“8.12”山阳滑坡视向滑动成因机理

王佳运，石小亚，武立，郑定国

(1.长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

2015年8月12日0时30分，陕西省山阳县中村镇发生山体滑坡灾害，滑体经2次碰撞折返后的最远滑动距离达600 m，体积约为168×104m3，造成8人死亡，57人失踪的重大灾难性滑坡灾害，直接经济损失约5亿元。该类厚层斜倾山体在中国重庆、湖北、贵州、云南、四川等西南山区分布较广(殷跃平，2008), 陕西秦巴山区也有较广泛的分布(许仁朝等，1987；杨喜成等，1987)。刘雄(1986)对这类山体滑坡进行了研究，认为失稳模式具有复合型，通常上部基岩发生侧向崩落，堆积于次级斜坡上，在崩塌不断堆积加载和暴雨等因素作用下，转化为堆积层滑坡体。例如湖北的清江茅坪滑坡即是前期产生侧向崩塌，后期转化为堆积层滑坡(严福章等，2003；许立凯等，2006)。刘传正等(1995，1999)通过对长江链子崖危岩体变形机制、工程防治的研究，提出了视倾向滑动分量的“视滑力”概念，为厚层斜倾岩质斜坡产生斜向蠕动变形、平面旋转滑移与视向滑动失稳破坏模式的存在可能性提供了理论依据。赵法锁等(1999)基于黑河水库重大工程的系统分析研究，提出了高陡岩质斜坡“坡体平面旋转运动”的特征与标志，并对其形成的地质条件、变形破坏模式进行了研究。殷跃平(2010)以重庆武隆鸡尾山滑坡为例，通过对斜倾厚层山体滑坡视向滑动机制的研究，提出了斜倾厚层山体滑坡产生视向滑动所应具备的条件。通过与重庆武隆鸡尾山滑坡的地质条件对比，呈厚层陡倾斜向结构的山阳滑坡既具有与鸡尾山滑坡类似的地质条件，又具有异于鸡尾山滑坡地质条件的独特性。由于山阳滑坡山体植被茂密以及滑坡的隐蔽性与成灾模式的复杂性，在2002年的山阳县地质灾害调查与区划(金有生等，2002)，以及2012年的山阳县地质灾害详细调查工作(王滔等，2012)均未发现该山体存在滑坡隐患。滑坡发生前期，山体曾出现裂缝、滚石现象，尽管厂矿企业在滑坡临滑前采取了转移等措施，但是很难预测到山体发生如此规模巨大、滑动距离远且地质成因复杂、独特的高速远程岩质滑坡。笔者以山阳滑坡为例，通过对地质条件与滑体堆积体特征的分析，研究厚层陡倾斜向岩层滑坡视向滑动的地质成因与运动特征，为研究基岩山区厚层陡倾斜向岩层滑坡失稳成因机制与风险规避措施提供参考。

1 地质环境条件

1.1 自然地理

滑坡区地处亚热带向暖温带过渡的季风性半湿润气候区，年降雨量为700～900 mm，多年平均降水量为709 mm。年内降水量分配不均，5～10月是区内主要降水期，7～9月份是多雨期(图1)，占全年降水量的50%以上，并多呈暴雨形式出现。

图1 山阳县月平均降雨量分布图Fig.1 Monthly means precipitation in Shanyang

1.2 地质环境条件

滑坡区位于基岩中山陡坡地带，滑坡所发育的山体三面临空，前部面向呈深切“V”字形的大西沟，形成陡倾的斜向山梁地貌，整体坡度为38°，山体斜坡高程为1 025～1 300 m，相对高差为275 m，相对滑坡堆积区前部高程为970 m，高差则达330 m。

滑坡所处大地构造单元属南秦岭薄皮逆冲推覆构造带，断层、褶皱等构造极为发育，滑坡北部毗邻牛耳川-银花(F13)(凤县-山阳)深大断裂。滑坡即位于耀岭河复式背斜南翼，地层层序倒转，斜坡出露地层上部为震旦系灯影组(Z2dn)坚硬厚层白云岩，单层厚度为0.5～1.0 m，产状为345°～20°∠43°～60°，下伏寒武系水沟口组(-C1sh)软弱-较软弱碳质泥岩与硅质板岩，产状为340°～20°∠32°～56°，两套地层呈平行不整合接触，形成了上部坚硬、下部软弱的斜坡结构(图2)。

图2 山阳滑坡滑源区斜坡结构图Fig.2 Slope structure in sliding zone of Shanyang rockslide

大西沟与烟家沟于滑坡前缘交汇，沟内未见有地表径流。但降雨可通过岩体节理裂隙以及溶蚀通道补给地下水，在下伏的碳质泥岩表部汇聚并形成暂时性地下水，通过润滑与岩溶侵蚀等作用，降低斜坡的稳定性。

2 滑坡特征

2.1 滑坡分离界面特征

滑坡滑动区近似呈一顶宽底窄、上窄下宽且底部向西斜倾的棱柱体，北部前缘及南部顶端临空，滑坡西侧受溶蚀结构面分离，右翼及滑床受平行不整合结构面控制(图3)。

T0结构面：即平行不整合面，由上部震旦系灯影组坚硬厚层-巨厚层状碳酸盐岩组与下伏的下寒武统水沟口组碳质泥岩夹硅质板岩组形成的平行不整合面，由于受向北倾斜的单斜构造影响形成斜倾结构面，产状15°∠48°，表面因剪切滑动形成光滑镜面，呈舒缓波状起伏，并有反坡阶步现象(图4、图5)，说明滑坡在滑动前期沿平行不整合面经历了在重力作用下的长期蠕动变形过程。

T1结构面：即滑坡西侧溶蚀结构面，由斜坡顶部至剪出口位置，长约为260 m，深为20～35 m不等，结构面产状113°∠76°，构成了滑坡的西侧(左翼)天然边界。结构面岩溶发育，局部已形成贯通性溶蚀通道，由于受长期的重力卸荷牵引作用，沿结构面形成了明显下错断面(图6)，下错断距为0.8～1.5 m。T1结构面表部整体较为平直，受下滑驱动块体剪切作用，表部形成清晰的视倾向擦痕。但其前部表面却残次不齐，并呈现张性破坏的特征，说明前部岩体受挤压并产生溃屈破坏，并沿溶蚀结构面产生脆性剪断形成整体剪切滑动。

T2结构面：即横向反坡陡倾卸荷结构面，产状275°∠66°，由于后部块体挤压以及自身重力卸荷作用下，沿平行斜坡的横向方向形成卸荷节理面，与白云岩层理面以及节理裂隙共同作用将山体切割为块状结构。因卸荷作用的程度不同从而造成斜坡卸荷节理密度的发育差异性，下部密度为3～5 cm/条，上部为10～30 cm/条。在滑坡西侧壁前部临空地带可见到多条因卸荷作用而形成的横向陡倾卸荷张裂缝。

图3 山阳滑坡结构图Fig.3 Structure of Shanyang rockslide

图4 山阳滑坡滑床呈舒缓波状起伏图Fig.4 Gradual wave slide bed of Shanyang rockslide

图5 山阳滑坡滑床表部反坡阶步现象图Fig.5 Antistep on surface of sliding bed of Shanyang rockslide

图6 溶蚀及重力卸荷作用形成下错断面Fig.6 Leap plane by Karst corrosion and gravity

2.2 滑坡结构特征

山阳滑坡体呈棱锥体结构，具有受控于下伏软弱夹层的“滑移-剪断”破坏模式，即上部顺层“主动传力区”与下部的“被动挤压区”，因此，前部岩体受上部岩体挤压而导致其崩溃解体破坏。受控于陡倾斜向斜坡结构，初始滑动阶段具有斜倾性，在滑动特征上，形成了中后部的下滑驱动块体与前部的阻滑块体。

下滑驱动块体：位于棱锥体的中部及后部，下滑驱动块体后部顶宽为90 m，底宽为40 m，前部顶宽为136 m，底宽为70 m，平均厚度为25 m，南北长约为360 m，体积约为87.6×104m3。下滑驱动块体主要由上部坚硬厚层-巨厚层白云岩组成，西侧被溶蚀结构面切割，但未与稳定山体完全分离，东侧及底部被平行不整合结合面分离，成为驱动滑坡体整体滑动的主动下滑块体。

阻滑块体：位于棱锥体的前部，块体后部顶宽为136 m，底宽为70 m，前部宽为100 m，南北长约为40 m，体积约为5×104m3。阻滑关键块体由坚硬厚层-巨厚层白云岩组成，西侧为溶蚀结构面，北部至坡脚临空，东侧及底部被不整合结合面分离。阻滑块体与西部溶蚀结构面的阻滑作用共同提供了下滑驱动块体的抗滑力，以维持其平衡。

阻滑块体阻滑力主要来自于三方面：滑动面上的抗滑力；西侧溶蚀结构面的侧向摩阻力；由坡脚传递给阻滑块体的抗滑力。

2.3 滑坡剪出口特征

根据山体斜坡滑动前地形特征，下伏滑床碳质泥岩与薄层硅质板岩沿大西沟向上游逐渐隐没于上部厚层、巨厚层白云岩之下，即下伏滑动面整体上在前部坡脚未出露，隐伏于白云岩下部。同时，滑体沿视倾角方向滑动剪出的整体坡度(36°)小于滑床坡度(48°)，因此，滑坡体应是沿视倾角方向高于坡脚剪出的。

滑坡滑动面为下伏平行不整合面，呈近平面状向前延伸，根据滑坡滑动前后的地形对比，滑坡滑床与滑动前地形相交于海拔1 050 m附近，即滑坡剪出口应位于海拔1 050 m附近，高于沟底约为25 m滑动剪出。

3 视向滑动成因条件

视向滑动在平面上表现为由真倾角向视倾角方向旋转滑移的过程。刘传正(1995,1999)通过对链子崖工程防治的研究，认为产生“视滑力”(指沿视倾角方向的下滑力)的关键因素是下伏软弱岩层的蠕变效应与真倾角方向的山体阻挡作用。赵法锁等(1999)通过对黑河水库工程的研究，认为坡体物质分布的不均匀性、与斜坡走向斜交的底界面以及岩体中结构面的空间展布与组合是斜坡产生平面旋转的内在条件，上陡下缓与侧向山梁阻挡的地形地貌条件、地下水、地表水以及人类工程活动是外在条件。殷跃平(2010，2011)以鸡尾山滑坡为例，通过对斜倾厚层山体滑坡视向滑动机制研究，提出了斜倾厚层山体滑坡视向滑动应具备层状块裂结构、山体倾向阻挡、临空视向剪出、驱动块体下滑以及关键块体阻滑等5个条件。

山阳滑坡与鸡尾山滑坡既具有相似的发育地质条件，同时也具有其独特的地质条件(表1)。

山阳滑坡与鸡尾山滑坡在地形、岩性组合、岩体结构类型、滑坡体结构面组合、山体倾向阻挡以及视向临空条件等方面具有较强的相似性，但相比之下，山阳滑坡具有更陡的岩层倾角，更大的平面旋转角度，即视倾角与真倾角夹角。正是由于山阳滑坡具有更陡的岩层倾角，才使其能够形成大角度的平面旋转滑移，并造成前部阻滑岩体的溃屈破坏，而鸡尾山滑坡相比之下岩层较缓，旋转滑移角度较小，前部关键块体则为剪切滑移破坏模式(冯振等，2012)。通过与鸡尾山滑坡的对比，山阳滑坡产生视向滑动的成因条件包括以下几方面。

表1 山阳滑坡与鸡尾山滑坡地质条件对比表Tab.1 Comparison of geologic conditions of Shanyang rockslide with Jiweishan rockslide

(1)厚层陡倾斜向结构：受构造活动影响，山体呈陡倾斜向地层结构，陡倾斜向结构使其产生斜向滑动以及较大角度的平面旋转滑移具备了前提条件。同时，滑坡体在平面上被2组陡倾结构面的切割以及底部被软弱岩层分离(图7)，形成块裂结构，具有良好的离散性，导致斜坡稳定性降低。

图7 山阳滑坡三组结构面赤平投影图Fig.7 Three groups of joints stereographic projection in Shanyang rockslide

(2)滑动岩体倾向阻挡：滑坡体的左翼，即滑坡体真倾角方向为西侧溶蚀结构面，其外侧为稳定山体，阻挡了滑坡体沿真倾角方向(NNE15°)的顺层蠕动滑移，迫使其向视倾角方向(NEE60°)旋转滑移，形成真倾角与视倾角为45°夹角。

(3)视向临空剪出：滑坡视向剪出方向毗邻深切呈“V”字形的大西沟，坡顶距沟底相对高差为275 m，为滑坡视向滑动剪出提供了势能条件与良好的临空条件。

(4)驱动块体下滑：山体具有上陡下缓、上硬下软的“二元”结构，稳定性较差，同时，下伏软弱层在地下水与重力的双重作用下，造成其抗剪强度逐渐降低，下滑力逐渐增大，导致山体中后部岩体沿软弱层面长期蠕动变形，并对前部岩体产生挤压作用。

(5)前部相对稳定块体阻滑：在滑坡体视向滑动方向的前部块体因坡脚提供的支撑力、溶蚀结构面的侧摩阻力以及滑面上的阻滑力而成为相对稳定块体，起到了暂时阻止驱动块体整体下滑的作用。随着地下水与岩溶等的作用，下滑驱动块体的抗滑力不断下降，下滑力逐渐增大，对前部阻滑块体的挤压作用不断增加；滑坡体具有层状板裂结构，依据板裂结构岩体破坏机制，在下滑驱动块体对其挤压作用不断增大的情况下，导致阻滑块体产生板裂溃屈破坏，促使下滑驱动块体沿西侧溶蚀结构面产生脆性剪断并形成滑坡整体滑动。

4 滑坡运动特征

山阳滑坡体在视向高位滑动剪出后，历经了两次碰撞折返，最远滑动距离达到600 m，具有典型的高速远程滑坡特征。滑坡堆积体平面形态为斜长的喇叭形，横沟谷最大宽度为130 m，面积约为7.5×104m3，总体积约为168×104m3。由于滑体在滑动过程中的碰撞解体与岩体碎裂膨胀作用，滑坡堆积体的方量大于滑源区滑动岩体的方量。依据山阳滑坡视向高位滑动剪出后的高速远程运动特征与滑体结构分布特征，将滑坡的整个运动过程划分为：视向剪切滑动区、整体滑动堆积区、碰撞折返堆积区以及前部碎屑抛洒区等4个过程区段(图8、图9)。

图8 山阳滑坡运动过程分区图Fig.8 Motion process zoning of Shanyang rockslide

图9 山阳滑坡运动过程纵剖面图Fig.9 Profile map of the landslide of Shanyang rockslide

视向剪切滑动区：即滑坡的滑源区，滑床右侧裸露，表面光滑，呈舒缓波状起伏，坡度为48°，为滑坡体沿真倾角方向蠕动变形向视倾角方向旋转剪切滑移区。滑床前部堆积大量滑坡滑动中形成的碎块石与泥化物，块石最大粒径约为5 cm。滑床中部及左侧被大量白云岩碎块石覆盖，最大粒径为0.5 m，平均粒径为20～30 cm。滑床西侧为溶蚀结构面，形成滑坡体与稳定山体的分离界面，并阻挡下滑驱动块体沿真倾角方向滑动，促使其向视倾角方向旋转滑移，其表部沿视倾角方向形成大量明显的滑动剪切擦痕。山体的视向剪切滑动导致在滑源区形成视向整体坡度为36°的凹槽状滑床。

整体滑动堆积区：即滑坡体沿视倾角方向(NEE60°)高速滑动剪出后由剪出口至大西沟北坡第一撞击点区段，长约为130 m，整体坡度为19°，为滑坡体主体堆积区。滑体以巨块石为主，碰撞擦痕明显，平均粒径为2～3 m，最大砾径约为15 m。滑坡剪出口附近滑体整体滑动特征尤其明显，尽管因滑动导致产状发生变化，但岩体整体结构依然清晰可辨。高速滑动剪出的滑坡主体因大西沟对面山体阻挡而骤然停止引发后部滑体形成崩塌倒石堆，造成滑坡堆积体表部多呈架空结构。

碰撞折返堆积区：即由滑坡体在大西沟北坡第一撞击点向SSE145°方向折返至烟家沟东坡的第二撞击点，与滑坡体视向滑动剪出方位夹角95°。该区段全程226 m，整体坡度为13.2°，以块石、碎石为主，部分块石表部可见高速碰撞擦痕迹象。由于高速滑动的滑坡体历经第一次碰撞后发生折返并解体，相比整体滑动堆积区滑体结构更加破碎，空隙增多，粒径以0.5～1 m为主，最大粒径2 m，以块石架空结构为主。

前部碎屑抛洒区：由位于烟家沟东坡的滑坡体第二次撞击点至滑坡堆积体前缘，滑动方向NEE50°，与碰撞折返堆积区滑动方向夹角85°，滑动距离为195 m，整体坡度为14.8°。滑坡体历经第二次碰撞后转化为碎屑物质，随着能量的消散，块石逐渐停止滑动，粒径相对较小的碎屑物质在强大的惯性力作用下顺沟谷向前抛洒堆积。

5 结论

(1)山阳滑坡平面形态为斜长的喇叭形，总体积约为168×104m3，具有视向滑动剪出的特征，属于典型的高速远程滑坡。

(2)山阳滑坡产生视向滑动的主要成因条件，受多组结构面切割的陡倾层状斜向结构岩层离散性好，稳定性差；滑动岩体倾向受阻，迫使其由真倾角方向顺层蠕动滑移向视倾角方向旋转滑移；深切呈“V”字型的大西沟为滑坡视向滑动剪出提供了良好的临空条件；上陡下缓、上硬下软的斜坡结构使得山体后部的下滑驱动块体沿下伏软弱岩层长期蠕滑；前部相对稳定块体在下滑驱动块体的挤压作用下产生溃屈破坏，并促使下滑驱动块体沿西侧溶蚀结构面产生脆性剪断，形成整体滑动。

(3)依据山阳滑坡视向滑动剪出后的高速远程运动特征与滑体分布结构特征，滑坡的整个运动过程划分为视向剪切滑动区、整体滑动堆积区、碰撞折返堆积区以及前部碎屑抛洒区。