黟縣Y027公路溪下村段崩塌變形破壞機(jī)理分析

張?zhí)?孫強(qiáng),黃金玉,伍建波

(南京地質(zhì)調(diào)查中心,南京 210016)

黟縣Y027公路溪下村段崩塌變形破壞機(jī)理分析

張?zhí)?孫強(qiáng),黃金玉,伍建波

(南京地質(zhì)調(diào)查中心,南京 210016)

地質(zhì)體作為地質(zhì)災(zāi)害的載體，控制地質(zhì)災(zāi)害的類型、規(guī)模、方向、變形破壞的方式等。本文以黟縣Y027公路溪下村段崩塌為例，從構(gòu)造、節(jié)理裂隙、工程特性等方面分析總結(jié)了該崩塌的三種結(jié)構(gòu)破壞模式，其中，節(jié)理裂隙的密度、產(chǎn)狀，決定危巖體的塊度、變形破壞的結(jié)構(gòu)面等；構(gòu)造褶皺等活動(dòng)強(qiáng)度決定了巖體的破碎程度，也即災(zāi)害的規(guī)模；巖體的工程特性反映了巖土體的力學(xué)機(jī)制及吸水能力，也即抗滑能力的強(qiáng)度。地質(zhì)體孕育了斜坡變形的主體，在人類工程活動(dòng)及降雨等外力因素激發(fā)下，形成地質(zhì)災(zāi)害。

地質(zhì)災(zāi)害；地質(zhì)體；響應(yīng)機(jī)制；崩塌；黟縣

1 前言

地質(zhì)災(zāi)害的形成與地質(zhì)環(huán)境條件密切相關(guān)，受多種要素的綜合控制，這些要素包括地形地貌、植被、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體類型等，其中地形地貌為地質(zhì)災(zāi)害提供了勢(shì)能條件，而巖土體為地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了物質(zhì)來(lái)源，是地質(zhì)災(zāi)害形成的基礎(chǔ)。巖土體作為特殊的地質(zhì)材料，受巖性、風(fēng)化、構(gòu)造、產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙等眾多因素的影響[1]，形成了其不同的力學(xué)水理性質(zhì)，導(dǎo)致巖土體工程特性及結(jié)構(gòu)的差異明顯，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度也不同。因此，充分認(rèn)識(shí)地質(zhì)體在地質(zhì)災(zāi)害形成過(guò)程中的作用，對(duì)野外地質(zhì)災(zāi)害的識(shí)別具重要意義[2]。

本文以黟縣Y027公路溪下村段崩塌為例，詳細(xì)分析地質(zhì)體各類因素對(duì)斜坡變形破壞的響應(yīng)機(jī)制。

2 黟縣Y027公路溪下村段崩塌概述

2.1 崩塌概況

該崩塌地理上位于黟縣宏潭鄉(xiāng)溪下村Y027(楊劉路)公路西北側(cè)，溪下村與田畈組之間，溪下河左岸，東經(jīng)117°49′17.7″，北緯30°09′37.2″(圖1)。地貌上位于山體坡腳部位，山體坡腳高程173 m，坡頂高程365 m，高差192 m。而崩塌位于山體海拔187 m處，原山體呈直線坡，坡度32°，坡向117°，現(xiàn)由于公路開挖，基巖裸露，形成近似直立的高陡邊坡，發(fā)生多處巖體崩塌。坡體上部植被主要為灌木、竹林，基巖裸露區(qū)局部可見茅草。

2.2 崩塌地質(zhì)條件

該崩塌位于呈北東東向柯村-張家坑逆斷層帶上，斷層走向44°，傾向134°，上盤地層巖性為早志留世霞鄉(xiāng)組(S1x)中厚層粉砂巖，層厚0.2～0.8 m，灰色，表層弱風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化，產(chǎn)狀330°∠18°，地層與坡體呈斜向坡，下盤巖性主要為晚奧陶世新嶺組(O3x)中薄層泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，灰色，層厚5～30 cm，產(chǎn)狀216°∠67°，弱風(fēng)化，地層與坡體呈順向坡。受構(gòu)造控制，下盤巖體破碎、風(fēng)化較嚴(yán)重，構(gòu)造裂隙發(fā)育，呈鋸齒狀。上盤巖體較完整，一般發(fā)育兩組“X”型節(jié)理。該崩塌從西南向東北30 m為背斜核部，軸線79°，亦為斷層核部，上盤為北翼，下盤為南翼①南京地質(zhì)調(diào)查中心.皖南黟縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查.2013。

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙、節(jié)理裂隙、層理裂隙相互交織切割，為崩塌的形成提供了基礎(chǔ)條件。

2.3 崩塌基本特征

據(jù)野外實(shí)測(cè)，該崩塌主要屬于沿層理面和節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面發(fā)生的滑移式崩塌，崩塌處為公路削坡形成的陡崖，陡崖高3～44 m，坡寬約312 m，不穩(wěn)定段厚度約6 m，預(yù)計(jì)體積1.35×104m3，規(guī)模屬于中型；坡體兩側(cè)呈直線坡，中部呈凸形坡，坡度65°～85°。斜坡受多種結(jié)構(gòu)面的控制發(fā)生多處崩塌，背斜西南翼受擠壓破碎巖體沿層理面發(fā)生滑移式崩塌，發(fā)生時(shí)間2012年4月26日，崩塌堆積體長(zhǎng)51 m，寬25 m，厚約3 m，規(guī)模約2 869 m3，崩塌體碎石塊度一般5～10 cm；背斜東北翼受節(jié)理裂隙、風(fēng)化裂隙控制，主要以滑移式、傾倒式、錯(cuò)斷式崩塌為主，經(jīng)常性發(fā)生小型崩塌，規(guī)模一般50～200 m3，塊度一般約1 m左右，最大塊度達(dá)2 m，該處崩塌造成約120 m路面受損，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5萬(wàn)元。

3 地質(zhì)體產(chǎn)生破壞的響應(yīng)機(jī)制及特征

3.1 構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)斷層的錯(cuò)動(dòng)、背斜的擠壓使斜坡西南側(cè)巖體變形破壞，形成兩組呈“X”型的節(jié)理裂隙，節(jié)理裂隙呈鋸齒狀，并發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，裂隙間距約0.2 m，裂隙寬約5～10 cm，無(wú)充填，裂隙面粗糙，中部地段產(chǎn)狀分別為143°∠58°、315°∠31°，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)；巖體的完整性被破壞，破碎巖體呈獨(dú)立單元，顯示出各向異性，在筑路開挖后，坡腳失去支撐，在重力作用下，坡體上部發(fā)生拉裂，在順向坡的有利結(jié)構(gòu)面下，破碎巖體沿層里面216°∠67°發(fā)生滑移式崩塌(圖3、圖4) 。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致巖體破碎，巖體之間力學(xué)平衡被打破，在地形坡度提供勢(shì)能條件下，下滑力增加，在外力不利因素的觸發(fā)條件下，斜坡極易形成崩塌、滑坡，在溝谷區(qū)為泥石流的物質(zhì)來(lái)源。這類地質(zhì)災(zāi)害具有發(fā)生頻率低、概率高、規(guī)模大的特點(diǎn)，但災(zāi)體塊度往往較小，多以碎塊石為主，災(zāi)體的滑距一般較長(zhǎng)，影響范圍大。

3.2 節(jié)理裂隙

區(qū)域內(nèi)背斜東北翼巖體相對(duì)較完整，主要為較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬的粉砂巖，層理面平緩，巖體與坡體呈斜向坡，一般發(fā)育兩組呈“X”的垂直節(jié)理，不同地段節(jié)理裂隙產(chǎn)狀、間距等發(fā)育也不同，中間段發(fā)育兩組節(jié)理裂隙分別為60°∠82°和10°∠73°；節(jié)理間距0.3～0.5 m，裂隙面光滑，與層理面組成三角短柱狀的危巖體，塊度約0.1～0.5 m不等。坡腳由于公路切坡，形成陡立坡面，基巖裸露，由于節(jié)理切割形成的巖體在重力拉裂、降雨順裂隙入滲形成的動(dòng)靜水作用下，沿節(jié)理面發(fā)生滑移式崩塌，坡體下部局部巖體沿層里面發(fā)生剝落，形成臨空面,此類巖體易形成拉裂-錯(cuò)斷式[3](圖5)。斜坡東北部地區(qū)巖體節(jié)理產(chǎn)狀分別為130°∠69°和270°∠75°，其中130°∠69°的一組為面向斜坡節(jié)理，與坡體呈順向坡，由節(jié)理切割的危巖體多沿此類節(jié)理發(fā)生滑移式崩塌(圖6)；此組節(jié)理密度大，間距一般小于20 cm，因此該類斜坡切割的危巖體，多呈板塊狀，少數(shù)塊度達(dá)2 m以上。

在硬質(zhì)巖區(qū)，一般發(fā)育兩組以上節(jié)理裂隙，由節(jié)理裂隙切割的危巖體在圍巖被破壞后，失去支撐，將在重力作用下沿節(jié)理面發(fā)生滑移，產(chǎn)生崩塌，這類崩塌往往規(guī)模較小，多點(diǎn)發(fā)生，發(fā)生頻率高，逐級(jí)產(chǎn)生崩塌，逐漸向斜坡內(nèi)擴(kuò)展，并且滑距一般較小，多以垂直崩落為主。災(zāi)體的塊度一般較大，一般約0.2～1m。這類崩塌的破壞模式多以滑移、錯(cuò)斷、拉裂、傾倒的耦合模式為主。

3.到目的 巖層工程特性

區(qū)域內(nèi)巖體主要為巖質(zhì)較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬的粉砂巖，風(fēng)化程度低，巖層較完整，工程條件較好。Swanson[4]，Crouch[5]，田利勇[6]等研究了粉砂巖的卸圍壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：在圍壓卸載到一定程度時(shí)，巖體將突然發(fā)生脆性崩潰式破壞，產(chǎn)生沿最大主應(yīng)力方向的裂紋[6]。因此，在公路開挖施工的擾動(dòng)狀態(tài)下，原有地層中新鮮的粉砂巖暴露，圍巖被卸載，巖層原有的平衡狀態(tài)被打破，將引起巖層內(nèi)的應(yīng)力重分布，促使其內(nèi)在裂紋(裂隙)不斷累積和發(fā)展，進(jìn)而產(chǎn)生宏觀的實(shí)效斷裂，產(chǎn)生了卸載效益，導(dǎo)致巖體發(fā)生破壞失穩(wěn)(圖7)。這類巖層工程性質(zhì)的變化主要對(duì)崩塌起鋪助催化的作用，往往在重力作用下發(fā)生傾倒式的崩塌。

4 結(jié)論

黟縣Y027公路溪下村段崩塌從巖性、構(gòu)造、節(jié)理裂隙、工程特性等方面充分反映了地質(zhì)體在斜坡變形破壞過(guò)程中的的響應(yīng)機(jī)制。

(1) 黟縣Y027公路溪下村段崩塌主要由三種崩塌模式組成，①構(gòu)造切割破碎的巖體在重力作用下產(chǎn)生在坡體后緣產(chǎn)生拉長(zhǎng)裂隙，裂隙貫通后，沿層里面發(fā)生滑移式崩；②節(jié)理裂隙和層里切割的危巖體在坡體開挖形成陡坡的狀態(tài)下，在重力作用下沿節(jié)理面發(fā)生滑移、傾倒、拉裂、錯(cuò)斷式崩；③具脆性特征的砂巖在圍巖卸載后形成垂直不規(guī)則的裂隙，逐漸聯(lián)通后發(fā)生傾倒式崩塌。

(2) 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中使巖體受力擠壓變形，形成多組節(jié)理裂隙切割巖體，導(dǎo)致巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，使巖體失去完整性。破碎的巖體形成獨(dú)立個(gè)體，表現(xiàn)各向異性，重力增加，在坡腳失去支撐或降雨擾動(dòng)作用下，將發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

(3) 節(jié)理裂隙和層里面切割巖體，形成獨(dú)立塊體，同時(shí)為塊體運(yùn)動(dòng)提供了有利結(jié)構(gòu)面，在圍巖被卸載情況下，獨(dú)立塊體將成規(guī)模發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

(4) 地層本身工程特性差異明顯，在施加外力作用下，較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬巖類具脆性，易產(chǎn)生裂紋；較軟-軟弱巖性，泥質(zhì)成分的高低，決定了巖體風(fēng)化程度，同時(shí)反映了吸水能力，風(fēng)化程度越高，吸水能力越強(qiáng)，重力越大，巖體下滑力越大,崩解能力越劇烈[2]。

[1] 侯俊琳,莊曉玲,劉怡敏.內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系分析[J].災(zāi)害學(xué),2013,28(3)：66-72.

[2] 馬保成,田偉平,高婷，等.公路地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)前識(shí)別方法研究[J].公路, 20011,(6)：1-4.

[3] 范宏喜. 加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)致災(zāi)機(jī)理模式研究——西部復(fù)雜山體重大地質(zhì)災(zāi)害學(xué)術(shù)論壇綜述[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2010,(3)：140-142.

[4] SWANSON R S,BROWN W S.An Observation of Loading Path Independence of Fracture Rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,1971,8(3): 277-281．

[5] CROUCH S L.A Note on Post-Failure Stress-Strain Path Dependence of Fracture Rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,1972,9 (2):197-204．

[6] 田利勇,朱珍德,朱姝，等.粉砂巖卸荷變形破壞特征試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2013,30(4):44-47.

RESPONSE MECHANISM OF GEOLOGICAL BODY ON THE GEOLOGICAL DISASTER-AN EXAMPLE FROM Y027 ROAD COLLAPSE IN XIXIAVILLAGE OF YIXIAN COUNTY, ANHUI PROVINCE

ZHANG Tai-li,SUN Qiang,HUANG Jin-yu,WU Jian-bo

(Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing Jiangsu 210016,China)

The geological body as the carrier of geological disasters, controls the type, size, direction, deformation and failure way of geological disaster, etc.Based on Y027 Road Collapse in XixiaVillage of Yixian County, Anhui Province, the paper has analyzed and summarized three kinds of structure failure mode.The Density and occurrence of the Joint fissure determine the block size, deformation and failure structural planes of rock mass, etc.Activity intensity of structural folds determines the degree of fragmentation of rock mass and the scale of the disaster.The engineering characteristics of rock mass reflect the mechanics mechanism and water absorbing capacity of rock and soil mass, which is the strength of the sliding resistance.The main body of slope deformation with the eological body , has formed the geological disasters which was stimulated by the human engineering activity and rainfall.

geological disasters；geological body；response mechanism；collapse；Yixian County

1006-4362(2015)04-0033-04

2015-06-20改回日期：2015-08-17

《皖南黟縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查》(編號(hào)：1212011140010)

P642.21

A

張?zhí)?1980- )，女，山西長(zhǎng)治人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境地質(zhì)。Email：zhangtaili@126.com