廣元千佛崖北區(qū)崖體危巖形成機制及破壞模式

楊 凱 丁梓涵 吳冠仲

(1.中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000； 2.國家文物局石窟保護技術(shù)重點科研基地，甘肅 蘭州 730000； 3.甘肅省巖土文物保護工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

廣元千佛崖摩崖造像是四川省境內(nèi)規(guī)模最為宏偉的石刻摩崖造像保護單位，素有“歷代石刻藝術(shù)陳列館”之稱，是我國佛教藝術(shù)的珍貴遺產(chǎn)。

千佛崖北區(qū)地形陡峭，巖體松弛卸荷、裂隙十分發(fā)育，形成危巖體，直接威脅崖壁摩崖造像的安全保存，以及景區(qū)內(nèi)構(gòu)建筑物和人身安全，亟需進行危巖治理以保護摩崖造像文物。

本文以廣元千佛崖摩崖造像賦存崖體的危巖體為研究對象，基于野外詳細調(diào)查，通過地質(zhì)分析，對區(qū)域內(nèi)危巖體的發(fā)育分布特征、破壞類型和形成機制進行分析。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

廣元千佛崖摩崖造像，位于四川省廣元市利州區(qū)工農(nóng)鎮(zhèn)千佛崖景區(qū)，坐落于嘉陵江上游東岸，坐東向西，分布在走向近南北，北區(qū)崖體長約480 m。千佛崖北區(qū)勘察區(qū)工程范圍立面圖如圖1所示。

千佛崖景區(qū)地貌單元屬構(gòu)造剝蝕單斜低山地貌區(qū)，山體為長梁狀單斜丘陵。坡體中上部崖壁陡峭直立，垂直高差達40 m，基巖出露，為危巖主要發(fā)育部位。

千佛崖北區(qū)地層為侏羅系中統(tǒng)千佛崖組(J2q)泥質(zhì)砂巖，巖層產(chǎn)狀200°～226°∠17°～24°。勘察區(qū)內(nèi)巨厚層砂巖巖體中發(fā)育著兩組構(gòu)造裂隙，產(chǎn)狀35°～70°∠65°～90°和290°～335°∠65°～90°，呈“X”形展布，成組成系發(fā)育。

千佛崖地層為弱透水層，地下水主要為孔隙潛水和基巖裂隙水。景區(qū)北側(cè)蘭草園凹形走廊附近經(jīng)排水管排出的基巖裂隙水，長期呈滴水狀持續(xù)排出。

2 危巖分布及發(fā)育特征

千佛崖摩崖造像賦存崖體主要發(fā)育危巖體、危巖區(qū)及崩塌堆積區(qū)共12處。崖體中上陡下緩，中上部發(fā)育有危巖單體和危巖區(qū)，下部發(fā)育有危巖體及前期崩坡堆積物。

千佛崖危巖體形態(tài)各異，按危巖存在狀態(tài)及控制條件，主要有貼坡式和懸臂式；按危巖體外形，主要為塊狀、板狀、楔形體。

千佛崖危巖規(guī)模大小不等，崖體下部危巖多以大型～特大型危巖單體為主，中上部危巖多以中型～大型危巖帶為主。危巖分類統(tǒng)計如圖2所示。

3 危巖變形破壞模式

根據(jù)危巖體幾何形態(tài)、主控結(jié)構(gòu)面特征和變形破壞跡象，將千佛崖北區(qū)摩崖造像賦存崖體危巖破壞類型分為滑移式、傾倒式、墜落式3種。

3.1 滑移式

滑移式主要發(fā)生于位于陡斜坡面，前緣下部存在臨空條件，呈順層貼坡式板狀、塊狀存在的危巖體，如圖3所示。在降雨、地震等強大外力作用時，危巖與母巖之間的主控結(jié)構(gòu)面抗剪強度不足以平衡應力，將發(fā)生剪壓破壞，導致危巖體向下滑動破壞，在有順傾臨空方向的結(jié)構(gòu)面時更加易于發(fā)生。

3.2 傾倒式

傾倒式主要發(fā)生于位于陡崖上方坡頂，后緣及頂部存在張拉裂隙，使其與母巖分離的孤立式塊狀、板狀、片狀危巖，如圖4所示。在降雨、地震等強大外力作用時，危巖體與后壁及底部母巖之間的潛在破裂面處應力超過其抗拉強度，破裂面發(fā)生拉張破壞，導致危巖體以根部為轉(zhuǎn)折點向臨空方向傾倒。

3.3 墜落式

墜落式主要發(fā)生于受裂隙劇烈切割呈楔形及塊狀存在的危巖體，同時因危巖底部存在巖腔，使其局部凸出懸空，如圖5所示。當外力作用如降雨情況下巖土體強度降低，潛在破裂面處巖體強度不足以滿足自重的平衡關系時，裂隙面拉張貫通發(fā)生拉剪破壞，導致危巖體墜落崩塌。

4 危巖形成機理及影響因素

地形地貌、地層巖性、巖層組合、巖體結(jié)構(gòu)條件是危巖體形成的內(nèi)在基礎條件；水的作用、地震、溫濕度、植物生長、人為因素是危巖體失穩(wěn)的外在影響及誘發(fā)因素。千佛崖北區(qū)危巖形成機理及影響因素如圖6所示。

4.1 地形地貌

勘察區(qū)地形陡峭，崖體垂直相對高差10 m～45 m，陡峻的臨空條件使巖體更易受到風化，造成較強的重力卸荷，易形成平行于崖面的卸荷裂隙，是形成崩塌危巖的必要條件。

4.2 地層巖性

勘察區(qū)地層巖性為砂巖，局部夾薄層軟弱泥巖。砂巖天然吸水性和滲透性較好，水化作用速度快，巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，淺表層巖石成分易遭到破壞。

4.3 巖層組合

勘察區(qū)砂巖、泥巖軟硬相間的組合巖體接受差異風化，軟巖抗風化能力較差、風化速度快，逐漸退去形成負地貌，硬質(zhì)巖石因抗風化能力較強而形成陡崖，因差異風化而形成的巖腔，其上部為向外懸挑的危巖，如圖7所示。

4.4 巖體結(jié)構(gòu)

勘察區(qū)構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙、巖層面與崖面交叉組合，將陡坡崖體切割成各種規(guī)模不一的楔形狀、塊狀、碎塊狀體，如圖8所示。千佛崖巖體結(jié)構(gòu)赤平投影分析如圖9所示。

4.5 水的作用

水的作用包括降雨的淋漓和機械沖蝕、坡面徑流、沿裂縫滲流、地下水作用、凝結(jié)水作用等方面，將造成裂隙張開擴展、巖石表層劣化剝落、巖體可溶鹽運移等，促進危巖的形成與發(fā)展。

4.6 地震

強烈的地震會直接造成巖體失穩(wěn)破壞，大地震及余震反復作用會產(chǎn)生疲勞破壞：顯性震損破壞如崖體新裂縫產(chǎn)生、原有裂縫擴張延長、巖體表面片狀剝離脫落；隱性震損破壞如巖石風化程度加速等。

4.7 溫濕度

廣元地區(qū)晝夜溫差和季節(jié)溫差變化較大。溫度變化會導致巖土體產(chǎn)生交替的膨脹收縮反復作用；組成巖體的吸熱膨脹、冷卻收縮性能不一致的不同礦物之間產(chǎn)生裂隙，逐漸降低巖體穩(wěn)定性。

4.8 風蝕

千佛崖處在嘉陵江風口上，崖體淺表層巖體將在夾帶粉塵、微粒的高速風作用下遭到直接的動能沖擊而被吹蝕、磨蝕，出現(xiàn)局部粉末化、顆粒化剝落殆盡。

4.9 植物生長

勘察區(qū)喬木和灌木植物根系發(fā)達，根系沿巖體天然裂隙、軟弱層面等部位生長，延伸數(shù)米至數(shù)十米，對巖體兩壁具有根劈作用，使得裂隙不斷張開擴大，導致危巖體變形不斷加劇，如圖10所示。

5 結(jié)語

通過對廣元千佛崖北區(qū)摩崖造像賦存崖體的危巖詳細調(diào)查，分析了區(qū)域內(nèi)危巖體的發(fā)育分布特征、失穩(wěn)破壞模式，分析了影響危巖體形成機理，探討了各因素對危巖體形成的作用機制和意義。