蔡向陽(yáng),謝 偉

(1.中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610052;2.四川省冶金地質(zhì)勘查局六〇四大隊(duì)，四川 成都 628000)

0 前 言

在我國(guó)西南紅層地區(qū)可見有軟硬巖互層坡體，由于明顯的差異風(fēng)化作用形成凹巖腔，導(dǎo)致上部硬巖產(chǎn)生拉裂并逐漸貫通，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，多形成崩塌落石。2017年6月24日，四川省茂縣突發(fā)山體高位崩塌災(zāi)害，造成60余戶120余人被掩埋[1]。隨著我國(guó)山區(qū)城鎮(zhèn)脫貧攻堅(jiān)工作的持續(xù)推進(jìn)等人類工程活動(dòng)將誘發(fā)越來越多的崩塌災(zāi)害，因此危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)對(duì)地方防災(zāi)減災(zāi)尤為緊迫。唐紅梅等[2-4]對(duì)危巖的穩(wěn)定性計(jì)算及危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)做了相應(yīng)的研究。許強(qiáng)等[5]在危巖失穩(wěn)概率和落石運(yùn)動(dòng)軌跡分析的基礎(chǔ)上對(duì)危巖單體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法做了系統(tǒng)的研究。韓振華等[6]以單體崩塌實(shí)例從威脅范圍和年發(fā)生概率等方面對(duì)該崩塌進(jìn)行了量化評(píng)價(jià)。何虎軍等[7]基于未確知測(cè)度方法選取了15個(gè)評(píng)價(jià)因子，建立評(píng)價(jià)模型對(duì)崩塌危險(xiǎn)性進(jìn)行判別。高買燕等[8]使用集對(duì)-層次耦合法崩塌危險(xiǎn)性進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià)。盡管在研究人員的不斷努力下，取得了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一些進(jìn)展，但由于崩塌自身運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性、邊界條件多樣性，評(píng)價(jià)結(jié)果仍然具有一定局限性。銅鼓危巖帶歷史上曾發(fā)生過數(shù)次崩塌災(zāi)害，野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)其物源區(qū)分布著大量典型危巖體，有較為明顯的物源區(qū)和堆積物，結(jié)合歷史崩落堆積區(qū)域采用理論計(jì)算的方法確定潛在崩落范圍，為危險(xiǎn)性提供可靠的依據(jù)。沿S103線從沐川縣利店鎮(zhèn)到馬邊縣勞動(dòng)鄉(xiāng)這一區(qū)域內(nèi)，受馬邊河強(qiáng)烈的切割侵蝕加之活躍的第四紀(jì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其發(fā)育了大量的危巖帶，部分已形成崩塌并造成財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。銅鼓危巖帶有較大的落差，變形破壞明顯，臨近崩塌，威脅近150人的生命財(cái)產(chǎn)安全，很具有代表性，因而選擇其進(jìn)行危險(xiǎn)性分析。

1 銅鼓危巖帶概況

銅鼓危巖帶地理位置E103.587364，N28.961117，為川南地震活動(dòng)較為活躍的地區(qū)，地質(zhì)背景復(fù)雜，具有強(qiáng)烈的第四紀(jì)活動(dòng)性。同時(shí)受到馬邊斷層的控制，位于馬邊向斜軸部，為南北向，切斷白堊系地層，斷面傾向南，走向東西，傾角50°，擠壓破碎很窄，為剪切性質(zhì)的斷層，控制著銅鼓危巖帶的一組陡傾節(jié)理22°∠78°。

銅鼓危巖帶在地貌上屬于中低山河谷地貌，位于馬邊河右岸，受到馬邊河強(qiáng)烈的侵蝕切割作用。地勢(shì)上整體為南高北低，最高海拔約為1 180 m，最低海拔約為465 m。該崩塌堆積區(qū)前緣相對(duì)較緩，是居民的主要聚集區(qū)，物源區(qū)位于斜坡后部陡崖，與堆積區(qū)高差近550 m，坡度約86°，局部近直立。

目前該危巖帶主要威脅裕坪村3組居民共35戶146人，主要的人類活動(dòng)為耕種及房屋、水渠等基礎(chǔ)設(shè)施。坡體中部道路為裕坪村通往外界的唯一道路，正好從崩塌潛在堆積區(qū)穿過。

銅鼓危巖帶于2004、2008、2010、2015、2017年發(fā)生過數(shù)次崩塌，所幸均未造成太大損失。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果表明，在村民聚集地附近可見較多大粒徑塊石，造成了不同程度的損失，有時(shí)甚至威脅到當(dāng)?shù)卮迕竦纳?cái)產(chǎn)安全。

2 銅鼓危巖帶特征分析

崩塌物源區(qū)巖性為白堊系下統(tǒng)窩頭山組(K1w)淺灰色中厚層細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖夾紫紅色薄層泥巖，屬于典型的紅層，其出露面積較大，地層產(chǎn)狀228°∠9°，巖體節(jié)理裂隙，間距變化大，延伸貫通較長(zhǎng)、節(jié)理面較為平直，主要發(fā)育兩組陡傾節(jié)理L1:22°∠78°,L2:92°∠82°。赤平投影分析如圖1所示。

圖1 銅鼓危巖帶赤平投影圖

由圖1可知，層面和L1的交線位于坡面大圓外，表面這兩組結(jié)構(gòu)面交線的傾角比坡面的傾角緩；層面和L2的交線位于坡面大圓內(nèi)，表面這兩組結(jié)構(gòu)面交線的傾角比坡面的傾角陡；在層面、L1和L2的共同作用下將巖體切割為楔形體，屬于不穩(wěn)定狀態(tài)，在降雨、地震作用下極易發(fā)生崩塌。

銅鼓危巖帶崖壁長(zhǎng)730～780 m，危巖體遍布崖壁及其下部，分布高程1 120～1 060 m，相對(duì)高差45～60 m，走向335°～0°，厚度約2～8 m，主崩方向約為348°，初步估計(jì)崩塌體規(guī)模約為2×104m3，為中型崩塌。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)物源區(qū)為巨厚層石英砂巖夾厚約5 cm的泥巖，在差異風(fēng)化的作用下，形成較多的凹巖腔，多呈懸臂式，同時(shí)巖體中發(fā)育兩組陡傾節(jié)理，與巖層層面組合切割作用下，形成了以兩個(gè)凹巖腔、一組陡傾節(jié)理為邊界的三級(jí)危巖帶，總長(zhǎng)約58 m，寬約46 m，厚約6 m；危巖帶裂隙已發(fā)育貫通，上部呈鋸齒狀，最寬者可達(dá)60 cm,下部裂隙呈平直形態(tài)，寬者約20 cm。物源區(qū)出露較大面積的危巖體，且臨空面較陡、面廣，穩(wěn)定性較差。物源區(qū)距離居民點(diǎn)高差近550 m，一旦滾落落石，后果不堪設(shè)想。由于落石自身運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，會(huì)經(jīng)歷下落、跳躍、滾動(dòng)、滑動(dòng)等形式中的一種或幾種復(fù)合沿坡面向下快速運(yùn)動(dòng)。

3 銅鼓危巖帶危險(xiǎn)性分析

3.1 發(fā)生機(jī)理

高陡邊坡的變形或破壞取決于巖體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，起決定作用的是軟弱結(jié)構(gòu)面的特征、強(qiáng)度及其相互之間的組合與力的關(guān)系[4]，是其巖層組合、地貌特征、地震及水作用下等因素耦合的結(jié)果。根據(jù)陳洪凱等對(duì)[4，10-11]危巖的分類，結(jié)合銅鼓危巖帶的實(shí)際孕育環(huán)境，分析認(rèn)為銅鼓危巖帶屬于墜落式危巖。銅鼓危巖帶地層巖性為白堊系窩頭山組(K1w)的淺灰色中厚層細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖夾泥巖，可見軟弱結(jié)構(gòu)面，長(zhǎng)石等礦物或可溶鹽容易被水溶蝕形成粒間孔隙，降低其強(qiáng)度，雨水不斷入滲直接影響著斜坡的穩(wěn)定性；同時(shí)抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的厚層砂巖往往形成陡坎或陡崖，泥巖與砂巖結(jié)合部位往往是剪應(yīng)力高度集中的部位，在風(fēng)化作用或人工擾動(dòng)等外界影響因素下，引起巖體應(yīng)力釋放促使巖體發(fā)生卸荷作用，在較硬巖層中發(fā)育卸荷裂隙，在外部應(yīng)力作用下逐漸擴(kuò)展，加之下部軟弱泥巖風(fēng)化形成的凹巖腔使得巖體呈懸空狀態(tài)，加速巖體變形，使上部砂巖形成危巖，在長(zhǎng)期重力作用下，節(jié)理逐漸擴(kuò)展一旦拉應(yīng)力超過連接處巖石的抗拉強(qiáng)度，即產(chǎn)生崩塌，接著又出現(xiàn)新的臨空面，產(chǎn)生新的貫通卸荷裂隙，在內(nèi)外因素作用下可能再次發(fā)生崩塌，如此周而復(fù)始造成累進(jìn)式破壞[12-13]。

3.2 半定量危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

本文擬采用文獻(xiàn)[13]提出的一套針對(duì)公路崩塌落石風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)則，考慮地形特征、氣象水文、危巖特征、人類活動(dòng)、崩塌歷史等因子對(duì)公路崩塌落石風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行操作簡(jiǎn)便的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合銅鼓危巖帶實(shí)際孕育環(huán)境對(duì)參考因子進(jìn)行了調(diào)整，以期得到較為合理的半定量評(píng)價(jià)結(jié)果。依據(jù)落石災(zāi)害特征及相應(yīng)影響因素條件,對(duì)各項(xiàng)影響因素進(jìn)行定量分值評(píng)價(jià)見表1。

表1 落石到達(dá)威脅區(qū)域可能性影響因子量化評(píng)分[13]

落石到達(dá)威脅對(duì)象區(qū)域可能性因子為IP，則其可按下式計(jì)算出:

式中，IPi為第i個(gè)影響因子量化評(píng)分值；n為影響因子個(gè)數(shù)。求出IP值后，將其轉(zhuǎn)換成危巖發(fā)生崩落災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)概率(P)，與危巖穩(wěn)定性系數(shù)對(duì)應(yīng)，具體見表2。

表2 落石到達(dá)威脅區(qū)域可能性概率[13]

按照上述方法，得到銅鼓危巖帶IP=(27+9+27+9+9+27+9+9+3+9+9)/11=13.3，按內(nèi)插法計(jì)算可得P=0.92，表明其處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，具有較大的危險(xiǎn)性。

4 結(jié) 論

1)銅鼓危巖帶歷史上曾多次發(fā)生崩塌現(xiàn)象，巖性為白堊系窩口山組(K1w)石英砂巖夾泥巖；從為危巖類型來看，其屬于墜落式危巖。危巖帶所處地形高陡，且陡傾節(jié)理22°∠78°為其主控結(jié)構(gòu)面與層面共同作用切割并破碎巖體。

2)銅鼓危巖帶多于每年雨季出現(xiàn)崩落現(xiàn)象，通過赤平投影分析可以發(fā)現(xiàn)有不利結(jié)構(gòu)面，結(jié)合半定量的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)認(rèn)為銅鼓危巖帶處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震作用下極易發(fā)生崩塌。

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