鄂西清江水布埡庫區(qū)鷹嘴巖崩塌體成因機(jī)理分析

黎義勇，彭 軻，趙信文，穆啟超

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205；2.河南省地勘局第一地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，河南 洛陽 471023）

崩塌是指陡峻斜坡上的危巖體在重力作用下脫離母體的崩落現(xiàn)象，是高山峽谷地區(qū)普遍發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害之一[1]。近年來，我國崩塌災(zāi)害不斷發(fā)生，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了不同程度的損失，如2004年12月3日，貴州納雍縣鬃嶺鎮(zhèn)左家營村巖角發(fā)生崩塌，掩埋山坡下住戶18戶，死亡人數(shù)44人，受災(zāi)村民108人[2]，又如2009年6月5日，重慶武隆縣鐵礦鄉(xiāng)雞尾山發(fā)生山體崩塌，造成至少26人死亡，因此，崩塌體形成機(jī)制的研究逐漸被許多專家學(xué)者關(guān)注和重視。本文研究的鷹嘴巖崩塌體自1949年5月發(fā)生過一次大規(guī)模崩塌，此后一段時(shí)間內(nèi)隨機(jī)發(fā)生小規(guī)模崩塌、掉塊現(xiàn)象，最近幾年以來，由于降雨的影響和崩塌下部人工采石，崩塌體上的裂縫變形趨勢進(jìn)一步加大，到目前為止，雖未造成大的經(jīng)濟(jì)損失，但直接威脅崩塌體下居住居民3戶13人及交通行人、采石場工人生命財(cái)產(chǎn)安全，還間接威脅到崩塌體周邊居民約30戶180人，因而，對于探明鷹嘴巖崩塌體的成因機(jī)制是十分重要的。本文在分析崩塌體特征以及形成原因的基礎(chǔ)上，對鷹嘴巖崩塌體的形成機(jī)制進(jìn)行研究，并提出一定的防治措施，對于地方政府防災(zāi)減災(zāi)工作具有一定的指導(dǎo)意義。

1 崩塌體概況

鷹嘴巖崩塌體位于水布埡庫區(qū)景陽鎮(zhèn)，地理中心坐標(biāo)X:3364300,Y:19402855，該處為構(gòu)造溶蝕、侵蝕中低山峽谷地貌，微地貌表現(xiàn)為陡崖，坡向160°，為逆向斜坡結(jié)構(gòu)類型斜坡，臨空面高度200m，邊坡形態(tài)呈直線型。崩塌體坡頂高程約1225m，崩塌體下部高程約980 m，崩塌體坡度下部約 40°，上部近垂直，平均坡度 60°～ 85°，局部直立，壁高150～200 m。壁面形態(tài)呈直線型，系由巖體結(jié)構(gòu)面控制形成。在陡崖底部，由崩落物質(zhì)形成的堆積體構(gòu)成稍緩的斜坡，巖壁走向250°～280°，巖層傾向NNW，傾角較平緩(圖1)。

2 崩塌體特征

圖1 鷹嘴巖崩塌體平面圖Fig.1 Plane graph of Yingzuiyan collapse,western Hubei province

鷹嘴巖崩塌體崩塌區(qū)高度約50 m，寬1000 m，平均厚度約20 m，面積約15×104m2，體積約300×104m3。崩塌體底部為三疊系大冶組二段厚層狀灰?guī)r，在此處厚約150 m，其中間夾軟弱泥巖不均分布與層間；這種軟硬巖組結(jié)構(gòu)易于產(chǎn)生巖體壓縮變形不均的情況。形成斷裂結(jié)構(gòu)面，巖體主要發(fā)育二組裂隙，①E-W向裂縫走向230°～270°，近平行壁面，傾SE為主，傾角70°～ 80°；長10～ 25 m，寬度0.1～1 m之間；②NNE向裂縫走向10°～30°，傾 SE 為主，傾角 78°～ 80°；垂直高約 50 m，寬約5 m，無充填，裂面平直光滑。鷹嘴巖崩塌體發(fā)生時(shí)間為1949年5月，在此之前，鷹嘴巖陡壁一帶開始發(fā)生小規(guī)模崩塌掉塊現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)鷹嘴巖頂部地面距巖壁200 m處出現(xiàn)一條長約200 m，寬約1 m左右的裂縫，根據(jù)現(xiàn)狀地表調(diào)査，其變形特征主要表現(xiàn)在崖壁頂端延伸于陡崖地帶的裂縫普遍見拉開現(xiàn)象，與崖壁近平行的E-W向裂隙尤為強(qiáng)烈，并沿這組裂隙產(chǎn)生規(guī)模不等的崩塌危巖解體（圖2）。陡崖面裂縫垂直于巖層面，裂縫走向約10°，垂直高度約50 m，寬約5 m，由于該裂縫的存在，該部分形成的危巖體逢降雨后存在一定的掉塊現(xiàn)象。

2.1 危巖體特征

圖2 鷹嘴巖崩塌體剖面示意圖Fig.2 Profile map of Yingzuiyan collapse,western Hubei province

根據(jù)巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面性狀，發(fā)育程度、巖體的完整性、地下水動(dòng)力條件等工程水文地質(zhì)條件，將巖體劃分為塊裂巖體結(jié)構(gòu)和塊狀碎裂巖體結(jié)構(gòu)兩種類型。塊裂結(jié)構(gòu)巖體，結(jié)構(gòu)面切割密度小，連通差，巖體較完整，塊狀碎裂巖體結(jié)構(gòu)面切割密集，一些規(guī)模較大的裂縫將巖體分割成規(guī)模不等塊體?，F(xiàn)階段，鷹嘴巖崩塌體上方存在三塊危巖體，其中Ⅰ號危巖體高約25 m，寬約20 m，厚約3 m，Ⅱ號危巖體高約50 m，寬約15 m，厚約10 m，Ⅲ號危巖體高約30 m，寬約10 m，厚約5 m。

2.2 堆積體特征

在崩塌體下坡腳部位，由于崩塌的發(fā)生，產(chǎn)生的崩落物質(zhì)形成崩塌堆積體，該崩塌堆積體長約200 m，寬度 1000 m，平均厚 20 m，面積 20×104m2，體積約400×104m3，為塊石、碎石夾粉質(zhì)粘土，塊石塊度大者約10 m3，碎石粒徑2～6 cm之間。

3 崩塌體形成原因

3.1 地形地貌

崩塌危巖的發(fā)育受特有地形地貌的控制，峽谷地區(qū)、岸坡陡立的庫岸地區(qū)、高陡的路塹及人工邊坡地區(qū)等為危巖崩塌易發(fā)區(qū)[3]。鷹嘴巖崩塌所在區(qū)域地形地貌為構(gòu)造溶蝕、侵蝕中低山峽谷地貌，微地貌上表現(xiàn)為陡崖，坡向160°，為逆向結(jié)構(gòu)類型斜坡，臨空面高度約200 m，高陡邊坡以及深切河谷為崩塌危巖體提供了良好的臨空面條件，是水布埡庫區(qū)景陽段崩塌體發(fā)生的重要因素。

3.2 地層巖性

鷹嘴巖崩塌的發(fā)生與山體軟硬相間的介質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，軟硬相間的巖層必然產(chǎn)生差異風(fēng)化,軟巖抗風(fēng)化能力差而多成巖腔，硬巖抗風(fēng)化能力強(qiáng)而多成為陡崖。頁巖、熱液蝕變巖石及強(qiáng)風(fēng)化巖石失穩(wěn)的主要原因是由巖體本身的坍塌或滑動(dòng)引起的，其穩(wěn)定邊坡的設(shè)計(jì)屬于土力學(xué)理論的延伸；硬巖及另一類軟巖，則其天然存在的不連續(xù)往往對滑移途徑起控制作用[4]。鷹嘴巖崩塌所在水布埡庫區(qū)景陽段河谷深切，形成坡度較陡的微地貌陡崖，臨空面條件較好，而陡崖上的巖石比較堅(jiān)硬，在陡崖底部存在著軟巖如泥巖、灰質(zhì)泥巖、灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r，這些軟弱的巖石構(gòu)成了上硬下軟的巖性組合條件，在上部堅(jiān)硬巖石自身重力的作用下，形成緩慢的下座現(xiàn)象，當(dāng)?shù)撞炕鶡o法承受上部巖石重壓的情況下，高陡的邊坡巖石便會(huì)發(fā)生崩落，形成崩塌，或者致使上部巖石在風(fēng)化裂隙以及構(gòu)造裂隙的影響下，由于裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展變形，從而發(fā)展為危巖體或崩塌，因此，軟硬相間的巖性組合是水布埡庫區(qū)鷹嘴巖崩塌體發(fā)育的重要因素。崩塌體下部為三疊系大冶組二段巖層，巖性為薄層灰?guī)r夾薄層狀泥巖，薄層軟弱夾層變形模量大，易產(chǎn)生壓縮變形，上部灰?guī)r易產(chǎn)生拉裂或整體下沉。由于這種軟硬巖性的組合，在地殼上升、河流下切的作用下，造成大卸荷，形成高大陡崖，給危巖體的形成創(chuàng)造了環(huán)境條件。

3.3 構(gòu)造作用

巖體中的各種不連續(xù)面，如節(jié)理、裂隙面、巖層界面、斷層等，對坡體切割、分離，為崩塌的形成提供了脫離母體（山體）的邊界條件，坡體中裂隙越發(fā)育，越易產(chǎn)生崩塌[5]。

鷹嘴巖崩塌體的發(fā)生與山體構(gòu)造條件有關(guān)，危巖體的變形和破壞顯著受到巖體中構(gòu)造結(jié)構(gòu)面控制，表現(xiàn)在山體后緣的拉張縫和陡壁的崩塌體都是追蹤山體內(nèi)的構(gòu)造節(jié)理發(fā)生的，并且主要受到與陡壁平行的近E-W向節(jié)理控制。區(qū)內(nèi)構(gòu)造褶皺為主，兼有少量斷裂，在褶皺部位，應(yīng)力比較集中，構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體切割致使巖石較破碎，特別是先壓后張的高傾角切層裂隙，往往起到巖體崩塌的邊界控制作用。鷹嘴巖崩塌體的變形和破壞顯著受到巖體中構(gòu)造結(jié)構(gòu)面制約，多數(shù)表現(xiàn)在山體后緣的拉張縫和陡壁的危巖體受構(gòu)造裂隙的切割，并且主要受到與陡壁平行的卸荷裂隙控制，地質(zhì)構(gòu)造作用的影響是鷹嘴巖崩塌體發(fā)生的重要因素之一。

3.4 大氣降雨

雨季是危巖失穩(wěn)的多發(fā)季節(jié)，降雨強(qiáng)度越大、歷時(shí)越長越易發(fā)生失穩(wěn)。強(qiáng)降雨將導(dǎo)致巖石內(nèi)滲水作用增強(qiáng)，巖石內(nèi)滲水后巖石強(qiáng)度降低和應(yīng)力增加。另外，邊坡表面水的凍結(jié)能堵塞排水通道，滲流水無法排出坡外，導(dǎo)致地下水位升高，引起邊坡中水壓的增高,從而降低邊坡的穩(wěn)定性[6]，大氣降水從裂隙滲入巖體裂縫，改變了結(jié)構(gòu)面的力學(xué)狀態(tài)，水的靜壓效應(yīng)對巖體中的陡傾裂面起水楔作用，產(chǎn)生向臨空方向的推力，同時(shí)加速了結(jié)構(gòu)面的軟化。水布埡庫區(qū)景陽段位于鄂西多暴雨區(qū)，多年平均降雨量1366.2 mm，日最大降雨量234.7 mm（1975年8月8日），月最大降雨量429.1 mm（1983年7月），降雨集中在每年的6～9月份，且常成暴雨或特大暴雨，暴雨的時(shí)間分布呈現(xiàn)不均勻，6～8月占全年暴雨次數(shù)的67.7%，集中降雨給崩塌提供了有利的條件，受大氣降雨的影響，大氣降水滲入巖體裂縫，改變了結(jié)構(gòu)面的力學(xué)狀態(tài)，水的靜壓效應(yīng)對巖體中的陡傾裂面起水楔作用，產(chǎn)生向臨空方向的推力，同時(shí)加速了結(jié)構(gòu)面的軟化。由于崩塌危巖體上部裂隙發(fā)育，空隙、間隙（部分架空）較大，透水性較好，有利于下滲水的排泄，因此大氣因降雨是水布埡庫區(qū)景陽段崩塌危巖體失穩(wěn)的關(guān)鍵因素之一。

3.5 人類工程活動(dòng)

崩塌體下部采石、人工開挖邊坡建房、修路、耕種等人類工程和活動(dòng)是致使山體發(fā)生加劇變形的主要因素，尤其是采石對崩塌體底部的掏空作用造成山體中應(yīng)力重新分布并產(chǎn)生相應(yīng)較強(qiáng)的變形。大規(guī)模人類活動(dòng)是導(dǎo)致自20世紀(jì)80年代以來中國大陸大型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生相對頻繁的主要因素，隨著社會(huì)的發(fā)展，自20世紀(jì)中期以來，人類活動(dòng)的力量就在與日劇增，并表現(xiàn)出逐漸取代自然營力成為導(dǎo)致地球環(huán)境變化和日益惡化的主要因素。中國大陸大型地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)害發(fā)生的頻度呈上升趨勢的事實(shí)也正好印證這一點(diǎn)[7-8]。因此，不合理的人類工程活動(dòng)對鷹嘴巖崩塌體的發(fā)生起著重要作用。

4 崩塌體形成機(jī)理

根據(jù)崩塌體所在的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨及裂縫的發(fā)育程度綜合分析，鷹嘴巖崩塌體為典型的逆向巖層崩塌，該崩塌體屬于拉裂式崩塌，鷹嘴巖崩塌體主崩區(qū)巖層為淺灰色灰?guī)r,巖層傾向與坡向相反,巖層傾角 32°～ 40°,坡角30°～85°,由于巖層普遍發(fā)育垂直層面的拉張裂隙，和平行層面的壓剪性裂隙。卸荷裂隙沿構(gòu)造拉張裂隙繼承發(fā)展,卸荷裂隙切穿巖層面形成危巖體。在重力等外力作用下，危巖體墜落，或向外凸落,形成崩塌。其形成機(jī)理大致為（圖3）:

（a）構(gòu)造裂隙發(fā)育階段:鷹嘴巖崩塌體在經(jīng)歷1949年5月第一次崩塌之后，由于巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體在第一次崩塌的基礎(chǔ)上，由于重力失穩(wěn)，對崩塌壁上原存巖體形成拉張作用，巖體自身存在的構(gòu)造裂隙進(jìn)一步被拉裂；（b）構(gòu)造裂隙貫通階段:在巖體自身重力的進(jìn)一步影響下，巖體上的構(gòu)造裂隙進(jìn)一步被拉裂張開演化為上寬下窄的鍥形裂縫，并不斷向下部巖體發(fā)展貫通，形成危巖體；（c）新的卸荷裂隙形成階段:當(dāng)構(gòu)造裂隙貫穿整個(gè)巖體之后，構(gòu)造裂隙便轉(zhuǎn)化為新的卸荷裂隙，巖體近垂直巖層面裂隙發(fā)育，多為風(fēng)化裂隙和重力拉張裂隙，由于上部硬巖層以懸臂梁[9]形式突出，在張拉應(yīng)力的作用下，崩塌體上的危巖體被拉裂，然后，危巖在自身重力的作用下產(chǎn)生卸荷，卸荷裂隙在構(gòu)造裂隙的基礎(chǔ)上繼承發(fā)展，在危巖體壓應(yīng)力作用下，垂向裂隙面貫通后形成崩落，崩塌區(qū)由內(nèi)邊坡中下部向上、向后擴(kuò)展，最終將形成二次崩塌，崩塌體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 防治措施

圖3 鷹嘴巖崩塌體形成過程示意圖Fig.3 Formation mechanism schematic diagram of Yingzuiyan collapse,western Hubei province

根據(jù)鷹嘴巖崩塌體的形成機(jī)理分析表明，鷹嘴巖崩塌體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其上部存在的危巖體隨時(shí)都有崩落的危險(xiǎn)，對于崩塌體下居住的居民形成威脅，因此，防治鷹嘴巖崩塌體的發(fā)生是十分必要的，防治崩塌的主要措施主要為修建護(hù)坡(護(hù)墻、錨桿等)，防止巖土體剝落；疏導(dǎo)地表水和地下水，減緩沖蝕及侵蝕；對于小型崩塌體，可直接采用人工削坡的方法消除隱患[10]。結(jié)合鷹嘴巖崩塌體的實(shí)際情況，防治措施可以分為非工程措施和工程措施兩個(gè)方面。

5.1 非工程措施

建立群策群防管理體系，國土部門對崩塌體派專人進(jìn)行監(jiān)測，定期對危巖頂部的裂縫進(jìn)行目視檢查，另外，將崩塌體下方所波及范圍劃分危險(xiǎn)區(qū)，對危險(xiǎn)區(qū)居住的居民采取搬遷避讓措施。

5.2 工程措施

在危巖頂部安裝伸縮儀對裂縫變形情況進(jìn)行測量，并安裝報(bào)警器，在崩塌體頂部修建截水溝，對崩塌上方匯水區(qū)的地表水進(jìn)行截排，防止其對危巖的進(jìn)一步?jīng)_刷。采用對崩塌體上現(xiàn)存危巖體進(jìn)行爆破清除處理，或者采取對危巖體進(jìn)行錨固措施，運(yùn)用錨索對危巖體進(jìn)行鎖定。

6 結(jié)論

鷹嘴巖崩塌體為屬于拉裂式崩塌，其發(fā)生第一次崩塌后崩落物質(zhì)在坡腳堆積，形成崩塌堆積物，崩塌的發(fā)生受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨等因素的影響，由于現(xiàn)階段鷹嘴巖崩塌體上危巖后部的變形裂縫在不斷加寬加深，其變形裂縫表現(xiàn)為由構(gòu)造裂隙發(fā)展為卸荷裂隙，在大氣降雨及危巖自身重力作用影響下，危巖體失穩(wěn)的可能性進(jìn)一步加大，有發(fā)生再次崩塌的危險(xiǎn)，崩塌體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

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