大氣降雨對鏈子崖T8～T12縫段危巖體變形的影響

鄧永煌

(三峽大學(xué)科技學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

1 問題的提出

據(jù)不完全統(tǒng)計，三峽庫區(qū)在175m水位范圍內(nèi)共有大小滑坡1190余個，各類變形體更是廣泛分布［1］，特別是危巖體。危巖體［2-5］是陡峭邊坡上被多組結(jié)構(gòu)面切割，在重力、風(fēng)化營力、地震、滲透壓力等作用下與母巖逐漸分離，穩(wěn)定性較差的巖體［6］。作為高邊坡主要的地質(zhì)災(zāi)害類型之一，危巖體發(fā)育過程具有漸進(jìn)性，失穩(wěn)崩塌具有突發(fā)性，導(dǎo)致其穩(wěn)定程度是評價高邊坡穩(wěn)定性重要組成部分。危巖體發(fā)育主要受地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)和地形地貌等內(nèi)在條件和水、風(fēng)化、地震、人類工程活動等外在條件控制。大量的發(fā)生于強降雨之后的邊坡危巖失穩(wěn)，體現(xiàn)出降雨是邊坡危巖發(fā)生、發(fā)展的一個重要的誘發(fā)因素［7］。

長江三峽鏈子崖危巖體位于湖北省宜昌市秭歸縣屈原鎮(zhèn)，與新灘滑坡隔江而望，下距三峽大壩27km。在1993—1999年，國家資源部組織完成了鏈子崖防治工程。防治措施主要有［8］:

(1)鏈子崖8號至12號縫段危巖體錨固工程;

(2)底部煤層采空區(qū)承重阻滑工程;

(3)大裂縫蓋板防水工程及雷劈石滑坡地表排水工程;

(4)猴子嶺防沖攔石壩工程。

2000—2004 年，經(jīng)過湖北省巖崩滑坡研究所等科研單位防治工程效果監(jiān)測，危巖體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2 鏈子崖危巖體概況

危巖體空間形態(tài)近南北向分布，斜交于長江，交角約為60～70°。危巖體海拔南高北低，南端近500m，北部約180m，高差約為320m［9］(見圖1)。危巖體由二疊系下統(tǒng)棲霞組灰?guī)r組成，夾薄層灰?guī)r和頁巖，其下部存在厚1.6～4.2m的馬鞍山組煤層。危巖體內(nèi)發(fā)育30余條大裂縫，長度不一，主要發(fā)育2組裂縫，分別是近東西向至北西向和近南北向 (見圖2)。裂縫將山體切割成3個主要危巖區(qū)，Ⅰ區(qū)為T0～T6縫段 (體積84×104m3);Ⅱ區(qū)為T7縫段(體積2×104m3);Ⅲ區(qū)為T8～T12縫段 (體積250×104m3)［10］。Ⅲ區(qū)危巖體積最大，且緊臨長江，一旦在暴雨、洪水和地震等影響因素作用下產(chǎn)生崩滑，將會造成礙航、甚至堵江斷流、危及三峽大壩安全的嚴(yán)重后果，因此，研究鏈子崖危巖體的穩(wěn)定程度十分必要。

圖1 長江三峽鏈子崖危巖體全貌圖

圖2 鏈子崖危巖體裂縫分布圖

3 鏈子崖危巖體變形機制

3.1 地層組合

危巖體上部為堅硬巨厚層灰?guī)r，下部為灰?guī)r夾多層頁巖，底部為軟弱煤層。在上覆巖體長期重力作用下，底部軟弱煤層易產(chǎn)生塑性變形和剪切破壞，直接導(dǎo)致上部巖層開裂。

3.2 構(gòu)造斷裂的切割

受構(gòu)造的控制，危巖體裂縫的發(fā)育主要追蹤斷層和裂隙。秭歸縣處于新華夏構(gòu)造體系鄂西隆起帶北端和淮陽山字型構(gòu)造體系的復(fù)合部位，構(gòu)造格局較為復(fù)雜。復(fù)雜的構(gòu)造格局，為巖體開裂變形破壞提供了有利的邊界條件。

3.3 臨空卸荷

自第四紀(jì)以來，受構(gòu)造運動影響，三峽地區(qū)抬升，江水河谷下切，形成大量高陡臨空面，并且產(chǎn)生較強的卸荷作用，長期應(yīng)力作用下導(dǎo)致坡體內(nèi)產(chǎn)生卸荷裂隙，逐漸形成地表裂縫。

3.4 底部煤層采空

底部采煤，形成大面積的采空區(qū)，改變原有山體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致應(yīng)力不斷調(diào)整。由于底部懸臂梁效應(yīng)和不均勻沉陷，井下地壓強烈，煤柱被壓裂，導(dǎo)致山體裂縫快速發(fā)展。

3.5 水的作用

鏈子崖危巖區(qū)裂縫發(fā)育，眾多寬大裂縫切割了所有炭質(zhì)頁巖軟弱夾層，直到煤層。大氣降雨和地表水沿裂縫溶洞下滲，使其在灰?guī)r中所夾的炭質(zhì)頁巖或煤層飽水軟化，降低了軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，增強了巖體中的靜水滲透壓力。在崩塌、滑坡邊界條件具備的情況下，軟弱面上部巖體便產(chǎn)生崩塌、滑移［11］。

4 大氣降雨情況

鏈子崖地處鄂西暴雨區(qū)內(nèi)，年平均降雨量為1100mm，雨量多集中于05—09月，07—08月常遇暴雨。據(jù)歷史記載，有記錄的最大月降雨量為359.1mm，最大日降雨量為192.3mm，最大時降雨量為85.4mm，常因此釀成崩滑地質(zhì)災(zāi)害。雨水作用是加劇巖體變形的重要影響因素。2009年全年，秭歸縣歸州鎮(zhèn)累計降雨824.9mm，全年最大降雨量為206.1mm(05月)，最小降雨量為16.5mm(01月)。

5 大氣降雨對危巖體變形的影響分析

5.1 選取危巖體T8～T12縫段危巖體為主要研究對象

2009 年T8～T12縫段張開、閉合月變量 (簡稱張合月變量)和降雨量關(guān)系 (見圖3)。圖3中裂縫張合變化量“+”表示縫相對張開，“-”表示縫相對閉合。

圖3 2009年T8～T12縫段張合月變量和降雨量關(guān)系圖

5.2 2009年長江新攤江段水位

2009 年長江新灘江段全年平均水位為159m，06—09月江段水位相對平均水位較低，11—12月江段水位相對平均水位較高，但總體水位升降變化不大。詳細(xì)情況見2009年長江新灘江段水位 (見圖4)。

圖4 2009年長江新攤江段水位變化圖

5.3 討論與總結(jié)

(1)圖3中，隨著大氣降雨量的變化，T8～T12的縫段危巖體張合月變量也隨之產(chǎn)生微小變化，變形范圍在-1.00～0.50mm。

(2)圖3中，大氣降雨對T8～T12縫段危巖體變形的影響不明顯，沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。

(3)圖3中，比較T8～T12縫段危巖體的張合月變量，顯然可見在同等降雨量條件下，T11縫段變形較其余縫段大。

(4)圖4中，從庫區(qū)水位升降情況看，2009年全年范圍內(nèi)長江新灘段水位并沒有發(fā)生明顯的升降。

5.4 防水防滲措施

雖然降雨對鏈子崖危巖體影響不大，但是由于鏈子崖本身特點，一旦失穩(wěn)，將產(chǎn)生巨大的危害性，故采取工程防治措施。T8～T12縫區(qū)及其南西部筲箕洼斜坡的匯水面積約0.875km2，由于坡面向北西傾斜，大部分地表水主要匯集于筲箕洼巖溶槽谷坳溝和九子攆母溝排泄人江。加之已修建千余米地表排水系統(tǒng)的導(dǎo)流、排洪作用，地表水直接流進(jìn)T8～T12縫區(qū)的水量有限。雖然危巖區(qū)承雨面積約2.5×104m2，發(fā)育有39條大小裂縫，縫寬0.1～3.0m，長30～160m，深67～148m，主縫尖滅于R203和R00l軟層上，但是，暴露于地表的裂縫基本被護蓋，大氣降雨和地表水沿裂縫 (隙)滲入危巖體中的水量少。

5.5 監(jiān)測曲線分析

為了全面的監(jiān)測T8～T12縫區(qū)危巖體的整體穩(wěn)定性，對“五萬方”危巖錨索加固、煤層采空區(qū)回填進(jìn)行了監(jiān)控，布設(shè)了6條監(jiān)測剖面，在每條剖面上進(jìn)行各種觀測，并對各種監(jiān)測手段取得的資料進(jìn)行綜合的分析和評價。

危巖體錨索加固施工之前 (1978年前)，“五萬方”危巖體主要是朝N20°W發(fā)生位移，其速率是1.3～3.6mm/a，在危巖體進(jìn)行治理后，“五萬方”危巖體的變形已經(jīng)不再活躍，逐漸的穩(wěn)定下來 (見圖5、6)。進(jìn)而說明鏈子崖危巖體的防水，防滲和加固等防治工程效果顯著。

圖5 T8～T9縫段巖體位移監(jiān)點水平位移過程曲線圖

圖6 T9～T11縫段巖體位移監(jiān)點水平位移過程曲線圖

6 結(jié)語

通過對比與分析2009年12個月鏈子崖T8～T12縫段危巖體的變形監(jiān)測中縫張合月變量數(shù)據(jù)，可知大氣降雨對鏈子崖T8～T12縫段危巖體的影響很弱，變形在誤差容許范圍內(nèi)，漸趨穩(wěn)定。因此說明鏈子崖危巖體的防水，防滲和加固等防治工程效果顯著，并且處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

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