大渡河章古滑坡演化机制分析及稳定性评价

摘要：章古滑坡位于大渡河右岸，姑咱镇下游25 km，体积约19 000×104 m3，属特大型滑坡，且该区属高烈度区，滑体一旦失稳，可能造成堵河和堰塞溃坝。为了分析滑坡的演化过程及发展趋势，通过野外调研、测绘、物探及室内测年等研究方法，并利用三维有限元软件（FLAC3D）进行数值模拟分析，对滑坡的演化机制和滑坡体的稳定性进行了研究。结果表明：章古滑坡为古地震滑坡，滑坡体的形成经历了河谷卸荷松弛、大渡河侧蚀、强震滑坡和翻坝侵蚀四个阶段；目前，滑坡体整体处于稳定状态，但局部范围可能发生次级滑坡。

关键词：大渡河；滑坡；演化机制；稳定性；数值模拟；FLAC3D

中图分类号：P642.22文献标识码：A文章编号：16721683（2013）03013804

大渡河地处青藏高原与四川盆地的过渡地带，流域内河流深切，地表起伏大，地质构造复杂，为我国地质灾害的高易发区。近年来，随着大渡河流域水电和矿山的开发，地质灾害的威胁也越来越严重[1]。章古滑坡位于康定县姑咱镇下游25 km大渡河右岸，省道211从滑坡坡脚位置通过，滑坡体后缘平台有村民居住。若章古滑坡复活，将可能再次阻断大渡河甚至堰塞溃坝，对省道211的交通安全和姑咱镇人民群众的生命财产安全造成严重威胁。本文通过野外调查、测绘、勘察及室内试验，结合FLAC3D数值模拟分析，对章古滑坡的演化机制及滑坡体的稳定性进行分析评价。

1滑坡工程地质条件

章古滑坡位于北东-南西向龙门山断裂带，北西-南东向鲜水河断裂带和南北向大渡河断裂带的交接部位，区域内次级小断层发育，是我国地震最活跃的地区之一。该区地震基本烈度为Ⅷ度，地震峰值加速度为02 g。该区构造稳定性主要受鲜水河活动断裂的控制，该断裂为北西走向的弧形左旋走滑断裂带。区内高山耸峙，沟谷深邃，相对高差悬殊，河谷呈“U”字形[23]。地层岩性为元古代的花岗岩，岩体较破碎，卸荷松弛强烈，主要发育四组优势结构面：①40°∠43°；②112°∠70°；③103°∠40°；④211°∠42°。

2滑坡基本地质特征

通过现场钻探、物探及室内测年分析可知，章古滑坡是一个巨大的岩质滑坡，其母岩成分为元古代花岗岩，约形成于26万年前（依据ESR测年资料）。滑坡体平面形态呈“圈椅”状，主滑方向95°，滑坡体纵向最大长度约为680 m，前缘最大横向宽度约为1 500 m，面积约75×105 m2，滑坡体厚70～350 m，平均厚度为250 m，体积约19 000×104 m3（图1），属特大型滑坡（体积大于1 000×104 m3）。滑坡后缘为一大的平台，平台高程约为1 785 m，前缘临河为陡坎，平均坡度约50°，坡脚高程约1 400 m。堆积体左、右侧各发育一条冲沟，将滑坡体分割为一孤立体。依据钻孔资料和MT物探解译成果，滑坡剪出口被河流冲积物所覆盖（图2、图3）；滑坡土体以黄灰色为主，局部呈灰绿色，分选级配较差；滑坡体主要由块石和碎石组成，堆积体中间部位则由碎裂结构的巨型块石组成；碎石多为棱角状，巨型块石多为低强度、低密度的碎裂状花岗岩体；滑坡体两侧缘的物质样本显示，块碎石粒径20～60 cm，少量块石粒径可达10 m。滑坡体后缘的物质组成与侧缘的相似，均为碎块石土，但是粒径却不相同，且受长时间风化的影响，后缘碎石土中泥质粉砂、辉绿岩碎屑的成分有所增加。

依据对MT物探解译成果和周围环境分析，章古滑坡滑带区显示为明显的低电阻率区域（图2），滑带深约100～350 m，其中滑坡体前缘埋深较浅，中部较深，后缘再次变浅。滑带区总体呈反“L”形，其中后半段较陡，长380 m，倾角约70°，与前文涉及的第②组结构面相吻合；前半段较缓，长440 m，倾角约20°，与第③组结构面相对应。基于MT物探解译的低电阻率效应，并与其他发育于大渡河中上游的地震滑坡相类比，推测章古滑坡的滑带主要由碎石和黏土组成。实地调查中，仅在滑坡体后缘平台前沿斜坡段发现部分细小裂缝，未发现大变形迹象。

3滑坡演化机制分析

大渡河地处川滇南北向构造带北段，地质历史时期经历多次近东西向挤压与拉张，形成近南北向中陡倾结构面，河流流向与结构面平行或小角度相交，更为不利的是，区域最大主应力方向与河流垂直，导致谷底及谷坡应力集中程度高，卸荷作用强烈。在大渡河三级阶地形成后，川西经历了一次长时间的强烈侵蚀阶段，当时的河床直接下切至现今基覆界面以下[12]。这次强烈的河谷下切活动，导致岸坡岩体下部从应力高度集中阶段过渡到卸荷松弛阶段，破坏了斜坡岩体结构的完整性，从而使岩体抗剪强度大幅度降低。最终，一次大地震触发斜坡失稳形成章古滑坡。章古滑坡从堰塞到翻坝，经过长期侵蚀演化，最终形成现今地貌形态。其演化过程可概述为以下四个阶段：河谷卸荷松弛、大渡河侧蚀、强震滑坡和翻坝侵蚀，各阶段详情如下。

3.1河谷卸荷松弛阶段

大渡河演化历史揭示，河谷可以区分为宽谷期和峡谷期两个阶段。二者的转换在中更新世中期[4]。进入峡谷期后，河谷强烈下切，且河谷走向与最大主应力方向近于正交，卸荷十分强烈。高陡临空面形成过程中，在河谷二次应力场作用下，顺坡向次生裂隙利用并迁就早期方向有利的顺坡向陡缓裂隙发展，②组结构面拉张，沿③组结构面剪切，“锁固段”的应力积累将使这部分岩体进入累进性破坏阶段。在累进性破坏的作用下“锁固段”长度越来越短，边坡的稳定性大幅度降低（图4（a））。

3.2大渡河侧蚀阶段

章古滑坡对岸（左岸）存在一条泥石流沟，其物源区为大渡河断裂通过区域。该区岩体破碎，崩坡积物发育，物源十分丰富。大量泥石流堆积物挤占河道，迫使大渡河向右岸偏移，右岸侧蚀作用加剧，加上斜坡前期卸荷松弛，安全储备低，而坡脚处破碎岩体在大渡河侧蚀作用下不断被带走，最终在斜坡前缘形成高陡的临空面，斜坡表层岩体稳定性处于基本稳定状态（图4（b））。

3.3强震触发滑坡阶段

据堰塞砂层测年，章古滑坡形成年代距今约26万年前。章古滑坡距鲜水河断裂仅10 km，位于高地震烈度区（Ⅷ度）。预计在26万年前一次强震作用下，地处高位的斜坡岩体因地形等影响对地震波具有明显的放大效应（据青川地震监测数据，水平地震动峰值加速度放大2～3倍），而产生高达04～06 g的地震动峰值加速度，如此强大的惯性力将处于临界状态的高位岩体抛出滑源区并瞬间堵塞大渡河（图4（c））。

3.4翻坝侵蚀阶段

滑坡体将大渡河堵塞后，河水位迅速上升，在滑坡体上游河段形成近30 km长的堰塞湖（根据堰塞堆积分布，其范围在金汤河口以上），经历很长一段时期的沉积作用后，在堰塞湖中形成深厚的河床覆盖层（距章古滑坡5 km的黄金坪电站河床覆盖层厚达133 m）。随着河水位的不断上升，湖水最终翻坝，并在长期的侵蚀作用下，大渡河重新切穿滑体，恢复畅通，伴随左岸泥石流堆积扇的渐进性挤占河道，导致大渡河侵蚀右岸，章古滑坡体物质不断带走，最终形成现今的地貌形态（图4（d））。据堆积体结构对比，分布于章古滑坡对岸的花岗岩块石残留体与滑坡堆积体形成于同一时期。

图4滑坡演化过程简图

Fig.4Evolution of the Zhanggu Landslide

4滑坡稳定性数值模拟分析

滑坡堆积体的变形及稳定性分析是一个复杂的空间问题。其影响因素除滑坡体本身结构条件（如岩性结构、滑面形态等）以外，还与滑坡体平面及空间分布形态有关，因此，针对不同类型的滑坡，需采用不同的分析方法和计算公式评价其稳定状态[68]。本次采用美国Itasca咨询公司开发的三维快速拉格朗日分析程序FLAC3D对章古滑坡稳定性进行分析。FLAC3D可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至有限大变形，现已在岩土工程领域中得到广泛运用[911]。

4.1模型的建立

根据野外调查、测绘、物探等资料建立如图5所示模型。模型顺河方向（Y轴，滑坡横宽方向，上游方向为正）宽1 635 m，垂直河谷方向（X轴，滑坡纵长方向，顺坡向为正）长为955 m，模型高度（Z轴，竖直方向，垂直向上为正）810 m（模型底面高程：1 100 m，顶部高程：1 910 m）。边坡模型的基岩和滑坡体采用实体单元模拟，滑面采用接触面模拟，并将模型网分为79 700个四面体单元， 共计15 775个节点。模型底面采用三向约束，四周采用法向约束，地表为自由面。采用较常用的弹塑性模型，屈服准则为莫尔-库仑准则。通过室内岩土体试验及工程地质类比估算，模型中岩土体物理力学参数综合取值见表1。计算时，仅考虑岩土体的自重应力场，不考虑构造应力场。

（1）根据系统不平衡力曲线分析滑坡稳定性。图6为模型计算得出的系统不平衡力演变过程曲线。由图可知，初始500步计算过程中，系统不平衡力波动较大，随着计算的进行，整个系统的不平衡力逐渐减小，最终较好收敛。系统不平衡力演变过程曲线表明：章古滑坡形成后随着时间的推移，滑坡体在自重应力作用下固结，变形和应力发生调整，最终达到自我平衡。因此，章古滑坡整体处于稳定状态。

（2）根据模型整移分析滑坡稳定性。模型总位移等值线分布详见图7。从整体上看，模型变形主要集中在滑坡后缘平台前沿区域，总位移最大值为315 cm，由模型X方向位移等值线图（图8）可知，滑坡体在X方向，即主滑方向上位移值较小，最大值仅为113 cm，而模型竖向（Z方向）位移分量较大，最大值约30 cm，因此滑坡体变形以重力作用下的压缩变形为主。竖向位移分布规律与总位移分布规律大体一致，位移主要集中在滑坡后缘平台前沿区域，也是滑坡体厚度最大的区域；而X位移高值区主要集中在滑坡体后缘平台前斜坡段。由于滑坡体较厚（70～350 m），固结过程中产生上述变形是合理的，滑坡体整体处于稳定状态，但其后缘平台前斜坡段可能产生次级滑坡。

参考文献（References）：

[1]巴仁基，王丽，郑万模，等.大渡河流域地质灾害特征与分布规律[J].成都理工大学学报（自然科学版），2011（5）：529537.（BA Renji，WANG Li，ZHENG Wanmo，et al.Characteristics and Distribution of the Geology Disasters of the Dadu River in Sichuan，China[J].Journal of Chengdu University of Science and Technology（Natural Science Edition），2011（5）：529537.（in Chinese））

[2]王新民，裴锡瑜.康定泸定地区强震活动与地震宏观破坏研究[J].四川地震，1998（Z1）：627.（WANG Xinmin，PEI Xiyu.The Earthquake Activity and Macroscopic Failure of Kangding Luding[J].Earthquake Research in Sichuan，1998（Z1）：746.（in Chinese））

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