基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究.pdf

书书书 工程地质学报 （）何双，崔圣华，裴向军，等 基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究 工程地质学报，（）：，（）：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究何双崔圣华裴向军朱凌蒙明辉冯晓明江耀张帆宇（地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学），成都 ，中国）（四川省华地建设工程有限责任公司，成都 ，中国）（兰州大学，兰州 ，中国）（中国科学院成都山地灾害与环境研究所，成都 ，中国）摘要斜坡灾变过程地面形态和地下结构（形态结构）数据对斜坡稳定性评价和灾害防治有重要作用，基于空中遥测、地面勘测、内部实探和反演的“空 地 内”多源数据联合探测是形态结构研究的有效手段。茂县石大关变形体是发育在岷江右岸变质岩反倾斜坡上的特大型倾倒体（）；年出现变形以来，最大位移量达 ，监测期间最大变形速率达 ，对岷江下游茂县、汶川县、都江堰市构成严重威胁。本文通过开展无人机（）航测、人工地面调查、表面位移监测（）、钻孔、探井和高密度电法（）勘察手段，对石大关倾倒体形态结构进行了调查。结果表明：（）石大关倾倒体上游（北侧）以前缘碎块石土滑塌、中后部多级拉裂、侧缘雁列状剪切，下游（南侧）以前缘全风化段鼓胀和侧向裂解为特征，上游最大位移量达下游的 倍。（）倾倒折断带埋深范围 ，上游向下游倾倒深度增加；折断带厚度 ，在倾倒方向上呈阶梯形态；进一步调查表明，上游折断带内发生以次级剪切带和擦痕为主要标志的剪切滑移，下游以折断带反翘和岩体原位风化为主要特征。从而认为，石大关倾倒体上游变形过程属于传统“岩层倾倒后缘拉裂基部折断整体滑移”模式；下游倾倒因受前缘山体阻挡而被抑制，导致前部压应力集中，前缘岩体因受长期挤压、破碎而加速风化，斜坡整体滑移发生在挤压部位剪切破坏后，下游风化段鼓胀和侧向裂解是下游侧斜坡失稳的前兆；本文提出了石大关变形体“岩层倾倒后缘拉裂、前部挤压应力集中 基部折断前部鼓胀、侧向裂解、反翘剪出整体滑移”新模式。所采用形态结构调查方法和结果有助于类似斜坡灾变过程分析。关键词复合倾倒；形态结构；变形模式中图分类号：文献标识码：收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（资助号：，），国家重点研发计划项目（资助号：）（，）（）第一作者简介：何双（），男，硕士生，主要从事地质灾害、边坡工程防治方面的研究工作 ：通讯作者简介：崔圣华（），男，博士，副教授，硕士生导师，主要从事地震大型滑坡形成机制等方面的研究工作 ：（，）（，）（，）（，）（）“”，（），（），（），（）（），（），“”，“，”；引言倾倒变形是一种常见于反倾向层状结构斜坡的变形破坏形式；在重力蠕变作用下，岩层向临空面发生弯曲、折断，形成所谓“点头哈腰”的现象（张倬元等，）。倾倒变形进一步发展造成滑坡和崩塌等重大地质灾害，对生命财产和工程建设形成巨大威胁。近年来，在许多大型工程建设和地质灾害防治过程中，不乏发现大规模深层倾倒变形现象，甚至沿河段集中分布因倾倒变形造成的多个大型和巨型滑坡。如大渡河金川水电站右岸山脊两侧倾倒岩体深度达 ；雅砻江锦屏水电站斜坡大规模倾倒变形，变形区水平深度达 ，造成水文站滑坡和呷巴滑坡等两个大型滑坡（徐佩华等，；杨根兰等，；，；黄润秋等，）。（）何双等：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究 （）较早的从工程地质描述上对反倾斜坡的倾倒变形特征进行细致研究，将岩体的倾倒变形归纳为弯曲倾倒、块状倾倒、块状弯曲倾倒和次生倾倒。黄润秋等（）将倾倒边坡分为倾倒 坠覆、倾倒 错动、倾倒 张裂、倾倒 松弛 个区，指出不同区分别对应不同的变形程度和稳定性状态。查清倾倒变形体的具体变形形式和变形体结构对后续倾倒边坡演化、稳定性研究十分重要（王思 敬，；，；谭 儒 蛟 等，；，；张御阳等，）。王章琼等（）运用地质调查、钻孔和监测等勘察手段进行变形分区，揭示出某反倾岩质岸坡蠕滑段与锁固段，指出斜坡中部锁固段是稳定性分析的关键。张亮华等（）基于地表位移监测资料分析了岸坡倾倒变形时空演化特征，发现岸坡中部条带区域变形控制着岸坡整体变形演化过程。翟俊莅等（）利用地球物理属性对倾倒变形程度进行量化分级，发现随着倾倒程度增加，变形岩体质量越差，岩体电阻率值越低。黄振伟等（）采用测绘、物探、洞探等综合技术，首次将边坡倾倒岩体分为层状弯曲、碎裂拉张、散体坠覆等 个区，并进一步分析了各区在岩体结构、岩土参数及稳定性等方面的差异。可见，查明倾倒变形体坡内部结构和变形破坏特征是准确评价斜坡破坏失稳过程和有效防治的前提。钻探等传统技术手段对变形坡体内部地质结构反映往往存在“一孔所见”的缺陷，工程量大、成本高，高陡斜坡施工难（郭秀军等，），地表调查和监测的结果也是有限的。对于具备复杂岩体结构的大型倾倒变形体而言，单一种类的勘察手段难以查清变形体各部位具体的倾倒变形形式，故不能全面认识倾倒变形体的变形破坏特征，其成因机制过程和稳定性评价研究也难以顺利展开。斜坡勘察分析越来越多地基于不同时空分辨率、空间覆盖的多种信息源的组合，并运用各种航空和陆地平台，以及地貌、地球物理和岩土工程方法进行获 取（，；，；，；，）。如姚林林等（）基于无人机遥感信息的地质解译方法分析了石大关倾倒体整体和微观影像信息；王明等（）通过无人机摄影技术，进行了复杂地形的高陡 直立斜坡建模。高密度电法作为一种新兴阵列电探方法，具有花费低、测量距离大、精度高、操作简便易行的特点，填补了钻孔间地下信息空白，是获取坡体地下物质和结构特征有用信息的较好选择，在斜坡调查中也得到越来越多的应用（，；，；底青云等，；，；，）。相较于地质调查、钻探等传统单点接触式技术手段，高密度电法、航拍遥感则是一种广域非接触技术手段。本文对处于变形破坏阶段的石大关特大型倾倒体，综合运用高分辨航空高程模型、地面地质调查、地表位移监测、钻探和高密度电法等多源数据手段，查明倾倒体内部倾倒结构和现今的变形破坏特征，在此基础之上探讨倾倒体的复合变形破坏模式，为石大关特大型倾倒体的稳定性分析及演化趋势研究提供基础和依据。研究区研究区域位于茂县石大关乡岷江右岸，为构造侵蚀中山河谷地貌。区域构造上属于龙门山巨型推覆断褶带中央推覆构造带内（图 ），地壳抬升强烈，地震活动频发，历史上曾经历了 年叠溪地震（）、年松潘平武地震（）、年汶川地震（）等多次强震。图 研究区域位置和历史地震 倾倒岸坡分布高程在 ，前部直线型陡崖坡度达 ，变形区平均坡度 ，后缘裂缝以上为后壁陡坡，坡度约 ，顶部为缓平台，坡度 ，陡缓相间（图 ）。坡体前缘上游侧为河流侵蚀形成的凹槽陡岩，临空条件极好；下游侧发育较长宽缓基岩山梁。主要出露地层为泥盆系危关群上组（）和第四系堆积物（、）。危关群上组（）主要为灰黑色、灰黄色炭质千枚 工程地质学报 图 石大关倾倒变形斜坡全貌 图 石大关倾倒变形体平面图及工作布置 岩，局部夹少量石英脉。前缘陡坎出露岩层产状 ，分析岸坡以近逆向坡为主。共有 条坡面冲沟，平时无水流，暴雨时可集水汇流形成短时洪水。地下水活动弱，且钻孔未探到稳定地下水位。石大关倾倒体的规模达特大型，纵向平均长 ，宽约 ，总方量达 （图 ）。主体变形方向 ，推测剪出口位于海拔 左右。坡体变形始于 年，主要为中前部区域和房 （）何双等：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究屋开裂下错；年 月坡体前缘凹槽陡岩垮塌，近 堆积体进入岷江，同时后缘出现裂缝；年变形加剧，裂缝数量增多、宽度和长度增加，前缘出现鼓胀和侧向裂解；年变形量仍有发展，上游侧前缘逐渐形成宽约 的局部失稳（图 ），变形体后缘、前缘局部下错已达十余米；年坡体变形却突然开始收敛。方法和数据 方法本文对石大关倾倒体形态结构分析包括 个步骤（图 ）。首先，通过航空正射影像和机载激光数据调查斜坡表面的形态；结合野外地质调查和地表变形监测（），对研究区表面变形特征、破坏迹象和微地貌识别，建立倾倒体边界特征和地貌模型。然后，通过选定剖面的岩土钻探和地电采集分析，表征岩土体特征和识别不连续性，建立倾倒体地质模型和地物模型。最后，结合地貌、地质和地物模型，提出了倾倒岸坡的形态结构模型。图 基于多源数据的斜坡形态结构模型分析方法 数据 基于无人机、和人工调查的地面数据为了描述倾倒体地貌形态特征（如断壁、边界、活动裂缝和台坎等）和变形特征，进行了 ）系列野外地质调查；）分析 年 月航空正射影像（空间分辨率 ）；）获得机载激光雷达数字高程模型（）分析；）监测了斜坡体表面位移和沉降量（年 月 日 年 月 日）。野外现场调查包括活动裂缝几何和发育特征、坡体结构面和岩层产状、露头岩体结构和岩性特征，以及地面变形破坏迹象和特殊地质现象。基于无人机航测建立倾倒体数字高程模型（图 ），其中显示了所有调查剖面、调查点和钻孔等的位置。在斜坡上共布置地表位移监测点 个，变形区外布设 个点，获取了 年 月 日 年 月 日各监测点累计水平位移和累计沉降量。基于钻孔、探井的地下数据依据野外调查的结果，对变形坡体共进行 次钻探（图 ），钻井深度集中在 ，最大深度达 （表 ）。所有钻孔采用单动双管取芯筒旋转钻进方法进行全孔取芯，并记录岩芯特征；同时对部分钻孔统计钻孔岩芯层面倾角和岩体质量参数（），以间接推断倾倒体力学特征和岩体结构特征，建立倾倒变形体地质原型。钻孔数据记录如图 所示。表 钻孔属性数据表 钻孔编号孔口标高 孔深 折断带埋深 折断带状态 稍湿、密实 稍湿、弱固结 湿 稍湿、密实 未揭穿 湿 稍湿 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 未揭穿 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑 湿 稍湿、可塑所有钻孔均未发现稳定地下水位 基于高密度电法的地下数据岩体电阻率值主要取决于地下介质的矿物成分、地下水和风化程度等因素。测量技术通过对浅层地下介质施加直流电，然后沿剖面布置电极接收传导介质中的电流；通过计算电阻率值来了解地下介质的导电特性，描述地下结构特征和变形破坏情况（图 ）。电阻率数据利用 软件 工程地质学报 图 钻孔岩芯数据记录和分层 图 高密度电法分析方法 的编程代码和算法进行处理，通过消除不良数据点、地形校正、收敛约束、最小二乘法反演，获得电阻率的二维剖面。最小二乘法进行电阻率反演过程中，调整阻尼系数和平滑度滤波比以适应不同类型的地质构造（，）。沿倾倒体确定了 条纵剖面和 条横剖面进行 测量（图 ），采集断面电阻率。以揭示钻孔之间倾倒体厚度和结构、折断带埋深和形态特征等方面的地下特征。条横剖面沿不同高程线由变形体后缘到中前部依次分布；条纵剖面分别穿过变形体左侧边界（）和中部（），以及下游侧（），剖面延伸至变形体外。本研究使用设备是由兰州大学研发的 分布式高密度电法仪和多功能数字直流（）系统，电极间距均为 ，探测深度达到 （表 ），所有电阻率剖面经 次迭代后得到，最后一次迭代 误差控制在 左右；获得沿测线的二维电阻率剖面。最后，结合钻孔数据，确定倾倒体内部变形破坏特征和折断带形态，获得倾倒体地物模型。表 测量剖面参数 剖面编号电极排列电极间距 剖面长度 探测深度 迭代次数反演误差 温纳 温纳 温纳 温纳 温纳 温纳 结果 地表调查：倾倒体地貌特征野外调查获得了表征斜坡活动性的主要形态特征（图 ），这些特征包括后缘断壁、活动裂缝、陡坎、擦痕、张拉槽和浅层崩塌等。据访问当地居民，年坡体中前部区域和房屋开裂下错；年 月坡体前缘凹槽陡岩垮塌，同时出现后缘裂缝（图 ）；年变形加剧，裂缝数量增多、宽度和长度发展，前缘出现鼓胀和侧向裂解（图 、图 ），表现出差异性破坏；年后，上游侧前缘凹槽已形成宽约 的局部失稳（图 ），变形体后缘、前缘局部下错达十余米。石大关倾倒体变形破坏地貌特征如图 所示。上游侧裂缝分布密集，横向和纵向裂缝均较发育，以张拉、剪切性质为主。后缘断壁 平面长 ，是连通整个变形体的横向大裂缝，裂缝左侧地面下错十余米，部分位置可见清晰擦痕（图 ），右侧形成高约 的错台；中部发育 、裂缝，目前以蠕滑变形为主，造成房屋及地表张拉破裂（图 、图 ）；中前部区域变形最强烈，裂缝 长约 ，最大错距 ；裂 缝 平 面 长 （图 ），下错位移约 。前缘覆盖层处于解体状态，塌落约 物质进入岷江。局部失稳右侧土体隆起，其后部土体结构松散，次级裂缝纵横交错，将变形体切割成“棋盘状”（图 ）。上游侧缘 （）何双等：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究图 变形体活动的野外照片及微地貌特征 图 倾倒体变形破坏形态特征 工程地质学报 为 条呈雁列状的剪切裂缝。下游侧变形破坏以前缘圆包发育的纵张裂缝为主（图 ），在裂缝错台上方可见剪切擦痕；裂缝 下错距离最大达 ，为下游最大变形位移量。除上述贯通程度很好的地表裂缝外，还分布有较明显的横向和纵向裂缝 余条，如 （图 ）、等，这些裂缝形成于 年，为张拉或者剪切裂缝，发育特征见表 。表 变形活动裂缝发育特征及形成时间 编号形态特征性质形成时间编号形态特征性质形成时间 延伸 ，下错约 ，呈弧形拉张裂缝 年 长 ，沿山脊呈羽状裂缝平行伴生剪切裂缝 年 延伸 ，下错 ，呈 型拉张裂缝 年 长 ，沿山脊呈羽状裂缝平行伴生剪切裂缝 年 长 ，下错 ，张开 拉张裂缝 年 长 ，张开 ，沿山脊剪切裂缝 年 长 ，张开 ，较连续，拉裂下错造成墙体及地面开裂拉张裂缝 年 长 ，张开度 ，局部闭合，充填碎石土剪切裂缝 年 长 ，张开 ，下错 拉张裂缝 年 长 ，张开约 ，碎石充填，下错 剪切裂缝 年 长 ，张开 ，从上游到下游渐宽，成陷落带，宽 拉张裂缝 年 长 ，张开 ，裂缝上部出露基岩，产状：剪切裂缝 年 长 ，下错 ，张开约 拉张裂缝 年 长 ，张开 ，局部闭合剪切裂缝 年 弧形延伸 ，高十余米，后缘拉裂拉张裂缝 年 长 ，张开 ，充填碎石剪切裂缝 年 长 ，张开约 拉张裂缝 年 长 ，张开 ，下错 压张裂缝 年 长 ，张开约 ，弧形拉张裂缝 年 长 ，张开 ，宽度由顶部至底部逐渐变小，沿山脊弧形分布压张裂缝 年 年 月 日 年 月 日累计沉降量监测结果（图 ）显示，上游侧整体以沉降变形为主，且沉降变形量明显大于下游侧，在上游侧前缘沉降变形最大；最大累计沉降量 ，最大沉降速率 ，对 应 最 大 水 平 位 移 速 率 ，达到监测期间最大合位移速率 ；下游侧变形体后缘沉降变形，而前缘存在抬升变形，最大累计沉降量 ，最大沉降速率 ，前 缘 隆 起 最 大 抬 升 速 率 ；上游侧监测沉降变形量达到下游侧 倍。图 为变形体部分监测点临空向位移变化曲线（），年 月 日前（）曲 线 增 长 较 快，最 大 临 空 向 变 形 速 率 （），最大临空向变形 平 均 速 率 （）；年 月 日后（）曲线变平缓，最大临空向变形速率 （），最大临空向变形平均速率 （），可大致分为两个阶段。地下调查：倾倒体结构特征 岩性与地质结构根据钻孔岩芯信息，倾倒变形体厚度集中在图 监测点临空向位移变化（）（），最大厚度达 （表 ）。中部和下游侧厚度较大，后缘和上游侧较薄。在竖直方向上，变形体存在不同深度的表层松散堆积物和下部碎裂岩体，表层土体厚度一般为 ；碎裂岩体分布于整个变形区。不同钻孔中可以观察到至少 到 层不同岩土结构的物质：浅覆盖松散堆积体（表层含角砾碎石土）、碎裂岩体（包括呈柱状碎裂岩块、碎裂岩块和深部风化碎石土）、折断带和基岩岩体。表层含角砾碎石土从地表最大延伸到 （钻孔 ），主 要 由 褐 黄 色 粉 土 夹 碎 块 石 土 组 成（图 ）。碎裂岩体段岩芯在孔深 左右被观察到（钻孔 、钻孔 ），为倾倒体主要组成部分；以呈柱状岩块（图 ）和极破碎岩块为主，结构面发育，局部锈染严重（图 ），成分主要是灰黑色炭质千枚岩，与基岩一致。在钻孔 和 中深部 （）何双等：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究存在厚度近 灰黑色粉质黏土（图 ），呈稍湿 可塑状态，失水后成粉末状；碎石含量约 ，具鳞片状结构，手捏易碎。局部钻孔观察到直径 的转石（钻孔 ）。从钻孔和探井揭示折断带的情况，埋深在 以上，厚度 ，但钻孔 、该层厚度达 ；上游侧折断带内可见黄褐色泥质次级剪切带和明显擦痕（图 ），下游折断带以千枚岩块原位风化为特征（图 ）。基岩岩体为 泥 盆 系 危 关 群 上 组（）炭 质 千 枚 岩（图 ），中 弱风化岩体，单段岩芯长度最大达 ，个别钻孔揭露基岩呈强风化状，岩芯较破碎，如钻孔 。所有钻孔中，直到钻孔底部均未遇到地下水位。图 倾倒体部分钻孔岩芯及探井照片 揭示变形体浅部特征；揭示折断带及擦痕特征；揭示变形体碎裂岩体特征；揭示变形浅部特征；揭示折断带特征；揭示变形体全风化特征；揭示基岩特征；揭示折断带特征；揭示折断带特征对岩芯岩体质量指标 值进一步分析得出，上游侧钻孔（）中，钻孔 、岩芯 累加值在 左右，其他钻孔岩芯 累加值接近 ；除钻孔 外，其他钻孔 累 加 值 随 深 度 变 化 先 都 为 较 小 值（），在达到一定深度，穿过折断带后 累加值迅速增大，而钻孔 岩芯 累加值则存在两次明显增大的过程，在深度 内 值高于其他钻孔（图 ）。下游侧钻孔（图 上、下游不同纵向剖面钻孔 累加值变化 上游侧钻孔纵向剖面；下游侧钻孔纵向剖面 工程地质学报 ）岩芯 累加值均低于 ，其中前缘钻 孔 岩 芯 累 加 值 为 ，钻孔 岩芯 累加值为 ；下游后缘钻孔 岩芯 累加值为 ，钻孔 岩芯 累加值为 ；下游后缘钻孔（）岩芯 累加值达到前缘（）累加值的 倍（图 ）。图 倾倒体岩体层面、节理产状赤平投影（上半球、等角度投影）（，）布置的 处产状调查点共采集到 组产状数据，图 描述了这些岩体层面、节理产状数据信息，反映了变形体倾倒特征。结果表明，变形体主要发育 组优势节理，产状（走向 倾向 倾角）分别为：（节 理 ）：，（节 理 ）：（图 、图 ）；其中节理 与层面近垂直，较发育；节理 走向与河谷近平行，倾向坡外。层面产状具有较大变化，倾倒体河谷对岸测得原岩层面产状为 （图 ）；后缘出露基岩分别测量层面产状 （图 ）和 （图 ）；倾倒体上游侧中部露头测得产状 （图 ），变化最大。而下游侧中部岩层产状为 （图 ），前缘产状与原岩产状变化不大，为 （图 ）。其中插图 为上游侧侧边界雁列状剪切裂缝及上面的滑移擦痕，断壁产状为 。电阻率与地球物理结构在获得的剖面电阻率成像结果中（图 ），显示出电阻率取值范围很广。所有剖面图像从色域上可划分成 个部分：颜色从黄色到红色和紫色呈连续色带的大面积区域，电阻率值高且变化均匀，主要分布在剖面下部；由偏蓝和偏绿的大面积色块组合构成的剖面中上部，电阻率值相对较低；以及浅部由各种颜色斑状分布形成的覆盖层。结合钻孔揭露的岩性特征及二维反演模型电阻率进行分析，反演结果能够较好地反映钻孔岩 （）何双等：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究 工程地质学报 图 倾倒体 剖面调查结果 芯变化情况。浅覆盖松散堆积层电阻率值分布范围广，随深度变化规律不明显，这与表层土性质变化表 岩芯电阻率值统计范围 岩性浅层松散推积土体碎裂岩块柱状碎裂岩块深层全风化岩体折断带正常千枚岩风化短柱状完整长柱状钻孔特征 电阻率值范围 大、植物根系发达、湿度改变大等因素有关。碎裂岩体层电阻率随钻孔深度增加而迅速降低到一个较小值，在折断带附近达到最低；根据低电阻率的范围可大致确定对应钻孔变形体岩性特征（表 ），深部风化碎石土层、碎裂岩块层和风化较强的短柱状碎裂岩块电阻率值一般 （钻孔 、钻孔 ），完整的长柱状岩块电阻率值为 （钻孔 、钻孔 ）。穿过折断带和风化区，电阻率值 迅 速 增 大，正 常 千 枚 岩 体 电 阻 率 值 普 遍 。从电阻率值分布规律可以看出变形体中存在 层结构：第 层（层）由浅层低、高电阻率色斑交替 （）何双等：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究组成，相对低电阻率的物质被解释为以黏土为主或较湿润的区域，而在地表裂缝或架空位置则对应电阻率较高；第 层（层）为变形体主要部分，由包含多个低电阻率核的变形破坏岩体构成，厚度为 ；第 层（层）是较高电阻率的完整稳定正常基岩层（图 ）。图 中 、横剖面显示，上游侧最大倾倒深度 ，倾倒岩体以碎裂岩块为主（），中部破碎程度较高，后缘局部为相对完整柱状岩块，如剖面 中 区。在下游侧岩体倾倒变形深度整体较大，最大达 ，中前部存在低阻区域 （），该区域岩体风化破碎程度极高，全风化成灰黑色粉质黏土状。由下游侧向上游侧，中前缘剖面电阻率值整体逐渐增大（剖面、剖面），岩体倾倒深度减小，风化程度降低；但存在多处局部电阻率值较高的区域（），岩体较完整，将极破碎的岩体分割开。纵剖面（图 中 剖面、剖面、剖面）显示，基岩局部存在隆起，折断带在倾倒方向上呈阶梯状。总体上，折断带倾角在 左右，阶状位置较陡，达到 ；上游侧折断带前缘呈较陡的平直状，倾角约 ；下游折断带前缘形成反翘的结构。同样的存在多处电阻率值较高的完整岩体将破碎的岩体隔断，使破碎岩体区域未能贯通变形体。后缘拉张裂缝（、）较平缓，发育深度较浅，中部裂缝（）较陡，深度超过 ；前缘隆起区形成大面积纵横交错密集张裂缝和侧向裂解，但在上游滑塌区则发育长大滑移拉裂缝（）。几乎所有裂缝深度均穿透浅部覆盖层，为地表水入渗提供了良好通道。讨论石大关变形体是 年发现在中前缘凹陷地 工程地质学报 图 石大关复合倾倒变形模式 模式一：岩层倾倒后缘拉裂基部折断整体滑移模式二：岩层倾倒后缘拉裂、前部挤压应力集中 基部折断前部鼓胀、侧向裂解、反翘剪出整体滑移形内出现显著变形的特大型倾倒体，经过 年的变形演化，裂缝逐渐由后缘拉裂，经上游侧缘剪切发展到下游侧前缘鼓胀裂解。据李勇等（）、张岳桥等（）研究，岷江松潘汶川段的平均隆升速率为 ，下蚀速率达到 ，新近纪时期下蚀量超过 。从地形上看，与岷江下切和侧蚀相关的坡体上游侧凹槽提供临空条件；而下游侧凸岸发育长 宽缓基岩山梁；上下游地形差异导致变形体上游较下游稳定性差，易于发生变形破坏。许强等（）研究结果说明地表裂缝发展与斜坡演化具有分期配套规律，本文倾倒体地面裂缝数据表明后缘裂缝、侧缘剪切裂缝显示了变形体上游侧边界圈闭的征兆（图 ）；内部数据显示折断带已产生剪切滑移历史，根据黄润秋等（）统计西南地区 个典型倾倒边坡实例表明，倾倒变形划分为卸荷回弹、岩层弯曲、根部折断和累进破坏阶段，折断带内的剪切滑移是斜坡失稳的最后阶段。然而石大关倾倒体上游侧折断带内虽发现剪切滑移擦痕，但经过 年 的 变 形 发 展，到 现 在 变 形 却 逐 渐 收 敛（图 ），本文认为收敛的原因与上下游变形体稳定性差异有关。地表裂缝数据表明，虽然贯通上下游的后缘拉裂缝同时形成，但是下游侧仅在前缘侧发育鼓胀和侧向裂解，且形成时间在上游侧缘剪切行成之后。从空间上，变形裂缝数量由上游侧 条减少到下游侧 条，最大变形量也从 减少到 ，类型由上游的剪切裂缝变为下游的鼓胀裂缝。由此可合理推测，上游侧变形收敛的原因是由于上游侧原本处于破坏阶段的变形受到下游侧的抑制。剖面结果（图 ）也说明在变形岩体结构中仍然存在风化较弱、结构较完整的部分，尤其是在斜坡下游侧的中上部，岩芯 值也相对较高（图 ），这都有利于下游侧变形体的稳定；但在上游侧倾倒体的牵引拖拽下相应发生了一定变形。斜坡在这次较大 （）何双等：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究变形后，下游侧变形体内部较完整的结构部分和呈阶梯状的折断带，以及前缘宽缓基岩山梁进一步起到阻滑作用，使得斜坡的变形表现出收敛。本文探测结果显示下游侧变形区前缘发育厚度近 的千枚岩全风化产物（灰黑色粉质黏土）（图 ），据鲁道洪（）研究千枚岩区断层带是由不同颗粒粒径组成的混合物，以破碎、尖棱状块石为主，而该区内未发现与断层相关的剪切带和泥化特征，与王亚?等（）报道的全风化千枚岩产物相符。在地形上，下游的山梁与上游凹槽相比阻挡了地表水的排泄，而千枚岩是极易风化的岩石，据毛雪松等（）研究，千枚岩是一种水稳性和抗风化能力极差的软岩，次干湿循环实验崩解率可达到 ，这些是前缘形成风化段的原因。而本文认为该风化段形成的主要原因在于弯曲变形逐级发展时，突然受到前缘山体阻挡作用而被抑制，应力不能得到进一步释放，导致前部压应力集中，前缘岩体因长期挤压、破碎而加速了风化。斜坡的整体失稳需要断续的折断带贯通、挤压部位剪切破坏后，变形体剪出阻挡山梁，这必然导致前缘风化段的鼓胀和侧向裂解变形，甚至在中前部出现横向剪切裂缝，形成剪出口。本文数据结果表明下游侧变形体折断带已经形成，但未见滑移证据；我们推测下游侧的风化段在现阶段的鼓胀裂解破坏后发展成反翘剪切则斜坡将进入整体滑移阶段；此时斜坡的整体稳定性将急剧恶化。所以前缘风化段的变形监测对斜坡整体稳定性判断极为重要。从变形体上游侧岩体层面产状变化规律，层面逐渐倾倒成水平状，岩体折断破裂，折断带内发育黄褐色泥质次级剪切带，呈陡倾平直状，后缘发育多级拉张裂缝，这与一般反倾斜坡的倾倒破坏演化过程“岩层倾倒后缘拉裂基部折断整体滑移”是一致的。然而，与黄润秋等（）研究不同的是，在下游侧却主要以折断带内岩体原位风化和反翘为特征，变形体前缘岩层产状与正常产状相同，结合地面鼓胀、侧向裂解变形特征和前缘地下深层全风化千枚岩产物成因，本文概化出“岩层倾倒后缘拉裂、前部挤压应力集中基部折断前部鼓胀、侧向裂解、反翘剪出整体滑移”的倾倒变形过程（图 ）。需要指出的是，变形体往往因岩体破碎、风化程度高、含水率高，而较正常基岩的电阻率低（郭秀军等，）；考虑到 探测结果不仅取决于地下岩体结构，与介质的矿物成分、地下水和风化程度等因素也相关（，），折断带是稳定基岩与倾倒破坏岩体之间的过渡带，由于基岩表面扰动风化或裂隙水浸入，基岩顶部被低阻率覆盖，使得 剖面显示低阻区边界较实际折断带位置略深。因此，本文 探测反演分析的结果还结合钻孔、探井等获得的地下直观信息，得到的变形体折断带并未完全沿着低电阻区边界。结论（）石大关倾倒体上游以前缘碎块石土滑塌、中后部多级拉裂、侧缘雁列状剪切，下游以前缘全风化段鼓胀和侧向裂解为特征。分析变形差异和变形逐渐收敛的原因在于上下游地形差异导致的变形体稳定性和变形模式不同。（）倾倒折断带埋深范围 ，上游向下游倾倒深度增加；折断带厚度 ，在倾倒方向上呈阶梯状；下游折断带前缘具有反翘特征。（）石大关变形体为一复合变形模式倾倒体，上游变形过程属于传统“岩层倾倒后缘拉裂基部折断整体滑移”模式，下游侧变形过程为“岩层倾倒后缘拉裂、前部挤压应力集中 基部折断前部鼓胀、侧向裂解、反翘剪出整体滑移”；其特征为岩层弯曲变形逐级发展时，在前缘突然受到阻挡作用，形成应力集中区，前缘岩体因受长期受挤压、破碎而加速风化，斜坡整体滑移发生在挤压部位剪切破坏后，风化段鼓胀和侧向裂解是斜坡失稳前兆。参考文献 ，（）：，（）：，（），（）：，：，工程地质学报 ：（，），（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（），（）：，（，），（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（），（）：，（）：，：底青云，王若，王妙月，等 电法精细探测在雄安新区的应用展望 工程地质学报，（）：郭秀军，贾永刚，黄潇雨，等 利用高密度电阻率法确定滑坡面研究 岩石力学与工程学报，（）：黄润秋，李渝生，严明 斜坡倾倒变形的工程地质分析 工 （）何双等：基于多源数据的茂县石大关倾倒体形态结构探测与成因研究程地质学报，（）：黄振伟，马力刚，雷明 西藏扎拉水电站倾倒边坡工程地质特性研究 工程科学与技术，（）：李勇，曹叔尤，周荣军，等 晚新生代岷江下蚀速率及其对青藏高原东缘山脉隆升机制和形成时限的定量约束 地质学报，（）：鲁道洪 断层破碎带千枚岩填筑路基工程特性试验研究 岩土工程技术，（）：毛雪松，朱凤杰，黄?，等 改良千枚岩填料的 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