陳家灣崩塌形成演化過程與成因機(jī)制分析

莫春雷，易春瑤，常亮（湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢430034）

陳家灣崩塌形成演化過程與成因機(jī)制分析

莫春雷，易春瑤，常亮（湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢430034）

崩塌是山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害中的一種類型，也是一種自然動力地質(zhì)現(xiàn)象。通過對陳家灣崩塌基本特征進(jìn)行調(diào)查，綜合分析了陳家灣崩塌的形成演化過程和形成條件，為陳家灣崩塌的治理方案設(shè)計提供參考。

崩塌；演化過程；成因機(jī)制

前言

陳家灣崩塌危巖體位于湖北省?？悼h馬橋鎮(zhèn)橫溪村三組山體北側(cè)坡，斜坡坡度較陡，略向北西傾斜，高差約120多米，坡腳為人工采空區(qū)，對坡體進(jìn)行了一定程度的開挖，對坡形破壞較大。據(jù)調(diào)查，2008年10月該崩塌體發(fā)生變形，后緣出現(xiàn)寬10～20cm的拉張裂縫，并出現(xiàn)0.2m的垂直錯距。2015年2月因?？档卣鹪俅巫冃?，垂向裂縫貫穿山頂，遠(yuǎn)處清晰可見。位于后緣的3根監(jiān)測樁完全滑落，現(xiàn)已重新安裝。

崩塌體基本特征表現(xiàn)為：整體坡向350°，坡形呈凹形，上陡下緩，在高程1330～1360m處形成高約30m的危巖體，危巖體寬40m，長10m，危巖體向外凸出，自然地形近直線傾斜狀，潛在崩塌危巖體總體積12000m3，為一錯斷式中型崩塌。崩塌體巖性為神農(nóng)架群大巖坪組白云巖，巖層產(chǎn)狀62°∠42°，根據(jù)產(chǎn)狀與坡向的組合關(guān)系，斜坡為橫向坡（見圖1）。

1 崩塌危巖體形成演化過程

陳家灣崩塌形成條件復(fù)雜，根據(jù)對崩塌危巖體和崩塌堆積物的現(xiàn)場調(diào)查，高陡斜坡是此崩塌發(fā)生的必要條件，不均一的巖層為其形成提供了物質(zhì)條件，采礦活動改變了斜坡的應(yīng)力分布，局部出現(xiàn)應(yīng)力集中產(chǎn)生裂隙，在降雨和地震外界影響因素作用下，隨著裂隙的擴(kuò)展、延伸直至連通，巖體變形增大，脫離母體的危巖體向臨空面方向位移，巖體抗力不斷減少，局部巖體失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌，最后發(fā)生此漸進(jìn)性破壞，形成崩塌堆積體。該崩塌堆積體的形成機(jī)制分為以下三個階段：

圖1 陳家灣崩塌全景

1.1 應(yīng)力重分布卸荷回彈階段

斜坡在形成過程中，應(yīng)力發(fā)生重分布。表現(xiàn)為主應(yīng)力跡線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最大主應(yīng)力跡線平行于臨空面，最小主應(yīng)力跡線則與臨空面正交，導(dǎo)致在坡腳和坡頂相應(yīng)的出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。斜坡在卸荷階段，臨空面附近產(chǎn)生拉應(yīng)力集中帶，坡腳附近剪應(yīng)力增高。坡體向臨空方向卸荷回彈，并與坡體上部形成自上而下的卸荷裂隙帶，使原有巖體在應(yīng)力集中和卸荷雙重作用下，結(jié)構(gòu)變得破碎。

1.2 裂隙發(fā)展及潛在崩塌體形成階段

主要為風(fēng)化、剝蝕、降雨沖刷等外部自然營力下產(chǎn)生形成現(xiàn)今崩塌形態(tài)特征的過程。巖體受日照、降雨等風(fēng)化作用下，發(fā)生差異性風(fēng)化，促使結(jié)構(gòu)面不斷的擴(kuò)展、延伸，同時又為后期風(fēng)化提供了條件。加之地震、人類工程活動的擾動等特殊外力作用，巖體結(jié)構(gòu)變得更加破碎，巖體的穩(wěn)定性顯著降低。由于巖層的不均一性，坡面巖層經(jīng)過長期的差異風(fēng)化而出現(xiàn)凹巖腔，從而在坡面上出現(xiàn)局部倒懸坡。倒懸坡坡體內(nèi)部與邊緣的應(yīng)力分布十分不均勻，斜坡的眉峰兩面臨空，處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，此處的巖土塊體也就成了潛在危巖體。

1.3 漸進(jìn)性破壞崩塌階段

當(dāng)在強(qiáng)降雨或者地震等敏感性因素作用下，導(dǎo)致局部巖體失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌，在重力的作用下，經(jīng)過滾動、碰撞，最后堆積于坡腳。軟硬相間的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其形成許多大大小小的凹巖腔，為巖體的進(jìn)一步崩塌提供了條件，其又會接著（1）（2）階段產(chǎn)生漸進(jìn)性破壞，發(fā)生崩塌。

陳家灣崩塌所在山體下部為采礦礦洞，地下采礦活動誘發(fā)山體斜坡內(nèi)部巖體應(yīng)力變化，導(dǎo)致巖體工程地質(zhì)條件改變，隨著開采工作面的推進(jìn)，導(dǎo)致其上部巖層局部失去支撐。采空區(qū)上覆巖體在垂直方向和水平方向上均會受到先拉后壓的應(yīng)力應(yīng)變作用，在上覆巖體自重力作用下產(chǎn)生壓縮及塑性變形，使陡傾角卸荷裂隙帶的拉裂擴(kuò)張隨時間累進(jìn)性發(fā)展，在坡體的后緣產(chǎn)生張性裂縫。受采空區(qū)影響，巖體卸荷裂隙發(fā)育，裂隙面不斷擴(kuò)展貫通，造成巖層逐漸錯斷形成倒懸危巖體 （圖2～3），陳家灣崩塌現(xiàn)正處于漸進(jìn)性破壞崩塌階段。

圖2 陳家灣崩塌剖面示意圖

圖3 陳家灣崩塌平面示意圖

2 崩塌形成條件

崩塌是斜坡體系統(tǒng)在外部因素作用下，部分巖土塊體脫離斜坡母體而形成的。陳家灣崩塌的形成條件主要有人類工程活動、地震、構(gòu)造、地層巖性、地形地貌、氣象水文等。

2.1 人類工程活動

人為活動會引起斜坡體系統(tǒng)外部環(huán)境的變化，為崩塌的發(fā)生創(chuàng)造了激發(fā)條件。采礦時，地下坑道洞室開挖，采空區(qū)周圍一定范圍內(nèi)的應(yīng)力發(fā)生變化，應(yīng)力場出現(xiàn)新的分布，破壞原來的平衡狀態(tài)，使山體開裂，貫穿的裂縫切割巖體，造成了危巖體的形成失穩(wěn)。此外，采礦的爆破震動，使巖層松動，卸荷裂隙發(fā)育。

2.2 地震及構(gòu)造活動

地震引起的山體震動可引起斜坡體在垂直方向和水平方向上的急劇、反復(fù)的應(yīng)力變化，破壞坡體內(nèi)部和臨空面原有的脆弱力學(xué)平衡，導(dǎo)致危巖體失去重心。地震甚至可以使一些原本較穩(wěn)定的巖土塊體也發(fā)生崩塌。2015年2月陳家灣崩塌因?？档卣鹱冃?，致使垂向裂縫貫穿山頂。因此，地震是崩塌發(fā)生頻率和規(guī)模最大的一種外在激發(fā)因素。

而構(gòu)造對崩塌形成的影響表現(xiàn)為：構(gòu)造作用形成的各向節(jié)理面，對坡體產(chǎn)生切割、分離，使巖體破碎，其中沿一組外傾陡節(jié)理327°∠87°最為發(fā)育，為采空區(qū)變形裂縫延伸、卸荷裂隙追蹤擴(kuò)容及地下水滲流創(chuàng)造了條件。

2.3 地層巖性

災(zāi)害體發(fā)育巖層為中厚層堅硬的白云巖，因巖石強(qiáng)度較大，裂隙發(fā)育時，巖石常呈塊體，塊體之間分離面摩擦力也較大，塊體之間相互鉸合，形成高而陡的坡形。由于巖層的不均一性，巖石的差異性風(fēng)化，在陡坡上形成凹巖腔，使上部塊體巖層懸空，當(dāng)巖層自身重力超出巖層間的摩擦力及相互的鉸合力時，巖層即崩落失穩(wěn)。

2.4 地形地貌

崩塌危巖體位于自然斜坡坡頂?shù)亩噶⒚嫔?，斷面近于直立，略向北西傾斜，高差約120多米，坡形呈凹型，上陡下緩，崩塌危巖體呈塊狀懸空，巖體下方的凹槽腔及凹形地形使危巖體部分臨空，為卸荷裂隙形成及剪出提供了有利條件。

2.5 氣象水文

降水入滲可增大巖石裂隙網(wǎng)絡(luò)中的動水壓力，提高坡體向臨空面方向的推力；同時雨水的浸潤使裂隙分離面兩側(cè)的巖土軟化，或減小分離面的抗滑阻力。此外，晝夜溫差變化也會對崩塌發(fā)育造成不同程度影響，使暫時穩(wěn)定的危巖體可能在某一時刻突然失穩(wěn)。

3 變形破壞模式

根據(jù)崩塌現(xiàn)今變形跡象及地形地質(zhì)條件綜合分析，陳家灣崩塌危巖體變形破壞模式為錯斷式崩塌。錯斷式崩塌形成于斜坡體上部陡立巖體，受控于巖體中主要發(fā)育的3組節(jié)理裂隙面，L1：327°∠87°，為主控裂隙面，使山體巖層垂向錯斷，山頂后緣可見縫寬0.2m；L2：88°∠49°；L3：62°∠24°，為巖層的層面裂隙。各節(jié)理裂隙斜交切割巖層，將巖層分割成大的塊體，卸荷裂隙沿3組節(jié)理面追蹤破壞，在巖體自重下沿某一巖面產(chǎn)生最大剪應(yīng)力超過巖體抗減強(qiáng)度時，危巖易沿節(jié)理面錯斷崩塌。

[1]蔡美峰.巖石力學(xué)與工程[M]．科學(xué)出版社，2002.

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[3]馬宏宇.四川茂縣維城鄉(xiāng)前山危巖體變形機(jī)理研究[J]，地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2009（3）.

P642.22

A

2095-2066（2016）22-0061-02

2016-7-12

莫春雷（1987-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事水工環(huán)工作。