潛在蠕動(dòng)山體對(duì)擬建烏江大橋的影響

劉世明,趙存良,霍婷,張壽鑫

(河北工程大學(xué)河北省資源勘測(cè)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北邯鄲056038)

岸坡穩(wěn)定問(wèn)題一直是工程界和學(xué)術(shù)界十分關(guān)注的研究課題。影響岸坡穩(wěn)定的因素很多,主要有地形地貌、巖土的物理力學(xué)性質(zhì)、水的作用、地震作用以及人為因素等。不同的邊坡,各種影響因素對(duì)其穩(wěn)定性影響不一。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于岸坡的研究包括[1-4]：(1)工程地質(zhì)類比法,(2)極限平衡理論,(3)數(shù)值分析法,(4)概率分析法,(5)其它新方法。擬建烏江大橋位于黔中地區(qū),為中低山溶蝕地貌,野外勘測(cè)中發(fā)現(xiàn)烏江北岸左側(cè)(上游)距擬建橋位中心60～130m處,有一巨大的楔形潛在蠕動(dòng)山體。應(yīng)用地質(zhì)分析法,通過(guò)對(duì)該區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性、地下水、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、貫通裂隙等因素的分析,試圖判斷潛在蠕動(dòng)山體的穩(wěn)定性及其對(duì)擬建橋位的影響。

1 工程地質(zhì)概況

研究區(qū)位于黔中地區(qū),其構(gòu)造演化經(jīng)歷了多期構(gòu)造變革,并在喜馬拉雅期最終定格[5]。構(gòu)造帶呈NE向展布,地表以三疊系褶皺變形為主,隱伏構(gòu)造主要為早古生代地層的斷裂和褶皺變形,背斜和向斜總體都比較平緩。擬建烏江大橋橋址區(qū)為單斜構(gòu)造,區(qū)內(nèi)地層傾角較緩,北岸巖層產(chǎn)狀為N5°E/15°NW,巖體受構(gòu)造影響較為嚴(yán)重[5]。構(gòu)造節(jié)理多為陡傾角狀,面多呈閉合狀,間距0.3～1.0m,延伸長(zhǎng)度一般0.5～3.0m,部分大于10m。經(jīng)過(guò)野外測(cè)量,確定了3組構(gòu)造節(jié)理：J1：N80°E/ 88°NW,J2：N30°E/75～85°SW,J3：N30°W/75～86° NE。

表1 橋址區(qū)地層巖性Tab.1 Formation lithology of sited bridge areas

擬建烏江雙線大橋里程號(hào)DK262+325.66～DK262+756.34,全長(zhǎng)430.68m,最大墩高115m(圖1)。橋址區(qū)屬烏江下蝕地貌,地面高程 605～825m,相對(duì)高差220m。擬建大橋橫跨烏江,河床呈“V”字型,岸坡陡峭,局部可達(dá)70°。兩側(cè)坡體基巖大量出露,坡體表面植被較發(fā)育。

橋址區(qū)出露地層為第四系(Q4),以及三疊系下統(tǒng)茅草鋪組四段(T1m4)、三段(T1m3),具體內(nèi)容見表1。

2 潛在蠕動(dòng)山體穩(wěn)定性分析

烏江北岸上游距橋位中心60～130m處,有一巨大的楔形潛在蠕動(dòng)山體(圖2)。其自然狀態(tài)下基本穩(wěn)定,局部有崩塌、落石現(xiàn)象,對(duì)擬建烏江大橋橋位構(gòu)成一定的危害。

2.1 地下水對(duì)潛在蠕動(dòng)山體的影響

地下水類型主要為基巖裂隙水、巖溶水,裂隙的滲流及巖溶水的上升是巖石邊坡失穩(wěn)的重要原因之一[2-4]。潛在蠕動(dòng)山體頂面平整,種有農(nóng)田,并有滲水出露,表明頂端有裂隙水發(fā)育。橋址區(qū)為地下水排泄區(qū),通過(guò)暗河、巖溶裂隙等形式排泄到烏江,而烏江最低水位為該區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面,故橋址區(qū)地下水位接近烏江水位,井泉較少,且流量較小,通常為0.1～0.2L/s;而雨季時(shí)地下出水點(diǎn)較多且流量成倍增加。

降雨及地下水活動(dòng)是導(dǎo)致楔形體失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素：雨季時(shí),雨水大量滲入坡體增加巖土體容重,從而增大其剪應(yīng)力[6-7];地下水沿著裂隙滲流形成的潤(rùn)滑帶抗剪強(qiáng)度大大降低,導(dǎo)致坡體失穩(wěn);當(dāng)?shù)叵滤罅窟M(jìn)入楔形體內(nèi),增大地下水壓力,造成裂隙水壓力作用于楔形體外部的巖塊上,也會(huì)導(dǎo)致巖塊的崩落[8]。工程實(shí)踐表明隨著裂隙水壓力的增大,其周圍巖體強(qiáng)度下降相當(dāng)明顯[9]。

2.2 新構(gòu)造運(yùn)功對(duì)潛在蠕動(dòng)山體的影響

自晚第三紀(jì)以來(lái),新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致該地殼至少經(jīng)歷了3次大的抬升,分別為早、晚第三紀(jì)之間的喜山運(yùn)動(dòng),上新世末的翁哨運(yùn)動(dòng)以及早更新世末的烏羅運(yùn)動(dòng)[10]。其結(jié)果是產(chǎn)生各種裂隙、構(gòu)造節(jié)理,破壞了巖體的完整性[4];并且形成構(gòu)造滑動(dòng)帶,改變地下水的滲透路徑和賦存狀態(tài),導(dǎo)致應(yīng)力集中,對(duì)楔形體的穩(wěn)定性造成破壞。

2.3 貫通裂隙對(duì)潛在蠕動(dòng)山體的影響

貫通裂隙位于潛在蠕動(dòng)山體右側(cè)10～30m,產(chǎn)狀為N30°E/75～85°NW,傾角近似于直立;楔形體巖層產(chǎn)狀N5°E/15°NW,走向與貫通裂隙的走向角度相交,且都傾向NW。由此可以認(rèn)為,在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)地殼抬升過(guò)程中,潛在蠕動(dòng)山體由于受力不均衡,會(huì)發(fā)生向貫通裂隙方向(作用力小的方向)擠壓,從而將對(duì)造成大橋橋址區(qū)受力不均衡。另外在雨季,大量雨水流入貫通裂隙內(nèi),會(huì)對(duì)潛在蠕動(dòng)山體的穩(wěn)定產(chǎn)生很大的影響。

3 潛在蠕動(dòng)山體對(duì)擬建烏江大橋的影響

3.1 潛在蠕動(dòng)山體邊界條件分析

潛在蠕動(dòng)山體的變形、蠕動(dòng)、滑動(dòng)會(huì)改變擬建橋位附近的應(yīng)力場(chǎng),改變橋墩的分布?jí)毫?從而造成橋墩的不穩(wěn)定。因此,在潛在蠕動(dòng)山體的坡面上,選擇A、B、C 3個(gè)點(diǎn)來(lái)分析楔形體邊界的位移規(guī)律(圖3)。其中A點(diǎn)位于近坡頂?shù)淖兤曼c(diǎn)處,B點(diǎn)位于中部楔形潛在蠕動(dòng)山體變坡點(diǎn)處,C點(diǎn)位于楔形潛在蠕動(dòng)山體下部變坡點(diǎn)處。在外部因素或內(nèi)力的影響下,B點(diǎn)處巖體的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致上部巖體的失穩(wěn),造成上部A點(diǎn)也有較大的水平位移;而下部變坡點(diǎn)C附近的巖體水平位移相對(duì)較小。

3.2 潛在蠕動(dòng)山體崩塌落石分析

潛在蠕動(dòng)山體以厚～巨厚層狀灰?guī)r為主,底部含有白云巖夾薄層泥巖,淺紅色,“刀砍狀”構(gòu)造,以卸荷裂隙為主[7],發(fā)育了兩組垂直裂隙及一組水平裂隙(圖4)。裂隙使巖體失穩(wěn),形成了許多凌空面,造成上部巨厚層狀灰?guī)r失穩(wěn)崩落(表2),對(duì)橋基將構(gòu)成很大的威脅。

表2 巨厚層的落石統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of very thick bedded rockfall

4 結(jié)論

地下水的滲透、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、貫通裂隙、卸荷裂隙和人為因素會(huì)造成失穩(wěn),導(dǎo)致楔形山體發(fā)生蠕動(dòng)或造成崩塌、落石,對(duì)擬建的烏江大橋橋位產(chǎn)生破壞。其具體破壞程度,有待進(jìn)一步的勘察,分析。

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