.03”白格兩次滑坡-堰塞堵江基本特征進(jìn)行了詳細(xì)的分析;馮文凱等[6]進(jìn)一步分析“10.10”滑坡形成機(jī)制和發(fā)展演化過程。兩次滑動(dòng)產(chǎn)生的卸荷牽引作用強(qiáng)烈，在滑坡區(qū)后緣及中后部兩側(cè)產(chǎn)生強(qiáng)烈變形，形成一系列潛在不穩(wěn)定塊體(殘留體)。為盡量減緩殘留不穩(wěn)定塊體的變形發(fā)展并提高其穩(wěn)定性，降低殘留體大規(guī)模滑動(dòng)再次堵江的風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)部門及單位對(duì)殘留體采取了以削方減載為主的應(yīng)急處置措施。根據(jù)削方后殘留體變形特征、物質(zhì)組成及空間位置關(guān)系，將殘留體分為3個(gè)區(qū)塊：滑坡后緣為K1殘留體;滑坡下游側(cè)邊界為K2殘留體;滑坡上游側(cè)邊界為K3殘留體(見圖1)。其中，K1區(qū)可分為K1-1、K1-2。此外，削方棄渣和局部滑塌殘留于滑床部位的堆積體QZ(圖1)形成新的堵江風(fēng)險(xiǎn)源[7]。

圖1 滑坡殘留體分布圖

根據(jù)勘查資料估算得到各分區(qū)殘留體方量為：K1-1區(qū)約209.2×104m3，K1-2區(qū)約24.6×104m3，K2區(qū)約62.7×104m3，K3區(qū)約93.6×104m3，QZ區(qū)約162.6×104m3，總計(jì)約552.7×104m3。

1.2 殘留體穩(wěn)定性及發(fā)展變化趨勢

根據(jù)1 a的調(diào)查、勘察和空天地監(jiān)測，滑坡殘留體仍在繼續(xù)調(diào)整應(yīng)力及變形，其規(guī)模和穩(wěn)定性受內(nèi)在整體滑面和外在地下水、降雨、凍土等影響[8]，變形速率時(shí)快時(shí)慢，但變形仍未收斂。由中國地質(zhì)調(diào)查局成都地調(diào)中心牽頭、四川大學(xué)配合開展了滑坡殘留體深部位移監(jiān)測工作，共計(jì)布設(shè)7個(gè)，其中4個(gè)孔(ZK1、ZK8、ZK17、ZK18)監(jiān)測到變形，見圖2。K1-1區(qū)的平均變形速率最小，為0.22 mm/d(ZK1)，總體上呈收斂趨勢；K3區(qū)的平均變形速率為 3.33 mm/d；K2區(qū)變形速率最大，參照ZK18剪斷時(shí)的變形量，推測速率應(yīng)在20 mm/d左右。

圖2 深部位移監(jiān)測條形圖

結(jié)合宏觀變形及變形監(jiān)測成果綜合分析，K1-1區(qū)后緣裂縫發(fā)育平緩趨于穩(wěn)定，K1-2蛇紋巖山體兩側(cè)及后緣下錯(cuò)明顯且縫持續(xù)發(fā)展，存在失穩(wěn)趨勢；左側(cè)K3殘留體形成整體變形剪切、拉張，但滑坡整體解體，尚難以整體下滑，但在上部巖體失穩(wěn)沖擊作用下可能整體滑動(dòng)；右側(cè)K2殘留體前期與主滑體斜交，受主滑坡擠壓，兩次滑坡后迅速卸荷，垂直擠壓方向(臨空面)產(chǎn)生大量拉張裂縫。由于K2殘留體前緣臨空條件極佳，且?guī)r性破碎、地下水在其前緣已形成了溢出帶，后期持續(xù)變形明顯，目前尚難以形成穩(wěn)定老滑坡，存在再次滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。滑坡槽棄渣堆積體QZ主要以小規(guī)模溜滑的方式堆積于滑槽緩坡平臺(tái)(10°～17°)，并形成自然休止角，天然狀態(tài)基本穩(wěn)定，但在上部滑坡沖擊及刮鏟作用下形成新的滑坡物源，增加堵江風(fēng)險(xiǎn)，見圖4。

2 Massflow數(shù)值模擬預(yù)測

2.1 技術(shù)原理

Massflow軟件是基于深度積分的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，利用改進(jìn)的MacCormack-TVD有限差分方法，滿足質(zhì)量守恒方程式(1)以及x、y、z方向上的動(dòng)量守恒方程式(2)、(3)。

(1)

(2)

式中，ρ為流體密度(kg·m-3)；h為流體高度(m)；t為時(shí)間(s)；u,v為分別為x方向和y方向上的流體速度(m/s)；kap為土壓力系數(shù)；g為重力加速度(m·s-2)；(τzx)b,(τzy)b分別為底部zx方向和zy方向的剪應(yīng)力(Pa)。

其中，底部剪應(yīng)力τb遵循庫倫破裂準(zhǔn)則式(4)。

τb=c+ρghtan(φ)

(4)

式中，c為粘聚力(kPa)；φ為內(nèi)摩擦角(°)。

2.2 數(shù)據(jù)處理流程

通過滑坡勘查資料收集，利用ArcGIS軟件平臺(tái)3D Analyst 擴(kuò)展模塊里的空間分析功能建立地形、滑體等數(shù)字高程模型，導(dǎo)出Massflow基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式。在Massflow 軟件中進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置及模擬計(jì)算過程，并將結(jié)果導(dǎo)出至ArcGIS軟件平臺(tái)完成成果分析及可視化。具體流程見圖3。

圖3 數(shù)值模擬處理流程

2.3 堆積模擬結(jié)果

由于滑坡殘留體空間位置及地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異，其失穩(wěn)和滑動(dòng)模式有所不同。其中殘坡積物質(zhì)和片麻巖碎裂體以局部崩解、小規(guī)?；缆錇橹鳎瑒?dòng)過程中逐步解體，并散落在滑坡槽，其影響較?。辉骰磪^(qū)的蛇紋巖被石棉和滑石面切穿后，形成風(fēng)化面和軟弱面，形成塊狀巖塊崩滑體，從而發(fā)展為整體、高位、崩落型滑坡。對(duì)各殘留體失穩(wěn)精確預(yù)判難度加大，為此我們對(duì)各種失穩(wěn)進(jìn)行組合。根據(jù)上述金沙江白格滑坡殘留體(K1-1、K1-2、K2、K3)和滑槽棄渣堆積體(QZ)不同失穩(wěn)塊體組合，建立共計(jì)8種不同模型。按照上述計(jì)算原理和處理流程，運(yùn)算得到不同組合模型下滑坡堵江預(yù)測。

由圖5可見，模擬預(yù)測的5塊潛在不穩(wěn)定體，從失穩(wěn)后基本沿著原滑坡槽向下運(yùn)動(dòng)到金沙江，整個(gè)運(yùn)動(dòng)與堆積過程持續(xù)約80 s。在80 s時(shí)大部分顆粒運(yùn)動(dòng)到滑坡下部，堵塞金沙江，形成長條形堰塞壩體，少部分顆粒殘留在滑坡表面。

圖4 典型工程地質(zhì)剖面圖(A-A′)

圖5 t=80 s時(shí)刻不同工況滑坡堆積厚度

根據(jù)表1，預(yù)測未來再次堵江形成堰塞壩，最大厚度為58 m，壩頂高程2 959 m。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明K2塊體變形強(qiáng)烈，穩(wěn)定性差，下滑后將刮鏟滑坡槽棄渣堆積體QZ，為最不利塊體組合。由圖4和表1可知，最不利組合2形成堰塞壩壩高38 m，壩頂高程2 938 m。金沙江白格“10.10”滑坡堰塞體主堆積高程2 998～3 005 m，“11.03”滑坡比第一次滑坡形成的堰塞壩平均高出30 m。兩次滑坡均形成堰塞體，其中“10.10”滑坡后，10月12日堰塞壩自然泄流，最大潰決流量10 000 m3/s；“11.03”滑坡后，經(jīng)人工開挖引流槽干預(yù)，堰塞體于11月12日潰決，相應(yīng)的最大潰決流量31 000 m3/s[9]。鑒于前兩次滑坡的堆積厚度來看，本次預(yù)測模擬河道形成的堆積體極有可能再次堵塞金沙江。

表1 8種失穩(wěn)組合滑坡堰塞壩幾何特征統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)論

(1) 根據(jù)1 a的調(diào)查、勘察和空天地監(jiān)測，滑坡殘留體仍處在應(yīng)力調(diào)整及變形狀態(tài)，K2、K3及K1-2變形速率較大。K2塊體最為變形強(qiáng)烈，穩(wěn)定性差，下滑后將刮鏟滑坡槽棄渣堆積體(QZ)，為最不利塊體組合。

(2) 本文采用Massflow軟件平臺(tái)完成了不同組合計(jì)算模型下滑坡殘留體堵江過程數(shù)值模擬，并結(jié)合ArcGIS平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和空間可視化分析，較為準(zhǔn)確地揭示了滑坡隨時(shí)空運(yùn)動(dòng)及堵江過程。

(3) 模擬預(yù)測表明，不同殘留體組合形成堰塞壩最大高約58 m。K2+QZ最不利組合形成的堰塞壩高為38 m，存在較高的潰壩洪水風(fēng)險(xiǎn)。因此，繼續(xù)加強(qiáng)白格滑坡殘留體的監(jiān)測預(yù)警，并科學(xué)開展綜合工程治理。

(4) 本文通過白格滑坡殘留體危險(xiǎn)性預(yù)測模擬分析表明，該研究方法對(duì)高位滑坡動(dòng)力學(xué)特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究具有一定的參考和借鑒意義。

致謝:感謝四川大學(xué)鄧建輝教授團(tuán)隊(duì)提供的滑坡殘留體深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)。