安岳縣拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌特征、成因機(jī)制及穩(wěn)定性分析

張濤，劉仲軍，朱國寶，陳思堯，曾強(qiáng)

（1.資陽市安岳縣自然資源和規(guī)劃局，四川資陽 642350；2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊，四川成都 610213）

四川地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)及工農(nóng)業(yè)高速發(fā)展、自然因素的影響，地質(zhì)災(zāi)害呈逐年加劇的趨勢。安岳縣拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌位于資陽市安岳縣拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)旁周拱路邊，距拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)南側(cè)教學(xué)樓約3m～5m，直接威脅拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)師生及周拱路過往車輛、行人生命財產(chǎn)安全［1］。

1 崩塌體特征

拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌由周拱路與初級中學(xué)間切坡形成的邊坡發(fā)展而來，分布于360m～370m高程段，相對高差約10m。崩塌體邊坡走向約為110°，坡向約為199°，總體剖面形態(tài)呈平臺（初級中學(xué)）—陡坡—平臺（公路），斜坡坡度約為65°～70°，局部呈陡崖，上部坡頂平臺喬木發(fā)育，邊坡基巖裸露。

該不穩(wěn)定邊坡為人工開挖形成的巖體高邊坡，平面形態(tài)呈帶狀（圖1），坡體結(jié)構(gòu)相對單一，邊坡走向約110°，走向方向長度約130m，邊坡寬約8m。不穩(wěn)定邊坡后緣位于拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)后部坡頂平臺與陡坎交界部位，前緣至陡坎下部坡腳與公路（拱橋鄉(xiāng)周拱路）交界處，西側(cè)以已修建完成的護(hù)面工程為界，東側(cè)以民房為界。不穩(wěn)定邊坡變形跡象較明顯，邊坡頂部卸荷帶發(fā)育拉張裂隙，裂隙走向與邊坡走向基本一致，裂隙寬度約1.2cm～5cm，個別裂隙寬達(dá)8cm，局部出現(xiàn)巖體垮塌（圖2、圖3）。

圖1 拱橋鄉(xiāng)衛(wèi)星影像圖

圖2 崩塌后緣裂縫

圖3 邊坡崩塌堆積體

不穩(wěn)定邊坡主體部分為基巖形成的陡坎，出露巖性為中等風(fēng)化泥巖夾砂巖，泥巖呈暗紫紅色，薄層狀構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)；砂巖呈暗紫紅色-磚紅色，中-厚層狀構(gòu)造，巖石較軟，性脆，巖石中普遍發(fā)育垂直方向的密集節(jié)理裂隙。

邊坡上部為拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)地基建設(shè)挖、填方形成的平臺，平臺邊緣部分植被發(fā)育，以喬木為主，東側(cè)已改造為田地，組成物質(zhì)分層特征明顯：表層為腐殖土或耕植土，主要成分為深棕色粉質(zhì)粘土，呈松散狀，稍濕，含植物根系，局部含少量碎石，碎石粒徑0.5cm～3cm，含量約10%，厚度15cm～20cm；邊坡下部為人工堆積碎石土，稍密、稍濕，碎石成份主要為砂巖和建渣，碎石含量約20%～40%，粒徑一般4cm～10cm，覆蓋層厚度約22cm～54cm；底部為基巖，巖性為紫紅色泥巖夾砂巖。邊坡下部坡腳與公路（周拱路）邊緣的排水渠之間為緩坡，主要為殘坡積粉砂質(zhì)粘土夾碎石，碎石成份主要為砂巖，碎石含量在約30%，粒徑一般1cm～5cm，覆蓋層厚度約20cm～40cm（圖4）。

2 崩塌邊坡變形特征

由于崩塌體邊坡坡腳公路（周拱路）人工修筑開挖，坡體開始出現(xiàn)變形，表現(xiàn)為邊坡后緣發(fā)育細(xì)裂縫，邊坡中部裸露的基巖（泥巖）在強(qiáng)烈的風(fēng)化作用下，基巖逐漸破碎剝落，每年雨季均會出現(xiàn)小規(guī)模崩塌。2018年7月雨季，邊坡發(fā)生局部垮塌，其中東側(cè)垮塌規(guī)模較大，垮塌體形成的巖土體方量約18m3～20m3，阻斷了周拱路，直接威脅通行車輛及行人。

影響拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌邊坡穩(wěn)定性的主要因素為公路內(nèi)側(cè)人為開挖形成高陡邊坡產(chǎn)生的變形。邊坡變形跡象較明顯，邊坡后緣發(fā)育拉張裂縫，學(xué)校背后棚戶房墻體及地面可見裂縫發(fā)育，陡坎中部砂、泥巖因差異風(fēng)化形成了凹腔，凹腔寬約5m，深度20cm～30cm。目前未發(fā)現(xiàn)邊坡的進(jìn)一步變形跡象，整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但后期在強(qiáng)降雨及泥巖風(fēng)化剝落等作用下，臨空面及空腔可能產(chǎn)生進(jìn)一步變形失穩(wěn)。

表1 巖石試驗成果表

圖4 邊坡4-4′工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征剖面圖

3 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

3.1 巖層

崩塌影響區(qū)基底巖層為上侏羅統(tǒng)遂寧組，巖性主要為暗紫紅色薄層狀泥巖夾暗紫紅色中-厚層狀泥質(zhì)砂巖及少量泥質(zhì)粉砂巖、淺灰綠色長石石英砂巖。拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌參考鄰區(qū)安岳縣鎮(zhèn)子鎮(zhèn)天臺村6組蔣家灣滑坡［2、3］遂寧組地層巖性特征（7組中等風(fēng)化鉆孔巖石（泥巖）樣）進(jìn)行的室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗數(shù)據(jù)，并認(rèn)為其可作為本地區(qū)巖石物理、力學(xué)參考值，有關(guān)巖石物理、力學(xué)參數(shù)值見表1。

3.2 土層

邊坡主要由殘坡積堆積物組成，物質(zhì)成份以粘土、砂質(zhì)粘土為主，夾少量碎石。

4 崩塌邊坡影響因素及形成機(jī)制分析

拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌的形成與其所處的地質(zhì)環(huán)境如地形地貌、巖性組合以及氣象水文等因素密切相關(guān)，同時，與人類工程活動同樣息息相關(guān)。

4.1 影響因素

4.1.1 地形地貌

拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌邊坡因人為切放坡形成了陡坎，為地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了良好的地形條件。自然條件下，陡坎穩(wěn)定性較好，降雨時邊坡體內(nèi)巖土體軟化，穩(wěn)定性降低。

4.1.2 巖性組合

邊坡出露巖性為中等風(fēng)化紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾薄-中層狀砂巖，巖石較軟，遇水易軟化，易風(fēng)化剝蝕，在雨季易發(fā)生崩塌。

4.1.3 氣候條件對災(zāi)害體的影響

安岳縣境內(nèi)降雨特征是：年降雨量在地域上也分布不均，在沱江、涪江分水嶺一線最多，平均月降雨量1000mm，在魚龍山一帶為最大1025.5mm，東北部平均950mm，西南部平均900mm，周禮鎮(zhèn)降雨量最少859.2mm。雨量的年際變化大，2012年最大降雨量1253.8mm，2006年最少降雨量749.2mm，相差504.6mm。2013年6月30日出現(xiàn)了189.7mm的最大日降雨量，在2012年7月13日出現(xiàn)了41.5mm的最大小時降雨量。

水對邊坡巖土體的影響主要表現(xiàn)為以下兩個方面：一是水的物理化學(xué)作用；二是水的各種力學(xué)效應(yīng)，二者相互耦合，對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生多方面的復(fù)雜影響，往往加速甚至誘發(fā)邊坡變形進(jìn)而發(fā)生破壞。前者改變巖土體的物質(zhì)成分或結(jié)構(gòu)，如水的軟化作用；后者如作用于邊坡上的靜水壓力、動水壓力以及浮托力等。

此外，坡體在卸荷作用影響下，巖體結(jié)構(gòu)趨于松動常發(fā)育拉張裂隙，為降雨提供了入滲通道。降雨的入滲，增大巖土體容重、減小內(nèi)部結(jié)合力，降低結(jié)構(gòu)面力學(xué)性能，并增加裂隙面間孔隙水壓，不利于坡體的穩(wěn)定。

4.1.4 人類工程活動對災(zāi)害體的影響

鄉(xiāng)道周拱路（周禮鎮(zhèn)-千佛鄉(xiāng)-拱橋鄉(xiāng)）修建時，對邊坡坡腳進(jìn)行大面積的開挖，最終形成8m～10m高邊坡，使前緣降低邊坡抗滑力，后緣增加邊坡下滑力。邊坡上部平臺農(nóng)田耕種及學(xué)校生活污水排放，均對邊坡的穩(wěn)定性造成不利影響。

4.2 崩塌邊坡形成機(jī)制

拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌由公路內(nèi)側(cè)切坡形成的邊坡發(fā)展而來，公路開挖致使內(nèi)側(cè)形成約8m～10m邊坡，邊坡高度高、坡度大且僅有西側(cè)約10m范圍有護(hù)面工程，其余地段暫未有支護(hù)措施。邊坡物質(zhì)成分主要為中等風(fēng)化泥巖夾砂巖，自身穩(wěn)定性較差，在長年風(fēng)化剝蝕過程中，軟硬巖之間差異風(fēng)化形成了凹腔，特別是雨季，雨水入滲，增大巖土體容重、減小內(nèi)部結(jié)合力，致使邊坡受沖刷而進(jìn)一步變形，發(fā)生規(guī)模不等的崩塌，并導(dǎo)致不穩(wěn)定邊坡后緣逐漸向邊坡內(nèi)側(cè)拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)靠近，威脅學(xué)校及下方公路安全。。

5 崩塌邊坡穩(wěn)定性分析

5.1 類比評價

不穩(wěn)定斜坡主要由基巖組成，巖性為中等風(fēng)化紫紅色塊狀泥巖夾薄中層砂巖，巖石較軟，性脆，較破碎。邊坡坡度較陡，一般在65°～70°之間，局部為陡崖。2018年7月20日暴雨后，拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)周邊發(fā)現(xiàn)三處邊坡垮塌，其地層結(jié)構(gòu)、巖性組合等特征與本次調(diào)查邊坡基本類似，通過類比，該不穩(wěn)定邊坡目前整體處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，后期發(fā)展趨勢為欠穩(wěn)定。

5.2 赤平投影評價

赤平投影可以較為直觀地展示巖質(zhì)邊坡內(nèi)各組結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系以及組合切割體與巖質(zhì)邊坡的相對關(guān)系，還可以反映不穩(wěn)結(jié)構(gòu)體可能變形失穩(wěn)的方向等，對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性做出定性評價。

該崩塌體邊坡由西向東可大致分為3段。崩塌體邊坡西部（0m～9.5m）傾向320°，傾角68°，邊坡巖體中主要發(fā)育2組節(jié)理，其產(chǎn)狀分別為160°∠80°（J1）、270°∠85°（J2），經(jīng)赤平投影分析得出（圖5A），J1與J2結(jié)構(gòu)面交線MO的傾向為202°，傾角為77°，結(jié)構(gòu)面與邊坡傾向相反，表明結(jié)構(gòu)面組合切割體為傾向坡內(nèi)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，邊坡在此種情況下趨于穩(wěn)定。

圖5 結(jié)構(gòu)面與邊坡的赤平投影關(guān)系圖

崩塌體邊坡中部（9.5m-110m），邊坡傾向200°，根據(jù)傾角不同可細(xì)分為以下兩種情況：①傾角65°，由赤平投影分析（圖5B）可知，J1與J2結(jié)構(gòu)面交線MO的傾向為202°，傾角為77°，相交于邊坡面投影弧內(nèi)側(cè)，說明結(jié)構(gòu)面組合交線與邊坡兩者傾向相對一致，并且邊坡傾角較小，邊坡在此種情況下趨于穩(wěn)定；②傾角80°，由赤平投影分析（圖5C）可知，J1與J2結(jié)構(gòu)面相交于邊坡面投影弧的同側(cè)，說明結(jié)構(gòu)面組合交線與邊坡兩者傾向相對一致，且邊坡傾角更大，此時，該種結(jié)構(gòu)面組合切割體屬較不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，存在失穩(wěn)崩塌的可能性。

邊坡西部（110m～130m）傾向105°，傾角70°，由赤平投影分析（圖5D）可知，J1與J2結(jié)構(gòu)面相交于邊坡面投影弧的對側(cè)，此時結(jié)構(gòu)面傾向與邊坡傾向相反，結(jié)構(gòu)面組合切割體為傾向坡內(nèi)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，邊坡在此種情況下趨于穩(wěn)定。

赤平投影方法分析成果和類比結(jié)果一致，故認(rèn)為該邊坡整體處于穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或地震影響下，邊坡可能會進(jìn)一步變形發(fā)生崩塌危險。

5.3 崩塌體邊坡危害性預(yù)測

崩塌體邊坡目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會產(chǎn)生大規(guī)模的整體垮塌變形，但在持續(xù)強(qiáng)降雨、地震等作用下，發(fā)生局部塌陷失穩(wěn)的可能性較大，將直接威脅到邊坡后側(cè)拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)建筑物、學(xué)校師生、周圍居民樓及居民生命財產(chǎn)安全，潛在經(jīng)濟(jì)損失約600萬元。

6 結(jié)論及建議

①拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)崩塌由道路修建切坡形成的邊坡發(fā)展而來。平面形態(tài)呈帶狀，邊坡走向約110°，走向方向長度約130m，邊坡高約8m。崩塌體變形跡象較明顯，后緣發(fā)育拉張裂縫，局部出現(xiàn)巖體垮塌。

②該崩塌為巖質(zhì)崩塌，巖性為紫紅色中等風(fēng)化泥巖夾薄-中層狀砂巖，巖石較軟，遇水易軟化，易風(fēng)化剝蝕。邊坡上部平臺農(nóng)田耕種及學(xué)校生活污水排放，均對邊坡的穩(wěn)定性造成不利影響。

③該處崩塌目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在持續(xù)強(qiáng)降雨、地震等作用下，可能發(fā)生局部垮塌失穩(wěn)，威脅拱橋鄉(xiāng)初級中學(xué)及過往車輛行人生命財產(chǎn)安全，故急需對崩塌體進(jìn)行治理，建議采用“坡面清理+掛網(wǎng)噴漿+擋土腳墻+截排水溝”對該崩塌進(jìn)行工程治理。