盧志強(qiáng)

（貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

1 研究區(qū)域資料與地質(zhì)

擬新建巖土工程施工位置處在河道的中游，該區(qū)域地處高山之上，河道的平面呈現(xiàn)反“S"形。河道在平水時(shí)期的水面高程為1325～1328m，河道水面的寬度則在75m～100m之間，水深在7m～12.5m。同時(shí)河道呈現(xiàn)V字對(duì)稱型形態(tài)，左岸和右岸的岸坡坡度分別為33°～45°與40°～45°，山頂?shù)母叱谭謩e在1650m～2000m和2300m以上。另外，河道兩岸的坡面較差，完整性較差，整體結(jié)構(gòu)發(fā)育呈現(xiàn)出橫向和斜向的沖溝[1]。

新建巖土工程區(qū)域內(nèi)的基巖完全裸露在外，大部分是喜山期李不蝦的巖體（γ6），γ6的巖性大多是混合的花崗巖和麻巖為主，然后是斜長(zhǎng)角閃片麻巖。依據(jù)巖性的組合分布特征將其劃分成5個(gè)巖組，此次研究是李不蝦巖體的1～4組（γ6－1～γ6－4）。另外還發(fā)現(xiàn)在地質(zhì)斜坡的巖體之中還存在一些白崗巖脈，具體的總體產(chǎn)狀N25°～40°E/NW∠30°～50°，厚度在0.2m～0.5m，并和圍巖相互相接。地質(zhì)斜坡的表面部分被第四系崩坡積（Q4col+dl）所覆蓋，而第四系沖積物（Q4al）厚度在14.2m～27.2m。

圖1 地質(zhì)工程研究區(qū)域內(nèi)剖面示意圖

2 中緩傾角裂隙的特征

2.1 中緩傾角的裂隙分布

本次研究的位置布設(shè)較多的勘探平硐，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的實(shí)際測(cè)量而得到中地質(zhì)邊坡的裂縫分布空間具體的分面規(guī)律，主要特征如下所示：

（1）本次選擇的研究區(qū)域，其地質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面呈現(xiàn)較為優(yōu)良的發(fā)育，并且陡傾角的結(jié)構(gòu)面顯示發(fā)育較少，而中邊坡的走向則主要是NNE和NE-NEE，左岸優(yōu)勢(shì)的方位為N30°～60°E/NW∠15°～40°，和河道的流向幾乎呈現(xiàn)平行的情況;以高程方面來(lái)講，地質(zhì)邊坡的角度偏差較??；以深度地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分布而言，整體上邊坡角度伴隨洞深的提高而降低，再達(dá)到相應(yīng)的深度之后，邊坡傾斜角度所發(fā)生的變化十分的顯著。整體來(lái)講，地質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面受水文地質(zhì)地貌的相應(yīng)控制，地質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面走向與上游呈現(xiàn)岸坡平行，而和下游河道呈現(xiàn)岸坡小角度的斜交。

（2）中緩傾角的裂隙位于1350m～600m的高程內(nèi)，水平的洞深則在0m～150m，另外，根據(jù)高程的不同，水平深度同樣不同，底高程段和中高程段以及高高程段最大深度分別為120m、150m、180m。需要說(shuō)明的是，所研究范圍內(nèi)主要是發(fā)育密度＞5條/10m2。

（3）地質(zhì)邊坡裂縫分布呈現(xiàn)十分明顯的間隔性，即是結(jié)構(gòu)面的相對(duì)密集段和稀疏段均存在。根據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，斜坡表生改造段和具有3～4個(gè)相對(duì)密集段。并且此斜坡的結(jié)構(gòu)面密集段，其寬度10m～20m，面密度10～18條/10m2，而帶與帶間的距離為30m～50m，面密度5～8條/10m2。

2.2 中緩傾角裂隙的特征

如上述所講，斜坡地質(zhì)產(chǎn)生的作用程度均在中緩傾角的裂隙改造程度中予以體現(xiàn)，針對(duì)中緩傾角的裂隙性狀進(jìn)行研究得出，其能夠呈現(xiàn)出地質(zhì)作用的大小程度，與此同時(shí)，分析其形成的機(jī)制時(shí)具有重要的參考作用。而以延續(xù)性和充填的相應(yīng)特征進(jìn)行研究，主要具備下述特征[2]：

（1）表生的改造會(huì)直接影響地質(zhì)邊坡表面分布的裂縫結(jié)構(gòu)面的實(shí)際數(shù)量，并且還會(huì)延續(xù)性造成一定的影響，通常來(lái)講，長(zhǎng)期的作用斜坡的荷載會(huì)促使中緩傾角裂隙具備更優(yōu)的延續(xù)性。在地質(zhì)功臣搞研究區(qū)域所得到的邊坡傾角結(jié)構(gòu)面最為真實(shí)的跡長(zhǎng)十分的困難，因此只有在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量加以對(duì)比跡長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)顯示，密集段的結(jié)構(gòu)面，其跡長(zhǎng)均高于均勻分布段。

（2）在正常的改造段中的閉合的傾角結(jié)構(gòu)面，其占比小于密集段，在微張和上等級(jí)的占比表明大于密集段。另外，在兩段地質(zhì)傾坡的外部，其中邊坡角度的結(jié)構(gòu)面開(kāi)度特征表現(xiàn)的差異性，致使其填充的特征表現(xiàn)出明顯的差異所在。而在正常的分布段中，傾坡外的傾角結(jié)構(gòu)面填充為角礫碎屑比例明顯大于密集段，而在閉合無(wú)充填的傾角結(jié)構(gòu)面中的比例則小于密集段。

3 地質(zhì)邊坡裂縫的形成機(jī)制分析

通過(guò)上述分析結(jié)果顯示，地質(zhì)邊坡裂縫是由于地質(zhì)斜坡的地質(zhì)作用而形成，此過(guò)程以邊坡裂縫的存在為發(fā)展的基礎(chǔ)而繼續(xù)的發(fā)展。改造表生之前的地質(zhì)邊坡裂縫存在一個(gè)孕育過(guò)程，即巖體開(kāi)始破裂發(fā)展至宏觀的破裂，然后形成工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)面。

3.1 裂縫形成的巖體建造和構(gòu)造基礎(chǔ)

如上所講，新開(kāi)發(fā)地質(zhì)工程區(qū)域的巖體為混合花崗巖和片麻以及斜長(zhǎng)角閃片麻巖等構(gòu)成，并且經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的構(gòu)造作用以及變質(zhì)作用。而上述巖體經(jīng)過(guò)一系列的建造和構(gòu)造改造時(shí)造成了邊坡的結(jié)構(gòu)面，其是地質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面進(jìn)一步形成的主要基礎(chǔ)。

（1）原生型。研究區(qū)域內(nèi)的原生型地質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面，其大多呈現(xiàn)白崗巖脈和圍巖相接觸。依據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的勘察發(fā)現(xiàn)，在地質(zhì)工程施工位置發(fā)育多為白崗巖，大部分為脈體的形式。

地質(zhì)邊坡上的斜角最深位置，巖脈和圍巖大部為混合的接觸，整體地質(zhì)情況比較良好，但是其是較為薄弱的一種結(jié)構(gòu)面，同樣其也證明了原生型邊坡結(jié)構(gòu)面的存在。此種地質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面于岸坡的最深處呈現(xiàn)較少部分的裂面接觸;在地質(zhì)邊坡淺表部位的斜坡，通常情況下會(huì)顯示為裂面的接觸，有些會(huì)在脈體內(nèi)顯現(xiàn)為與接觸面所平等的裂縫。

（2）構(gòu)造型。研究區(qū)域的巖體經(jīng)過(guò)十分復(fù)雜的構(gòu)造作用，因此表明，構(gòu)造型的邊坡結(jié)構(gòu)面絕對(duì)的存在。但在判斷數(shù)量較多的地質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面時(shí)，無(wú)論是判斷構(gòu)造型，還是既存構(gòu)造型基礎(chǔ)上改造而成，又或者經(jīng)全新深化而產(chǎn)生都比較的困難。分析證明所研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造型結(jié)構(gòu)面的證據(jù)，與其結(jié)構(gòu)面形成的貢獻(xiàn)對(duì)研究邊坡結(jié)構(gòu)面的形成十分的重要。

據(jù)實(shí)際的調(diào)查證明地質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面的存在證據(jù)如下：在工程施工區(qū)域當(dāng)中均存在傾向坡外的結(jié)構(gòu)面；在斜坡中存在部分局部地段發(fā)育，和坡面走向中大角度的斜交結(jié)構(gòu)面；在施工區(qū)域內(nèi)區(qū)右岸低高程存在部分結(jié)構(gòu)面發(fā)育。構(gòu)造型結(jié)構(gòu)面的樣式為早期區(qū)域構(gòu)造的擠壓而形成，所形成的X型共軛剪裂與斷層錯(cuò)動(dòng)并在上下盤而產(chǎn)生的張剪型破裂。所以得出，構(gòu)造型結(jié)構(gòu)面在施工區(qū)域內(nèi)是形成邊坡的結(jié)構(gòu)面最為重要的基礎(chǔ)，并且結(jié)構(gòu)面并非完全由構(gòu)造作用而導(dǎo)致形成。

3.2 裂縫形成的機(jī)制的工程地質(zhì)

依巖石的力學(xué)進(jìn)行分析表明，裂縫的形成主要是巖石產(chǎn)生破裂的相應(yīng)過(guò)程，破裂主要是從微觀至宏觀的演變，此演變是動(dòng)態(tài)的變化，另外，斜坡應(yīng)力場(chǎng)和巖體早期的微破裂都會(huì)對(duì)地質(zhì)形成過(guò)程造成非常重要的影響。整體而言，應(yīng)力主要為壓剪的形式，而在表層中則是裂縫，所以，不同演變過(guò)程對(duì)應(yīng)不同的破裂形式。本次研究的中緩傾角的結(jié)構(gòu)面，其全部位于斜坡一定深度內(nèi)，此范圍應(yīng)力多為壓剪。在實(shí)際勘察中顯示下列3類的破裂最為值得關(guān)注：①雁裂破裂面；②階梯形態(tài)破裂面；③長(zhǎng)大的中緩傾角裂隙。上述形式產(chǎn)生的破裂主要是結(jié)構(gòu)面從微觀發(fā)展至宏觀的重要步驟，不同的步驟代表著不同的應(yīng)力條件:第一步驟為裂隙萌生期;第二步驟為裂隙貫通期;第三步驟為結(jié)構(gòu)面的發(fā)展演化期。

4 地質(zhì)邊坡的間隔性分布

經(jīng)過(guò)上述的研究得知，最初期的建造和改造的作用以及地質(zhì)作用均為裂縫間隔性的分布打下一定的基礎(chǔ)。

4.1 地質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)的演化

到第四紀(jì)后的青藏高原不斷的發(fā)性間斷性的隆升現(xiàn)象，及冰期與間冰期兩者的不斷發(fā)生交替，而地質(zhì)的演化階段完成，對(duì)基準(zhǔn)面產(chǎn)生侵蝕作用后的深層地質(zhì)完全轉(zhuǎn)換為邊坡結(jié)構(gòu)表面，由此致使怒江完成統(tǒng)一的水系現(xiàn)象，由此間歇性的下切促進(jìn)形成了地質(zhì)的階地。通過(guò)針對(duì)地質(zhì)階地進(jìn)行分析得出，地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在四個(gè)十分明顯的階地，其代表四次下切的主要過(guò)程，即快速下切→相對(duì)穩(wěn)定→快速下切→相對(duì)穩(wěn)定。與此同時(shí)，針對(duì)地形地貌的分析發(fā)現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過(guò)偏移的情況，主要是從地質(zhì)的左偏移至右。

根據(jù)巖體的力學(xué)得知，卸荷速率存在的差異則會(huì)產(chǎn)生較大對(duì)巖體破裂的影響，詳細(xì)來(lái)講，即快速的下切跟隨張性的產(chǎn)生而導(dǎo)致破裂，慢速的下切則跟隨剪切的產(chǎn)生而破裂，此類規(guī)律同樣適合在斜坡結(jié)構(gòu)面的力學(xué)類型，從地形地貌來(lái)講，其整體顯現(xiàn)為陡坡和緩坡的相間性發(fā)育。另外，與地質(zhì)深部結(jié)構(gòu)發(fā)育部位更加接近的斜坡區(qū)域的巖體，其非常容易受到加載[3]。

4.2 數(shù)值計(jì)算

經(jīng)過(guò)上述的地質(zhì)分析研究得知，地質(zhì)邊坡裂縫大多是經(jīng)過(guò)間歇性的下切以及偏移而促進(jìn)形成間隔的分布現(xiàn)象。下面運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行反演過(guò)程。

通過(guò)構(gòu)建出地質(zhì)結(jié)構(gòu)下切前的模型，通過(guò)在數(shù)值的計(jì)算中加入考慮快速與穩(wěn)定的下切，認(rèn)為地質(zhì)結(jié)構(gòu)總共經(jīng)四次的下切作用，再此過(guò)程進(jìn)行細(xì)化分切體為5步，對(duì)前4步進(jìn)行下切時(shí)加以控制計(jì)算時(shí)步，對(duì)第5步則自然的收斂。根據(jù)事先擬定的方案開(kāi)始進(jìn)行數(shù)值的詳細(xì)計(jì)算，下圖2（a～d）為四次下切時(shí)不同時(shí)步時(shí)坡體內(nèi)剪切帶的發(fā)展。圖2的顯示表明，地質(zhì)結(jié)構(gòu)在每一次的低速下切時(shí)均在相對(duì)應(yīng)的高程段促進(jìn)形成剪切帶，并且剪切帶均形成較大的規(guī)模，可以延伸至上一次低速下切而對(duì)應(yīng)高程內(nèi)。

圖2 地質(zhì)邊坡剪切帶的發(fā)展過(guò)程

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述的地質(zhì)結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象以及分布進(jìn)行分析后得出以下結(jié)論：

（1）地質(zhì)結(jié)構(gòu)裂縫分布呈現(xiàn)十分明顯的間隔性，且不均勻，結(jié)構(gòu)面的相對(duì)密集段和稀疏段均存在，斜坡表生改造段具有3～4個(gè)相對(duì)密集段。

（2）斜坡中部表現(xiàn)出的應(yīng)力大多為剪切應(yīng)力，而表層則主要是拉裂應(yīng)力，坡腳則主要是壓剪應(yīng)力，并且此三類應(yīng)力分布對(duì)應(yīng)剪切破裂和淺表部拉張破裂以及坡腳壓剪破裂[4]。

（3）中緩傾角的破裂是演化的過(guò)程，主要是雁裂破裂面、階梯形態(tài)破裂面、長(zhǎng)大的中緩傾角裂隙。不同的步驟代表著不同的應(yīng)力條件和不同的演化階段。

（4）深層地質(zhì)演化時(shí)經(jīng)過(guò)快速和穩(wěn)定的下切交替，穩(wěn)定高于快速的時(shí)間?？焖傧虑袝r(shí)的應(yīng)力作用較短，因此無(wú)法促進(jìn)破裂形成;而在穩(wěn)定階段的應(yīng)力作用較長(zhǎng)，因此十分利于破裂形成，進(jìn)一步致使裂隙間隔性的分布。