斷裂構(gòu)造對大型堆積層滑坡的約束控制作用研究

趙 甫

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引言

滑坡問題是山區(qū)工程建設(shè)中的一個重大工程地質(zhì)問題，在各類滑坡中又以堆積層滑坡最為發(fā)育，其往往具有如下明顯地貌特征，即后緣常為基巖陡壁，陡壁下方為一緩坡，兩側(cè)邊界為基巖陡壁或沖溝，前緣坡腳多遭受河流或溝谷水流沖刷[1，2]。

在滑坡防治工作中，因?qū)逻吔鐥l件及水文地質(zhì)條件的認(rèn)識不足或錯誤，而導(dǎo)致治理工程失敗的案例，多有發(fā)生[3]；斷裂構(gòu)造使巖體破碎，崩坡積作用強(qiáng)烈，產(chǎn)生大量的崩坡積物質(zhì)，沿斷裂帶易發(fā)育大量的堆積層滑坡，部分大型堆積層滑坡分級處對應(yīng)的滑床陡坎，也有明顯受斷裂構(gòu)造控制的特點(diǎn)。因此，確定大型堆積層滑坡的邊界條件及水文地質(zhì)條件，不僅是滑坡穩(wěn)定性評價的基礎(chǔ)，對滑坡防治工程設(shè)計亦具有重要實(shí)際意義。

人們以往多側(cè)重于研究斷裂構(gòu)造對巖質(zhì)滑坡分布、邊界條件及水文地質(zhì)條件的約束控制作用[4-9]，斷裂構(gòu)造對大型堆積層滑坡的影響甚至是控制性作用則極少考慮。但大量工程實(shí)例表明：以第四系堆積物為主的大型堆積層滑坡，坡體物質(zhì)、性質(zhì)復(fù)雜、規(guī)模巨大，其空間分布、形態(tài)及水文地質(zhì)條件有明顯受斷裂構(gòu)造控制的特點(diǎn)。因此，極有必要從斷裂構(gòu)造角度研究該類滑坡。

作者針對山區(qū)工程建設(shè)中遇到的多處大型堆積層滑坡典型案例，首先分析了斷裂構(gòu)造與大型堆積層滑坡分布之間的關(guān)系，而后運(yùn)用地質(zhì)力學(xué)調(diào)查分析方法研究了滑坡區(qū)斷裂構(gòu)造的特征及空間組合關(guān)系，揭示了其對大型堆積層滑坡邊界條件的控制作用，最后研究了斷裂構(gòu)造對大型堆積層滑坡的供水作用。研究所得出的斷裂構(gòu)造對大型堆積層滑坡的分布規(guī)律、邊界條件及水文地質(zhì)條件具有控制約束作用的結(jié)論，有利于加深對于該類滑坡的整體認(rèn)識，提升對該類滑坡的防治水平。

1 斷裂構(gòu)造與滑坡空間分布的關(guān)系

斷裂構(gòu)造不僅能造成巖體破碎，且其兩側(cè)地形地貌差異往往較大，使得崩坡積作用強(qiáng)烈，大量的崩坡積物質(zhì)堆積于陡壁下方的緩坡地帶，在一定的誘發(fā)因素作用下形成堆積層滑坡(見表1)。

表1 斷裂帶控制堆積層滑坡分布的工程實(shí)例

大型堆積層滑坡在空間上的分布是不均勻的，有的地帶成群、成片、成帶密集發(fā)育，有的地帶零星分布，主要是受斷裂性質(zhì)及不同的斷裂交匯型式所控制。

斷裂性質(zhì)對堆積層滑坡分布的控制。

斷裂構(gòu)造對大型堆積層滑坡的空間展布具有直接控制作用。其中，又以壓(扭)性斷裂對沿線山體影響最大，沿線滑坡發(fā)育強(qiáng)度最高，其次為張(扭)性斷裂及扭(壓)性斷裂。在壓(扭)性斷裂的兩側(cè)影響帶內(nèi)，尤其是上盤影響帶，由于該部位低序次斷裂發(fā)育，巖體破碎，易形成風(fēng)化堆積物，加之含水豐富，堆積層滑坡往往成群、成片密集分布，且斷裂規(guī)模愈大，發(fā)育規(guī)模愈大。

該類現(xiàn)象在我國南北斷裂構(gòu)造發(fā)育的橫斷山區(qū)最為典型，如成昆線爾賽河至紅峰段沿越西河擠壓斷裂帶展布，沿斷裂巖體破碎，崩坡積作用強(qiáng)烈，在斷裂上盤和轉(zhuǎn)折部位發(fā)育爾賽河、紅峰大型堆積層滑坡群(見圖1)。

2 斷裂構(gòu)造對滑坡邊界條件的控制

大量工程實(shí)例表明，斷裂構(gòu)造不僅控制巖質(zhì)坡體的基本構(gòu)造格局，且對大型堆積層滑坡的邊界條件亦有明顯的控制作用，具體表現(xiàn)為對大型堆積層滑坡平面邊界條件和底界的控制(見表2)。

2.1 斷裂構(gòu)造對滑坡平面邊界條件的控制

斷裂構(gòu)造對大型堆積層滑坡平面邊界條件的控制，主要表現(xiàn)為不同期次、不同規(guī)模及不同力學(xué)性質(zhì)的斷裂構(gòu)造在平面上組合控制滑坡邊界?，F(xiàn)通過典型案例進(jìn)行說明。

大竹園礦進(jìn)場道路滑坡，該滑坡為一崩坡積層沿下伏頁巖層頂面滑動的大型堆積層滑坡，坡體縱向長約450 m、橫向?qū)捈s230 m，主滑方向120°，最大厚度38 m，滑坡總體積約175×104m3，滑體物質(zhì)主要為灰?guī)r、頁巖風(fēng)化之塊碎石，局部分布透鏡狀粉質(zhì)粘土。

滑坡后緣為一高約80 m、走向25°的陡崖，陡崖呈“上陡下緩”的折線形，陡崖中上部近于直立，組成巖性為奧陶系中統(tǒng)寶塔組(O2b)厚層灰?guī)r；陡崖下部坡角為45°～60°，組成巖性為奧陶系下統(tǒng)湄潭組(O1m)頁巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，呈碎屑狀風(fēng)化、剝落，巖層產(chǎn)狀為308°∠12°，為反向坡。巖體內(nèi)主要發(fā)育兩組剪切節(jié)理，J1：110°∠70°及J2：180°∠75°，陡崖基本沿J1走向延伸(見圖2)。

滑坡左側(cè)邊界為一殘存的斷續(xù)展布的寬緩沖溝，沖溝內(nèi)可見J2節(jié)理呈走向110°的斜列式順溝發(fā)育；右側(cè)邊界為一沿走向約120°、傾向北東向的張扭行正斷層F1發(fā)育的寬緩沖溝；前緣呈“舌”狀突出于邊坡坡腳外。

為了恢復(fù)坡體經(jīng)受過的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動的力學(xué)性質(zhì)及順序，分析斷裂構(gòu)造與該堆積層滑坡邊界條件的關(guān)系，筆者對滑坡周邊斷裂構(gòu)造調(diào)查結(jié)果(如表3所示)及所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征進(jìn)行了斷裂構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)配套分析(見圖3)。

表3 大竹園礦進(jìn)場道路滑坡斷裂構(gòu)造調(diào)查表

根據(jù)上述構(gòu)造形跡及切割關(guān)系，基本可以確定對本區(qū)有明顯影響的構(gòu)造運(yùn)動主要有兩期：

一期構(gòu)造運(yùn)動為N7°W方向呈逆時針轉(zhuǎn)動的力偶，本期構(gòu)造運(yùn)動形成了貫穿本區(qū)的北東向壓扭性構(gòu)造——褶皺，褶皺兩端呈現(xiàn)出逆時針轉(zhuǎn)折的反“S”型特征，與壓扭性構(gòu)造形跡配套的是與褶皺軸線大角度相交方向發(fā)育一系列平行分布的北西向張扭性斷層。

二期構(gòu)造運(yùn)動為單向擠壓構(gòu)造應(yīng)力，方向為N55°E(S55°W)，在其作用下形成了滑坡區(qū)普遍發(fā)育的一對共軛剪切節(jié)理J1：110°∠70°及J2：180°∠75°。

綜上分析，該堆積層滑坡邊界及分級呈現(xiàn)出受斷層、節(jié)理等斷裂構(gòu)造控制的特點(diǎn)，且該堆積層滑坡周邊斷裂構(gòu)造格局的形成，主要受逆時針轉(zhuǎn)動的力偶作用迭加后期單向構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用的綜合結(jié)果。

2.2 斷裂構(gòu)造對滑坡底界的控制

上述大型堆積層滑坡主剖面結(jié)構(gòu)特征清晰表明，斷裂構(gòu)造對大型堆積層滑坡底界，亦有明顯的控制作用。

如陜南略陽縣杜家山滑坡，為一沿狀元碑—觀音寺斷裂帶發(fā)育的大型堆積層滑坡。該斷裂為秦嶺西側(cè)南緣略勉構(gòu)造帶內(nèi)部的一條斷裂?；麦w主要由塊、碎石構(gòu)成，滑坡長900 m，寬約200 m，平均厚度25 m，總體積約480×104m3。該堆積層滑坡的滑帶發(fā)育在基巖頂面，地質(zhì)調(diào)查及鉆孔揭露成果顯示，滑帶系由沿斷裂帶內(nèi)順坡發(fā)育的次級張扭性斷層面發(fā)育而來，鉆孔揭露該部位發(fā)育高溫結(jié)晶巖塊，表明該堆積層滑坡滑帶受斷裂構(gòu)造控制(見圖4)。

綜上所述，大型堆積層滑坡所在山體在歷次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動作用下產(chǎn)生的不同期次、不同規(guī)模及不同力學(xué)性質(zhì)的斷裂構(gòu)造及其組合，控制著大型堆積層滑坡的邊界條件，部分大型堆積層滑坡的縱向分級，亦受斷裂構(gòu)造控制。

大型堆積層滑坡的上述特征表明，其邊界條件繼承了所在斜坡的構(gòu)造格局，其形成過程為：斜坡巖體遭受構(gòu)造切割→巖體破碎→地形地貌差異→陡壁下方的緩坡地帶接收崩坡堆積物→誘發(fā)因素作用下發(fā)生滑動。

3 斷裂構(gòu)造對滑坡的供水作用

大型堆積層滑坡的現(xiàn)場水文試驗發(fā)現(xiàn)，斷裂構(gòu)造對坡體具有不同程度的供水作用，導(dǎo)致該類滑坡常賦存較豐富的地下水，對該類滑坡的發(fā)生起著促進(jìn)作用。有鑒于此，治理該類滑坡往往需要布置一定數(shù)量的地下排水工程，甚至有時成為首要考慮的治理工程措施。

大型堆積層滑坡除了構(gòu)造形成明顯的邊界外，還受構(gòu)造的供水控制。如寶成鐵路西坡Ⅳ號堆積層滑坡，經(jīng)現(xiàn)場抽水試驗表明，滑坡中部3號斷層帶內(nèi)承壓水補(bǔ)給坡體地下水(見圖5)。

由于受基巖頂部滑帶隔水作用的影響，該類斷裂構(gòu)造水多具有承壓性質(zhì)，其對滑帶的持續(xù)軟化作用及對坡體的浮托作用，對于滑坡的穩(wěn)定極為不利，且斷層帶水常是坡體地下水持續(xù)穩(wěn)定的補(bǔ)給源，其對滑坡的作用是長期的，因此為消除或減小其對滑坡的影響，常需采取地下深層截排水工程根治該類滑坡。

4 結(jié)論

本文針對多個大型堆積層滑坡典型案例進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，該類滑坡與內(nèi)動力地質(zhì)作用存在密切聯(lián)系，其空間分布、邊界條件及水文地質(zhì)條件等往往受斷裂構(gòu)造控制約束，大型堆積層滑坡勘察和防治要有構(gòu)造意識。

1)斷裂構(gòu)造會使巖體破碎，加之其兩側(cè)地形地貌差異往往較大，使得崩坡積作用強(qiáng)烈，易導(dǎo)致沿斷裂帶發(fā)育大量的堆積層滑坡。

2)大型堆積層滑坡邊界及其坡體內(nèi)部分級界線，往往受不同期次、不同力學(xué)性質(zhì)的斷裂構(gòu)造及其組合控制。

3)滑床部位發(fā)育的斷裂構(gòu)適對滑體具有不同程度的供水作用，對大型堆積層滑坡的發(fā)生往往起到促進(jìn)作用。

上述認(rèn)識對于今后大型堆積層滑坡空間分布調(diào)查、形成機(jī)理研究、防治措施建議等具有指導(dǎo)借鑒意義。