3.2.1 斜坡变形破坏体的发育状况
斜坡的变形与破坏是指岩土体在自重以及其他动力地质作用下产生位移的一种失稳破坏形式，河谷岸坡的变形与破坏属于现今河谷地貌演化的范畴。根据虎跳峡地区1∶5万TM区域遥感图像(99°30'～100°30'E，26°40'～27°30'N)与河谷航空摄影照片不良地质现象的解译成果(成都理工学院工程地质研究所，1996)及现场实地调查，揭示虎跳峡河段斜坡变形与破坏主要表现为变形体(包括基岩变形体和松散堆积体)、滑坡体和崩塌体三种类型，其空间分布见图3.2.1。
图3.1.2 地球内外动力地质作用旋回图
虎跳峡河段位于滇西北玉龙县与中甸县交界的金沙江中上游河段，上自其宗，下至虎跳峡下峡口大具止，全长约174km。该河段斜坡变形破坏体较为发育，在长约174km的金沙江河谷地带共发现斜坡变形破坏体65个，总体积为4.04×108m3，平均线密度D为0.19个/km，线模数E为116.18×104m3/km。在变形破坏体之中，滑坡体28个(其中70%为堆积体滑坡)，累计体积为1.91×108m3，分别占总数量和总体积的43.1%和47.32%;崩塌体33个，累计体积为0.61×108m3，分别占总数量和总体积的50.7%和15.09%;变形体4处，累计体积为1.52×108m3，分别占总数量和总体积的6.2%和37.59%(表3.2.1)。
表3.2.1 虎跳峡河段滑坡、崩塌和变形体统计表
图3.2.1 虎跳峡河段斜坡变形破坏体空间分布图
从表中可以看出，该河段斜坡变形破坏体类型在数量上以崩塌体最为发育，滑坡体次之;在规模上则以滑坡体为主，其次为变形体。
为了便于讨论，按规模大小将斜坡变形破坏体划分为四个等级，即巨型、大型、中型和小型(表3.2.2)。其中，巨型滑坡有两个(如士林下村滑坡和吉皆乐滑坡)，巨型变形体3个(如龙蟠变形体、两家人变形体和核桃园变形体)，大型、中型和小型变形破坏体分别为23、27和9个，它们的平均线密度分别为0.014个/km，0.069个/km，0.075个/km和0.026个/km，线模数分别为85.92×104m3/km，24.59×104m3/km，5.6×104m3/km和0.07×104m3/km。
进一步分析表明(图3.2.2)，本区斜坡变形破坏体在数量上以大中型为主，并大致呈对称正态分布;规模上则以巨型、大型最为发育，并且由小型到巨型体积百分比呈递增的趋势。由此可见，无论是数量或是规模，虎跳峡河段内以大中型斜坡变形破坏体最为活跃。
表3.2.2 虎跳峡河段滑坡、崩塌和变形体规模分级统计表
注:表中代号D和E分别代表斜坡变形破坏的平均线密度和平均线模数。
3.2.2 斜坡变形破坏体发育分布的区段性
图3.2.3和表3.2.3表明了虎跳峡河段不同区段斜坡变形破坏体的发育分布状况。从中可以看出，研究区下游河段斜坡的变形破坏程度比上游河段要高，尤以虎跳峡峡谷段最为发育。斜坡变形破坏体在金沙江河谷两岸均有发育，其中河谷左岸发育变形破坏体36个，累计体积为2.69×108m3，其平均线密度和线模数分别为0.21个/km和154.59×104m3/km，右岸发育变形破坏体29个，累计体积为1.36×108m3，其平均线密度和线模数分别为0.17个/km和78.25×104m3/km。上述数据显示本河段左、右两岸斜坡变形破坏密度基本相近，但左岸变形破坏体的发育规模明显大于右岸。从河谷分段情况来看，斜坡变形破坏体的发育分布有着明显的差异性，这种差异性主要表现在斜坡变形体、滑坡体和崩塌体的发育规模、分布密度等均各具特点。
图3.2.2 变形破坏体个数与体积统计直方图
图3.2.3 虎跳峡河段变形破坏体发育分布状况图
表3.2.3 各河段斜坡变形破坏体发育分布统计表
注:表中代号N、V和E分别代表变形破坏体的数量、体积和变形破坏模数。
(1)其宗-三仙姑河段
该河段斜坡变形破坏体以滑坡及崩塌为主，变形体不甚发育。滑坡体发育规模不等，大者在1000×104m3以上，如士林下村滑坡和吉皆乐滑坡，体积分别为0.7×108m3和0.8×108m3，小规模的则在几百个立方米以下;崩塌堆积主要分布河流左岸，多以中、小规模散布于山麓坡脚地带。该河段内的滑坡、崩塌堆积体发育程度相对较低，累计体积约为1.6×108m3，其平均线密度和线模数分别为0.098个/km和91.12×104m3/km。
(2)三仙姑-石鼓河段
此段河谷斜坡变形破坏程度低，是各河段中最不发育的区段，总体积仅为208×104m3，其平均线密度和线模数分别为0.118个/km和6.11×104m3/km。滑坡和崩塌以较小规模散布于山麓坡脚地带。
(3)石鼓-上峡谷口河段
斜坡变形破坏体类型以滑坡及崩塌为主，变形体零星分布。滑坡堆积体主要分布于石鼓-两家村区段的河谷右岸，发育规模以体积小于500×104m3为主;崩塌堆积体规模中等，一般小于30×104m3;此区段内发育有两个规模很大的变形体(龙蟠变形体和拉咱古变形体，其体积分别为2400×104m3和300×104m3)。该河段斜坡变形破坏程度中等，累计体积约为0.56×108m3，其平均线密度和线模数分别为0.25个/km和63.82×104m3/km。
(4)虎跳峡谷段
斜坡变形破坏类型以崩塌为主，滑坡与变形体不甚发育。主要崩塌堆积体基本上分布在下落鱼-上峡谷口及核桃园-大具盆地两个区段的河谷左岸，规模上以大型堆积为主;滑坡体规模中等，主要分布在东环线公路一侧。此外，该段河谷中虎跳左岸一带松散堆积物非常发育，堆积在斜坡下部缓坡地带，形成大型松散堆积体(如两家人松散堆积体和核桃园松散堆积体，局部有变形，本文也称之为变形体)。从研究区斜坡变形与破坏发育程度的总体情况来看，虎跳峡峡谷段内斜坡变形破坏程度明显高于其他河段，其平均线密度和线模数分别为0.55个/km和424.04×104m3/km。
3.2.3 斜坡变形破坏的环境效应
从地质环境条件来看，金沙江虎跳峡河段斜坡变形破坏体的群带性发生明显受地层岩性、河谷地貌、斜坡地质结构和地质构造等多种因素的控制，故在河谷不同区段表现出分布特征上的差异。
(1)与地层岩性的关系
地层岩性决定了斜坡岩土体遭受破坏有无可提供的物质条件。研究结果表明，一定地区的斜坡变形与破坏发生于一定的地层层位中。表3.2.4和图3.2.4揭示了虎跳峡河段滑坡、崩塌与斜坡岩(土)体地层岩性之间的对应关系，据此可明显地看出，板岩、片岩或千枚岩岸坡及板岩、片岩与白云岩(灰岩)互层岸坡等两类半坚硬地层组合的岸坡内崩、滑体最为发育，其崩、滑体体积分别占全区的37.21%和58.93%。这显然与这两类岩体以相对弱的层间连接及相对较为发育的各类结构面为主导因素的岩体结构有关。与此形成较大反差的是，由灰岩(白云岩)及玄武岩等坚硬块状岩体构成的河谷岸坡，滑坡、崩塌明显不甚发育，其体积仅占1.96%和1.90%。
表3.2.4 河谷崩、滑堆积体分布与地层岩性的关系
大量的斜坡变形破坏工程实践表明，软硬相间的岩性组合地区崩塌、滑坡易于发生。由于岩质均一性差，软弱层易受风化，潜伏有不稳定因素，且在陡峻地形配置下，斜坡岩体易于失稳崩落。如位于虎跳峡谷内的玉龙-哈巴复式背斜核部及两翼出露的时代不明的片岩夹绢云千枚岩，上覆上泥盆统大理岩，组成了上硬下软的地层结构，在长约为15km的峡谷段(两家人村－下峡谷口)，发现崩塌、滑坡14处。尤其是活动性断裂附近，断崖耸立，山体高大，节理交割，岩体完整性差，故崩塌、滑坡发育，规模较大。如规模上千万方的两家人松散堆积体(变形体)成因类型主要以崩塌、滑坡堆积物为主(刘衡秋等，2006)。
图3.2.4 河谷崩、滑堆积体体积与地层岩性的统计关系直方图
(2)与斜坡地质结构的关系
斜坡地质结构是地层产状与河谷地貌的综合体现，岩层产状与斜坡走向组合而成的斜坡地质结构对崩塌、滑坡和变形体的分布起着选择性的作用。现场地质调查表明，金沙江河谷斜坡地质结构总体上分为走向谷(地层走向与斜坡走向夹角小于15°)、斜向谷(地层走向与斜坡走向夹角为15°～75°)及横向谷(地层走向与斜坡走向夹角大于75°)等三大类，其中，走向谷崩塌、滑坡最为发育，其堆积体体积占全区总数的80%以上，横向谷崩塌、滑坡相对最不发育，堆积体体积仅占全区总数的1.85%左右(表3.2.5和图3.2.5)。
表3.2.5 河谷崩、滑堆积体分布与斜坡地质结构的关系
进一步的分析表明，金沙江流向与地层走向多变，临空面相对发育，有利于顺向走向坡(地层倾向坡外)中滑坡、崩塌形成(如石鼓以上河段);反向走向坡(地层倾向坡内)虽为逆向坡，其分布常与构造活动带相伴，断崖陡立，崩塌十分发育(如虎跳峡谷左岸);顺向斜向坡(地层走向倾向坡外)地层断裂比较发育，不少地层呈断块状出露，岩体结构面发育，岩体完整性差，滑坡、崩塌相对发育(如石鼓-上峡谷口段)。在不同斜坡地质结构的河谷地带，崩塌、滑坡的体积百分比从大到小的顺序依次是:反向走向坡、顺向走向坡、顺向斜向坡、反向斜向坡和横向坡。
图3.2.5 河谷崩、滑体与斜坡地质结构的统计关系直方图
(3)与构造形变的关系
从地质构造与斜坡变形破坏的关系来看，地质构造控制了崩塌、滑坡的发育规模和空间分布。研究区斜坡发生崩塌、滑坡破坏的构造部位主要集中在新构造活动相对强烈上升区、活动断裂两侧、褶皱轴部及其转折部位。
本区新构造运动强烈，地壳隆起的幅度和速率都较大。新构造运动加大了地形高差，河流切割迅速，多形成峡谷地貌，为斜坡变形破坏提供了有利的临空面;并且强烈的新构造运动不断地改变斜坡和山体表层应力状态，在重力作用下，导致斜坡稳定性降低。从区域地壳变形速率来看，本区整体为上升区，但各区段仍存在明显的差异。自晚更新世(Q3)早期的9.3万年以来，虎跳峡谷地壳平均隆升速率约2.2mm/a，宽谷段(以石鼓一带为例)平均隆升速率约0.56mm/a，与此形成鲜明对比的是，峡谷段和宽谷河段的斜坡变形破坏密度和模数分别为0.55个/km和424.04×104m3/km、0.27个/km和59.5×104m3/km，说明在新构造运动相对强烈的上升区，斜坡变形破坏体的发育分布更为显著。
单个滑坡、崩塌和变形体的具体分布部位往往受控于一条或几条断裂构造，因为在断裂构造带附近，岩体中节理裂隙发育，风化强烈，岩石破碎，常伴有较强烈的地下水活动，为斜坡变形破坏提供了有利的地质构造环境，滑坡、崩塌等往往成带、成群分布。南北向构造带为本区的骨干构造，大规模的活动断裂带特别是白汉场断裂和中甸－乔后断裂是斜坡失稳破坏集中分布的地区，表现为不同时代的崩塌、滑坡和变形体沿上述两断裂延伸方向上呈线性分布(图3.2.6)。据统计，发生在白汉场断裂和中甸－乔后断裂附近的滑坡、崩塌和变形体占本区斜坡变形破坏体总数的31%。
(4)与地形条件的关系
研究表明，地形条件是河谷斜坡变形破坏的一个重要环境因素，其中斜坡坡度(θ)和坡高(H)是反映地形条件的基本参数。
图3.2.6 斜坡变形破坏体沿断裂分布图
斜坡坡度往往改变了斜坡体内部应力分布，随着坡度变陡，将出现与坡面或坡底面平行的拉裂面，而在坡缘附近，坡面的径向应力和坡顶面的切向应力转为拉应力，并形成一张力带，这些部位的坡体容易被拉裂并形成与坡面近于平行的拉裂缝(张倬元，1994)。崩塌和滑坡在虎跳峡河段可以说是一对“孪生兄弟”，其形成条件和发育规律极其相似，只是在坡度的选择上各有侧重。据调查统计，研究区崩塌与滑坡主要发育在坡度为10°～50°范围内(图3.2.7)，其中崩塌主要发生在坡度为35°～50°之间，θ=35°可作为本区发生崩塌的坡角下限值。虎跳峡峡谷区斜坡坡度大，崩塌现象较为普遍，作为奇异风景点的虎跳石即为崩塌的结果。当坡度θ＞50°时，主要以小规模分散的方式产生剥落，事实上虎跳石崩塌堆积体也正是多次崩塌堆积的产物，该堆积体分布于高程1950m以下，顺河方向长约1km，厚度3～10m。图中还显示出θ为25°～40°是滑坡发育的相对密集区，且以中型滑坡居多，θ为10°～20°则以中～大型滑坡为主，当θ＞45°时，一般很少见滑坡发育，故可将θ=45°作为本区发生滑坡的坡角上限值。
斜坡变形破坏与坡高关系也较密切。随着斜坡高度增加，坡体中最小主应力明显降低，形成一最大剪应力增高带，促使斜坡发生变形和破坏。研究区斜坡变形破坏体主要发育在坡高(H)为100～800m的范围内，且坡高与变形破坏体体积的对数值有良好的线性关系，其关系式可表达为
H=190(lnV－5)(H＜600)
式中:H为坡高;V为变形破坏体体积。
图3.2.7 崩、滑体体积(V)与坡角(θ)相关散点图()
3.2.4 斜坡变形破坏相对活动期的分析
虎跳峡地区地壳在新构造运动期呈阶段性隆升，河谷相应的呈阶段性下切。因此，相关的地质作用包括滑坡作用在挽近河谷发育过程中也表现出一定的阶段性。地壳抬升、河谷下切阶段，河谷岸坡的坡度增大，坡体势能聚集，引起斜坡的不稳定性程度增加，滑坡呈高发育阶段。在本区由于缺少滑坡的测年资料，不能确定滑坡形成时的绝对年龄，因此无法从年代测定的角度来把握虎跳峡地区滑坡活动的规律性。不过，通过考察虎跳峡谷上游宽谷段滑坡的前缘高程(图3.2.8)，从滑坡与阶地的空间接触关系可估算本区滑坡发育的活跃期，这是因为滑坡的前缘高程不会低于其后形成的阶地高程，虽然现阶段可以在不同高程斜坡上产生滑坡，但较大规模的滑坡，其前缘高程通常都在河床的高程附近，并且数值模拟、模拟试验都证明在坡脚部位是剪应力最集中部位。
图3.2.8 虎跳峡地区滑坡前缘高程分布图
如图3.2.8所示，研究区滑坡的前缘高程主要分布在Ⅱ级阶地和Ⅲ级阶地之间，约占滑坡总数的47%，说明地史期的滑坡发育具有一定的阶段性;进一步的地质调查结果表明，上峡谷口以上宽谷段各类规模不等的滑坡堆积体前缘均不同程度地被第三级阶地所改造(图3.2.9和图3.2.10)，可以表明在金沙江河谷Ⅲ级阶地形成以前的晚更新世早期，河谷表生地质作用极为活跃，沿河谷岸坡及沟口发育一系列较大规模的崩滑体。全新世以来，河谷表生地质作用不明显，基本上无较大规模的斜坡变形破坏体产生，仅在下切速率较快的虎跳峡谷段内，发育有中等规模的崩塌体。
图3.2.9 峡谷口西公路边T3阶地砂砾层不整合于滑坡松散堆积物之上(镜头向北西)
图3.2.10 三家村T2阶地砂砾层中发育的重力滑动形成的铲式滑动面(镜头向北)
大型滑坡的后缘高程与前缘高程的高差一般为100～400m，最大高差达560m;虎跳峡河段滑坡主要发育在河谷剥蚀面(谷肩)以下的斜坡地带，滑坡后缘高程主要分布在2000～2400m范围内(图3.2.11)。这显然与河流切割深度有关，通常是后缘高程越高，势能越大，相对来说滑动的可能性也越大。
图3.2.11 虎跳峡河段崩塌、滑坡后缘高程分布图