巖屑坡形成機制與變形破壞模式分析

閆曉石

摘 要： 巖屑坡通常由碎石、礫石和砂組成，呈散體結構，對外界擾動非常的敏感，失穩(wěn)破壞形成崩塌滾石災害，對沿線的線性交通的安全運行造成嚴重威脅，因此，對巖屑坡的形成機制、變形破壞模式的研究，對斜坡地質災害的預測和防治、西部山區(qū)的交通運營、人民的生命財產(chǎn)安全等具有不可言喻的理論意義和現(xiàn)實意義。

關鍵詞： 巖屑坡;形成機制;變形破壞模式

【中圖分類號】TD824.7 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.024

引言：隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，在西部大開發(fā)、“一帶一路”等經(jīng)濟政策的推動下，人類活動對空間資源的需求和工程地質環(huán)境的要求越來越高，人類與空間資源缺乏矛盾越來越突出。在我國川西南地區(qū)，尤其是第一階梯與第二階梯的過渡地帶以及高差起伏較大的第二階梯山區(qū)地帶，因巖體在自身巖性、風蝕、冰蝕、凍融循環(huán)、熱脹冷縮、降雨、地震等內、外因長期共同作用下，巖石易產(chǎn)生裂縫，并不斷的擴張、貫通、最后脫離母體，在坡腳堆積形成具有共同特征的散松顆粒堆積體，由這些松散堆積體形成的斜坡稱為巖屑坡。巖屑坡主要以砂礫、碎石、塊石等粗顆粒為主，顆粒間的粘接力十分的微弱，處于“一盤散沙”的狀態(tài)，在自重或外力的作用下極易產(chǎn)生不平衡失穩(wěn)，導致松散顆粒的滑流、滾落、甚至整體“雪崩”的現(xiàn)象，對附近的村莊、公路、橋梁、隧道和江流造成了巨大的威脅。因此，對巖屑坡的形成機制、變形破壞模式、的研究，對散粒體斜坡地質災害的預測和防治、西部山區(qū)的交通運營、人民的生命財產(chǎn)安全等具有不可言喻的理論意義和現(xiàn)實意義。

1 巖屑坡的形成機制

巖屑坡的形成機制主要從形成條件、因素和形成過程兩個方面進行分析。

1.1 巖屑坡的形成條件及因素

（1）地形地貌：巖屑坡后緣地形大多陡峭，坡度均在40°以上，甚至局部直立，是崩塌危巖體形成的有利條件。另外，在天然條件下，松散顆粒脫離母巖后，只有當坡度大于松散顆粒的天然休止角時，松散顆粒才能克服自身摩擦力作用在坡表發(fā)生滾動，直至能量被耗散。此外巖屑坡的形成還應有足夠的堆積區(qū)域，如在深切峽谷地帶，即使邊坡高陡、風化作用強烈，松散顆粒具有足夠的能量，但由于在坡腳處不斷被河流沖刷、帶走，也無法成坡。

（2）地層巖性：產(chǎn)生巖屑坡的巖體大多層厚、堅硬且表現(xiàn)出一定的脆性，大多為板巖、玄武巖、花崗巖和閃長巖，是高陡邊坡形成的有利條件，這類巖石在成巖作用、構造作用、風化作用等條件下極易產(chǎn)生節(jié)理、裂隙并形成碎塊，為巖屑坡的形成提供了物質基礎。

（3）地質構造：川西南區(qū)位于青藏高原東南緣，處于板塊間的擠壓碰撞地帶，新構造運動強烈，地質構造復雜、斷裂、節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較為破碎，為巖屑坡的形成奠定了基礎條件。

（4）氣候條件：巖屑坡是自然風化的產(chǎn)物，故受自然環(huán)境的影響十分顯著，如降雨、氣溫、濕度、風、植被等。降雨量隨季節(jié)變化越顯著、氣溫溫差越大、干濕循環(huán)、風蝕和凍融作用越強烈、植被稀少的氣候條件越容易形成巖屑坡。

（5）地震：由于川西南地區(qū)地震頻發(fā)，導致山體坡面結構面發(fā)育，巖體破碎，在山脊、谷坡地帶早已堆積了大量的第四系松散堆積物，為巖屑坡的形成提供了豐富的物質條件。

1.2 巖屑坡的形成過程

巖屑坡的形成過程可分為三個階段：母巖剝離、溜砂運移、堆積成坡。對應不同的形成階段可將巖屑坡劃分為崩落區(qū)、溜動區(qū)和堆積區(qū)三個部分，崩落區(qū)的母巖體在物理風化作用下會產(chǎn)生砂礫、碎石、塊石等松散顆粒，在高處因自重的作用下松散顆粒崩落、溜移和滾動，在溜動區(qū)受摩擦阻力的作用下，能量不斷被消耗，動能不斷減小，速度逐漸變慢，最后在堆積區(qū)靜止成坡。

2 巖屑坡的變形破壞模式

通過對巖屑坡松散顆粒的啟動機理進行分析可以總結出巖屑坡破壞的形式主要有兩種：一是坡表局部的顆粒溜滑，二是巖屑坡整體的潰曲。

2.1 坡表局部顆粒溜滑破壞模式分析

在巖屑坡堆積過程中局部顆粒溜滑是很常見的一種現(xiàn)象，其破壞的機制有兩種：

（1）當堆積坡度小于最大休止角時，因后緣補給物質的碰撞或者其他外力的擾動下，某個顆粒失穩(wěn)而導致的局部聯(lián)動失穩(wěn);

（2）當堆積坡腳達到最大休止角附近時，新增顆粒后恰好不能滿足平衡的幾何條件，坡體某個部位的關鍵顆粒失穩(wěn)后導致局部溜滑，當運動到坡度小于最大休止角后，坡體又會重新進入穩(wěn)定狀態(tài)。

局部顆粒的溜滑對巖屑坡的破壞范圍較小，對坡體的整體穩(wěn)定性影響不大。顆粒順坡表溜滑的過程中會摩擦耗能，最終停歇于低緩位置或者顆粒的間隙處。

2.2 整體潰曲破壞模式分析

巖屑坡坡度在達到最大臨界角附近時，其活動性是極其強烈的，在后緣顆粒的不斷補給下，坡體除了會出現(xiàn)局部的溜滑現(xiàn)象以外，也很有可能出現(xiàn)整體潰曲。其破壞的機制為：顆粒在自身重力的作用下，坡體發(fā)生稍微錯動，便會使得坡體前緣隆起，出現(xiàn)臨空的現(xiàn)象，在后緣補給顆粒不斷的擾動下，顆粒間的應力不斷向坡內傳遞，使得擾動被逐級放大，直到坡腳關鍵顆粒失去平衡發(fā)生滑移后，上部顆粒失去支撐而向下滑落，最后導致坡體的整體潰曲。

這種破壞模式的規(guī)模比表面溜滑要大得多，且具有突發(fā)性、隨機性，對交通、房屋、和人民的生命財產(chǎn)安全造成了巨大的威脅。

結語：通過分析總結巖屑坡的形成機制和變形破壞模式，對研究巖屑坡地質災害的預測和防治提供一定的理論參考。

參考文獻

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