王劍鋒 李天斌 曾 鵬 陳 偉 王 棟

(1. 成都理工大學(xué)， 成都 610059； 2. 四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任公司， 成都 610000；3. 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

瓦斯溝—康定段鐵路位于康定市東北側(cè)，區(qū)域內(nèi)崩塌落石災(zāi)害尤為突出，對(duì)鐵路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全造成了嚴(yán)重威脅。因此研究瓦斯溝—康定段崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布規(guī)律對(duì)鐵路選線和危巖落石災(zāi)害防治具有重要意義。

由于滑坡、崩塌以及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大威脅，胡厚田[1-3]等學(xué)者對(duì)災(zāi)害的運(yùn)動(dòng)特征和地質(zhì)力學(xué)模式等進(jìn)行了研究；丁浩江[4-9]等人對(duì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律開展了研究。

目前，處于選線階段的瓦斯溝—康定段鐵路災(zāi)害發(fā)育尤為突出，給鐵路選線帶來(lái)了許多困擾。基于此，本文在遙感解譯、實(shí)地地質(zhì)調(diào)查和無(wú)人機(jī)航拍等的基礎(chǔ)上，開展對(duì)瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害在空間、平面、坡面結(jié)構(gòu)以及斷層發(fā)育分布規(guī)律等方面的研究，為瓦斯溝—康定段鐵路選線以及災(zāi)害防治提供一定的科學(xué)依據(jù)和參考。

1 崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布概況

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查共計(jì)20處落石災(zāi)害，其中崩塌隱患點(diǎn)16處，占比66.7%；落石隱患點(diǎn)8處，占比33.3%。瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害分布如圖1所示。

圖1 瓦斯溝至康定段崩塌落石災(zāi)害分布圖

左、右岸崩塌落石災(zāi)害統(tǒng)計(jì)如圖2所示。由圖2可以看出，瓦斯溝左岸發(fā)育崩塌落石災(zāi)害17處，占總災(zāi)害數(shù)的70.8%，崩塌發(fā)育12處，落石發(fā)育5處。右岸發(fā)育崩塌落石災(zāi)害7處，占總災(zāi)害數(shù)的29.2%，崩塌發(fā)育4處，落石發(fā)育3處。左岸發(fā)育的崩塌落石地質(zhì)災(zāi)害較多，推測(cè)和左岸的坡體結(jié)構(gòu)相關(guān)，左岸坡體結(jié)構(gòu)多發(fā)育似層狀順向坡，右岸多發(fā)育似層狀逆向坡。

圖2 左、右岸崩塌落石災(zāi)害統(tǒng)計(jì)圖

瓦斯溝—康定段崩塌落石災(zāi)害特征統(tǒng)計(jì)如表1所示。由表1可知，瓦斯溝地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)育崩塌落石災(zāi)害，這與該地區(qū)的高陡地形有關(guān)。規(guī)模大于100×105m3的特大型崩塌發(fā)育5處，占崩塌災(zāi)害總數(shù)的31%；規(guī)模在10～100×105m3之間的大型崩塌發(fā)育11處，占崩塌災(zāi)害總數(shù)的69%。由此可知，瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害多為大型及以上規(guī)模。

2 崩塌落石災(zāi)害空間發(fā)育分布規(guī)律

2.1 崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布與高程的關(guān)系

高程對(duì)崩塌落石災(zāi)害的發(fā)育有一定影響，特別是在發(fā)生地震的時(shí)候。高程高的斜坡會(huì)放大地震波的加速度，加劇坡體的變形破壞，甚至?xí)苯訉⑿逼律系膸r體水平或向上斜拋出去，破壞力十分驚人。據(jù)調(diào)查資料顯示，瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害大多發(fā)育在高程 1 400～2 600 m之間，為能更好地反應(yīng)高程對(duì)崩塌落石災(zāi)害發(fā)育的影響，本文取災(zāi)害隱患區(qū)前緣高程作為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，將高程 1 400～2 500 m劃分成11個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間以 100 m間隔，分別為h1～h12(如 1 400～1 500 m為h1)。瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害高程分布如圖3所示。

表1 瓦斯溝至康定段崩塌落石災(zāi)害特征統(tǒng)計(jì)

圖3 崩塌落石災(zāi)害高程分布圖

為研究高程和崩塌落石災(zāi)害發(fā)育兩者之間的關(guān)系，本文從崩塌落石災(zāi)害的數(shù)量和體積與高程的定量關(guān)系出發(fā)，采用貢獻(xiàn)率的方式統(tǒng)計(jì)，最終得到高程和崩塌落石災(zāi)害的綜合貢獻(xiàn)率，以此方法研究高程對(duì)崩塌落石災(zāi)害的影響。

2.1.1不同高程的數(shù)量貢獻(xiàn)率Q1

對(duì)24個(gè)崩塌落石災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，得到不同高程崩塌落石災(zāi)害發(fā)育的數(shù)量及其對(duì)應(yīng)的數(shù)量貢獻(xiàn)率Q1，如圖4所示。

圖4 不同高程區(qū)間的災(zāi)害數(shù)量及貢獻(xiàn)率圖

從圖4可總結(jié)出不同高程區(qū)間崩塌落石災(zāi)害數(shù)量貢獻(xiàn)率Q1為以下關(guān)系:

Q1(h2)=Q1(h8)=Q1(h9)=Q1(h11)>

Q1(h5)=Q1(h6)=Q1(h10)=Q1(h12)>

Q1(h1)=Q1(h3)=Q1(h4)=Q1(h7)

(1)

從上述分析可以看出，不同高程區(qū)間對(duì)應(yīng)的數(shù)量貢獻(xiàn)率的變化比較平穩(wěn)，說(shuō)明高程對(duì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量的影響規(guī)律不明顯。

2.1.2不同高程的體積貢獻(xiàn)率Q2

為進(jìn)一步研究高程對(duì)崩塌落石災(zāi)害發(fā)育的影響，本文對(duì)16個(gè)崩塌落石災(zāi)害點(diǎn)體積進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，得到不同高程區(qū)間崩塌落石災(zāi)害發(fā)育體積及其對(duì)應(yīng)的體積貢獻(xiàn)率Q2，如圖5所示。

圖5 不同高程區(qū)間的災(zāi)害發(fā)育體積及其貢獻(xiàn)率圖

從圖5可總結(jié)出不同高程崩塌落石災(zāi)害發(fā)育體積貢獻(xiàn)率Q2為以下關(guān)系:

Q2(h7)>Q2(h8)>Q2(h11)>

Q2(h2)>Q2(h9)>Q2(h3)>

Q2(h5)>Q2(h1)>Q2(h12)>

Q2(h4) =Q2(h6)=Q2(h10)

(2)

其中，高程區(qū)間h7(2 000～2 100 m)、h8(2 100～2 200 m)和h11(2 400～2 500 m)的體積貢獻(xiàn)率較大，分別為34.1%、30.7%和26.3%，其總和為91.1%。高程區(qū)間h4(1 700～1 800 m)、h6(1 900～2 000 m)和h10(2 300～2 400 m)的體積貢獻(xiàn)率為0。由此可見(jiàn)，不同高程的體積貢獻(xiàn)率變化很劇烈。

2.1.3不同高程的綜合貢獻(xiàn)率Q0

為更準(zhǔn)確直觀地評(píng)價(jià)高程對(duì)崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布的影響，本文采取綜合貢獻(xiàn)率Q0指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。綜合貢獻(xiàn)率Q0是根據(jù)式(1)和式(2)，對(duì)不同高程區(qū)間的貢獻(xiàn)率按表2從小到大進(jìn)行賦值，計(jì)算出平均貢獻(xiàn)指數(shù)，可得不同高程區(qū)間對(duì)應(yīng)的綜合貢獻(xiàn)指數(shù)Q，然后再由式(3)求解得出。其最終結(jié)果如圖6所示。

表2 貢獻(xiàn)指數(shù)賦值表

圖6 綜合貢獻(xiàn)指數(shù)及綜合貢獻(xiàn)率圖

(3)

式中：Q0(i)——各個(gè)不同高程區(qū)間的綜合貢獻(xiàn)率；

Q(i)——各個(gè)不同高程區(qū)間的綜合貢獻(xiàn)指數(shù)；

T——各個(gè)高程區(qū)間綜合貢獻(xiàn)指數(shù)的總和。

綜合分析可知，高程區(qū)間h8(2 100～2 200 m)、h7(2 000～2 100 m)、h11(2 400～2 500 m)和h2(1 500～1 600 m)的綜合貢獻(xiàn)率最高，其和為59.4%。以上4個(gè)高程區(qū)間的崩塌落石災(zāi)害的數(shù)量貢獻(xiàn)率和為41.7%，體積貢獻(xiàn)率和為94.3%。由此可見(jiàn)，這4個(gè)高程區(qū)間的數(shù)量貢獻(xiàn)率和相對(duì)不高，體積貢獻(xiàn)率和增長(zhǎng)卻相對(duì)較快，表明崩塌落石災(zāi)害在這4個(gè)高程區(qū)間內(nèi)發(fā)育規(guī)模較大，受高程的影響較大。

2.2 崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布與斜坡坡度坡向的關(guān)系

斜坡的坡度與崩塌落石災(zāi)害的發(fā)生之間存在一些關(guān)系，坡度不同，發(fā)生災(zāi)害的概率也會(huì)不同。對(duì)于同一個(gè)斜坡來(lái)說(shuō)，大多數(shù)情況下，坡度越高，發(fā)生災(zāi)害的概率越大；坡度越低，發(fā)生災(zāi)害的概率就越小。因此，對(duì)瓦斯溝—康定段崩塌落石災(zāi)害發(fā)育的斜坡坡度進(jìn)行整理研究是很有必要的，可為瓦斯溝—康定段鐵路選線提供參考。

崩塌落石災(zāi)害發(fā)育的斜坡坡向主要受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，瓦斯溝地區(qū)斷層的發(fā)育與運(yùn)動(dòng)影響了災(zāi)害斜坡坡向的發(fā)育。此外，災(zāi)害斜坡坡向還受降水、冰雪消融以及溫差等因素影響，以上因素共同影響斜坡坡向發(fā)育的方向。瓦斯溝—康定段崩塌落石災(zāi)害斜坡坡度坡向發(fā)育分布(以每20°為一個(gè)統(tǒng)計(jì)范圍)如圖7所示。

圖7 坡度坡向發(fā)育分布圖

從圖7可以看出，瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害斜坡坡向整體上為SW和NW方向，這和災(zāi)害發(fā)育分布的岸別有很大關(guān)系。崩塌隱患點(diǎn)3、崩塌隱患點(diǎn)5、崩塌隱患點(diǎn)11、崩塌隱患點(diǎn)15、2017年擬定線路隧道進(jìn)出口2、2017年擬定線路隧道進(jìn)出口5與2018年擬定線路隧道進(jìn)出口2的坡向?yàn)镹W向，范圍為280°～350°，坡度在48°～61°之間，且均發(fā)育在右岸；其余較多災(zāi)害隱患點(diǎn)發(fā)育在左岸，坡向?yàn)镾E向和SW向，主要優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?45°∠58°。瓦斯溝主溝流向方向?yàn)镹72°E，與災(zāi)害發(fā)育斜坡的優(yōu)勢(shì)方向斜交，不利于斜坡的穩(wěn)定。

3 崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布與坡體結(jié)構(gòu)的關(guān)系

坡體結(jié)構(gòu)與巖體結(jié)構(gòu)不同，它是在邊坡結(jié)構(gòu)和巖體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的一個(gè)更能反映斜坡地質(zhì)情況的綜合概念。之所以要提出坡體結(jié)構(gòu)這一綜合概念，是因?yàn)槠渲攸c(diǎn)分析了臨空面和控制性結(jié)構(gòu)面兩者之間的一些組合關(guān)系。目前，許多學(xué)者把坡體結(jié)構(gòu)和邊坡穩(wěn)定性分析聯(lián)系起來(lái)，并且提出了大量不同的地質(zhì)力學(xué)模型。如唐世強(qiáng)[10]分析了反傾向巖質(zhì)邊坡的變形破壞特征，總結(jié)了一些規(guī)律，說(shuō)明坡體結(jié)構(gòu)在一定程度上影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。

3.1 不同坡體結(jié)構(gòu)的數(shù)量貢獻(xiàn)率P1

不同坡體結(jié)構(gòu)的數(shù)量貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)如表3所示。從表3可以看出，崩塌落石災(zāi)害發(fā)育在似層狀順向坡較多，有18處，占75%，這與河谷卸荷作用有一定的關(guān)系；其余災(zāi)害發(fā)育在似層狀逆向坡，有6處，占25%，兩者發(fā)育數(shù)量差距較大。

表3 不同坡體結(jié)構(gòu)的數(shù)量貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

3.2 不同坡體結(jié)構(gòu)的體積貢獻(xiàn)率P2

根據(jù)表1可統(tǒng)計(jì)分析得到不同坡體結(jié)構(gòu)崩塌落石災(zāi)害發(fā)育的體積和體積貢獻(xiàn)率，如表4所示。

表4 不同坡體結(jié)構(gòu)的體積貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

分析表4可知，似層狀順向坡崩塌落石災(zāi)害發(fā)育體積很大，達(dá)到4 109.8×105m3，體積貢獻(xiàn)率為70.2%；而似層狀逆向坡災(zāi)害發(fā)育體積較小，為 1 748×105m3，體積貢獻(xiàn)率為29.8%。兩者的體積貢獻(xiàn)率差別也很大。

3.3 不同坡體結(jié)構(gòu)的綜合貢獻(xiàn)率P0

根據(jù)以上所得數(shù)量、體積貢獻(xiàn)率的大小，計(jì)算得到綜合貢獻(xiàn)指數(shù)與綜合貢獻(xiàn)率，如表5所示。

表5 不同坡體結(jié)構(gòu)的綜合貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

綜合分析可知，不同坡體結(jié)構(gòu)發(fā)育的瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害數(shù)量和規(guī)模差別很大。從表5可以看出，瓦斯溝似層狀順向坡發(fā)育的崩塌落石災(zāi)害的綜合貢獻(xiàn)率很高。究其原因，首先是與瓦斯溝溝谷的發(fā)育形態(tài)、走向以及下切卸荷作用有關(guān)，斜坡體臨空面和溝谷走向、巖層產(chǎn)狀斜交；其次是與瓦斯溝附近的斷層活動(dòng)和地震活動(dòng)有關(guān)，這兩者給崩塌落石提供了主要的動(dòng)力條件，使斜坡構(gòu)造結(jié)構(gòu)面大量發(fā)育，并造成斜坡坡體較破碎。

4 崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布與斷層的關(guān)系

斷層在崩塌落石災(zāi)害的發(fā)育分布上會(huì)發(fā)揮控制性的作用，學(xué)者們已經(jīng)取得了大量的研究成果。瓦斯溝附近斷層走滑活動(dòng)形成的擠壓應(yīng)力區(qū)與拉張應(yīng)力區(qū)對(duì)兩側(cè)巖層造成一定程度的損傷破壞，也會(huì)形成大量的構(gòu)造裂隙，使斜坡體巖體結(jié)構(gòu)破碎，還會(huì)形成對(duì)地下水活動(dòng)有利的空間。本文根據(jù)遙感解譯、踏勘及斷層分布圖，研究崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布與斷層之間的關(guān)系。崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布與斷層之間距離統(tǒng)計(jì)如圖8所示，崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布和斷層關(guān)系如圖9所示。

圖8 崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布與斷層之間距離統(tǒng)計(jì)圖

圖9 崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布和斷層關(guān)系圖

從圖中可以看出，發(fā)育在斷層兩盤附近的崩塌落石地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)24處；其中發(fā)育在斷層NE盤較多，有 15處，占比62.5%；SW盤發(fā)育的災(zāi)害相對(duì)少一點(diǎn)，有9處，占比37.5%。

崩塌落石災(zāi)害“距離效應(yīng)”比較明顯。在距斷層 1 km 之內(nèi)的災(zāi)害數(shù)量有8處，占總數(shù)的33.4%；大多數(shù)災(zāi)害發(fā)育在距斷層2 km以內(nèi)，總計(jì)達(dá)21處，占比87.5%；距斷層2 km以外的地質(zhì)災(zāi)害較少，僅有3處，占總數(shù)的12.5%。由此可知，與斷層相距2 km以內(nèi)的距離是崩塌落石災(zāi)害發(fā)育的敏感集中區(qū)域，伴隨著距離增大，斷層的活動(dòng)性也逐漸減弱，崩塌落石災(zāi)害發(fā)育也逐漸減弱。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析可知，發(fā)育在斷層SW盤的崩塌落石災(zāi)害體積總計(jì)為 2 474×105m3，占總體積的42.2%；發(fā)育在斷層NE盤的災(zāi)害體積相對(duì)較大，總計(jì)為 3 383.8×105m3，占總體積的57.8%。發(fā)育在斷層SW盤且規(guī)模為特大型的災(zāi)害有2處，其余3處特大型規(guī)模的災(zāi)害發(fā)育在斷層NE盤。

通過(guò)對(duì)距斷層不同距離的地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量以及體積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)育在斷層NE盤的災(zāi)害數(shù)量相對(duì)較多，體積相對(duì)較大，且多為大型、特大型規(guī)模的災(zāi)害；斷層SW段發(fā)育的災(zāi)害數(shù)量、體積規(guī)模均相對(duì)較小?？傮w來(lái)講，瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害沿?cái)鄬影l(fā)育分布具有一定的規(guī)律性。

5 結(jié)論

瓦斯溝段鐵路發(fā)育崩塌落石災(zāi)害共計(jì)24處。從發(fā)育數(shù)量方面來(lái)說(shuō)，瓦斯溝左岸發(fā)育數(shù)量比右岸多；從發(fā)育規(guī)模方面來(lái)說(shuō)，多為大型及以上規(guī)模的崩塌落石災(zāi)害。統(tǒng)計(jì)分析可得其發(fā)育分布規(guī)律如下：

(1)高程區(qū)間h8(2 100～2 200 m)、h7(2 000～2 100 m)、h11(2 400～2 500 m)和h2(1 500～1 600 m)的崩塌落石災(zāi)害綜合貢獻(xiàn)率較高，其和為59.4%。以上4個(gè)區(qū)間崩塌落石災(zāi)害發(fā)育規(guī)模大且集中，受高程影響較大。較多災(zāi)害發(fā)育在左岸，主要優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?45°∠58°。瓦斯溝主溝流向方向?yàn)镹72°E，與災(zāi)害發(fā)育斜坡的優(yōu)勢(shì)方向斜交，不利于斜坡的穩(wěn)定。

(2)瓦斯溝似層狀順向坡發(fā)育的崩塌落石災(zāi)害的綜合貢獻(xiàn)率最高。這首先與瓦斯溝溝谷的發(fā)育形態(tài)、走向以及下切卸荷作用有關(guān)，斜坡臨空面與溝谷走向、巖層產(chǎn)狀斜交；其次與瓦斯溝附近的斷層活動(dòng)和地震活動(dòng)有關(guān)。

(3)瓦斯溝崩塌落石災(zāi)害發(fā)育分布受其附近斷層的影響，其 “距離效應(yīng)”比較明顯。與斷層相距2 km以內(nèi)的距離是崩塌落石災(zāi)害發(fā)育的敏感集中區(qū)域，伴隨著距離增大，斷層的活動(dòng)性也逐漸減弱，崩塌落石災(zāi)害發(fā)育也逐漸減弱。