本文通過野外調查、測繪、勘察及室內試驗,結合FLAC23D數值模擬分析,對章古滑坡的演化機制及滑坡體的穩定性進行分析評價。

滑坡工程地質條件

章古滑坡位于北東-南西向龍門山斷裂帶,北西-南東向鮮水河斷裂帶和南北向大渡河斷裂帶的交接部位,區域內次級小斷層發育,是我國地震最活躍的地區之一。該區地震基本烈度為度,地震峰值加速度為012g。區構造穩定性主要受鮮水河活動斷裂的控制,該斷裂為北西走向的弧形左旋走滑斷裂帶。區內高山聳峙,溝谷深邃,相對高差懸殊,河谷呈/U0字形[223]。地層巖性為元古代的花崗巖,巖體較破碎,卸荷松弛強烈,主要發育四組優勢結構面:140bN43b;o112bN70b;103bN40b;211bN42b。

滑坡基本地質特征

章古滑坡是一個巨大的巖質滑坡,其母巖成分為元古代花崗巖。依據ESR測年,章古滑坡約形成于216萬年前。滑坡體平面形態呈/圈椅0狀,主滑方向95b,滑坡體縱向最大長度約為680m,前緣最大橫向寬度約為1500m,滑坡體厚7010~350m,平均厚度為250m,(圖1),屬特大型滑坡滑坡后緣為一大的平臺,平臺高程約為1785m,前緣臨河為陡坎,平均坡度約50b,坡腳高程約1400m。堆積體左、右側各發育一條沖溝,將滑坡體分割為一孤立體。依據鉆孔資料和MT物探解譯,滑坡剪出口被河流沖積物所覆蓋(圖2、3),滑坡體主要由塊石和碎石組成,堆積體中間部位則由碎裂結構的巨型塊石組成。滑坡土體以黃灰色為主,局部呈灰綠色,分選級配較差。碎石多為棱角狀,巨型塊石多為低強度、低密度的碎裂狀花崗巖體。滑坡體兩側緣的物質樣本顯示,塊碎石呈棱角狀,粒徑20~60cm,少量塊石粒徑可達110m,塊石的主要物質成分為花崗巖。滑坡體橫向谷表層的采砂點露頭可驗證,該堆積體由塊石、碎石組成。滑坡體后緣的物質組成與側緣的相似,均為碎塊石土,但是粒徑卻不相同,且受長時間風化的影響,后緣碎石土中泥質粉砂、輝綠巖碎屑的成分有所增加。滑帶區:依據MT物探解譯成果,并與周圍環境相比較,章古滑坡滑帶區顯示為明顯的低電阻率區域(圖2),滑帶深約100~350m,其中滑坡體前緣埋深較較淺,中部較深,后緣再次變淺。滑帶區總體呈反/L0形,其中后半段較陡,長380m,傾角約70b,與前文涉及的第o組結構面相吻合;前半段較緩,長440m,傾角約20b,與第組結構面相對應。基于MT物探解譯的低電阻率效應,并與其他發育于大渡河中上游的地震滑坡相類比,推測章古滑坡的滑帶主要由碎石和粘土組成。實地調查中,僅在滑坡體后緣平臺前沿斜坡段發現部分細小裂縫,未發現大變形跡象。

滑坡演化機制分析

大渡河地處川滇南北向構造帶北段,地質歷史時期經歷多次近東西向擠壓與拉張,形成近南北向中陡傾結構面,河流流向與之平行或小角度相交,更為不利的是,區域最大主應力方向與河流垂直,導致谷底及谷坡應力集中程度高,卸荷作用強烈。在大渡河三級階地形成后,川西經歷了一次長時間的強烈侵蝕階段,當時的河床直接下切至現今基覆界面以下[1,2]。這次強烈的河谷下切活動,導致岸坡巖體下部從應力高度集中階段過渡到卸荷松弛階段,破壞了斜坡巖體結構的完整性,從而使巖體抗剪強度大幅度降低。最終,一次大地震觸發斜坡失穩形成章古滑坡。章古滑坡從堰塞到翻壩,經過長期侵蝕演化,最終形成現今地貌形態。其演化過程可概述為以下四個階段:河谷卸荷松弛、大渡河側蝕、強震滑坡和翻壩侵蝕,各階段詳情如下:

1.河谷卸荷松弛階段

大渡河演化歷史揭示,河谷可以區分為寬谷期和峽谷期兩個階段。二者的轉換在中更新世中期[4]。進入峽谷期后,河谷強烈下切,且河谷走向與最大主應力方向近于正交,卸荷十分強烈。高陡臨空面形成過程中,在河谷二次應力場作用下,順坡向次生裂隙利用并遷就早期方向有利的順坡向陡緩裂隙發展,o組結構面拉張,沿組結構面剪切,/鎖固段0的應力積累將使這部分巖體進入累進性破壞階段。在累進性破壞的作用下/鎖固段0長度越來越短,邊坡的穩定性大幅度降低(圖4a)。

2.大渡河側蝕階段

章古滑坡對岸存在一泥石流溝,其物源區為大渡河斷裂通過區域,該區巖體破碎,崩坡積物發育,物源十分豐富。大量泥石流堆積物擠占河道,迫使大渡河向右岸偏移,右岸側蝕作用加劇,加上斜坡前期卸荷松弛,安全儲備低,而坡腳處破碎巖體在大渡側蝕作用下不斷被帶走,最終在斜坡前緣形成高陡的臨空面,斜坡表層巖體穩定性處于基本穩定狀態(圖4b)。

3.強震觸發滑坡階段

加之章古滑坡位于高地震烈度區(度),距鮮水河斷裂僅10km。在一次強震作用下,地處高位的斜坡巖體因地形等影響對地震波具有明顯的放大效應(據青川地震監測結果,水平地震峰值加速度放大2-3倍),即坡體上部的地震動峰值加速度可達014~016g,如此強大的慣性力將處于臨界狀態的高位巖體拋出滑源區并瞬間堵塞大渡河(圖4c)。據堰塞砂層測年,章古滑坡形成年代距今約216萬年前。

4.翻壩侵蝕階段

滑坡體將大渡河堵塞后,河水位迅速上升,在滑坡體上游河段形成近30km長的堰塞湖(根據堰塞堆積分布,在金湯河口以上),經歷很長一段時期的沉積作用后,形成深厚的河床覆蓋層(距章古滑坡5km的黃金坪電站河床覆蓋層厚達133m)。隨著河水位的不斷上升,湖水最終翻壩,并在長期的侵蝕作用下,大渡河重新切穿滑體,恢復暢通,伴隨左岸泥石流堆積扇的漸進性擠占河道,導致大渡河侵蝕右岸,在其強烈的侵蝕作用下,章古滑坡體物質不斷帶走,最終形成現今的地貌形態(圖4d)。據堆積體結構對比,分布于章古滑坡對岸的花崗巖塊石殘留體與滑坡堆積體形成于同一時期。

滑坡穩定性數值模擬分析

滑坡堆積體的變形及穩定性分析是一個復雜的空間問題。其影響因素除滑坡體本身結構條件(如巖性結構、滑面形態等)以外,還與滑坡體平面及空間分布形態有關,因此,針對不同類型的滑坡,需采用不同的分析方法和計算公式評價其穩定狀態。本次采用美國Itasca咨詢公司開發的三維快速拉格朗日分析程序FLAC23D對章古滑坡穩定性進行分析。FLAC23D可以準確地模擬材料的屈服、塑性流動、軟化直至有限大變形,現已在巖土工程領域中得到廣泛運用。

1.模型的建立

根據野外調查、測繪、物探等資料建立如圖5所示模型。模型順河方向(Y軸,滑坡橫寬方向,上游方向為正)寬1635m,垂直河谷方向(X軸,滑坡縱長方向,順坡向為正)長為955m,模型高度(Z軸,豎直方向,垂直向上為正)810m(模型底面高程:1100m,頂部高程:1910m)。邊坡模型的基巖和滑坡體采用實體單元模擬,滑面采用接觸面模擬,并將模型網分為79700個四面體單元,共計15775個節點。模型底面采用三向約束,四周采用法向約束,地表為自由面。采用較常用的彈塑性模型,屈服準則為莫爾-庫侖準則。通過室內巖土體試驗及工程地質類比估算相結合,模型中巖土體物理力學參數綜合取值見表1。計算時,僅考慮巖土體的自重應力場,不考慮構造應力場。