李鑫, 李秀珍，何思明，閆帥星

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西藏樟木扎美拉山危巖特征與穩(wěn)定性評價(jià)

李鑫1, 李秀珍2,3，何思明2,3，閆帥星2,3

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，成都 611830；2.中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041； 3.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都 610041)

扎美拉山崩塌位于西藏自治區(qū)聶拉木縣樟木鎮(zhèn)及樟木鎮(zhèn)滑坡北側(cè)的基巖陡壁上，對樟木鎮(zhèn)的停車場、加油站、居民住宅和中尼公路行人與車輛的安全一直是嚴(yán)重威脅。在對扎美拉山崩塌進(jìn)行詳細(xì)現(xiàn)場勘察的基礎(chǔ)上，查明了該崩塌危巖體的基本特征和分布范圍。依據(jù)危巖體巖性及已有的崩塌現(xiàn)狀，并考慮坡面不利結(jié)構(gòu)面及巖體松動(dòng)、破壞情況，綜合分析得出該崩塌危巖體的主要變形破壞模式有墜落式、傾倒式、滑移式三種。通過對單個(gè)危巖體和巖堆進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)合崩塌危巖體的運(yùn)動(dòng)堆積特征分析，最終提出了采用主、被動(dòng)相結(jié)合的綜合措施對扎美拉山的崩塌危巖體災(zāi)害進(jìn)行有效治理。

崩塌；災(zāi)害調(diào)查；防治對策；西藏扎美拉山

扎美拉山崩塌位于西藏自治區(qū)聶拉木縣樟木鎮(zhèn)滑坡北側(cè)的基巖陡壁上，頻繁發(fā)生崩塌災(zāi)害。崩落的巖體塊石落于樟木鎮(zhèn)武警二營至樟木溝口一帶約300m的318國道上，曾多次造成公路交通中斷、車輛房屋損毀，并造成大量人員傷亡[1]- [6]。近年采取了攔截防護(hù)等治理措施，崩塌次數(shù)明顯減少。但由于降雨、不利組合結(jié)構(gòu)面、陡峻地形等不利因素仍未消除，扎美拉山崩塌危巖體對樟木鎮(zhèn)的住宅和中尼公路行人與車輛的安全依然是一個(gè)嚴(yán)重威脅。為全面保障樟木鎮(zhèn)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，在對該崩塌進(jìn)行全面而深入細(xì)致的勘察評估基礎(chǔ)上，制定科學(xué)合理長期有效治理措施具有重要意義。

目前對扎美拉山崩塌的相關(guān)研究較少，易順民等[7,8]依據(jù)分形理論, 研究扎美拉山滑坡的滑帶土的粒度分維特征認(rèn)為，該滑坡滑帶土粒度的分維值位于2～3之間，揭示了滑帶土的形成演化特征，但因年代久遠(yuǎn)對現(xiàn)有防治對策參考意義不大。劉春玲等分析了喜馬拉雅山區(qū)的重大崩塌滑坡災(zāi)害與地層巖性的關(guān)系，仍屬于區(qū)域分析[9,10]。黨超等結(jié)合不同災(zāi)害的成災(zāi)特征和危害方式，對中尼公路聶友段沿線考察、勘測，提出了一系列整治措施，其中對扎木拉滑坡崩塌體建議采用改線加明洞的方案[11]。在地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，張俊文等分析了扎美拉山崩滑體的破壞模式、工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性，并結(jié)合多層次堆積體的破壞模式及穩(wěn)定性，給出了有效的加固建議[12]。王忠福等采用數(shù)值分析的方法基于PFC對樟木后山崩塌進(jìn)行了模擬分析[13]。上述研究對扎美拉山地區(qū)的崩塌滑坡災(zāi)害防治都有一定的指導(dǎo)意義，但并未能對扎美拉山崩塌進(jìn)行系統(tǒng)性研究。

圖1 扎美拉山崩塌危巖體分布與穩(wěn)定性分級(jí)

通過對扎美拉山崩塌的現(xiàn)場勘察[7]，描述該危巖帶總體分布特征，由坡面不利結(jié)構(gòu)面及巖體松動(dòng)、破壞情況，綜合分析危巖體變形破壞模式，計(jì)算單個(gè)危巖體和巖堆穩(wěn)定性，根據(jù)扎美拉山崩塌現(xiàn)狀提出系統(tǒng)性防治對策與建議。

1 扎美拉山崩塌危巖帶總體分布特征

崩塌危巖帶近似成三角形狀分布，全長約944m，平均高度625m，總面積約1.54km2，其位于樟木鎮(zhèn)北側(cè)扎美拉山陡峭巖壁上，露出的巖石為前震旦系達(dá)萊瑪橋組(AnZd)黑云斜長片麻巖、黑云石英片巖和花崗片麻巖，產(chǎn)狀26°∠30°，高差北西側(cè)大南東側(cè)小，崩 塌源區(qū)距318國道高差約1 000m。

2 崩塌危巖體基本特征

2.1 巖體結(jié)構(gòu)特征

扎美拉山崩塌源區(qū)巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，其主要為前震旦系云母片麻、片巖。巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面主要有以下幾組：

1）傾向南西的構(gòu)造剪節(jié)理：215°～245°∠60°～80°，裂面平滑，連通性好，平均延伸長度大于3m，微張開狀，基本無充填。

2）傾向北西的張節(jié)理：300°～320°∠63°～75°，走向與巖石片理面基本垂直，裂面分段平整，連通性較差，延伸長度0.5～5m，裂隙張開度約1mm～3mm。

3）傾向南東的張節(jié)理，走向與地層走向斜交，135°～150°∠66°～85°，裂面光滑、平整，延伸性好。

4）片理、片麻理：為片巖、片麻巖的片理、片麻理面，35°∠42°，裂面平直，延展性、貫通性好。

巖體被上述組合結(jié)構(gòu)面切割成向臨空方向發(fā)展的危巖體。

圖2 扎美拉山主要危巖體（依次為1-4號(hào)危巖體）

圖3 墜落式破壞模式

圖4 可能發(fā)生墜落型破壞的危巖體

2.2 單個(gè)危巖體特征

扎美拉山危巖帶共發(fā)育4處典型的危巖體，總方量約5 600m3。另有很多已崩落的危石，散亂地堆積于陡峻的斜坡體表面，危巖體和危石的總方量約250×104m3。

崩塌源區(qū)4處典型危巖體的形態(tài)、規(guī)模、穩(wěn)定性、控制性結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及特征分述如下：

1號(hào)危巖體：位于崩塌源區(qū)的最西側(cè)，呈立方體狀，方量約99m3，主要受2組結(jié)構(gòu)面控制，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：156°∠60°和40°∠28°，第一組結(jié)構(gòu)面為陡傾拉裂面，大部分已貫通，第二組結(jié)構(gòu)面為片麻理面，較平直，粗糙，長約2m，充填強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)巖屑厚約20cm。目前危巖體底部多已形成凹腔，大部分已懸空，極易發(fā)生破壞，穩(wěn)定性較差。

2號(hào)危巖體：位于崩塌源區(qū)西側(cè)1號(hào)危巖體的斜上方，呈不規(guī)則形狀，方量約324m3，主要受2組結(jié)構(gòu)面控制，結(jié)構(gòu)面(片理)產(chǎn)狀：40°∠28，另一組結(jié)構(gòu)面為陡傾結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀300°∠60°，結(jié)構(gòu)面長6m，危巖體有局部塊石墜落，整體穩(wěn)定性較好，易發(fā)生滑移式崩塌，目前比較穩(wěn)定。

3號(hào)危巖體：位于崩塌源區(qū)2號(hào)危巖體的斜上方，呈正方體狀，體積約198m3，主要受2組結(jié)構(gòu)面控制，陡傾拉裂縫產(chǎn)狀150°∠55°，拉裂縫長3.5m，寬2~8m，縫寬3~5cm，充填泥質(zhì)巖屑；另一組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為36°∠27°，延展性好，較平直，結(jié)構(gòu)面間距5~8cm，易發(fā)生傾倒式崩塌，目前穩(wěn)定性較差。

4號(hào)危巖體：位于崩塌源區(qū)的正上方，呈長柱狀，總方量約5 022m3，主要受2組結(jié)構(gòu)面控制，一組結(jié)構(gòu)面為后緣近垂向拉裂縫，產(chǎn)狀130°∠80°，結(jié)構(gòu)面波狀、曲折，裂縫寬1~4m，深約20m，已全部貫通；另一組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀38°∠25°，結(jié)構(gòu)面較平直，為片麻巖片麻理。此危巖體上已發(fā)育有次級(jí)拉張裂縫，是目前扎美拉山最危險(xiǎn)、最不穩(wěn)定的危巖體，方量約2 008m3的一塊危巖體已基本脫離，母巖。2011年間已對其進(jìn)行掛網(wǎng)防護(hù)。但由于危巖體方量較大，且后緣出現(xiàn)的寬大的拉裂縫已基本貫通，在地震或降雨等誘發(fā)作用下，此危巖體極易發(fā)生滑移－傾倒式破壞。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，扎美拉山后崩源區(qū)危巖體的總方量約為13 000m3，不穩(wěn)定或穩(wěn)定性差的危巖體方量約3 000m3，分布在崩源區(qū)的危巖體和危石的總方量約250萬m3。

3 崩塌危巖體失穩(wěn)破壞模式

結(jié)合不利結(jié)構(gòu)面組合情況，并根據(jù)危巖體巖性及已有的崩塌破壞情況，具體綜合分析扎美拉山危巖體破壞模式。

1）墜落型破壞模式，裂隙結(jié)構(gòu)面把巖體切割成多組巖塊，巖體底部塊體首先發(fā)生破裂，上部失去支撐后，其后緣結(jié)構(gòu)面將逐漸加深。當(dāng)臨空的巖體自身的抗拉強(qiáng)度小于由重力作用產(chǎn)生的力矩時(shí)，危巖體將繼續(xù)發(fā)生塌落。該類破壞模式多為連鎖式，即初次危巖體的崩落，為后續(xù)危巖體發(fā)生破壞提供條件，加劇其不穩(wěn)定，直至裂隙結(jié)構(gòu)面處。逐漸進(jìn)入下一個(gè)破壞周期。

2）傾倒式破壞模式，巖體后緣出現(xiàn)拉張裂隙，在重力及水壓力等作用下后緣拉張裂隙逐步向深部擴(kuò)展，形成危巖體，并最終向前傾倒發(fā)生破壞。

此類同墜落式破壞模式，易于引起連鎖式破壞，即前期危巖體傾倒破壞，為之后危巖體的傾落提供條件，甚至形成規(guī)模比前次更大。

3）滑移式破壞模式，危巖體的穩(wěn)定主要受底部裂隙與后緣裂隙影響，在重力場及動(dòng)水壓力等作用下產(chǎn)生滑移和剪切變形，形成滑移型破壞。水在此種模式中影響作用明顯，它既能夠降低順坡向滑面的摩擦系數(shù)又可加速后緣裂隙的貫通。

4 崩塌危巖體穩(wěn)定性計(jì)算

4.1 單個(gè)危巖體的穩(wěn)定性分析

危巖體穩(wěn)定性計(jì)算涉及參數(shù)選取和邊界條件的選定，而如何科學(xué)、準(zhǔn)確獲取參數(shù)及邊界條件卻相對困難。此處對崩塌體一些不完全確定的因素，如邊界條件、裂隙貫通深度，進(jìn)行理想化地假定，計(jì)算選取典型危巖崩塌類型。

圖5 傾倒式破壞模式

圖6 可能發(fā)生傾倒破壞的危巖體

由于危巖體性質(zhì)具有多樣性，其穩(wěn)定性評價(jià)暫無較為統(tǒng)一的定量評價(jià)方法?；谠览轿r體特性，此次主要采用重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》（DB50/143-2003）[8]來進(jìn)行定量確定。

4.1.1計(jì)算公式

1）傾倒式危巖，巖體后緣出現(xiàn)拉張裂隙，在重力及水壓力等作用下后緣拉張裂隙逐步向深部擴(kuò)展，形成危巖體，并最終向前傾倒發(fā)生破壞，極易受地震、暴雨等因素影響。其計(jì)算模型及公式如下：

A、危巖體重心在支點(diǎn)外側(cè)

B、危巖體重心在支點(diǎn)內(nèi)側(cè)