长江三峡库区谭家湾滑坡基本变形特征及机理分析

张富灵，邓茂林，周 剑，李卓骏，林 琰

（1.三峡大学 湖北省地质灾害防治工程技术研究中心，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学 防灾减灾湖北省重点实验室，湖北 宜昌 443002；3.三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002）

1 工程背景

三峡库区是地质灾害多发区，为了确保三峡工程安全运营和库区居民的生命财产安全，自2003年6月，开始实施了三峡库区地质灾害监测预警体系，对库区3 000多处崩塌滑坡灾害进行群测群防监测预警，并对250多处风险性较大的重点崩塌滑坡灾害体进行了专业监测［1-3］。在监测预警体系运行的近15 a期间，成功预警多起重大滑坡灾害，如凉水井滑坡［4］、白水河滑坡［5］、八字门滑坡［6］和树坪滑坡［1］等，避免了大量人员伤亡和财产损失，实时监测数据和宏观巡查为成功预警提供了依据。

谭家湾滑坡为三峡库区三期专业监测的地质灾害点之一，在近12 a监测期间，坡体一直处于变形状态，尤其是近几年变形量逐年增加，严重威胁库区人民的生命财产安全。本文拟从2007—2019年的监测资料入手，结合近年来的现场宏观巡查结果，分析谭家湾滑坡的基本变形特征，阐述库水变化及降雨对滑坡体的影响，分析灾变机制，为谭家湾滑坡的稳定性判断及灾害监测预报和防治提供参考。

2 谭家湾工程地质概况及监测情况

2.1 滑坡工程地质概况

谭家湾滑坡地属湖北省宜昌市秭归县归州镇水田坝乡上坝村，位于长江二级支流吒溪河右岸，距离长江河口10.8 km。滑坡区的构造部位处于秭归向斜的近核部，区内岩层走向与岸坡走向大致相同；属侏罗系上统蓬莱镇组（J3p），岩性为细粒长石石英砂岩和紫红色粉砂质泥岩互层，岩层产状30°∠15°，与坡面倾向一致，主滑方向72°。大气降水是滑坡松散堆积层中地下水的主要补给源，滑坡体上的积水洼地和冲沟的侧向渗透，也是地下水的补给源之一。滑坡平面形态呈圈椅状，左右两侧均为冲沟，后缘位于基岩陡壁坡脚，前缘为河谷深切的高陡坎，临空面较陡，直抵吒溪河，滑坡体展布近东西向，滑坡分布高程为165～425 m，东西向长约500 m，南北向宽约350 m，如图1所示。平均厚度为20 m，体积约为350×104m3。

根据现场调查，滑体物质主要为紫红色、土黄色碎石土、碎块石，碎石土为崩坡积、残坡积产物，碎石粒径一般为3～15 mm，碎块石为上巴东统蓬莱镇组（J3p）长石砂岩、钙质黏土质粉砂岩，碎石粒径一般为50 cm。据前人勘察资料，滑面位于基覆面的交界处，滑带土呈紫红色，以黏土物质为主，并含少量圆砾。

2.2 监测系统与现场宏观巡查

2006年11 月在谭家湾滑坡坡体上共布设3个地表位移GPS监测点，构成1条监测纵剖面，同时在滑坡两侧稳定基岩处布设2个GPS基准点；2016年5月，在滑坡中部新增ZG396、ZG397共2个GPS监测点和LF1、LF2、LF3共3个裂缝监测点，2016年6月获取初始数据。各监测点位布置图及平面图、剖面图，如图1、图2所示。

据现场宏观巡查，谭家湾滑坡在历史上一直处于蠕滑状态，滑坡前缘如图3（a）所示，2003年6月，滑坡中部左侧出现长20 m、宽20～30 cm的裂缝，民房墙体出现长5 m、宽0.5～4 cm的裂缝（图3（b））；2004年6月，后缘处的部分民房墙体和地面出现裂缝；2014年9月，滑坡前部坡体出现局部坍塌（图3（c））；2017年9月下旬至10月上旬，谭家湾滑坡地表出现多处变形，滑坡中后部变形最明显，出现裂缝长约80 m，宽达10 cm，最大下错量达30 cm。前缘和后缘地表均出现不同程度变形（图3（d）），滑坡区房屋开裂变形；2018年6月，滑坡中部和后缘地表出现明显变形，主要表现为：滑坡中后部公路外侧出现裂缝，长约50 m，宽2～15 cm，下错5～25 cm（图3（e）），滑坡前缘公路挡墙产生鼓胀，墙体开裂，滑坡中后部果园多处被拉裂，形成下错台坎5～30 cm的裂缝，影响坡体安全。滑坡中部居民房屋形成贯穿性拉张裂缝，墙体开裂，已成危房，其中一间房屋坍塌。2019年3月，滑坡中后部公路内侧边沟排水不畅，造成地表水入渗，导致公路及公路外侧坡体变形加剧并形成弧形裂缝（图3（f）），致使公路路面损坏，并形成小台坎。

图2 A-A′工程地质剖面图Fig.2 Engineering geological profile of Tanjiawan landslide

图3 滑坡地表主要变形区Fig.3 Major deformation zones of landslide

3 监测数据分析

自2006年12月开始实施专业监测以来，截至2019年3月已经监测12 a多，各监测点累计位移曲线及降雨量如图4所示。

图4 滑坡监测曲线Fig.4 Monitoring curves of landslide

从2007年至2019年9月底，谭家湾滑坡累积位移在108～1 459 mm，总体来看，在每年的11月份至下一年的6月份（高水位运营期），位移-时间曲线趋于平缓，月位移量在10 mm以下，而在7—10月（低水位运营期），曲线表现不同程度的阶跃特征。监测曲线台阶出现的时间都是在每年降雨量较大的月份，特别是2015年以来，阶跃程度加剧。同时后部监测点ZG332累计位移监测曲线上升较为平缓，中前部几个监测点的位移监测曲线具有同步性，监测点ZG331、ZG333的位移量阶跃程度较大，累计位移分别高达1 424.12、942.90 mm，其余各监测点均＜500 mm，表明滑坡体的变形主要集中在中前部（公路以下），后部变形位移较小，具有明显的牵引式滑坡的特征，这也与现场宏观变形一致。

后部地表裂缝呈张开状态，降雨会造成地表水灌入裂缝，产生的静水压力又会推动坡体向临空面方向滑动［7-9］，使得地表裂缝宽度增大，由于坡体物质为碎石土，大规模的降雨入渗又会饱和前部土体，如此循环往复，恶化坡体稳定性。

后缘拉裂影响区的变形主要是受主滑体变形影响所致，中前部发生较大位移时拉动后缘运动。由于斜坡体在遭受一定强度的外界因素时，斜坡会突然出现明显的变形，但随着影响因素的衰减，斜坡在自重作用下又逐渐恢复其原有稳定性［10-12］，如此往复，使得ZG332曲线呈现小幅波动状态。

本文以监测点ZG331、ZG333、ZG396、ZG397为例对谭家湾滑坡变形规律进行研究分析。

由于谭家湾滑坡出现变形阶跃均在每年的7—10月份，既是库水位上升期又是汛期，故选取几个关键节点来分析库水位波动对其影响。库水位、裂缝宽度与降雨量和时间的关系如图5所示。

图5 库水位、裂缝宽度-降雨量-时间关系Fig.5 Curves of reservoir water level，surface crack width，rainfall amount against time

由图4、图5可知，在库水位下降期间，谭家湾滑坡监测曲线较为平缓，坡体未发生明显变形，说明谭家湾滑坡基本不受库水位下降影响。2017年9月10—21日期间，降雨量为39.4 mm，库水位由154.63 m升至163.33 m（其中9月10—14日，库水位日变幅均在1 m/d以上），而裂缝自动监测位移变化仅0.03 mm。由2017年8月21日—9月21日的人工GPS监测数据进一步可知，库水位在146.7～163.33 m之间波动上升，各监测点的位移量较小，分别为-1.86、-0.73、-10.53、-2.15、6.48 mm；同时，在2017年7月2—18日期间，库水位在147.31～153.21 m之间波动上升，7月2—5日，库水位日变幅均在1.1 m/d以上（图4（b）），而裂缝位移计变化量＜0.1 mm（图6（a）），同时人工GPS监测点也未对此次库水剧烈变动产生明显响应。以上几次事件说明库水位上升对谭家湾滑坡影响较小，2019年7—9月底，未出现强降雨天气，人工GPS和地表裂缝位移曲线在库水位上升期间也趋于平缓，进一步说明了谭家湾滑坡受库水影响较小。

2017年7月8 日出现了日降雨量高达91.9 mm的强降雨天气，2017年7月14—16日出现了降雨量分别为51.8、18.4、18.8 mm的集中降雨天气，地表裂缝位移监测曲线在7月8—13日间出现了高达7 mm的阶跃量（图6（a）），7月13—18日，裂缝新增2.87 mm，说明此次的集中降雨和连续降雨是造成坡体位移变形的主要原因。

图6 地表裂缝宽度-日降雨量-时间关系Fig.6 Curves of surface crack width and daily rain fall against time

2017年自9月18日至10月12日（图6（b）），持续降雨，累积降雨量达258.4mm，尤其是10月2—5日，滑坡区持续发生强降雨，日降雨量均＞20mm，4d累积降雨量达90.6mm；10月11—14日，滑坡区持续发生强降雨，4日降雨量分别为20.4、29.8、21.8、14.6mm/d，累积达86.6mm，这场持续性降雨启动了谭家湾滑坡，导致地表裂缝宽度监测曲线阶跃量高达71.77mm。同样地，在9月13日—10月26日期间，人工GPS监测数据也响应了此次事件，监测ZG331、ZG333、ZG396、ZG397的位移量分别高达279.82、104.26、80.71、171.68mm（图7中椭圆区域a）；地表裂缝宽度和人工GPS监测点变形高度吻合，表明谭家湾滑坡此次变形受持续性的中雨影响。持续性降雨造成滑坡区土体饱和，是导致滑坡区此次产生明显变形的主要外部因素。

图7 库水位、日降雨量-累计位移-时间曲线（2017—2019年）Fig.7 Curves of reservoir water level，daily rainfall，and accumulated displacement against time from 2017 to 2019

2018年1—5 月，未发生持续性降雨和强降雨事件，谭家湾滑坡变形减缓，累计位移曲线近水平；6中下旬—7月上旬，降雨量增大，6月总降雨量为215.8 mm，尤其是6月18日单日降雨量达121.6 mm，而后又是断断续续的几场中雨；6月强降雨发生之前，累计位移-时间曲线平缓，6月20日—7月3日，13 d内，人工GPS监测点ZG331、ZG333、ZG396、ZG397位移增量分别高达319.38、315.10、93.25、28.48 mm（图7中椭圆区域b），说明此次变形是由6月18日的大暴雨引发，谭家湾滑坡启动。同时6月19日、6月30日、7月5日日降雨量分别为17.6、27.4、46 mm，在这期间，坡体变形持续加剧，7月3—9日6 d内，人工GPS监测点ZG331、ZG333、ZG396、ZG397位移增量分别高达为434.88、368.61、120.11、28.79 mm。对比地表裂宽度位移计，对于此次降雨的响应有所滞后，变形加速拐点在7月6日（图6（c））、7月6—9日，地表裂缝宽度位移计拉伸量为52.04 mm，最大速率达34.15 mm/d，地表裂缝位移特征与地表GPS监测点的变形特征基本吻合（7月4—9日，ZG331、ZG333、ZG396、ZG397位移速率分别为72.84、61.44、20.02、4.80 mm/d）；分析认为，地表裂缝宽度位移计此次变形是由前部变形坡体牵引所致，本次滑坡体产生巨大变形（位移-时间曲线呈大幅抬升）是由6月18日的大暴雨天气启动，后期几次强降雨持续作用下，再度恶化坡体稳定性。

由图8可发现，自2015年开始，谭家湾中前部各监测点的变形量越来越大，呈逐年增大趋势，尤其在2017年10月、2018年7月坡体变形最为明显，2017年10月、2018年7月的最大位移量分别265.23、827.8 mm，2017年、2018年累计降雨量分别为1238.1、964.4 mm，相比2017年，2018年降雨量减小，但位移量增加了，主要是由于2018年出现了大暴雨天气，也进一步表明，谭家湾滑坡受集中大暴雨天气影响更甚。

图8 监测点年位移变化曲线Fig.8 Annual displacement curves

滑坡发生前的前期累计降雨强度与滑坡的启动有密切的关系［13-16］；结合谭家湾滑坡监测特征，定义连续3d日降雨量＜2mm，为一次降雨事件的结束。通过SPSS软件分析自2017年6月以来，50多次降雨事件的前期累计降雨量与谭家湾滑坡的关系，其相关系数达到0.599。通过统计发现：谭家湾滑坡在单日降雨量＞90mm或前3d累计日降雨量＞50mm，同时当连续2d的日降雨量都达到15mm以上，谭家湾滑坡一般会产生明显的响应（人工GPS监测或裂缝宽度监测）。

4 谭家湾滑坡变形机制分析

通过对谭家湾滑坡多期监测数据的分析以及多次的现场巡查，将谭家湾滑坡的变形机制概括为以下两方面：

（1）坡体结构和岩土体性质是滑坡变形的内部因素。谭家湾滑坡坡度为 20°～50°，坡体上下较陡，中间较缓，滑坡体中后部倾角较大，属圈椅状土质滑坡［17-18］，阻滑效果不明显，坡体形态对整个滑坡起控制作用，前部为河谷深切的高陡坎，为滑坡的形成提供了良好的临空面［19-20］。斜坡表层为 15～20m厚的堆积层，直接覆盖于长石石英砂岩和紫红色粉砂质泥岩互层组成的基岩面之上，坡体物质以块石、碎石土为主，结构松散、渗透性良好；同时坡体上广泛分布的拉张裂缝为大气降水快速渗入滑坡体提供了良好的通道；下部基岩以中至厚层砂岩、泥质粉砂岩为主，夹泥岩或互层，砂岩裂隙发育，砂质含量下部向上部逐渐减少，泥质含量增加，在外界强降雨作用下，地表水快速渗入，软化基覆交界处的泥岩，加之泥岩易风化，在长期的干湿循环下进一步恶化基覆面强度。

（2）降雨是谭家湾滑坡变形的外部因素。滑坡受库水变动影响较小，其主导影响因素为集中暴雨天气和持续的强降雨，且集中暴雨影响更甚，这一因素诱发并且加速了滑坡的变形与破坏。在强降雨作用下，①地表水顺着裂缝快速下渗，使得坡体自重增加，下滑力增大；②使岩土参数强度降低，弱化基覆界面强度，抗滑力随之减小；③受坡体结构影响，地下水总体流向河谷方向并产生向河谷方向的动水压力［21-22］，推着坡体沿河谷临空面方向滑动，同牵动后部和两侧坡体下滑，但位移量小于主滑区。这种差异又会造成裂缝不断加宽和加深，如此循环往复，对坡体稳定性构成巨大威胁。2017年7月暴雨和9—10月持续性降雨、2018年6—7月强降雨都造成地表GPS监测点位移、地表裂缝计位移显著加大和宏观裂缝的增大和加深。

5 结 论

（1）谭家湾滑坡属于中厚层圈椅状凹槽形态的降雨型土质牵引式滑坡，上下陡，中间缓，中后部倾角较大，长约600 m，对整个滑坡起驱动作用，前缘临空条件较好，阻滑效果不明显；前部长受靠椅状土质滑坡结构特征及岩土组合等内部因素制约，在季节性降雨等因素下，其变形时间曲线呈阶梯状，滑坡变形表现出“阶跃型”的动态演化特征。

（2）降雨是目前坡体变形的主导因素，库水位升降变化对坡体变形影响较小。谭家湾滑坡在单日降雨量＞90 mm或前3 d累计日降雨量＞50 mm，同时当连续2 d的日降雨量都达到15 mm以上，坡体一般会产生明显的响应。

（3）谭家湾滑坡变形趋势自2015年以来逐年增大，目前边界裂缝基本形成，在强降雨等极端气候条件下，降雨更容易入渗到坡体内部，导致坡体抗剪强度降低，从而失稳形成整体破坏。须进一步加强监测和机理研究。