陳冬柏，劉盼

西安地震臺新建觀測山洞工程地質(zhì)分析＊

陳冬柏，劉盼

（陜西省地震局，陜西 西安 710068）

運(yùn)用實(shí)地勘察等方法，分析了西安地震臺新建觀測山洞工程的地質(zhì)地貌及水文條件和場地穩(wěn)定性，為工程建設(shè)提供了合理建議。

實(shí)地勘察；西安地震臺；山洞工程；場地穩(wěn)定性

1 工程概況

西安地震臺新建觀測山洞工程場地位于陜西省西安市長安區(qū)子午街道天子峪口。該場地地處秦嶺北緣，處于鄂爾多斯地塊、揚(yáng)子地塊、松潘-甘孜地塊及中國東西和南北巨型構(gòu)造的交匯地帶。山洞工程主要涉及新建總長244 m的地震觀測山洞和60 m2的觀測室。山洞建設(shè)于場地山體內(nèi)部，觀測室位于洞外露天區(qū)域。山洞洞口高2.5～3 m，共設(shè)置支洞3座，其中東西向山洞長94 m，南北向山洞長70.5 m，北東向山洞長37.5 m，山洞地板最大埋深約100 m，3座山洞成交叉式聯(lián)通。根據(jù)DZ/T 0286—2015[1]規(guī)定，項(xiàng)目投資建設(shè)符合一般工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

西安地震臺新建山洞場地所在區(qū)域南高北低，地貌類型主要為南面秦嶺山體，北面關(guān)中盆地。建設(shè)場地位于南部秦嶺低中山區(qū)地貌中，海拔600～740 m，地形屬于中低山山地間溝谷。場地山高谷深，地形起伏較大，溝谷為狹窄的“V”字形谷，溝谷底部寬2～5 m，東西兩側(cè)為秦嶺山坡，斜坡陡峭。地表局部有破殘積土，其上植被茂密，刺槐、灌木等植物發(fā)育。場地外圍地表水流為近于南北向的溝谷溪流河道遠(yuǎn)低于山洞口的設(shè)計(jì)標(biāo)高。

項(xiàng)目建設(shè)場地地形地貌如圖1所示。

2.2 地層巖性

地質(zhì)勘察表明，工程建設(shè)場地附近出露地層簡單，巖性單一，地層由第四紀(jì)坡積地層（Q4dl）、古生代加里東期（γ）片麻狀花崗巖，主要呈灰白色、灰黑色、雜色。早期古生代加里東期片麻狀花崗巖（γ）構(gòu)成山地的巖基，巖石呈灰黑色、花黑色，主要包括片麻狀和片麻顆粒狀、塊狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為長石、少量的石英和黑白云母等。場地的第四紀(jì)主要斷續(xù)分布在山頂和山坡的斜坡地段，由雜色碎石土、含碎石塊石土組成的稍密~中密的殘積層，厚度0.5～8 m。

圖1 項(xiàng)目建設(shè)場地地形地貌

項(xiàng)目建設(shè)場地巖芯取樣如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目建設(shè)場地巖芯取樣

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

工程建設(shè)場地所屬區(qū)域橫跨華北地臺和秦嶺褶皺系，大地構(gòu)造屬于北秦嶺加里東褶皺帶，褶皺帶總體為一復(fù)線背斜。有四期不同形式的構(gòu)造疊加，早期褶皺帶多數(shù)被掩蓋，經(jīng)過多次區(qū)域構(gòu)造的強(qiáng)烈活動，形成了多旋回褶皺的復(fù)雜構(gòu)造帶[2]。

地質(zhì)區(qū)調(diào)結(jié)論認(rèn)為該區(qū)域自南向北分布著神仙岔—紅廟子斷裂、秦嶺北麓山前大斷裂、慶鎮(zhèn)—引鎮(zhèn)斷裂三條區(qū)域性深大斷裂。其中，神仙岔—紅廟子斷裂為油坊溝—黃臺深大斷裂的一部分，西起神仙岔，經(jīng)觀音山、萬華山、羅漢坪進(jìn)入藍(lán)田縣。該斷裂為壓性斷裂，斷層面為北傾，傾角大于60°，沿?cái)鄬泳€有陡崖分布。秦嶺北麓山前大斷裂沿秦嶺山脈與關(guān)中平原的接觸界線東西向橫貫區(qū)境，斷層地貌標(biāo)志清晰，南盤為變質(zhì)巖及印支期巖漿巖，北盤為第四紀(jì)，為男升北降高角度正斷層，斷層面傾角正北，傾角為50°～70°。慶鎮(zhèn)—引鎮(zhèn)斷裂為一槽臺分界深大隱伏斷裂，該斷裂與秦嶺山前大斷裂平行，為盆地下第三系分布的南界，是南升北降的高角度正斷層。

工程建設(shè)場地大區(qū)域?qū)儆谀仙苯档母窬种?，區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育，但多為隱伏斷裂，一般發(fā)育在斷陷盆地中，展布方向以北東和近東西方向?yàn)橹?，少量北西向發(fā)育。項(xiàng)目場地位于秦嶺北麓山前大斷裂南盤，后期燕山期侵入的花崗巖構(gòu)造使處于該構(gòu)造斷裂部位的巖體相對完整。

受新構(gòu)造活動的影響，項(xiàng)目所在的地區(qū)近2 000年間共發(fā)生了21次4級以上地震，自20世紀(jì)以來，共發(fā)生5次有感地震，其中有記載的地震引發(fā)的崩塌地質(zhì)災(zāi)害僅1次，為公元前321年地震引發(fā)的終南山崩。據(jù)GB 18306—2015[3]，場地區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.4 s，峰值加速度為0.2g，地震基本烈度為VIII度。

2.4 節(jié)理和裂隙分布

場地地表覆蓋層厚度局部較大，且風(fēng)化嚴(yán)重，巖層節(jié)理較為發(fā)育。節(jié)理的發(fā)育密度在不同的巖石中和同一種巖石的不同部位差異較大，大部分屬構(gòu)造剪節(jié)理，方向性明顯，節(jié)理面一般平直，延伸長，閉合良好，部分有小開口，充填物多為白色鈣質(zhì)附著物，也可見石英長石偉晶巖脈脈充填，張性節(jié)理表現(xiàn)更為明顯。風(fēng)化節(jié)理主要產(chǎn)在距地表10～20 m以上地帶，節(jié)理沒有固定的方向，節(jié)理規(guī)模小，密度大，節(jié)理面不平整，多為張性，無脈巖充填，從地表向下密度快速變小。

2.5 巖土類型及工程地質(zhì)性質(zhì)

實(shí)地踏勘調(diào)查表明，工程建設(shè)場地內(nèi)出露巖性主要為印支期花崗巖和第四紀(jì)殘破積土，巖體類型為堅(jiān)硬的塊狀花崗巖，土體類型為松散的碎石土。

堅(jiān)硬塊狀花崗巖在工程建設(shè)場地廣泛分布，質(zhì)地堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，根據(jù)勘察，強(qiáng)風(fēng)化層波速p= 1 500～ 2 000 m/s，中風(fēng)化層p=2 200～2 700 m/s。

松散碎石土層斷續(xù)分布在山梁頂部和山坡斜坡地段，均為全新統(tǒng)殘積層，由雜色碎石土、含碎石塊，根據(jù)勘察，碎石土的波速為p=700～1 000 m/s。

2.6 水文地質(zhì)

2.6.1 地表水

場區(qū)地表溝谷發(fā)育，但都屬于季節(jié)性沖溝，平時(shí)無水，雨季可形成短暫水流，小部分降水沿裂隙滲入補(bǔ)給地下水，多以地表徑流形式沿溝谷向下游排泄，山洞山體地勢較高，緣邊溝壑林立，有利于地表水體的排泄，地表水不甚發(fā)育，多數(shù)處于斷流狀態(tài)。山洞區(qū)從山頂?shù)缴侥_形成一個(gè)小而獨(dú)立的補(bǔ)、徑、排系統(tǒng)，山洞山體地勢較高，地勢陡峭，有利于地表水體的排泄。山洞開挖后，在降雨期，特別是強(qiáng)雨久雨，地表水可能會存在沿裂隙下滲的問題。

2.6.2 地下水

根據(jù)巖性特征及地下水在介質(zhì)中的存儲狀態(tài)，項(xiàng)目區(qū)地下水類型為基巖裂隙水和第四紀(jì)松散巖類孔隙水。地下水主要受大氣降水、第四紀(jì)松散堆積層孔隙水補(bǔ)給，富水較弱。大氣降水量較大時(shí)受匯水面積大特點(diǎn)的影響，短時(shí)間水流湍急，沖刷破壞嚴(yán)重，易成為地下水主要補(bǔ)給源。地下水的主要排泄方式為泉水或滲流流向溝谷。另外，地下水對建設(shè)工程的影響表現(xiàn)在地下水、基巖裂隙水沿巖石裂隙滲入，降低山體摩擦系數(shù)，從而在斜坡或巖體原始穩(wěn)定性受到破壞的情況下，斜坡破題或巖石容易沿著節(jié)理裂隙形成滑動面從而產(chǎn)生位移，形成坍塌。但勘察項(xiàng)目建設(shè)場區(qū)周圍發(fā)現(xiàn)，周圍未見地下水露頭，地下水作用不明顯。

3 主要地質(zhì)問題及評價(jià)

3.1 場地穩(wěn)定性評價(jià)

西安地震臺新建山洞場地位于秦嶺低中山地貌區(qū)，地形起伏較大，切割較深。工程場地位于溝谷西側(cè)坡體中下部，坡體出露巖性單一，均為片麻狀花崗巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體呈較大快狀，塊體表層覆蓋殘破積碎石土，厚度不等。周圍環(huán)境對坡體影響較小，周邊地區(qū)地震活動一般，周圍未發(fā)現(xiàn)近期有明顯活動痕跡的斷裂，區(qū)域地殼穩(wěn)定。場地的地質(zhì)和地貌等適宜山洞建設(shè)。

3.2 圍巖問題

據(jù)野外定性分析，觀測山洞圍巖進(jìn)口處為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，等級為Ⅳ級，穩(wěn)定性較差，開挖后容易坍塌、掉塊。洞內(nèi)巖石完整性整體較好，局部地區(qū)有黑白云母分布，穩(wěn)定性稍差，施工過程中發(fā)生了局部小型塌方。因此，對于洞口位置和洞內(nèi)分布黑白云母部分，工程施工過程中通過制作鋼拱架對其進(jìn)行專門支護(hù)，支護(hù)效果較好，其余部分洞體開挖僅需嚴(yán)格遵循短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊襯砌的工作原則。

3.3 山洞穩(wěn)定性評價(jià)

山洞場地地處變質(zhì)巖發(fā)育階段，圍巖主要以片麻狀花崗巖為主。受多期構(gòu)造運(yùn)動的影響，區(qū)域斷裂受夾持及節(jié)理、裂隙燈結(jié)構(gòu)面穿切破壞、巖體入侵等影響，巖體產(chǎn)狀多變，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)及完整性分段性明顯。

4 結(jié)論

西安地震臺新建山洞項(xiàng)目場地屬于北秦嶺加里東褶皺帶，未發(fā)現(xiàn)明顯活動痕跡的斷裂，山洞區(qū)場地基本穩(wěn)定，適宜山洞建設(shè)。場地地震動峰值加速度為0.2g，反應(yīng)譜特征周期為0.4 s，需要做八度抗震設(shè)防。在場地內(nèi)地層巖石以片麻狀花崗巖為主，洞內(nèi)圍巖地質(zhì)構(gòu)造變動變化較大，受構(gòu)造影響，山體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，局部地區(qū)圍巖穩(wěn)定性一般，洞內(nèi)不存在影響山洞穩(wěn)定的不良地質(zhì)和特殊巖土。根據(jù)DZ/T 0286—2015[1]，建設(shè)場地地質(zhì)環(huán)境條件為中等類型，適合地震觀測山洞建設(shè)場地。

［1］中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京中地華安地質(zhì)勘查有限公司，中國地質(zhì)大學(xué)，等.DZ/T 0286—2015地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估規(guī)范［S］.北京：地質(zhì)出版社，2015.

［2］牛琳琳，豐成君，張鵬，等.鄂爾多斯地塊南緣地應(yīng)力測量研究［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2018，24（1）：25-34.

［3］中華人民共和國家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局.GB 18306—2015中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

p962

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.049

2095－6835（2020）09－0118－02

陜西省地震局啟航與創(chuàng)新基金課題（編號：QC201814）；中國地震局“監(jiān)測、預(yù)報(bào)、科研三結(jié)合”課題（編號：3JH-201901070）聯(lián)合資助

〔編輯：張思楠〕