國(guó)家重點(diǎn)文物天生城遺址環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害研究與規(guī)劃

潘夢(mèng)妍 易明明

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)藝術(shù)與傳媒學(xué)院，湖北 武漢 430074;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

1.引言

天生城遺址位于重慶市萬(wàn)州區(qū)周家壩街道流水社區(qū)，始建于宋淳祐三年(1243年)，現(xiàn)存前、中、后三道城門，前門、后門前方的二道卡門，分別為清代咸豐三年和光緒十七年重建。顯存文物還有一字城墻及中城門附近石壁間的南宋期間摩崖筑城題記和碑文4 處，元代紀(jì)功碑1 幅。

該遺址具有極高的考古研究?jī)r(jià)值，是第七批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，現(xiàn)已列入重慶市人文景觀規(guī)劃范圍。在長(zhǎng)期自然營(yíng)力作用以及人為因素的影響下，各文物產(chǎn)生了不同程度的變形、風(fēng)化、崩塌等環(huán)境地質(zhì)病害。對(duì)天生城遺址地質(zhì)病害的調(diào)查和保護(hù)已成為當(dāng)務(wù)之急。本文綜合野外地質(zhì)調(diào)查及室內(nèi)研究，在闡述天生城遺址的主要環(huán)境地質(zhì)病害的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)不同文物的保護(hù)治理措施，對(duì)天生城的保護(hù)工作及景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)具有科學(xué)的理論指導(dǎo)意義。

2.遺址區(qū)地質(zhì)環(huán)境

遺址區(qū)位于萬(wàn)州區(qū)周家壩街道流水社區(qū)，地處新華夏系川東平行褶皺帶—萬(wàn)縣復(fù)式向斜軸的北東段，傾角50°～70°。復(fù)式向斜軸線穿過萬(wàn)州區(qū)，兩翼較陡，核部平緩開闊，橫斷面為屜形，向東展布。區(qū)內(nèi)第四系堆積物(Q)包括殘坡積物、殘積物、滑坡堆積物和人工堆積物，巖性主要由粉質(zhì)粘土、粘土夾少量強(qiáng)風(fēng)化泥巖組成。

基巖主要為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)地層。侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組的地層分為上、中、下三段。

構(gòu)造上，遺址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)以褶皺為主，少見斷裂，未發(fā)現(xiàn)地震帶構(gòu)造。巖體裂隙較發(fā)育，受風(fēng)化營(yíng)力影響裂隙明顯加寬。區(qū)內(nèi)背斜巖層受自然侵蝕，頂部往往破損，多有巨石出露，且時(shí)有山巖崩塌，天生城多發(fā)生此類危巖險(xiǎn)情。

3.遺址區(qū)環(huán)境地質(zhì)病害

3.1 各寨門及卡門的風(fēng)化剝蝕

包括前、中、后寨門和前卡門及后卡門。前寨門(前城門)位于天生城南側(cè)，在清代咸豐三年和光緒十七年重建。其主要病害為表層風(fēng)化侵蝕顯著，寨門門柱內(nèi)外側(cè)發(fā)生大面積起殼剝蝕現(xiàn)象，局部起殼厚度達(dá)到2.5cm。在向陽(yáng)側(cè)由于干濕循環(huán)作用劇烈，大片砂巖起殼層已剝落，門柱底腳部位，剝落面積達(dá)到85%以上。寨門上部苔蘚植被覆蓋，植被生長(zhǎng)對(duì)墻體有劈裂作用，加劇寨門裂隙的發(fā)展。其余寨門及卡門的環(huán)境地質(zhì)病害與前寨門類同，中寨門臨山體一側(cè)長(zhǎng)期受滲水侵蝕，風(fēng)化較其他寨門更嚴(yán)重。

3.2 石刻區(qū)題刻的風(fēng)化侵蝕剝落

石刻區(qū)風(fēng)化侵蝕較嚴(yán)重，如圖1 所示。

風(fēng)化病害主要可分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化三類［1］。物理風(fēng)化主要表現(xiàn)為溫差作用和干濕循環(huán)使砂巖石刻表層變得疏松，產(chǎn)生大量的風(fēng)化裂隙，造成石刻呈鱗片狀剝落，同時(shí)使石刻砂巖表層起殼。滲水及植被發(fā)育加劇了石刻區(qū)砂巖的物理風(fēng)化?；瘜W(xué)風(fēng)化主要是指石刻區(qū)頂部古泉水及中堰塘水沿砂巖裂隙滲流而下，與砂巖發(fā)生離子交換，Ca2+、K+、Na+濃度增大，Mg2+濃度減小，水樣礦化度增大，堿性增強(qiáng)，對(duì)石刻區(qū)的腐蝕性也相對(duì)增強(qiáng)。顯然，風(fēng)化病害嚴(yán)重影響了石刻文物的安全。

3.3 遺址區(qū)的危巖體

遺址區(qū)內(nèi)危巖體極其發(fā)育，危巖體的破壞具有突發(fā)性，致災(zāi)具有毀滅性［2］?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，天生城目前共有46 處危巖體。危巖體以卸荷裂隙為后緣切割面，呈單體形態(tài)附著于砂巖陡壁之上，危巖體后多為砂巖陡崖山體。本文對(duì)危巖體評(píng)價(jià)采用基于極限平衡理論的穩(wěn)定性計(jì)算方法，計(jì)算危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)。

根據(jù)危巖計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)，并考慮巖土工程文物保護(hù)工程的特殊性，將危巖安全穩(wěn)定性分為不穩(wěn)定、欠穩(wěn)定和穩(wěn)定三種狀態(tài)［3-4］，各狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。砂巖的計(jì)算模型參數(shù)詳見下表2。

表1 危巖穩(wěn)定狀態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)

表2 模型計(jì)算參數(shù)

在危巖穩(wěn)定性計(jì)算中，將危巖體視為完全剛性塊體，采用極限平衡理論［5-6］推導(dǎo)不同類型危巖在不同荷載組合下的穩(wěn)定性計(jì)算公式。根據(jù)可能出現(xiàn)的不同情況進(jìn)行以下兩種荷載組合［1］:(1)自重+裂隙面(天然狀態(tài));(2)自重+裂隙面+地震力。

以上兩種荷載中，危巖體穩(wěn)定性系數(shù)最小的為最不利組合，最不利荷載組合為設(shè)計(jì)荷載組合，其余為校核荷載組合。

以典型的崩塌式危巖為例，建立計(jì)算模型如圖2。

林孟是個(gè)性格開朗的人，他的茶杯是一只很大的玻璃瓶，裝速溶雀巢咖啡的玻璃瓶，他喜歡將一把椅子拖到門后，靠著門坐下來(lái)，端著那只大玻璃瓶，對(duì)著我們哈哈地笑，他的話超過十句以后，就會(huì)胡說八道了。他經(jīng)常很不謹(jǐn)慎地將他和萍萍之間的隱私泄露出來(lái)，并且以此為樂，笑得腦袋抵在門上，把門敲得咚咚直響。

(1)天然狀態(tài)下的計(jì)算公式為:

(2)考慮地震作用下的穩(wěn)定性計(jì)算為:

式中:β 為主控裂隙面傾角;H 為主控裂隙面垂直高度;αh為地震力水平加速度;φ 為裂隙面傾角。

分別考慮兩種工況下，危巖體的穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果如表3所示:

表3 W10 危巖體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

建議清除危巖體四周植被，并采取底部支護(hù)與錨桿加固相結(jié)合的措施，進(jìn)行治理。

4.結(jié)論及建議

天生城遺址區(qū)存在以各寨門及卡門的風(fēng)化剝蝕、石刻區(qū)題刻的風(fēng)化侵蝕剝落、一字城墻失穩(wěn)垮塌以及遺址區(qū)大量危巖體為主的環(huán)境地質(zhì)病害，需要盡早治理。各寨門及卡門的保護(hù)，主要采取清除表層苔蘚霉菌措施，對(duì)于起殼部位建議做化學(xué)防護(hù)，防治進(jìn)一步發(fā)展，危及文物本體。石刻區(qū)題刻的保護(hù)主要以“堵”和“疏”相結(jié)合措施，治理滲水，拓本還原題刻。一字城墻的治理，建議清理城墻四周植被，兩側(cè)設(shè)置隔離帶，城墻下端采取砼支護(hù)。

對(duì)于危巖體的治理，建議采取錨桿與砼相結(jié)合的支護(hù)措施加固，部分受植被根劈作用的危巖體，還應(yīng)該清除危害性植被，對(duì)于裂隙滲水嚴(yán)重的危巖體，主要對(duì)策是排水防滲系統(tǒng)。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)文物本體的保護(hù)，建議石刻區(qū)斜坡段退耕還林，并建立遺址區(qū)內(nèi)環(huán)境地質(zhì)病害的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

除此之外，天生城遺址區(qū)內(nèi)還有現(xiàn)存的財(cái)神廟、古堰塘等古文物，可以統(tǒng)籌改造成具有人文氣息的旅游亮點(diǎn)，為當(dāng)?shù)厝罕娞峁┑歉咝蓍e的游樂場(chǎng)所。

文獻(xiàn):

［1］方云，魏海云，王金華，隧洞排水法治理大足石刻滲水病害［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2001，15 (3).

［2］董好剛，陳立德，黃長(zhǎng)生，三峽庫(kù)區(qū)云陽(yáng)—江津段危巖體形成的影響因素及穩(wěn)定性.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，18 (5):645-650

［3］徐志英，巖石力學(xué) (第三版).中國(guó)水利水電出版社，1993.

［4］蔡美峰，何滿潮，劉東燕，巖石力學(xué)與工程.科學(xué)出版社，2013.

［5］阮懷寧，徐志英，復(fù)雜巖體邊坡工程極限平衡理論.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1993.

［6］張鵬，巖體邊坡剛體極限平衡法的誤差根源與范圍研究.西安理工大學(xué)，2003.