金沙江上游沙丁麦大型古滑坡发育特征与稳定性评价

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.090

现代地质 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (02): 451-463.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.090

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金沙江上游沙丁麦大型古滑坡发育特征与稳定性评价

邱振东¹^,²^,³(), 郭长宝¹^,³(), 吴瑞安¹^,³, 简文星², 倪嘉伟¹^,³, 张亚楠¹^,²^,³, 闫怡秋¹^,³

1.中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081
2.中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉 430074
3.自然资源部活动构造与地质安全重点实验室,北京 100081

收稿日期:2023-04-07 修回日期:2023-07-12 出版日期:2024-04-10 发布日期:2024-05-22
通讯作者: 郭长宝,男,研究员,1980年出生,地质工程专业,主要从事地质灾害方面的研究。Email: guochangbao@163.com。
作者简介:邱振东,男,硕士研究生,1998年出生,地质工程专业,主要从事地质灾害评价工作。Email: qiuzhendong@cug.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金青年科学基金项目(42207233);中国地质调查局地质调查项目(DD20190319);中国地质调查局地质调查项目(DD20221816)

Development Characteristics and Stability Evaluation of the Shadingmai Large-scale Ancient Landslide in the Upper Reaches of Jinsha River, Tibetan Plateau

QIU Zhendong¹^,²^,³(), GUO Changbao¹^,³(), WU Rui’an¹^,³, JIAN Wenxing², NI Jiawei¹^,³, ZHANG Ya’nan¹^,²^,³, YAN Yiqiu¹^,³

1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China
2. Faculty of Engineering, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan, Hubei 430074, China
3. Key Laboratory of Active Tectonics and Geological Safety, Ministry of Natural Resources, Beijing 100081, China

Received:2023-04-07 Revised:2023-07-12 Online:2024-04-10 Published:2024-05-22

摘要/Abstract

摘要：

沙丁麦古滑坡位于金沙江上游,金沙江断裂的德工—射胆断裂从滑体前部通过,岩体结构破碎,加上区域降雨、人类活动影响,滑坡变形强烈,坡体存在失稳滑动的风险,严重威胁到当地居民生命财产以及金沙江上游重要交通设施等。为探究沙丁麦古滑坡的发育特征及滑坡稳定性等关键问题,本文对沙丁麦古滑坡开展了遥感解译、InSAR形变监测、降雨量数据分析以及滑坡稳定性数值模拟计算等研究,揭示滑坡目前的变形特征,并探讨不同数值模拟工况下的滑坡稳定性。结果表明,沙丁麦古滑坡长约2100 m,宽约1300 m,平均厚度15~20 m,体积为2180×10⁴~2900×10⁴ m³,属于特大型堆积层滑坡。空间上可划分为古滑坡后缘区 (I)、古滑坡堆积区 (Ⅱ) 和强变形区 (Ⅲ) 三个区域,其中强变形区中包含两个复活变形区 (Ⅲ₁、Ⅲ₂)。沙丁麦古滑坡以拉张裂缝、房屋开裂、下错陡坎、局部滑塌等变形现象为主。基于小基线集合成孔径雷达干涉测量 (SBAS-InSAR) 的监测结果显示,沙丁麦古滑坡地表最大形变速率可达-51.88 mm/a。结合区域降雨数据的分析结果反映滑坡体累计变形量呈“阶跃”式增长,强降雨是影响滑坡堆积体变形的重要因素之一。基于三维快速拉格朗日分析法 (FLAC^3D) 的古滑坡稳定性计算结果表明,沙丁麦古滑坡的变形模式为牵引式,天然工况下滑坡整体处于基本稳定状态,坡体形变量较小;在极端暴雨工况下滑坡总体上处于不稳定状态,滑坡体变形表现为拉张、剪切破坏,滑动面贯通并发生整体失稳破坏,从而造成严重危害。

关键词: 金沙江上游, 沙丁麦, 古滑坡, 变形监测, 数值模拟

Abstract:

The Shadingmai ancient landslide is located in the upper reaches of the Jinsha River. The Degong-Shedan Fault from the Jinsha River Fault system passes through the front part of the landslide, causing a large scale of rock fractures. Combined with the effects of regional rainfall and human activities, the landslide experiences an intense deformation, posing a risk of unstable sliding. This causes a serious threat to the lives, properties of residents, and critical transportation in the upstream region of the Jinsha River. To investigate the key issues such as the developmental characteristics and stability of the Shadingmai ancient landslide, this study conducted remote sensing interpretations, InSAR deformation monitoring, rainfall analysis, and numerical simulation of landslide stability for the landslide. The study investigated the current deformation characteristics of the landslide and explored its stability under different conditions. The research results indicate that the Shadingmai ancient landslide is approximately 2,100 m long and 1,300 m wide, with a thickness of approximately 15-20 m. Its volume ranges from 2,180×10⁴ to 2,900×10⁴ m³, making it a super-large accumulation landslide. In terms of its spatial distribution, it can be divided into three regions, as the ancient landslide rear edge region (Ⅰ), the ancient landslide accumulation region (Ⅱ), and the strong deformation region (Ⅲ), which further includes two reactivated deformation zones (Ⅲ₁ and Ⅲ₂). The main deformation phenomena of the landslide included tensional cracks, building fissures, steep displacement faults, and localized collapses. Based on SBAS-InSAR monitoring results, the maximum surface deformation rate reaches to -51.88 mm/a. Combined with the regional rainfall data, the cumulative deformation of the landslide exhibits a ‘step’ growth pattern. Heavy rainfall is one of the significant factors influencing the deformation of the landslide mass. The stability calculation of the landslide using FLAC^3D shows that the deformation mode is characterized by retrogressive deformation. Under natural conditions, the landslide is in a relatively stable state with minimal slope deformation. However, under extreme heavy rainfall conditions, the landslide becomes unstable, exhibiting tension and shear failures, with the sliding surface penetrating and causing overall instability and significant hazards.

Key words: upper reaches of the Jinsha River, Shadingmai, ancient landslide, deformation monitoring, numerical simulation

中图分类号:

P642.22
P694

邱振东, 郭长宝, 吴瑞安, 简文星, 倪嘉伟, 张亚楠, 闫怡秋. 金沙江上游沙丁麦大型古滑坡发育特征与稳定性评价[J]. 现代地质, 2024, 38(02): 451-463.

QIU Zhendong, GUO Changbao, WU Rui’an, JIAN Wenxing, NI Jiawei, ZHANG Ya’nan, YAN Yiqiu. Development Characteristics and Stability Evaluation of the Shadingmai Large-scale Ancient Landslide in the Upper Reaches of Jinsha River, Tibetan Plateau[J]. Geoscience, 2024, 38(02): 451-463.

图/表 14

图1 青藏高原区域构造地质简图(a)和沙丁麦古滑坡区域地质图(b) 1.上更新统—全新统; 2.三叠系上统哇曲组; 3.三叠系上统金古组; 4.三叠系上统拉纳山组; 5.三叠系上统曲嘎寺组上段; 6.三叠系上统曲嘎寺组; 7.三叠系上统图姆沟组上段; 8.三叠系上统图姆沟组下段; 9.三叠系上统图姆沟组; 10.三叠系上统下逆松多组碳酸盐岩段; 11.三叠系上统下逆松多组碎屑岩段; 12.石炭系中统生帕群; 13.元古宇雄松群; 14.燕山期戈坡超单元; 15.燕山期则巴超单元; 16.燕山期错浪各辉长岩单元; 17.华力西期辉长辉绿岩/辉长岩; 18.华力西期辉橄岩; 19.花岗闪长岩脉; 20.闪长岩脉; 21.辉绿玢岩脉; 22.外来岩块; 23.逆断层; 24.水系; 25.滑坡; 26.降雨量监测点

Fig.1 Regional structural geological map of the Tibetan Plateau (a) and regional geological map of the Shadingmai ancient landslide (b)

图2 沙丁麦古滑坡工程地质平面图

Fig.2 Geological map of the plane engineering of the Shadingmai ancient landslide

图3 沙丁麦古滑坡空间形态特征 (a) 沙丁麦古滑坡全貌图 (镜向W);(b) 滑坡后缘发育特征 (镜向SW);(c) 滑坡前缘复活变形特征 (镜向W);(d) 小型构造断裂带 (镜向SW)

Fig.3 Spatial morphological characteristics of the Shadingmai ancient landslide

图4 沙丁麦古滑坡空间结构发育特征 (a) 区域构造变形强烈 (镜向S);(b) 岩体风化成块石 (镜向NW);(c) 碎块石堆积体 (镜向NW);(d) 基岩以板岩为主 (镜向S)

Fig.4 Spatial structure characteristics of the Shadingmai ancient landslide

图5 沙丁麦古滑坡工程地质剖面图

Fig.5 Engineering geological section of the Shadingmai ancient landslide

图6 沙丁麦古滑坡地面InSAR形变特征图(点号JC1至JC7为沙丁麦古滑坡强变形区位移监测点)

Fig.6 Map of the InSAR deformation characteristics of the Shadingmai ancient landslide

图7 沙丁麦古滑坡变形破坏发育特征 (a) 房屋墙体开裂 (镜向NE);(b) 道路损坏 (镜向NW);(c) 地表浅层滑动 (镜向NW);(d) 前缘复活堆积 (镜向NE)

Fig.7 Developmental characteristics of deformations and failures of the Shadingmai ancient landslide

图8 沙丁麦古滑坡区域降雨特征图 (a) 沙丁麦古滑坡累计变形量与降雨量关系曲线图;(b) 2020年6—9月日降雨量与累计降雨量;(c) 降雨天数统计及占比

Fig.8 Rainfall characteristics of the Shadingmai ancient landslide area

图9 沙丁麦古滑坡数值模型与网格划分图

Fig.9 Numerical model and grid division of the Shadingmai ancient landslide

表1 沙丁麦古滑坡模拟计算主要参数

Table 1 Main parameters of the simulation calculation of the Shadingmai ancient landslide

岩性	体积模量 (GPa)	剪切模量 (GPa)	密度 (g/cm³)	天然工况		暴雨工况
岩性	体积模量 (GPa)	剪切模量 (GPa)	密度 (g/cm³)	黏聚力 (kPa)	内摩擦角 (°)	黏聚力 (kPa)	内摩擦角 (°)
滑坡堆积体1	0.52	0.35	2.0	145	25	132	22
滑坡堆积体2	0.54	0.38	2.0	150	27	140	24
滑坡堆积体3	0.53	0.33	2.0	133	24	115	20
断裂带	10.00	5.00	2.1	350	38	300	35
滑带	0.30	0.26	1.9	28	23	18	19
板岩夹千枚岩	38.00	12.00	2.2	513	60	420	52
板岩	40.00	15.00	2.4	550	63	435	55

图10 沙丁麦古滑坡塑性区分布图 (a) 天然工况塑性区分布图;(b) 暴雨工况塑性区分布图

Fig.10 Plastic classification layout of the Shadingmai ancient landslide

图11 沙丁麦古滑坡位移云图及位移矢量 (a) 天然工况位移云图及位移矢量;(b) 暴雨工况位移云图及位移矢量

Fig.11 Displacement contour plot and displacement vector of the Shadingmai ancient landslide

图12 沙丁麦古滑坡监测点位移随时步变化图 (a) 天然工况监测点位移随时步变化曲线;(b) 暴雨工况监测点位移随时步变化曲线

Fig.12 Time-step change of displacement at monitoring point of the Shadingmai ancient landslide

图13 沙丁麦古滑坡剪应变增量云图 (a) 天然工况剪应变增量云图;(b) 暴雨工况剪应变增量云图

Fig.13 Shear strain increment contour plot of the Shadingmai ancient landslide

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