新疆托克遜縣克爾堿巖畫崩塌地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張?zhí)炝x

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

?

新疆托克遜縣克爾堿巖畫崩塌地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張?zhí)炝x

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

克爾堿巖畫石刻水系圖位于新疆托克遜縣，在查明新疆托克遜縣克爾堿巖畫巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害基本地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征進(jìn)行總結(jié)和分析，并運(yùn)用定性和定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法對(duì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：研究區(qū)危巖體分布于崩塌體坡面陡崖上，巖性為侏羅系砂巖，崩塌類型為傾倒式巖質(zhì)崩塌，發(fā)育規(guī)模為小型；根據(jù)定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌邊坡穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。

克爾堿巖畫；巖質(zhì)崩塌；發(fā)育特征；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

托克遜縣位于東天山南麓，吐魯番盆地西緣，研究區(qū)克爾堿巖畫石刻水系圖位于托克遜縣北克爾堿鎮(zhèn)西北約8 km處，距離托克遜縣城約71 km，交通十分便利。研究區(qū)位于歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，具典型的大陸性暖溫帶極干旱氣候特點(diǎn)。根據(jù)托克遜縣氣象站2010～2015年多年平均資料，研究區(qū)內(nèi)多年平均氣溫15.2℃，多年平均降水量11.2 mm，多年平均蒸發(fā)量3 300.1 mm。降水主要集中在4～10月，多年平均降水量10.1 mm，占全年降水量的90%以上。

本文在對(duì)研究區(qū)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌災(zāi)害野外實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合并參考相關(guān)研究成果[1-6]，對(duì)研究區(qū)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌危巖體的地質(zhì)環(huán)境和發(fā)育特征進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，并運(yùn)用野外判定法和赤平投影分析法對(duì)崩塌危巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為進(jìn)一步開展區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害防治勘查、工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)性依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境分析

1.1 地形地貌

勘查區(qū)區(qū)域上位于克爾堿鎮(zhèn)庫(kù)加依溝河谷內(nèi)，地處構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)。海拔400～1 000 m之間，相對(duì)高差10～50 m，經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕作用，山體斷斷續(xù)續(xù)。河谷開闊，多呈“U”型溝谷。崩塌災(zāi)害所在的山坡地勢(shì)陡峻，坡度近90°，坡高約為7 m。坡面基巖風(fēng)化破碎，無(wú)植被發(fā)育。坡腳可見散落較多崩落的塊石、碎石。

1.2 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查，研究區(qū)出露的地層為侏羅系和第四系。其中侏羅系出露于科牙依、白楊河口等地，有下侏羅統(tǒng)八道灣組中侏羅統(tǒng)三工河組和西山窯組、上侏羅統(tǒng)頭屯河組。巖性為中風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化砂巖、粉砂巖等。而第四系主要分布于水系圖巖畫所在的山坡上，巖性為砂卵礫石。呈青灰、灰黑色，較松散，磨圓度中等，多呈次圓狀，分選性一般，覆蓋于侏羅系地層之上，厚度較小。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

研究區(qū)大地構(gòu)造位于北天山褶皺帶一級(jí)構(gòu)造單元，其中包括伊連哈比爾尕復(fù)背斜1個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元。此外，研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造單元屬于依連哈比爾尕山復(fù)背斜，附近無(wú)活動(dòng)斷裂通過(guò)。危巖體坡面可見有1處微地質(zhì)構(gòu)造，構(gòu)造類型為正斷層，斷層寬度0.68 m，斷層泥充填，上盤產(chǎn)狀179°∠30°，下盤產(chǎn)狀213°∠18°，呈北西向延伸，在危巖體坡面延伸長(zhǎng)度約15 m。最后，托克遜縣屬中度地震區(qū)，境內(nèi)地震活動(dòng)頻繁，強(qiáng)地震使巖體破碎、產(chǎn)生裂縫，并形成大量碎屑物質(zhì)，加劇地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)。

1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)地下水根據(jù)其賦存條件，水理性質(zhì)及水力特征，主要為基巖裂隙水，分布于研究區(qū)周邊山區(qū)。基巖裂隙水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，經(jīng)過(guò)短途徑流，以泉水、河谷潛流和側(cè)向徑流方式排泄，并轉(zhuǎn)換為地表水或補(bǔ)給山前平原地下水。

1.5 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)分布的工程地質(zhì)巖組包括巖組和土體兩大類。巖組為塊狀、互層狀堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬碎屑巖組，土體為礫類土。

(1)堅(jiān)硬-較堅(jiān)硬塊狀、互層狀以碎屑巖為主巖組廣泛分布于勘查區(qū)內(nèi)。巖性主要為砂巖，巖石力學(xué)強(qiáng)度低，抗風(fēng)化能力弱。

(2)研究區(qū)內(nèi)出露的土體主要為礫類土。礫類土分布于山間溝谷、沖洪積扇以及河道內(nèi)。由全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)沖洪積層組成。巖性為巨礫、卵礫、砂粒夾砂性土透鏡體。工程地質(zhì)條件良好。

1.6 人類工程活動(dòng)

研究區(qū)周邊主要人類工程活動(dòng)為煤礦開采、交通運(yùn)輸、游客旅游等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，煤礦開采對(duì)周圍地質(zhì)環(huán)境影響較大，部分區(qū)域出現(xiàn)地面塌陷現(xiàn)象，其他人類活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響程度較小。

2 研究區(qū)巖質(zhì)崩塌發(fā)育特征分析

研究區(qū)內(nèi)的崩塌災(zāi)害危巖體長(zhǎng)7 m，寬度22 m，厚度約2 m，危巖體體積約300 m3，坡腳堆積體較少，少于50 m3。結(jié)合《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)中崩塌分類及特征表及《滑坡崩塌泥石流災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查規(guī)范》(1:50000)中關(guān)于崩塌規(guī)模等級(jí)的劃分，將克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌類型劃分為傾倒式巖質(zhì)崩塌，規(guī)模為小型。

2.1 危巖體

研究區(qū)崩塌災(zāi)害為巖質(zhì)傾倒式崩塌，危巖體分布于崩塌體坡面陡崖上，危巖體巖性為侏羅系砂巖，巖層產(chǎn)狀為174°∠31°，陡崖坡向?yàn)?0°，根據(jù)產(chǎn)狀及坡向判斷該崩塌斜坡為一平緩層狀斜坡。危巖體分布高程841-848m，坡面危巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，主要控制裂隙五組，裂隙產(chǎn)狀分別為313°∠75°、235°∠20°、231°∠60°、64°∠51°、8°∠38°，這五組結(jié)構(gòu)面較粗糙，局部貫通，結(jié)合性差，以巖石碎屑物填充，局部處于臨空狀態(tài)，斷面(20×5 m范圍)主要節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示，由于受風(fēng)化、雨水、車輛震動(dòng)、重力作用、地震作用極易發(fā)生崩塌災(zāi)害，威脅坡頂自治區(qū)級(jí)文物克爾堿巖畫石刻水系圖、坡腳道路及過(guò)往行人安全。研究區(qū)崩塌危巖體如圖1所示。

表1 斷面(20×5m范圍)主要節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)表

2.2 崩塌堆積物

本次勘查對(duì)危巖體坡腳堆積物進(jìn)行調(diào)查，經(jīng)調(diào)查崩塌危巖體由坡面脫離在坡腳堆積，坡腳堆積物較少，以塊狀巖體為主，巖石風(fēng)化碎屑物充填，塊石塊度1.2×0.8×0.6 m。研究區(qū)研究區(qū)坡腳墜落堆積體如圖2所示。

圖1 研究區(qū)崩塌危巖體 圖2 研究區(qū)坡腳墜落堆積體

2.3 植被發(fā)育

克爾堿巖畫處地形坡度相對(duì)較陡，地表薄層土體覆蓋，底部為基巖，降雨稀少，坡頂未見有植被發(fā)育，僅在坡腳可見植被零星發(fā)育。

3 研究區(qū)巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)

本文對(duì)巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用野外判定法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，危巖帶所斜坡整體坡度近90°，坡面凹凸不平，坡面無(wú)植被發(fā)育，從地形地貌上判定為穩(wěn)定性差。坡面出露基巖巖性為砂巖，由于風(fēng)化作用巖體結(jié)構(gòu)破碎，裂縫裂隙發(fā)育切割較深，結(jié)構(gòu)面不連續(xù)，從地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面判定為穩(wěn)定性差。研究區(qū)位于風(fēng)口，風(fēng)力資源豐富，氣候干燥少雨，晝夜溫差較大，從水文氣象方面判定為穩(wěn)定性較差。由于研究區(qū)為文物保護(hù)區(qū)，人類工程活動(dòng)較少，對(duì)整體環(huán)境的影響也較小，從人類工程活動(dòng)方面判定穩(wěn)定性好。結(jié)合四個(gè)方面綜合判定崩塌危巖帶穩(wěn)定性為差。

3.2 巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害測(cè)量成果，巖質(zhì)潛在崩塌危巖體破壞形式主要為傾倒式崩塌。危巖帶潛在崩塌穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)選取各潛在崩塌體的典型危巖單體進(jìn)行計(jì)算。

3.2.1 破壞計(jì)算模型

針對(duì)傾倒式破壞計(jì)算采用《巖土勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)》與《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)中推薦的計(jì)算模型進(jìn)行分析。傾倒式崩塌不穩(wěn)定巖體的上下各部分和穩(wěn)定巖體之間均有裂隙分開，一旦發(fā)生傾倒，將以A點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，檢算時(shí)應(yīng)考慮各種附加力的最不利組合。在雨季張開的裂隙可能為暴雨充滿，應(yīng)考慮靜水壓力；Ⅶ度以上地震區(qū)，應(yīng)考慮水平地震力作用。如不考慮其他力，則崩塌體的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)K可按下式計(jì)算：

(1)

圖3 危巖帶所在坡面剖面示意圖

3.2.2 崩塌危巖體穩(wěn)定性計(jì)算及分析

1)計(jì)算約定

(1)危巖體的邊界以危巖體的主導(dǎo)裂隙的切割、控制為主，其計(jì)算深度以主導(dǎo)裂隙與現(xiàn)有地面的交線為準(zhǔn)，大于該深度的裂隙切割體不參與計(jì)算。

(2)危巖體破裂面處的截面積采用AutoCAD軟件直接從平面、剖面上量取。除主導(dǎo)裂隙外，假定裂隙的延伸深度為2/3破裂面。

(3)從危巖帶選出具有代表性巖塊進(jìn)行參數(shù)取值參加計(jì)算，a為巖塊長(zhǎng)度，b為巖塊寬度，h為巖塊高度，V為巖塊體積。

2)計(jì)算剖面選取及參數(shù)取值

(1)計(jì)算參數(shù)取值，如表2所示。

(2)計(jì)算剖面選取，如圖3所示。

3.2.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)穩(wěn)定性劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)內(nèi)危巖帶穩(wěn)定性為不穩(wěn)定-基本穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)果如表3所示。根據(jù)定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌邊坡穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。

表2 傾倒式危巖體計(jì)算模型參數(shù)表

表3 危巖體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)位于庫(kù)加依溝河谷內(nèi)，地處構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)。海拔400～1 000 m之間，相對(duì)高差10～50 m。區(qū)內(nèi)出露的地層為侏羅系和第四系，侏羅系主要為中風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化砂巖，第四系巖性主要為砂卵礫石。區(qū)內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水，工程地質(zhì)巖組為塊狀、互層狀堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬碎屑巖組，土體為礫類土。

(2)研究區(qū)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌類型劃分為傾倒式巖質(zhì)崩塌，規(guī)模為小型。危巖體分布于崩塌體坡面陡崖上，危巖體巖性為侏羅系砂巖，巖層產(chǎn)狀為174°∠31°，陡崖坡向?yàn)?0°，根據(jù)產(chǎn)狀及坡向判斷該崩塌斜坡為一平緩層狀斜坡。

(3)對(duì)區(qū)內(nèi)崩塌危巖體進(jìn)行了定性和定量評(píng)價(jià)。克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌根據(jù)野外判定法綜合判定穩(wěn)定性為差；根據(jù)定量評(píng)價(jià)方法，按最不利組合考慮，克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌邊坡定量評(píng)價(jià)為不穩(wěn)定；根據(jù)定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌邊坡穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。

[1]吳琴. 巖質(zhì)邊坡崩塌破壞機(jī)理及其穩(wěn)定性分析方法[D].重慶交通大學(xué).2010.

[2]許雷濤, 何劍波. 農(nóng)一師電力公司煤礦巖質(zhì)崩塌發(fā)育特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J]. 地下水.2016.38(4).

[3]張秀童. 四川某崩塌區(qū)危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].中國(guó)煤炭地質(zhì).2010.22(5):49-51.

[4]劉宇, 陳軍.巴中市南江縣冰縫巖崩塌的發(fā)育特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].西部探礦工程.2014.26(1):11-12.

[5]沈強(qiáng), 陳從新, 汪稔. 三峽庫(kù)區(qū)水平層狀巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖土力學(xué).2005.(s2):16-20.

[6]張旭光, 張永軍, 張黎. 蘭州市西固區(qū)河口鎮(zhèn)八盤村崩塌穩(wěn)定性分析[J]. 地下水.2015.(05): 210-213.

2017-02-13

張?zhí)炝x(1989-)，男，新疆昌吉人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害工作。

P642.21

B

1004-1184(2017)03-0205-03