赤水市官渡鎮(zhèn)立樹天崩塌發(fā)育特征及其穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

尤英鋒，張洪，冷洋洋

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴陽(yáng) 550081；2.貴州地環(huán)工程有限公司，貴陽(yáng) 550081)

1 引言

赤水市官渡鎮(zhèn)地處貴州高原北部向四川盆地過(guò)渡地帶，山系為大婁山脈尾部余脈的延伸。區(qū)域內(nèi)地勢(shì)切割深，山高坡陡，全部為碎屑巖地層，地質(zhì)環(huán)境條件較差，在自然因素和人類工程活動(dòng)的影響下，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育強(qiáng)烈。本文主要以官渡鎮(zhèn)立樹天崩塌為例，研究其災(zāi)害的特征及其危巖體的穩(wěn)定性并對(duì)其進(jìn)行淺分析，為該區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害防治及監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

官渡鎮(zhèn)區(qū)域?qū)儆谇治g低中山峽谷地貌，主要為丘峰峽谷地貌，溪溝密度大，河谷深切，岸坡地形坡度陡峭，砂巖節(jié)理發(fā)育，是崩塌多發(fā)地帶。官渡鎮(zhèn)降水量豐富，雨季開始較早， 持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了有利的條件。

3 崩塌發(fā)育特征

3.1 斜坡地形地貌特征

立樹天崩塌位于習(xí)水河支流之一長(zhǎng)嵌溝右岸的兩斜坡單元的中間地帶，三維空間形態(tài)呈“U”型。該斜坡單元體坡腳即長(zhǎng)嵌溝右岸，呈300°延伸，標(biāo)高約330 m，長(zhǎng)嵌溝在坡角處流向由325°轉(zhuǎn)變?yōu)?45°，形成凸岸。從宏觀地形上看(圖1)，崩塌斜坡地帶相對(duì)兩側(cè)呈后退趨勢(shì)，推測(cè)該地形是由于凸岸處河流對(duì)坡腳基巖側(cè)蝕，造成斜坡夷平過(guò)程加快而形成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查(圖2)，斜坡坡面形態(tài)呈階型，堆積厚度2～3 m，體積約3×104m3；同時(shí)調(diào)查危巖體總體積約2.5×104m3，總體為中型傾倒式崩塌。

1.河流；2.公路；3.等高線；4.崩塌范圍；5.崩塌威脅范圍；6.房屋建筑；7.湖泊圖1 立樹天崩塌及其外圍地形-地貌圖

圖2 立樹天崩塌實(shí)景圖

根據(jù)立樹天崩塌區(qū)域的坡頂和坡腳高程分別是470 m和288 m。斜坡坡度一般約15°～25°，局部30°～35°。在斜坡中部和上部分別存在兩處陡崖，為崩塌危巖體的主要賦存環(huán)境，由此從坡腳到坡頂，立樹天崩塌剖面可以明顯地分為上部斜坡和上部陡崖、下部斜坡和下部陡崖4大部分。

下部斜坡坡面變化較大?？拷野短幮逼缕露葹?0°左右，該處修建水塘與廣場(chǎng)，整體面積約1.1 km2，較為平緩；廣場(chǎng)后緣坡度逐漸變大，約25°左右。下部斜坡植被不發(fā)育，主要覆蓋層為人工耕植土，一直延伸到陡崖下部，并有零散居民居住，為該崩塌體的主要承災(zāi)對(duì)象。

下部陡崖貫穿整個(gè)斜坡，大體延伸方向?yàn)?5°～85°～135°，中間有未出露部分，不連續(xù)分布。陡崖地層發(fā)育于上侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組，分布高程350 m，危巖體主體為灰綠色塊狀砂巖及粉砂質(zhì)泥巖，產(chǎn)狀為300°～310°∠5°～10°，陡崖巖石近乎直立，傾角為85°左右。陡崖的整體高度達(dá)5 m左右，與下部斜坡呈突變接觸，剖面上形成第一級(jí)臺(tái)階。

上部斜坡坡面變化不大。在下部陡崖的高程上繼續(xù)向上延伸，整體坡度約30°，分布高程360～450 m。該處上覆地層為第四系的崩坡積層，植被多為竹林，人為開墾痕跡較小。

上部陡崖同樣貫穿整個(gè)斜坡，延伸方向80°左右，東西兩側(cè)陡崖延伸方向突變，均向南東方向變化，推測(cè)這兩處變化與地形有關(guān)，兩側(cè)地形均由山谷變?yōu)樯郊?。陡崖地層發(fā)育于上侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組，分布高程450 m，巖性主要為灰綠色塊狀砂巖，產(chǎn)狀為300°～310°∠5°～10°，陡崖巖石直立，傾角為85°左右。陡崖的整體高度達(dá)5～10 m不等，下部與通組公路接觸，在剖面上形成第二級(jí)臺(tái)階。

3.2 崩塌堆積體特征

整個(gè)坡面上分布不同尺度的塊石，但總體上看，從坡頂?shù)狡履_，塊石分布密度有逐漸增大的趨勢(shì)。從局部上來(lái)看，塊石較多集中在陡崖附近斜坡上部(圖3)，且下部斜坡比上部斜坡要密集(圖4)。這種分布特征與從坡腳到坡頂坡度越來(lái)越大的地形有關(guān)，崩落下來(lái)的塊石較容易在平緩地帶堆積。

圖3 斜坡上部塊石堆積區(qū)

圖4 斜坡下部塊石堆積區(qū)

塊石巖性主要為灰綠色砂巖。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，塊石巖性與附近區(qū)域內(nèi)陡崖巖體巖性一致，可以進(jìn)一步證明堆積塊石主要來(lái)源于兩處陡崖，為陡崖巖體崩落后堆積于此。

從風(fēng)化程度上來(lái)看，砂巖塊石整體風(fēng)化程度不高。與一般坡積物相比，坡積塊石的尺度明顯偏大，缺少風(fēng)化土，這說(shuō)明堆積塊石受風(fēng)化時(shí)間較短，崖崩(包括構(gòu)成主斜坡的巖層)的變形歷史相對(duì)簡(jiǎn)單。下部斜坡上的部分塊石風(fēng)化程度高，棱角磨圓度較好，塊石埋藏深度較小，坡面存在有穩(wěn)定性較差、隨時(shí)可能再次滾落，直接威脅著坡下建筑的安全。如圖5、圖6所示，塊石的底部穩(wěn)定性都很差，在自身重力或其他外力作用下，容易崩落。

圖5 下部斜坡孤石

圖6 下部陡崖危巖

對(duì)主斜坡范圍內(nèi)坡積塊石的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及統(tǒng)計(jì)分析表明，塊石的最大、最小及平均等效粒徑分別為8 m、0.5 m和1 m，粒徑在1 m之間的占 60%。從形狀上看，不規(guī)則近似等軸狀、板狀及塊狀是其主要形態(tài)類型，此外還有長(zhǎng)條狀及其他不規(guī)則塊狀(圖7)。圍限塊石的破裂面(結(jié)構(gòu)面)數(shù)量一般大于3，其中一些可能是塊體失穩(wěn)邊界，而另一些則可能是既有隱性裂紋(裂隙)在崩落過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性破裂的。

圖7 立樹天崩塌塊石粒徑測(cè)量圖

3.3 危巖體特征

(1) 與主斜坡的接觸關(guān)系。陡崖與主斜坡之間在地形上呈突變接觸，宏觀表現(xiàn)為近直立陡崖坐落于相對(duì)較緩的以泥巖與砂巖互層的斜坡之上。

(2) 在延伸方向上，陡崖巖性主要由厚層砂巖組成，其下部為薄層粉砂質(zhì)泥巖或泥巖。陡崖砂巖質(zhì)地堅(jiān)硬，最常見的構(gòu)造形式是塊狀層理，陡崖砂巖中的斜層理也較為發(fā)育。

(3) 泥巖空腔與陡崖懸空。當(dāng)陡崖直接與泥巖主斜坡接觸時(shí)，泥巖凹進(jìn)深度多在數(shù)十厘米范圍內(nèi)，個(gè)別地段達(dá)到1 m，空腔高度也多在數(shù)十厘米，最高可達(dá)數(shù)米，形成“天棚”(圖8)。沿著走向的最大空腔延伸一般在5 m 以內(nèi)，當(dāng)陡崖底部夾有薄層泥巖時(shí)，這些泥巖大多都會(huì)形成0.5 m深的空腔。等效直徑數(shù)厘米的泥巖塊體之間界限清晰，形成碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，這為今后的危巖加固提供了較為有利條件。

圖8 陡崖懸空形成“天棚”

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量共記錄8處危巖體，其剖面特征如下圖9所示。

圖9 危巖特征剖面圖

Ⅰ、Ⅳ與Ⅷ號(hào)危巖穩(wěn)定主要受外傾裂隙及底部順層節(jié)理貫通程度控制，Ⅲ號(hào)危巖穩(wěn)定主要受外傾裂隙貫通程度控制，Ⅴ、Ⅵ與Ⅶ號(hào)危巖穩(wěn)定主要受外傾裂隙及底部空腔貫通程度控制，目前8處危巖穩(wěn)定性均較差。

4 崩塌危巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1 危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1.1 計(jì)算參數(shù)及工況

(1) 計(jì)算參數(shù)

危巖體天然重度γ1=25.6 kN/m3；

危巖體暴雨重度γ2=26.0 kN/m3；

天然狀態(tài)下結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值φ1=23.5°；結(jié)構(gòu)面內(nèi)聚力標(biāo)準(zhǔn)值c1=90 kPa；

暴雨?duì)顟B(tài)下結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值φ2=22°；結(jié)構(gòu)面內(nèi)聚力標(biāo)準(zhǔn)值c2=85 kPa；

抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f1k=268 kPa，彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值E=1.02×104MPa，泊松比標(biāo)準(zhǔn)值0.35。

(2) 計(jì)算工況

共取3種工況進(jìn)行計(jì)算分析：①天然狀態(tài)(自重+裂隙水壓力，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/5～1/2)；②暴雨?duì)顟B(tài)(飽和自重+ 裂隙水壓，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3)；③地震狀態(tài)(自重+裂隙水壓力+地震力, 其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3)。

4.1.2 危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》(DB50/143-2003)，防治工程等級(jí)Ⅲ級(jí)，各類危巖可建立下列評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4.1.3 計(jì)算結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量共記錄8處危巖體，其穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果如下表2所示。

由表1及表2可知，在天然狀態(tài)下，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨?duì)顟B(tài)下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ處于不穩(wěn)定狀態(tài)，Ⅴ、Ⅷ處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在地震狀態(tài)下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，Ⅲ處于不穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與訪問(wèn)的情況相符。

表2 危巖穩(wěn)定性系數(shù)及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.2 危巖破壞后的運(yùn)動(dòng)計(jì)算

根據(jù)危巖體現(xiàn)場(chǎng)地形情況以及實(shí)驗(yàn)所得砂巖的重度為25.6 kN/m3，分別選取經(jīng)過(guò)各危巖體崩落方向的剖面，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)速度、彈跳高度和沖擊能計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。從計(jì)算結(jié)果看，危石堆積體單體：最大跳高h(yuǎn)=6.3 m、E=171 093.314 8 kJ。危巖失穩(wěn)時(shí)，對(duì)坡下民房、公路等設(shè)施破壞的能量較大。

表3 危巖落石計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

(1) 崩塌位于習(xí)水河支流之一長(zhǎng)嵌溝右岸的兩斜坡單元的中間地帶，三維空間形態(tài)呈“U”型，斜坡主要巖性為砂泥巖互層，崩塌主要發(fā)生于厚層砂巖中，總共有Ⅰ～Ⅷ共8塊危巖，其中Ⅲ為滑移式破壞，其余7塊為傾倒式破壞,總體為中型傾倒式崩塌。

(2) 由定量分析穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可知，立樹天崩塌上發(fā)育的危巖和堆積體主要為滑移式和傾倒式，在天然狀態(tài)下，危石堆積體和危巖帶處于基本穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)；而在暴雨與地震狀態(tài)下，危石堆積體和危巖帶處于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及對(duì)崩塌落石最大彈跳高度、最大運(yùn)動(dòng)速度及沖擊動(dòng)能計(jì)算結(jié)果得到危巖體單體最大跳高h(yuǎn)=6.3 m、E=171 093.314 8 kJ。危巖失穩(wěn)時(shí)，對(duì)坡下民房、公路等設(shè)施破壞的能量較大。

5.2 建議

(1) 在斜坡中部，危巖體多成片區(qū)小規(guī)模分布，且裂隙發(fā)育，巖體破碎，針對(duì)這種特點(diǎn)，宜采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)處理。

(2) 斜坡頂部分布較多危巖單體，受結(jié)構(gòu)面控制，裂隙發(fā)育，下部危凹腔發(fā)育；這些危巖單體，方量大，數(shù)量多，清危難度大，可對(duì)下部凹腔進(jìn)行漿砌塊石嵌補(bǔ)支撐，對(duì)裂隙面可進(jìn)行注漿灌注處理。

(3) 崩塌體表面現(xiàn)有大量的松散崩坡積物，在暴雨或地震作用下，隨時(shí)都有可能出現(xiàn)崩落，危及居民安全，需要進(jìn)行清方處理。

(4) 設(shè)置警示牌，加大防災(zāi)宣傳力度，提高全民防災(zāi)害意識(shí)。