甘肃舟曲泄流坡滑坡活动机理分析_蒋树

1. 2 滑坡发育特征 泄流坡滑 坡 平 面 上 呈 长 舌 状，形 态 不 规 则 （ 图
1） 。滑坡前缘伸入白龙江河床，高程 1300 ～ 1310m； 滑坡后缘以哑口处分水岭为界，高程 2100m，前后缘 高差约 800m； 滑坡南侧边界受断裂控制，北侧以冲沟 为界； 滑坡纵长约 2. 6km，上部宽度 650m，中部最窄 处宽约 450m，下部宽约 550m，平均宽度约 550m； 钻 探 查 明 滑 坡 平 均 厚 度 约 50m，总 体 积 约 7150 × 104 m3 。滑坡所处斜坡平均坡度 19°，受地形控制，滑 坡上部主滑方向 330°，中部 286°，下部 270°。
滑坡区及其周围出露地层有： 泥盆系中统西汉水
群古道岭组上段（ D22 g2 ） 的板岩、炭质板岩、千枚岩、 砂岩夹灰岩； 石炭系中上统（ C2 +3 ） 的中厚层状灰岩、 硅质 条 带 灰 岩 和 鲕 状 灰 岩 和 第 四 系 中 上 更 新 统 （ Q2 + 3 ） 黄土状土。泥盆系、石炭系地层分别出露于 滑坡北、南两侧，其间为两山所夹的垭口地形，区域上 光盖山断 裂 带 中 坪 定-化 马 断 裂 即 从 垭 口 处 穿 过 沿 NW － SE 方向展布，南侧灰岩山体侧壁近于直立，地 势陡峻，表面光滑，为断裂下盘断面。
对滑坡活动特性控制作用或影响程度。如前所述，该
区域光盖山-迭山断裂的走滑速率为 1. 4mm / a，因此
1720 1800 1700 1000 2120 2090
内聚力 c（ MPa）
0. 01 0. 02 0. 008
0 0. 025 6. 72
内摩擦角 φ（ °） 31 20. 5 10 0 25 42
体积模量 K（ MPa）
944 833 333 2000 8800 22600
切变模量 G（ MPa）
2 计算模型与计算条件
2. 1 地质模型概化
地质模型以 2012 年 2 月实测的 1 ∶ 1000 工程地
质图和钻探结果为基础进行概化。为了能较全面反 映滑坡区地形特征，数值模拟采用三维地质模型。模 型东西长 4km，南北宽 3km，覆盖滑坡后缘分水岭另
图 4 泄流坡滑坡三维模型与计算监测点（ JC1 － JC7） Fig． 4 3D model of the Xieliupo landslide and locations
由于泄流坡滑坡一直处于缓慢滑动状态，滑坡区 发育多个次级小滑坡，这些次级滑坡在与滑坡同时滑 动过程中，由于滑移速度的差异，逐渐解体，因此滑坡 表面起伏不平，裂缝、台坎、台地发育，在滑坡中上部 尤为集中。最大台地出现在滑坡上部管家山村的农 田内，高约 70 ～ 92m、坡度 38°，其下有三处规模较大 的次级滑坡，以靠近管家山的次级滑坡规模最大，滑 体长约 600m，伸展至中部泄流坡村附近； 中下部坡体
2. 2 材料本构模型与计算参数 泄流坡滑坡长期处于缓慢滑动之中，具有典型的
流变特性。为了模拟滑坡的缓慢滑移过程，针对滑体 物质的松软特性，数值模拟中选取由表征松软材料流 变特性的 Burgers 模型与表征岩土材料剪切破坏特性 的 Mohr-Coulomb 模型串联而成的复合黏弹塑性模型 Cvisc 模型为流变状态下滑坡材料的本构模型，同时 采用 Mohr-Coulomb 模型（ M-C 模型） 为非流变状态下 滑坡材料 的 本 构 模 型，与 流 变 状 态 的 变 形 特 征 进 行 比较。
关键因素，其中河流侧蚀作用可能仅导致滑坡前缘变形加剧，滑坡整体滑移受断裂活动控制。
关键词： 泄流坡滑坡； 蠕滑； 断层活动； 河流侧蚀； 数值模拟
文章编号： 1003-8035（ 2013） 03-0001-07
中图分类号： P642. 22
文献标识码： A
0 引言
1 区域地质环境和滑坡发育特征
泄流坡滑坡位于甘肃省舟曲县白龙江下游约 5. 5km 处的河流左岸。20 世纪以来该滑坡发生过 8 次剧烈滑动，最近 2 次剧烈滑动分别发生于 1963 年 9 月 12 日和 1981 年 4 月 9 日，后者堵江高度达 21m， 淹没公路和大片农田、危及舟曲县城安全。1981 年 以后该滑坡虽未再度发生大规模剧烈滑动，但是根据 长江上游舟曲二级监测站近 20 年的监测资料，泄流 坡仍在缓慢滑动之中。
第 24 卷 第 3 期 2013 年 9 月
中国地质灾害与防治学报 The Chinese Journal of Geological Hazard and Control
Vol． 24 No． 3 Sep． 2013
甘肃舟曲泄流坡滑坡活动机理分析
蒋 树1 ，文宝萍1 ，赵 成2 ，李瑞冬2
（ 1. 中国地质大学（ 北京） 水资源与环境学院，北京 100083； 2. 甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州 730050）
裂带总体走向 130°、倾向 NE、倾角 50° ～ 80°。断裂 性 质 以 挤 压 逆 冲 为 主 ，兼 具 左 旋 走 滑［7］。 根 据 中 国 地震局地质研究所对该地区活动断裂近三年的 GPS 观测数据，光盖山-迭山断裂的走滑速率 1. 4mm / a， 挤压逆冲速率 3. 7mm / a［8］。同时，该断裂长期缓慢 滑移、但未发 震 的 特 点，显 示 其 为 典 型 的 蠕 滑 型 活 断层。
图 2 光盖山-迭山构造地质简图 Fig． 2 Simplified geological map along the fault zone of Guangai mountain-Die mountain
1—火山岩； 2—志留纪碳酸盐岩及碎屑岩建造； 3—泥盆纪碳酸盐岩建造； 4—石炭纪海相灰岩建造； 5—二叠纪灰岩夹碎屑岩建造； 6—二叠纪陆相碎屑岩建造； 7—古近纪砂砾岩； 8—新近纪砂岩夹泥岩； 9—第四纪冲洪积物； 10—断层； 11—走滑断层； 12—逆断层
收稿日期： 2013-02-28 作者简介： 蒋 树（ 1987—） ，男，博士研究生，研究方向为地质
灾害形成机理与评价方法。 E-mail： jiangshucugb@ gmail． com
中国地质灾害与防治学报
2
ZHONGGUO DIZHIZAIHAI YU FANGZHI XUEBAO
2013 年
461 384 250 0 4297 11037
Kelvin 切变 模量 GK （ MPa）
767 384 71. 25 — — —
Kelvin 粘度 ηK （ Mpa·d）
4000 2500 103
— — —
Maxwell 切变 模量 GM （ MPa）
2970 3370 917
— — —
Maxwell 粘度 ηM （ Mpa·d）
2004 年以前，白龙江水流湍急，流速较大，对滑
第3 期
蒋 树，等： 甘肃舟曲泄流坡滑坡活动机理分析
3
图 3 泄流坡滑坡主纵剖面图 Fig． 3 GeologicalLeabharlann Baiducross section map of the Xieliupo landslide
坡前缘的冲刷侧蚀作用强烈； 2004 年当地在滑坡下 游修建虎家崖水电站，将白龙江水通过右岸引水洞引 入电站，此后流经滑坡前缘的江水水位下降、流速减 缓，河流冲刷作用也随之减弱。
摘要： 甘肃舟曲泄流坡滑坡是一个位于活动断层带上、长期缓慢活动并伴随间歇性剧烈滑动的巨型复杂滑坡。本文
在详细调查基础上，采用针对滑坡活动特点的蠕变本构模型，基于数值模拟手段对滑坡活动机理进行了分析。初步
研究发现，材料的流变性质、断裂活动及河流侧蚀这两种长期的内、外动力作用是造成泄流坡滑坡的长期缓慢活动的
表面裂缝发育，以纵向裂缝居多，一般长 5 ～ 60m，数 条裂缝长达 300m，裂缝可见深度 0. 2 ～ 1. 5m，宽度 0. 02 ～ 0. 2m。
地表调查和钻探揭露，滑体由第四系黄土状土、 泥盆系炭质板岩、炭质千枚岩强风化碎石土组成（ 图 3） 。两层物质在滑坡各处厚度变化大，中后部黄土 状土较薄，强风化碎石土泥化严重。滑床岩性以泥盆 系中统西汉水群古道岭组上段弱风化的炭质板岩、炭 质千枚岩为主，在滑坡的后缘山体鞍部以南，断层的 下盘则为石炭系中上统的灰岩。滑带沿板岩、千枚岩 强风化碎石土与弱风化层界面发育，滑带物质由炭质 板岩、炭质千枚岩泥化后的粘性土夹少量碎石构成， 厚约 1m。滑坡未见稳定地下水。钻探过程中发现， 随着深度增加，岩土体湿度增大，但是远未达到饱和 程度，滑带附近，湿度最大，土体呈可塑软塑状。由于 坡体表面破碎松散、裂缝发育，所以降水极易渗入坡 体内，增大坡体含水量。
滑坡区在构造上地处秦岭东西向构造带西延 部分的光盖 山-迭 山 断 裂 带 内，光 盖 山-迭 山 断 裂 带 西起光盖山西段，向东沿迭山北缘大致 S70° E 方向 延伸，最 东 段 至 武 都 以 北 的 大 悬 里，长 约 250km。 断裂东段由三条近平行断裂组成，分别为光盖山-迭 山北缘断裂、坪定-化马断裂和舟曲断裂。三条断裂 平行展布，形成宽约 5 ～ 12km 的断层带（ 图 2 ） 。断
15833 15627
1362 — — —
中国地质灾害与防治学报
4
ZHONGGUO DIZHIZAIHAI YU FANGZHI XUEBAO
2013 年
自于钻探试样的室内试验资料，岩土流变参数则在试 验基础上综合经验参数选取［9 － 10］。
2. 3 计算边界与计算条件
本次数值模拟的目的是分析断层活动、河流侧蚀
计算参数见表 1，其中岩土基本物理力学参数来
表 1 泄流坡滑坡材料物理力学参数
Table 1 Parameters of the landslide materials used for numerical simulation
材料类型
黄土状土 风化碎石
滑带 河流 板岩 灰岩
天然密度 ρ（ kg / m3 ）
1. 1 区域地质环境 泄流坡滑坡地处陇南构造侵蚀断块中高山区的
白龙江峡谷中，地形陡峻，切割强烈，滑坡发育于白家 山与管家山之间的垭口斜坡地带（ 图 1） 。
图 1 泄流坡滑坡全貌及钻孔位置 Fig． 1 Overview of the Xiliupo landslide and
locations of boreholes on the landslide
of the virtual monitoring points
一侧、滑坡两侧及对岸的一定范围的基岩山地。由于 断层带穿过垭口，滑坡北侧的泥盆系板岩、千枚岩以 断层接触方式推覆于石炭系灰岩之上，因此在滑坡南 侧灰岩出露处按断层走向设置界面单元，滑体与滑床 之间为厚约 1m 的滑带。
为了提高计算精度，将滑坡内、外设置为不同大 小的网格单元，其中滑坡外网格为 100 ～ 300m 的楔 形体单元，滑坡区内加密为 40m 楔形体单元，计算模 型共有 67985 个单元和 39311 个节点（ 图 4） 。数值 模拟采用适合模拟岩土大变形、基于快速拉格朗日法 的有限差分计算软件 FLAC3D。
国内许多专家学者曾对该滑坡的活动特征和变 形机理做了研究。边义成认为泄流坡滑坡的活动性 与降雨量关系密切［1］； 余志山认为白龙江水流对滑 坡前缘冲刷淘蚀和大气降水入渗是滑坡持续滑动的 主要诱因，其次为地震因素［2］； 吴其伟、黄大庭等认 为断 裂 在 滑 坡 的 发 育 形 成 和 活 动 中 起 着 控 制 作 用［4］； 吴玮江认为，除断层带外，易滑的地层条件、斜 坡地形、丰富的地下水以及白龙江的强烈侵蚀都对滑 坡活动有控制作用或显著影响［5］； 王景荣认为尽管 该滑坡的形成原因是综合性的，但是河流冲刷对其整 体下滑不起主导作用［6］。前人研究对该滑坡的认识 既有共性，又具有差异。共性如断裂带的控制作用， 差异则体现在其他因素的控制或影响作用，但这些研 究都缺乏对滑坡所在部位断裂特征以及滑坡发育特 征的详细调查，且均为简单的定性分析，对滑坡动态 及其趋势的深入分析和定量评价尚为空白。本文以 野外详细调查为基础，建立了针对滑坡发育特征的三 维地质模 型，选 取 针 对 滑 坡 活 动 特 点 的 蠕 变 本 构 模 型，通过数值模拟手段，对泄流坡滑坡的活动机理进 行了初步分析。