貴州鬃嶺鎮(zhèn)崩塌形成機(jī)理研究

申太奇 李嘉雨

摘 要：貴州省納雍鎮(zhèn)這幾年頻繁有崩塌發(fā)生，存在大量危巖體，成因機(jī)理類(lèi)似。文章就小垛口崩塌，以點(diǎn)帶面對(duì)該區(qū)域危巖體形成機(jī)理進(jìn)行研究。通過(guò)巖性組合、結(jié)構(gòu)面交切關(guān)系的分析，確定小垛口崩塌為拉裂-傾倒型。

關(guān)鍵詞：崩塌；巖性組合；結(jié)構(gòu)面

引言

納雍縣鬃嶺鎮(zhèn)位于貴州西北部，區(qū)域海拔一般在1500米到2100米之間。地貌多為溶蝕中低山、侵蝕等地貌。豐富的煤炭資源為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的拉動(dòng)力，煤炭開(kāi)采大規(guī)模興起，大小規(guī)模的煤窯遍地都是，隨之而來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題也越來(lái)越多。

區(qū)內(nèi)出露面積最大的地層是二疊系和三疊系的地層，主要包括各種石灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖、砂巖等，屬于堅(jiān)硬和半堅(jiān)硬巖組，常有滑坡和崩塌等發(fā)生。區(qū)域坡體較陡，整體呈現(xiàn)出上硬下軟的特征，良好的臨空面，較大的落差，在該種地質(zhì)條件下極易孕育地質(zhì)災(zāi)害。而煤層開(kāi)挖就在二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M地層中，人工開(kāi)挖擾動(dòng)更是加劇了地質(zhì)災(zāi)害的活動(dòng)。

關(guān)于納雍縣鬃嶺鎮(zhèn)的地質(zhì)災(zāi)害研究很多，其中劉傳正[1]、吳彩燕等[2]、陳澤富等[3]對(duì)2004年鬃嶺鎮(zhèn)“12·3”大型崩塌災(zāi)害的成因機(jī)理及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析；牟勇忠[4]對(duì)納雍縣良子田煤礦地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀特征及其防治措施進(jìn)行了分析；龔興祥等對(duì)納雍縣地質(zhì)災(zāi)害隱患的類(lèi)型和成因進(jìn)行了討論。眾多的研究成果說(shuō)明了納雍崩塌地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)性和獨(dú)特性，所以文章針對(duì)納雍縣鬃嶺鎮(zhèn)小垛口崩塌的形成機(jī)理進(jìn)行了研究。

1 研究區(qū)工程地質(zhì)條件

小垛口崩塌位于納雍縣鬃嶺鎮(zhèn)東北側(cè)，中嶺崩塌和左家營(yíng)崩塌之間，其西側(cè)為左家營(yíng)崩塌，距離約1000m，東側(cè)為中嶺崩塌，距離約700m（圖1）。小垛口崩塌頂部高程為2207m，陡崖相對(duì)高差為157米。

1.1 地形地貌

小垛口崩塌所在坡體為方山的陡崖段，呈折線線性分布，頂部平緩，中部高陡，底部又趨于平緩，中部高陡部分自然坡度在80°左右。坡向?yàn)槟媳弊呦?，東西兩側(cè)臨空，如圖2所示。

1.2 地層巖性

邊坡巖性具有多樣性，地形受地層巖性的影響較大，按照坡度及巖體強(qiáng)度的不同劃分為兩段，第一段為邊坡的頂部，巖性為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組的第二段（T1f2）灰?guī)r，中風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化，厚度約10米左右，巖層產(chǎn)狀為320°-335°∠10°-19°，發(fā)育兩組節(jié)理，第一組產(chǎn)狀為N80°E/SE∠85°-90°，橫切坡面；第二組產(chǎn)狀為N40°E/SE∠75°，與坡面小角度斜交。巖體結(jié)構(gòu)完整性較差。

第二段為邊坡中部，巖性為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組的第三段（T1f1）砂泥巖，中風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化，層面產(chǎn)狀為325°-349°∠15°-27°。發(fā)育兩組節(jié)理，第一組產(chǎn)狀300°-350°∠82°-85°，第二組產(chǎn)狀為170°-207°∠69°-89°。該段地形較陡，一般坡度大于40°，部分區(qū)域接近直立，為目前小垛口崩塌的主要發(fā)生區(qū)域。

綜合上述分析可知，小垛口邊坡屬于上硬下軟型層狀結(jié)構(gòu)邊坡，開(kāi)闊的臨空面以及上硬下軟型的邊坡結(jié)構(gòu)都極易孕育崩塌災(zāi)害，是小垛口邊坡失穩(wěn)的重要原因。

1.3 水文地質(zhì)條件

該區(qū)域位于貴州高原之北西部，屬于長(zhǎng)江系上有烏江流域。由于調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)地表多呈陡坡?tīng)睿判箺l件良好，地表水系不發(fā)育。

區(qū)域地層巖性為碎屑巖、碳酸巖類(lèi)，含有基巖裂隙水，地形切身較大的斜坡上部地帶，地下水補(bǔ)、逕、排交替快，賦存條件差，且各含水層之間聯(lián)系較差，對(duì)于礦床充水影響較小，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

1.4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震條件

研究區(qū)無(wú)大構(gòu)造發(fā)育，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，查1：400 萬(wàn)的《中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖（GB18306-2001）》，該區(qū)域地震反應(yīng)譜特征周期為0.35；查《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖（GB10306-2001）》，地震動(dòng)峰值加速度g為0.05。根據(jù)地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)和地震基本烈度對(duì)照表，該區(qū)域地震基本烈度為Ⅵ度，區(qū)域穩(wěn)定性良好。

2 崩塌破壞機(jī)制研究

小垛口崩塌所處的斜坡為陡傾巖質(zhì)邊坡，結(jié)構(gòu)面的交切組合關(guān)系對(duì)其影響很大，不同的組合方式將導(dǎo)致不同的破壞模式。各組結(jié)構(gòu)面和坡頂裂縫的赤平投影如圖3所示。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裂縫走向及結(jié)構(gòu)面組合赤平投影圖可知，主要有兩組方向裂縫，一組裂縫方向與坡面平行，另一組方向與坡面大角度斜交。這兩組裂縫的走向與灰?guī)r發(fā)育的兩組節(jié)理走向基本一致。進(jìn)而判斷得出：裂縫的發(fā)育受控于巖體節(jié)理的產(chǎn)狀。

2.1 崩塌的形成

崩塌的形成往往與地質(zhì)構(gòu)造、巖性以及人類(lèi)工程活動(dòng)息息相關(guān)。在沒(méi)有人為擾動(dòng)的條件下，崩塌的形成往往需要孕育較長(zhǎng)的時(shí)間。人類(lèi)的工程活動(dòng)加快了崩塌的形成過(guò)程。這里從兩方面分析小垛口崩塌的發(fā)育與形成。

（1）天然工況。小垛口崩塌上部主要有兩層巖層組成，上層為灰?guī)r厚度約10m左右，下層為厚度約140米的砂泥巖。兩種巖體比較，灰?guī)r的強(qiáng)度較高，不宜風(fēng)化，下部砂泥巖強(qiáng)度相對(duì)灰?guī)r強(qiáng)度較小，且容易在水的作用下軟化，強(qiáng)度降低，甚至泥化。砂泥巖的風(fēng)化速度較灰?guī)r快。往往容易形成巖腔。但是對(duì)于只有砂泥巖的條件下，往往不易形成垂直陡崖，一般易形成具有一定坡度的山體。在小垛口崩塌地帶，具有類(lèi)似的地貌特征。下部砂泥巖形成具有一定坡度的陡坡，往往較難形成崩塌體，但是上覆硬質(zhì)巖，風(fēng)化速度小于下部砂泥巖，且?guī)r體強(qiáng)度大于下部巖體，在差異風(fēng)化的條件下，上部往往形成直立陡傾面。往往是崩塌的主要發(fā)育位置，例如：中嶺崩塌和左家營(yíng)崩塌，上部硬質(zhì)巖形成危巖體，在重力作用下剪斷下部強(qiáng)度較低的砂泥巖，從而失穩(wěn)。對(duì)于天然工況下，崩塌發(fā)育主要受控于下部砂泥巖的風(fēng)化速度，往往要經(jīng)歷較長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，在地貌特征上往往呈現(xiàn)出上陡下緩的特征。

（2）采礦與崩塌。研究區(qū)為采空區(qū)，陡崖下有兩個(gè)煤洞，以大角度向崖底采進(jìn)，并在崩塌體下部以平行于坡面方向開(kāi)采，共用四個(gè)采掘工作面，在前緣有三個(gè)采掘面，中后部一個(gè)采掘面；受采空區(qū)影響，山體前緣有較大的下坐空間，則會(huì)產(chǎn)生崩塌體整體向坡外傾倒變形。則坡體后緣拉應(yīng)力集中，拉應(yīng)力方向?yàn)橄蚱峦夥较?。小垛口崩塌體的巖體發(fā)育一組接近平行于坡面的節(jié)理面，則拉應(yīng)力基本垂直作用于節(jié)理面，節(jié)理面相對(duì)巖體其他方向是強(qiáng)度較弱面，則在拉力作用下，裂隙首先從節(jié)理面發(fā)育，形成后緣裂隙。小垛口崩塌體上部灰?guī)r厚度不大，且在崩塌體中部及后緣，很難形成類(lèi)似中嶺崩塌和左家營(yíng)崩塌大規(guī)模的破壞，即：硬質(zhì)巖形成危巖體，然后上部巖體在重力作用下剪破下部較軟巖。但上部可能發(fā)生規(guī)模較小的崩塌破壞。其破壞模式一般為傾倒破壞。

砂泥巖是小垛口崩塌的主要巖體，雖然具有一定的坡度，但是泥巖含砂質(zhì)較多，具有一定的強(qiáng)度，形成的坡體坡度往往較大。在天然工況條件下往往難以形成崩塌體。但是小垛口崩塌的下部前緣有三條平行于坡面的礦洞，在中部有一條平行于坡面的礦洞，坡體前緣具有較大的下沉空間。而泥巖發(fā)育有兩組陡傾節(jié)理面，一組大角度斜交坡面，一組近平行于坡面。崩塌體外傾，則在坡體內(nèi)由外及內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力分布，從而沿節(jié)理形成拉裂縫。當(dāng)裂縫發(fā)育一定深度，在重力作用下剪破下部巖體，從而失穩(wěn)。小垛口及東西側(cè)崩塌，具有類(lèi)似特征。

2.2 崩塌的失穩(wěn)模式

小垛口崩塌巖層層面以小角度內(nèi)傾坡內(nèi)。對(duì)于內(nèi)傾巖層，一般易產(chǎn)生陡傾邊坡，形成陡峭斷崖，也是較易形成崩塌的地形條件之一。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，崩塌體上部為厚層灰?guī)r厚度約10米、下部為厚度約140米的砂泥巖和碳質(zhì)頁(yè)巖，呈上硬下軟的特征；灰?guī)r和砂泥巖都有兩組近豎直節(jié)理面發(fā)育的裂隙，對(duì)坡體切割、分離，為崩塌的形成提供脫離體（山體）的邊界條件。兩種巖體的節(jié)理產(chǎn)狀并不一致，但是走向方向以小角度相交，兩種巖體都有一組與坡體延伸方向相近的陡傾角構(gòu)造面，且兩種巖體的第二組節(jié)理走向都以小角度與坡面走向相交。巖體的兩組節(jié)理的構(gòu)造特征，有利于崩塌體后緣和側(cè)緣裂隙或沖溝的產(chǎn)生。小垛口崩塌在其兩側(cè)發(fā)育有兩條方向相交的沖溝，沖溝的發(fā)育與巖體節(jié)理有一定的關(guān)系，沖溝的存在使小垛口崩塌三面臨空。其下為采空區(qū)，陡崖下有兩個(gè)煤洞，以大角度向崖底采進(jìn)，受采空區(qū)影響，崩塌體向坡外傾倒。崩塌體受采空區(qū)影響，其破壞模式是拉裂-傾倒型。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）該崩塌的變形破壞方式為拉裂-傾倒。邊坡屬于上硬下軟型層狀結(jié)構(gòu)邊坡，開(kāi)闊的臨空面以及上硬下軟型的邊坡結(jié)構(gòu)都極易孕育崩塌災(zāi)害，是小垛口崩塌形成的重要原因。（2）地下采礦的擾動(dòng)對(duì)危巖的形成起到了決定性的影響，提供了上部巖體一個(gè)下挫變形的空間，加速了上部巖體拉裂縫的形成和擴(kuò)展。（3）在頂部?jī)商幋罅芽p處安裝了拉繩式位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂部裂縫位移。

參考文獻(xiàn)

[1]劉傳正，郭強(qiáng)，陳紅旗.貴州省納雍縣巖腳寨危巖崩塌災(zāi)害成因初步分析[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2004（4）：123+144.

[2]吳彩燕，等.貴州省納雍縣鬃嶺鎮(zhèn)“12·3”大型崩塌災(zāi)害分析[J].水土保持研究，2006（6）.

[3]陳澤富，孔紀(jì)名，王成華.貴州納雍崩塌式滑坡成災(zāi)特征及其避災(zāi)警示作用[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2006（3）：32-35.

[4]牟勇忠.貴州省納雍縣良子田煤礦地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀特征及其防治措施[J].四川水泥，2014（7）：293-294.

作者簡(jiǎn)介：申太奇（1990-），男，廣西人，碩士研究生，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警。