三峽庫區(qū)夷陵區(qū)泡桐樹埡危巖體破壞模式及影響因素分析

阮慶橋，張 藝

(湖北省地質(zhì)災(zāi)害防治中心，湖北武漢 430034)

0 引言

泡桐樹埡危巖體位于長江右岸三斗坪鎮(zhèn)鄒石路內(nèi)側(cè)，行政區(qū)劃屬三斗坪鎮(zhèn)頭頂石村四組。地理坐標(biāo)為:N=30°48'52．5″，E=111°04'30．6″，距黃牛巖風(fēng)景區(qū)直線距離約2 km。泡桐樹埡危巖體帶沿公路陡崖延展，分布高程約為845～885 m，發(fā)育于＞70°的陡坡地帶。危巖體下方為縣級(jí)公路鄒石線，車流量較大，若危巖發(fā)生嚴(yán)重變形與破壞，可能使公路破壞或中斷，并嚴(yán)重威脅到公路及公路上過往車輛行人的安全，亦對(duì)斜坡下部9戶22人的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，威脅房屋面積1 800 m2，耕地面積約 4 hm2，危害性和危險(xiǎn)性較大［1］。

1 危巖體基本特征

危巖體區(qū)出露的地層巖性從上至下分別為燈影組白云質(zhì)灰?guī)r和陡山沱組炭質(zhì)頁巖與灰?guī)r互層。上部為燈影組白云質(zhì)灰?guī)r，下部為陡山沱組炭質(zhì)頁巖，構(gòu)成上硬下軟具有軟弱基座的坡體結(jié)構(gòu)，此類型邊坡易產(chǎn)生變形破壞。受巖性、結(jié)構(gòu)面、微地貌控制，陡崖及斜坡地帶各危巖體形狀不一，規(guī)模大小不等，破壞模式各異。根據(jù)危巖體分布位置、形態(tài)規(guī)模，破壞模式，崩塌方向不同，將其劃分為2個(gè)危巖帶:磨嶺危巖帶和小門埡危巖帶。磨嶺危巖帶沿公路長約130 m，高一般10～20 m，最高可達(dá)30 m;小門埡危巖帶沿公路長約80 m，高一般10～20 m，最高可達(dá)30 m。2個(gè)危巖帶共發(fā)育5個(gè)危巖體，方量從300～2 400 m3不等，危巖體總體積約為6 800 m3。

圖1 WY1危巖體剖面圖、立面圖、野外照片F(xiàn)ig.1 Profile，elevation drawing and field photo of WY1 dangerous rock body

1．1 磨嶺危巖帶

該危巖帶沿公路長約130 m，高一般10～20 m，最高可達(dá)30 m。磨嶺危巖帶共有三個(gè)危巖體，分別為WY1、WY2、WY3。具體如下所述:

1．1．1 WY1 危巖體

圖2 WY2危巖體剖面圖、立面圖、野外照片F(xiàn)ig.2 Profile，elevation drawing and field photo of WY2 dangerous rock body

WY1長20 m，高5 ～8 m，厚4 m，方量約為640 m3。上部為燈影組巖層，強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)完整;下部為陡山沱組巖層，強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)破碎，這種上硬下弱具軟弱基座的坡體結(jié)構(gòu)由于差異性風(fēng)化于下部高5～6 m的凹腔，致使上部巖體外凸懸空，后緣又有卸荷裂隙發(fā)育，上部巖層易發(fā)生傾倒式破壞，危巖體穩(wěn)定性較差。

1．1．2 WY2 危巖體

WY2長15 m，高15～20 m，厚5～8 m，方量約為1 125～2 400 m3。由于差異風(fēng)化形成凹腔，凹腔高4～5 m，懸空部分寬0．5 m左右，局部已被掏空連通，呈架空狀;后緣卸荷裂隙張開度為20～50 cm，易發(fā)生傾倒式破壞，危巖體穩(wěn)定性差。

圖3 WY3危巖體剖面圖、立面圖、野外照片F(xiàn)ig.3 Profile，elevation drawing and field photo of WY3 dangerous rock body

1．1．3 WY3 危巖體

WY3長25 m，高15～25 m，厚4～5 m，方量約為1 500～3 125 m3。在公路上方出露的巖層為燈影組白云質(zhì)灰?guī)r，下部為陡山沱組炭質(zhì)頁巖與灰?guī)r互層。WY3在2010年8月暴雨期間發(fā)生過崩塌，崩塌方量約300 m3，阻礙交通，現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)清理;2012年7月再次發(fā)生崩塌，堆積在鄒石路沿線，方量約為30 m3，阻礙交通，危險(xiǎn)性極大，已進(jìn)行過清方治理，但是效果欠佳。由于人工爆破以及構(gòu)造裂隙極其發(fā)育，再加上風(fēng)化強(qiáng)烈，使得巖體表層極為破碎，裂隙張開度較大，約10～20 cm，穩(wěn)定性極差，遇暴雨、大風(fēng)天氣常有巖塊墜落，易發(fā)生傾倒式破壞，嚴(yán)重威脅行車安全。

1．2 小門埡危巖帶

該危巖帶沿公路長約80 m，高一般10～20 m，最高可達(dá)30 m，沿鄒石公路，小門埡危巖帶共發(fā)育2個(gè)危巖體，敘述如下:

圖4 WY4危巖體剖面圖、立面圖、野外照片F(xiàn)ig.4 Profile，elevation drawing and field photo of WY4 dangerous rock body

圖5 WY5危巖體剖面圖、立面圖、野外照片F(xiàn)ig.5 Profile，elevation drawing and field photo of WY5 dangerous rock body

1．2．1 WY4 危巖體

長20 m，高15～20 m，厚1～2 m，方量約為300～800 m3。坡體上部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖溶現(xiàn)象明顯，有土質(zhì)填充的溶腔出露，溶腔尺寸約為6 m×5 m。巖體易由下至上逐漸向下墜落，發(fā)生墜落式破壞，在公路邊堆積。上部的危巖體裂隙較發(fā)育，雖然呈巖屋狀，但巖體豎向結(jié)構(gòu)面尚未完全貫通，目前相對(duì)穩(wěn)定，裂隙未進(jìn)一步發(fā)展時(shí)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

1．2．2 WY5 危巖體

長15 m，高 20 m，厚 2～3 m，方量約為 600～900 m3。巖體上部為燈影組白云質(zhì)灰?guī)r，下部為陡山沱組炭質(zhì)頁巖。上部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖溶現(xiàn)象明顯，有土質(zhì)填充的溶腔出露，溶腔尺寸3 m×2 m。順坡面裂隙較發(fā)育，張開度5～20 cm，植被較發(fā)育，易發(fā)生墜落式破壞，穩(wěn)定性差。

2 危巖體主要形成條件

2．1 節(jié)理裂隙

工程地質(zhì)測(cè)繪結(jié)果表明，危巖體區(qū)內(nèi)陡崖地帶巖體內(nèi)構(gòu)造裂隙較發(fā)育，構(gòu)造裂隙走向基本與陡崖傾向相近;與陡崖走向相近的卸荷裂隙主要發(fā)育于危巖單體部位。構(gòu)造裂隙及卸荷裂隙控制了危巖發(fā)育規(guī)模及變形特征。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，陡崖地帶中構(gòu)造裂隙相互切割、組合，緩傾角節(jié)理和陡傾角節(jié)理占據(jù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)危巖體的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性起控制作用，為危巖崩塌的形成創(chuàng)造了條件。被裂隙切割的巖體因巖性差異風(fēng)化程度不同，從而在危巖體基座部位易形成內(nèi)凹巖腔，加速了危巖體內(nèi)構(gòu)造裂隙的變形擴(kuò)展，對(duì)危巖體穩(wěn)定性不利。

2．2 卸荷裂隙帶

調(diào)查發(fā)現(xiàn)危巖體的上方見不連續(xù)沿陡崖走向分布的裂縫，裂縫的位置一般距陡崖面在0～8 m之間，因此推斷卸荷帶寬度在0～10 m之間，卸荷帶寬度根據(jù)位置有所不同，在陡崖突出部位比平直段寬，對(duì)整個(gè)陡崖危巖的發(fā)育起控制作用。各危巖單體發(fā)育于卸荷裂隙帶中，在靠近臨空面部位1～2 m內(nèi)裂隙密集發(fā)育，將巖體切割成塊狀。

2．3 巖性組合

危巖體區(qū)燈影組白云質(zhì)灰?guī)r、陡山沱組炭質(zhì)頁巖軟硬相間組合。區(qū)內(nèi)危巖帶底部均為炭質(zhì)頁巖構(gòu)成的軟弱基座，由于抗風(fēng)化能力相對(duì)較弱，常形成深淺不一的凹腔，在上部厚大而近直立的白云質(zhì)灰?guī)r巖體自重長期作用下，底部較弱炭質(zhì)頁巖將產(chǎn)生壓縮碎裂變形，又會(huì)進(jìn)一步加速風(fēng)化作用，使巖腔擴(kuò)展加快，上部巖石的懸空部分在其重力作用下產(chǎn)生扭矩，促使上部巖石不均勻沉降，從而導(dǎo)致上部脆性白云質(zhì)灰?guī)r巖體發(fā)生垂直位移，在平行陡崖面方向的陡傾拉裂縫擴(kuò)展與近水平層面的組合切割下，上部白云質(zhì)灰?guī)r逐步向下墜落或者向臨空面傾倒，其下部巖腔逐漸向上擴(kuò)大，此過程的持續(xù)發(fā)展，常形成墜落式、傾倒式危巖。持續(xù)發(fā)展上部白云質(zhì)灰?guī)r巖體重心外移，若遇強(qiáng)暴雨、地震將產(chǎn)生較大的水平力，受構(gòu)造裂隙切割的巖體將產(chǎn)生突然崩塌，形成目前的危巖帶形態(tài)。

3 破壞模式及主要影響因素

3．1 破壞模式

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，危巖體的破壞模式主要受控于邊坡臨空面形態(tài)、巖體物質(zhì)結(jié)構(gòu)、各類結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與組合關(guān)系等，發(fā)現(xiàn)在勘查區(qū)沿線危巖體的破壞模式分為兩種:傾倒式和墜落式［2］(詳見圖6、圖7)。

圖6 傾倒式破壞Fig.6 Toppling destruction

圖7 墜落式破壞Fig.7 Falling destruction

傾倒式 主要受順坡向陡傾裂隙控制，隨著下部軟弱基座的掏空，重心逐漸外傾，將發(fā)生傾倒式破壞，在重力、降雨作用下危巖體繞下部基座支點(diǎn)向坡外發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)傾倒崩落。其中 WY1、WY2、WY3為此類破壞方式。

墜落式 由于巖體經(jīng)過差異風(fēng)化，巖體下部出現(xiàn)凹腔，在重力作用下，巖體后緣出現(xiàn)卸荷裂隙，隨著卸荷裂隙張開度不斷增大，再加上兩側(cè)裂隙和層面的切割，最終巖體或巖塊以自由落體的方式墜落(WY4和WY5)。

3．2 主要影響因素

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合泡桐樹埡危巖體的性狀特征與變形特點(diǎn)，區(qū)內(nèi)危巖形成的主要影響因素分析如下:

(1)地形條件 因人工切坡修路形成的臨空面近直立狀，多呈巖屋狀負(fù)地形，使上部巖體懸空，破壞了邊坡原始自然平衡狀態(tài)，引起了巖體應(yīng)力重分布，邊坡卸荷，于臨空面處產(chǎn)生張拉裂縫，形成松弛變形破壞。人工切破為危巖的形成和發(fā)展提供了有利的地形條件。

(2)地層巖性 危巖體由震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2dn)巖性硬脆的厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r組成;基座為震旦系上統(tǒng)陡山沱組(Z2d)相對(duì)軟弱的炭質(zhì)頁巖組成，上部巖體懸空后易產(chǎn)生硬脆性變形破壞，形成崩落、掉塊甚至大規(guī)模的崩塌。

(3)巖體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造因素 巖體中陡傾角的構(gòu)造裂隙較發(fā)育，使得巖體完整性較差。在風(fēng)化、自重卸荷作用下，陡傾的構(gòu)造裂隙不斷擴(kuò)張發(fā)展，累進(jìn)性破壞造成巖石結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度降低，并形成巖體應(yīng)力松弛帶，持續(xù)發(fā)展將形成剪切裂縫，當(dāng)巖體的極限平衡狀態(tài)遭到破壞后，將產(chǎn)生變形破壞，形成崩落、掉塊甚至崩塌。危巖后部多見順坡向裂隙產(chǎn)生卸荷張裂后形成主控裂縫。說明巖體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造因素是危巖形成的另一主要因素。

(4)水的作用 大氣降雨沿巖體節(jié)理裂隙入滲后，增加了巖體的重量，其作用一是水體滲透進(jìn)入巖體裂隙后，浸潤了結(jié)構(gòu)面，降低了其力學(xué)強(qiáng)度;二是雨后巖體內(nèi)短時(shí)充水程度較高，巖體內(nèi)的動(dòng)靜水壓力增大，不利于巖體的穩(wěn)定。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問，區(qū)內(nèi)危巖變形擴(kuò)展多發(fā)生在雨季，說明大氣降雨是崩塌危巖形成和發(fā)展的主要誘發(fā)動(dòng)力因素。每當(dāng)遇到汛期以及地震，產(chǎn)生崩塌的可能性更大、頻率更高。

(5)卸荷作用 切坡修路形成高陡人工巖質(zhì)邊坡，陡崖臨空面形成后，臨崖部位的巖體應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生改變，一方面殘余構(gòu)造應(yīng)力發(fā)生應(yīng)力回彈，另一方面臨崖巖體在重力作用下向臨空面松動(dòng)蠕變產(chǎn)生卸荷作用，在崖頂一定范圍內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力集中，變形部位則多為巖體應(yīng)力集中和重分布的部位。巖體在卸荷作用下將沿構(gòu)造裂隙產(chǎn)生開裂，為表水入滲提供通道。卸荷作用對(duì)崩塌、危巖的形成和發(fā)展影響較大。

(6)人類工程活動(dòng) 泡桐樹埡危巖體初期，主要是由于切坡修路在磨嶺和小門埡形成斜坡陡崖帶，公路切坡形成高10～30 m、坡度80°～90°的陡崖，局部呈巖屋狀，后期陡崖下部陡山沱組炭質(zhì)頁巖在差異風(fēng)化作用下形成巖腔，改變了巖體原來的力學(xué)條件，導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)面的表生改造作用加劇，其主要特征是:爆破作用使得巖石表面非常破碎，再由于卸荷作用，陡崖巖體產(chǎn)生卸荷回彈效應(yīng)，陡傾角裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，形成卸荷裂隙帶，卸荷裂隙帶沿陡崖呈帶狀分布。危巖體的陡傾角裂隙的形成為其進(jìn)入時(shí)效變形破壞創(chuàng)造了條件，此過程是一個(gè)緩慢的塑—彈—塑性變形破壞過程，主要受卸荷作用、地下水及地震等因素影響。陡崖帶巖體在經(jīng)歷陡崖帶巖體的時(shí)效變形和陡崖帶巖體破壞兩個(gè)階段的變形破壞后，受降雨等因素觸發(fā)，發(fā)生崩塌破壞。

4 結(jié)語

泡桐樹埡危巖體WY1－WY5位于陡崖部位，危巖體發(fā)育在陡崖強(qiáng)卸荷帶中。由于人類工程活動(dòng)造就了沿路的大面積危巖分布。危巖帶下部有鄒石公路、居民住宅和耕地，危巖陡崖巖體完整性較差，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)和欠穩(wěn)定狀態(tài)，小規(guī)模崩塌變形破壞時(shí)有發(fā)生，因此及時(shí)對(duì)該危巖體進(jìn)行勘查及治理是十分緊迫和必要的。

［1］ 薛勁鋒，等．湖北省三峽庫區(qū)后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害防治夷陵區(qū)泡桐樹埡危巖體勘查報(bào)告［R］．廣州:廣東省工程勘察院，2012．

［2］ 徐邦棟．滑坡分析與防治［M］．北京:中國鐵道出版社，2001．