荀曉慧，賀詠梅，謝曄(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都 610059;2.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059)

旺蒼縣東山村危巖災(zāi)害成因機制分析

荀曉慧1，2，賀詠梅1，2，謝曄1，2
(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都 610059;2.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059)

在現(xiàn)場調(diào)查、測量的基礎(chǔ)上，對危巖體的分布、規(guī)模、形態(tài)、分區(qū)分帶等特征進行了分析，并對危巖地質(zhì)災(zāi)害的成因機制開展研究。分析成果表明：研究區(qū)薄厚相間的結(jié)構(gòu)特征、高陡地形下的強卸荷作用、結(jié)構(gòu)面相互切割及組合特點和地震及降雨等外部促發(fā)因素是危巖體形成和發(fā)展的主控條件。

地質(zhì)災(zāi)害；危巖體；成因機制

1 前言

危巖是較為常見的一種地質(zhì)災(zāi)害，廣泛分布在地形高陡、基巖裸露的堅硬巖斜坡上。在地震、降雨等作用下以崩塌落石的方式失穩(wěn)破壞，破壞后由于塊體運動的隨機性特點，防控的難度大。同時，由于危巖體形成受多種因素作用，其成因機理也很復(fù)雜。較多的學(xué)者對危巖體的形成原因開展過研究，如方云等[1]從構(gòu)造特征和風(fēng)化、凍融等多種因素上對云岡石窟砂巖中危巖體的發(fā)育原因進行了研究;葉四橋[2]、劉傳正[3]等結(jié)合構(gòu)造作用、地貌形態(tài)、巖性特征、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、降雨等因素，對重慶地區(qū)典型危巖體的形成和發(fā)生進行過深入研究，并獲得了災(zāi)害形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程的認(rèn)識；黃達[4]、劉衛(wèi)華[5]等對水電工程高邊坡危巖體的失穩(wěn)模式和穩(wěn)定性獲得了系統(tǒng)的研究成果。

綜上所述，危巖體這一地質(zhì)災(zāi)害受到了眾多學(xué)者的關(guān)注，其形成原因是失穩(wěn)模式判識、穩(wěn)定性評價、防治工程設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)，對其開展研究，具有較好的理論意義和實際應(yīng)用價值。本文針對汶川地震災(zāi)區(qū)旺蒼縣境內(nèi)的一處典型危巖體，通過現(xiàn)場調(diào)查，對危巖體的形成機制進行研究。

2 危巖災(zāi)害基本特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害整體特征

東山村危巖發(fā)育于旺蒼縣雙匯鎮(zhèn)東山村南東側(cè)頂部山脊處，地形坡度上部陡峻，下部坡度略緩，崩塌發(fā)育于山體頂部基巖裸露區(qū)，該處地形三面臨空，“5.12”地震時坡體上部形成可見長度5～6 m，寬度10～12 cm的拉裂縫，但未產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。后期由于向臨空方向卸荷、降雨、余震的反復(fù)作用等多方面因素影響，于2008年10月2日晚18時左右發(fā)生失穩(wěn)破壞，形成崩塌落石，落石沿N33°W的方向運動，滾動最遠(yuǎn)的塊石已崩落至東山村，落差近300 m，盡管未引起人員傷亡，但已威脅到了村莊居民的生命財產(chǎn)安全，威脅48戶居民，共計202人。危巖體災(zāi)害及威脅對象整體特征見圖1。

圖1 東山村危巖體整體特征及威脅對象

2.2 危巖帶規(guī)模及形態(tài)等發(fā)育特征

崩塌發(fā)育于山體頂部基巖裸露區(qū)，該處地形三面臨空，受風(fēng)化、卸荷及結(jié)構(gòu)面切割等多方面因素影響，該地段巖體較為破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，單個塊體大小多在1m左右，破碎巖體呈帶狀分布，無法單獨劃分危巖塊。因此為了使分析更加具體，更有針對性，在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)位置、形成原因、變形破壞程度和穩(wěn)定性現(xiàn)狀等因素對危巖體分為3個帶，見圖2。現(xiàn)分別對各帶進行分析。

圖2 東山村危巖分區(qū)圖

Ⅰ號危巖帶位于山體近坡頂處，巖性為灰?guī)r，在坡頂主要為互層狀結(jié)構(gòu)，夾薄層狀結(jié)構(gòu)，至Ⅰ區(qū)下部可見厚層狀結(jié)構(gòu)。巖層產(chǎn)狀為52°∠39°，向臨空方向為一逆向坡?！?.12”地震時沿陡傾角結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生拉裂縫，但未發(fā)生崩塌。于2008年10月2日18時發(fā)生崩塌。崩塌在坡體頂部陡崖地形遺留一凹槽地形。凹槽處基巖受層面及裂隙切割，巖體較為破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖體中可見張開結(jié)構(gòu)面，一般長0.5～1.2 m，鋸齒狀，寬度0.7～1 cm，張開裂隙及層面間可見雜土充填。局部塊體失穩(wěn)后形成空腔，凹腔深度3～3.5 m，高0.7～1.6 m。后緣仍存在拉裂縫，拉裂縫平行發(fā)育3條，產(chǎn)狀為208°～212°∠63°～70°，寬度3.4～4 cm，長43～50 cm。Ⅰ號危巖帶巖體呈互層狀結(jié)構(gòu)，所組合的塊體規(guī)模不大，一般塊體長1.5 m，寬1 m，厚0.3 m，局部少量規(guī)模較大塊體長度可達2 m，寬度2 m，厚度0.5 m，見圖3。該區(qū)危巖帶長6～9 m，寬度在16～19 m，厚度為3～5 m，方量約為520 m3。

圖3 東山村危巖體Ⅰ號危巖帶特征

Ⅱ號危巖帶巖體以互層狀結(jié)構(gòu)為主，巖層單層厚度一般為14～22 cm。該區(qū)在地形上三面臨空，坡體結(jié)構(gòu)在不同臨空方向上分別為逆向坡和橫向坡，巖質(zhì)堅硬，上覆巖層厚度較小，無彎曲變形跡象。但巖體中結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體較為破碎。坡表側(cè)面可見拉裂縫，拉裂縫長7～10 m，寬10～15 cm，巖屑及雜土充填。Ⅱ號危巖帶結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體較為破碎，塊體長度多在1 m左右，寬度在2 m左右，厚度一般為0.4 m，見圖4。該危巖帶高14～16 m，寬4～6 m，厚度3～6 m，方量約為350 m3。

圖4 東山村危巖體Ⅱ號危巖帶特征

Ⅲ號危巖體部位坡體結(jié)構(gòu)為橫向坡。受卸荷作用影響，沿陡傾角結(jié)構(gòu)面張開，坡體中平行發(fā)育5條，外部4條，長度1.5～4.3 m，后緣拉裂縫長大，延伸約15 m左右，張開寬度1～1.4 m，該拉裂縫使危巖體后緣已與母巖脫離。拉裂縫形成較早，架空地段有茂密灌木生長。該組拉裂縫產(chǎn)狀為334°∠76°。該區(qū)危巖體在“5.12”地震及歷次余震中未見變形加劇現(xiàn)象。Ⅲ號危巖帶因巖體層厚較大，結(jié)構(gòu)面發(fā)育較少，因此塊體規(guī)模相對較大，一般長度在4 m左右，寬度在2.5 m左右，厚度可達3～4 m。Ⅲ號危巖體形態(tài)及規(guī)模特征見圖5。

圖5 東山村危巖體Ⅲ號危巖帶特征

Ⅲ號危巖體寬17～24 m，高19～26 m，厚度7～9 m，方量約為3 200 m3。

2.3 崩塌塊石運動及堆積特征

崩塌主要由Ⅰ號危巖帶失穩(wěn)破壞后形成，落石總體上沿N33°W方向運動，崩塌堆積物主要散落于坡體上部陡崖之下的斜坡上，僅個別大塊石崩落至東山村。

坡體上部散落堆積的塊石粒徑多在20～60 cm，厚度40～60 cm，寬度9～11 m，長35.5 m，方量約200 m3，見圖6。崩落至東山村的塊石長2.71 m，寬2.28 m，厚度70 cm(圖7)，自山頂彈落5次至坡腳，可見1.98 m×1.40 m×0.5 m的砸坑。東山村危巖坡表散落的崩塌堆積物總方量約為230 m3。

圖6 東山村危巖崩塌堆積物特征

圖7 崩落至坡腳東山村的塊石

調(diào)查過程中對東山村危巖產(chǎn)生的崩塌落石進行了詳細(xì)測量，尤其是對規(guī)模較大、運動距離較遠(yuǎn)的塊石，逐一測量了其坐標(biāo)，并根據(jù)實際坐標(biāo)在平面圖中予以標(biāo)識，據(jù)此獲得了翔實、準(zhǔn)確的崩塌物質(zhì)運動軌跡。

東山村危巖產(chǎn)生的崩塌首先沿S45°～50°W的方向滾落，落地后受地形控制，按斜坡坡向向下滾動，彈跳過程中因接觸面形態(tài)等原因發(fā)生轉(zhuǎn)向，總體上沿N33°W方向運動。運動距離最大落石滾落至815 m高程，滾落高差近300 m。

3 危巖災(zāi)害成因機制分析

現(xiàn)場調(diào)查表明，東山村危巖的發(fā)育形成，主要是由以下幾方面因素控制：

3.1 堅硬巖薄厚相間的結(jié)構(gòu)特征是危巖體形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

危巖體形成地段的巖性為灰?guī)r，屬堅硬巖，巖體薄層、互層及厚層狀結(jié)構(gòu)間隔發(fā)育。單層厚度小，呈薄層狀結(jié)構(gòu)的巖體，抗風(fēng)化和侵蝕能力弱，差異侵蝕導(dǎo)致陡坡上形成凹腔，而中-厚層狀的堅硬巖巖體中結(jié)構(gòu)面又較為發(fā)育，與層面或隨機結(jié)構(gòu)面組合，形成塊體，降低巖體完整性，在不同部位形成了危巖帶。同時，層厚特征也控制了崩塌塊石的塊體規(guī)模，并最終影響落石的運動軌跡和威脅范圍。因此，堅硬巖的巖體結(jié)構(gòu)特征是危巖體形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和主要內(nèi)因，并決定了危巖體失穩(wěn)后的危害程度。

3.2 高陡地形和強烈卸荷是危巖體形成的前提條件

該地段地形上為一三面臨空的陡崖，特殊的地形條件，使卸荷作用尤為明顯。頂部探槽揭示，卸荷主要沿92°∠81°組及210°∠66°組兩組結(jié)構(gòu)面張開，最大開度可達10 cm，一般在3～6 cm之間。強卸荷深度4.2～6 m，弱卸荷深度為9.7～10.8 m。高陡的地形、強烈的卸荷作用，使巖體完整性變差，表部塊體穩(wěn)定性降低，促使了危巖體的形成和發(fā)展。卸荷的進一步作用，也決定了危巖體發(fā)育的深度和穩(wěn)定性的狀態(tài)。

3.3 結(jié)構(gòu)面發(fā)育及切割組合特征是危巖體形成的主控因素

該地段巖體中主要發(fā)育4組結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面赤平投影見圖8，結(jié)構(gòu)面對危巖體形成的作用分別為：

(1) 334°∠76°，構(gòu)成Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)危巖體形成的后緣分離面。

(2) 231°∠64°，構(gòu)成Ⅰ、Ⅱ區(qū)危巖塊體形成的側(cè)緣分離面。

(3) 170°∠65°，構(gòu)成Ⅰ、Ⅱ區(qū)危巖塊體形成的側(cè)緣分離面。

(4) 52°∠39°，層面、坡體結(jié)構(gòu)面為逆向坡或橫向坡。

3.4 地震和降雨作用是危巖體破壞的外部促發(fā)因素

“5.12”汶川地震過程中，強大的地震力使原本因卸荷作用張開的結(jié)構(gòu)面在深度和長度上發(fā)展，坡體上部形成可見長度5～6 m，寬度10～12 cm的拉裂縫，即使未產(chǎn)生失穩(wěn)破壞，但已經(jīng)使巖體的完整性和穩(wěn)定性大幅度降低，后期由于卸荷的持續(xù)發(fā)展、降雨、余震的反復(fù)作用等多方面因素影響，于2008年10月2日晚18時左右發(fā)生失穩(wěn)破壞，形成崩塌落石。

圖8 東山村危巖體結(jié)構(gòu)面組合特征

降雨是誘發(fā)崩塌的另一個重要因素，水的作用可以使巖體和結(jié)構(gòu)面的強度參數(shù)降低，可以在后緣拉裂縫中形成一定的孔隙水壓力，導(dǎo)致危巖體最終失穩(wěn)形成崩塌。

4 結(jié)論

通過以上的分析論述可知，研究區(qū)薄厚相間的巖體結(jié)構(gòu)條件、高陡地形的強卸荷作用、結(jié)構(gòu)面切割及組合特征等多種因素是危巖體形成的基礎(chǔ)條件；地震作用和降雨的滲流及對巖體的弱化是危巖破壞的外部促發(fā)條件。這些因素綜合作用，導(dǎo)致了研究區(qū)危巖體的形成和失穩(wěn)破壞。

[1] 方云,陳星,劉俊紅,等.云岡石窟危巖發(fā)育的成因分析[J].現(xiàn)代地質(zhì),2011,(1):137-141.

[2] 葉四橋,唐紅梅,祝輝.萬州地區(qū)危巖發(fā)育的典型成因[J].水力發(fā)電,2007,(2):31-33.

[3] 劉傳正.重慶武隆雞尾山危巖體形成與崩塌成因分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2010,(3):297-304.

[4] 黃達,黃潤秋,周江平,等.雅礱江錦屏一級水電站壩區(qū)右岸高位邊坡危巖體穩(wěn)定性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007,(1):175-181.

[5] 劉衛(wèi)華,羅倩,黃潤秋,等.溪洛渡水電工程壩區(qū)高邊坡危巖體分類及穩(wěn)定性評價[J].水利水電科技進展,2008,(4):48-51.

作者簡介：荀曉慧(1980- )，女，碩士，實驗師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境地質(zhì)方面的研究工作。Email： xunxh@cdut.edu.cn

MECHANISM ANALYSIS ON THE DONGSHAN VILLAGE ROCKFALL IN WANGCANG COUNTY

XUN Xiao-hui1，2,HE Yong-mei1，2,XIE Yie1，2
1.College of Environment and Civil Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059;2.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection
(Chengdu University of Technology),Chengdu 610059)

Based on the field investigation and measurement, the characteristics of potentially unstable rock mass were analyzed, such as size, morphology, distribution and so on. Meanwhile, the research to the formation mechanism of the potentially unstable rock mass was carried out. according to the survey findings, it was find that the rock mass structure characteristics with the thick replaces the thin, the high and steep terrain under the strong unloading function, the structure plane cutting and combination characteristics, earthquake and rainfall external precipitating factor are the main control conditions for the rock formation and development.

geologic hazard； dangerous rock mass； formation mechanism

1006-4362(2016)04-0052-04

2016-09-20改回日期： 2016-11-02

中國博士后科學(xué)基金(編號: 2016M590890)

P642.21;TU457

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