太行山大峽谷崩塌發(fā)育特征及成因模式研究*

呂 艷 陳天寶 王祚鵬 趙俊彥 占潔偉 劉 旋

(①長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安 710054，中國)

(②陜西彬長(zhǎng)大佛寺礦業(yè)有限公司，咸陽 713500，中國)

0 引 言

太行山是我國第二、三階梯的地形分界線，東臨華北平原、西為汾河谷地。太行山大峽谷地處山西省壺關(guān)縣東南的太行山東部，發(fā)育有典型的峰林、石柱、長(zhǎng)崖壁、峽谷、河流、瀑布、溶洞等自然景觀。此處高山峽谷主要由紅豆峽、王莽峽、五指峽、八泉峽及青龍峽等組成，資源稟賦深厚，景色曠遠(yuǎn)奇絕，現(xiàn)已建成“國家地質(zhì)公園”、“5A”景區(qū)和“攀巖基地”。太行山大峽谷是全國生態(tài)旅游勝地，年平均接待游客達(dá)140萬人次。然而太行山地區(qū)屬華北地塊地表突變帶，其構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，山體高差大，巖體軟硬相間，坡體陡緩交錯(cuò)，在山地氣候作用下各類地質(zhì)災(zāi)害頻頻發(fā)生；其中大大小小的崩塌是太行山景區(qū)最常見的災(zāi)害類型，并對(duì)景區(qū)內(nèi)旅游資源、接待設(shè)施、游客交通等時(shí)常造成不同程度的損毀，威脅著景區(qū)經(jīng)營(yíng)發(fā)展和太行山區(qū)居民和游客的生命財(cái)產(chǎn)安全。

崩塌災(zāi)害極為普遍，且不同區(qū)域的崩塌具有不同類型、形態(tài)和規(guī)模；專家學(xué)者在調(diào)查其規(guī)模形態(tài)、時(shí)空分布及致災(zāi)范圍等基礎(chǔ)上分析崩塌發(fā)育特征和地域分布規(guī)律，并對(duì)其成因機(jī)理運(yùn)用不同手段開展深入研究。崩塌危巖體的破壞模式主要有滑移式、墜落式及傾倒式3種，局部也發(fā)育錯(cuò)斷式、壓縮鼓脹式及砌塊式(胡厚田，1989；韓祥森，2006；黃達(dá)等，2007)；依據(jù)斜坡在地震動(dòng)力作用下動(dòng)力響應(yīng)過程及失穩(wěn)演化模式將崩塌災(zāi)害分為巖崩、碎屑型崩塌和碎屑坡面流型崩塌(馮文凱等，2018)。而我國西南高原的崩塌大多是高位斜坡失穩(wěn)并具有高速遠(yuǎn)程的運(yùn)動(dòng)特征，崩塌體量大，大多可見崩塌物源區(qū)、流通區(qū)、堆積及堵潰區(qū)等特征(殷躍平，2012；許強(qiáng)等，2020；李壯等，2021)。而中小型崩塌(落石)在山區(qū)及峽谷型旅游景區(qū)極為常見，具有點(diǎn)多面廣、規(guī)模小、暴發(fā)性強(qiáng)和致災(zāi)嚴(yán)重的特點(diǎn)(章廣成，2016；楊志法等，2019，2020；林偉雄，2020)。崩塌分布具有規(guī)律性，此類災(zāi)害密集發(fā)育于斷裂帶上且呈帶狀分布，而斷裂的發(fā)育特征及地震活動(dòng)直接影響其附近巖體完整性，對(duì)崩塌災(zāi)害的發(fā)育空間和強(qiáng)度分布具有主導(dǎo)控制性作用(郭進(jìn)京等，2009；殷躍平，2013；謝吉尊等，2017)。崩塌災(zāi)害的發(fā)生是內(nèi)外多因素耦合作用的結(jié)果。巖性組合及巖體結(jié)構(gòu)是巖質(zhì)邊坡崩塌破壞的內(nèi)在因素，強(qiáng)降水作用是巖體崩塌的直接誘因(曾芮等，2018；張旭晨；2018；舒慶江，2019；鄒子南等，2019)。差異風(fēng)化及溶蝕等外部營(yíng)力作用強(qiáng)烈區(qū)域的巖體劣化強(qiáng)度與速度明顯高于其他區(qū)域，常常發(fā)育更多的崩塌災(zāi)害(王根龍等，2009，2010；林鋒等，2015；王輝等，2018；張鵬等，2021)。

太行山是地層水平伸展的高山峽谷區(qū)，崩塌災(zāi)害具有普遍性和相似性。太行山地質(zhì)研究表明太行山南段隆升過程和構(gòu)造地貌的形成是不同區(qū)塊差異活動(dòng)的結(jié)果(龔明權(quán)，2010)。以往地質(zhì)災(zāi)害研究成果以北太行區(qū)域和道路邊坡災(zāi)害居多，如高維(2009)指出太行山北端拒馬河百里峽地區(qū)崩塌落石及構(gòu)造節(jié)理發(fā)育主要受斷裂的控制。張繼文(2011)提出水巖作用和內(nèi)外動(dòng)力耦合作用是太行山區(qū)公路越嶺段地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的主控因素。

太行山大峽谷景區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害極為常見，峽谷景區(qū)景點(diǎn)呈散點(diǎn)狀分布，其連接各景點(diǎn)的線狀道路的布設(shè)以及服務(wù)接待設(shè)施等帶狀或片狀的空間選址都受到大峽谷地質(zhì)環(huán)境條件的極大限制(楊志法等，2018)。大峽谷崩塌類型受地形地貌的制約和影響，且崩塌危巖體的發(fā)育具有一定隱蔽性和突發(fā)性，給社區(qū)生活生產(chǎn)和景區(qū)游客接待造成了極大的困擾。而目前對(duì)于南太行大峽谷區(qū)域，尤其是太行山景觀集中的旅游景區(qū)及其依托城鎮(zhèn)的地質(zhì)災(zāi)害精細(xì)調(diào)查和系統(tǒng)研究工作相對(duì)欠缺。

在保護(hù)綠水青山、發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)、振興鄉(xiāng)村的大發(fā)展機(jī)遇下，太行山大峽谷區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)、基礎(chǔ)設(shè)施、旅游項(xiàng)目等各項(xiàng)建設(shè)需求持續(xù)增長(zhǎng)，因此開展太行山區(qū)的地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，尤其是影響場(chǎng)地安全和選址建設(shè)條件的地質(zhì)災(zāi)害詳查工作十分必要和迫切。本文基于太行山大峽谷景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害精細(xì)調(diào)查工作，掌握景區(qū)內(nèi)巖體崩塌的發(fā)育特征和分布規(guī)律，分析致崩主控因素和條件；依據(jù)崩塌運(yùn)動(dòng)軌跡和成災(zāi)過程剖析太行山大峽谷崩塌災(zāi)害的成災(zāi)模式，并提出相應(yīng)的防控建議。本文研究成果對(duì)山岳峽谷型景區(qū)規(guī)劃建設(shè)和安全管理具有重要意義，為高山峽谷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)參考。

1 太行山大峽谷地質(zhì)環(huán)境

1.1 地質(zhì)背景

太行山位于華北板塊中部，東部為華北裂谷帶，西部為汾渭地塹系，南部以西安—鄭州—徐州轉(zhuǎn)換帶為界；太行山脈與華北平原之間的山前斷裂帶的構(gòu)造活動(dòng)控制著太行山斷塊的隆升和華北盆地的沉降(王輝等，2018)。太行山大峽谷景區(qū)地處太行山塊隆南段的東部，西鄰陵川北東向塊凹，東臨太行山山前斷裂(孟元庫等，2015；單帥強(qiáng)，2018)(圖1)。太行山大峽谷區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以縱向的地殼差異抬升為主，局部地區(qū)橫向構(gòu)造應(yīng)力作用較為明顯。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NE向和EW向兩組斷層，其中NE向斷層數(shù)量較多且延伸較長(zhǎng)。楊家池—黃崖底斷裂為景區(qū)內(nèi)唯一區(qū)域性大斷層(圖2)，走向12°～15°，呈NW突出的弧形，長(zhǎng)度延伸26km，斷距50～400m不等，斷面傾向110°～140°、傾角65°～80°。在楊家池西約200m處的斷裂破碎帶寬度達(dá)300m，地層巖體破碎強(qiáng)烈。大峽谷緊鄰晉獲(晉城-獲鹿)褶斷帶，晉獲褶斷帶疊加震強(qiáng)較大，總值6.95；受周邊地震作用較為明顯，極易引發(fā)大量崩塌災(zāi)害(張哲，2021)。

1.2 地形地貌

太行山大峽谷景區(qū)河谷深切，地形起伏大、整體西高東低，海拔分布在500～1700m之間，峽谷蜿蜒曲折，山體雄厚陡立，崖壁坡度70°～90°，斜坡坡度30°～60°，呈現(xiàn)陡壁長(zhǎng)崖、峰叢林立的地貌景觀。郊溝河為區(qū)內(nèi)主干河流，自西而東河谷寬度逐漸增大。紅豆峽、王莽峽、五指峽、八泉峽及青龍峽等支流峽谷為兩側(cè)崖壁陡立的嶂谷，有些區(qū)段呈現(xiàn)狹窄的隘谷(一線天)；五指峽呈近東西走向，其余峽谷呈近南北走向分布。整體峽谷兩岸地形是陡峭崖壁與斜坡間布，呈階梯狀(圖2)。

1.3 氣象水文

太行山大峽谷區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜、海拔高差大，地區(qū)間氣候差異顯著，呈現(xiàn)出鮮明的峽谷小氣候特征(閆冠華，2013)。區(qū)內(nèi)多年平均氣溫9.4℃，其中1月份最低、平均氣溫低于0℃，7月份氣溫最高、月均可達(dá)22.3℃。大峽谷區(qū)域年平均降雨量約650mm，每年6～10月份降水量約占全年總量75%(圖9)。據(jù)歷史記載，1996年7月、2016年8月和2021年7月特大暴雨時(shí)，在短時(shí)期內(nèi)引發(fā)大量崩塌災(zāi)害。

自西向東流的郊溝河水量充沛、河谷寬大，是大峽谷景區(qū)內(nèi)的主要水系，5大峽谷支流匯入郊溝河(圖2)。景區(qū)內(nèi)巖溶較為發(fā)育，巖溶水通過管道向下透過透水性較差的泥巖、頁巖層時(shí)受阻而沿層面流出形成數(shù)量眾多的泉、鈣華和巖溶凹腔(八泉峽)，遇斷層破碎帶的大量裂隙水流出，形成溶洞(女媧洞)和潭池(青龍?zhí)?等。

1.4 太行山大峽谷建設(shè)工程

太行山大峽谷也是古往今來的要道，區(qū)內(nèi)村鎮(zhèn)建設(shè)和景區(qū)開發(fā)程度較高，相關(guān)交通路線、水利設(shè)施、旅游項(xiàng)目及城鎮(zhèn)配套設(shè)施的建造不可避免地需要進(jìn)行邊坡工程爆破、巖體開挖、筑壩修路等工程活動(dòng)，觸發(fā)坡體的松動(dòng)并加劇巖體結(jié)構(gòu)的劣化，降低了原始山體坡體的地質(zhì)穩(wěn)定性。

2 大峽谷崩塌災(zāi)害發(fā)育特征

通過對(duì)太行山大峽谷景區(qū)崩塌災(zāi)害的詳細(xì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，查明區(qū)域內(nèi)共發(fā)育大小崩塌災(zāi)害318處，以高位中-小型巖質(zhì)崩塌為主，主要分布于海拔700～1100m之間，平均落差約120m，最高可達(dá)300m以上。太行山大峽谷崩塌主要集中在峽谷景區(qū)段和郊溝河谷兩側(cè)崖壁，以傾倒式、墜落式崩塌破壞居多，滑移式、錯(cuò)斷式數(shù)量少但規(guī)模大(表1)。太行山峽谷的崩塌具有群發(fā)、多發(fā)和原位復(fù)發(fā)的顯著特點(diǎn)，沿河谷成帶狀密集分布(圖2)，其堆積體通常為多次小規(guī)模崩塌累積形成。

表1 太行山大峽谷崩塌特征統(tǒng)計(jì)表Table 1 Classification of collapse characteristics of Taihang Mountain Grand Canyon

2.1 大峽谷崩塌災(zāi)害分布規(guī)律

2.1.1 崩塌和山地地貌共生

大峽谷崩塌與太行山地形地貌關(guān)系密切，在峽谷陡峭崖壁和碎裂的坡體上崩塌群發(fā)，同時(shí)崩塌使邊坡不斷后退，峽谷地貌進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)展。從峽谷形態(tài)而言，崖壁坡度81°～90°，壁面形態(tài)多呈劣弧形、局部呈鋸齒狀，崩塌多發(fā)育于崖壁中上部，落差80～300m，崩落巖體規(guī)模較大且數(shù)量較多，危險(xiǎn)性大；巖質(zhì)斜坡坡度40°～60°，局部巖體裸露，多發(fā)育小型崩塌，坡體上植被覆蓋率高，在植被的阻擋作用下，崩塌危險(xiǎn)性較低。大峽谷這種階梯狀地形，其上部崖壁崩塌一旦發(fā)生，常常誘發(fā)下部崖壁產(chǎn)生鏈?zhǔn)奖浪?/p>

2.1.2 崩塌沿河谷和斷層密集分布

斷層活動(dòng)導(dǎo)致巖石破碎，并具有良好的透水性，使斷層帶巖體的力學(xué)性能進(jìn)一步降低，更容易發(fā)生崩塌。5大峽谷景區(qū)及郊溝河河谷區(qū)內(nèi)小斷層均有密集發(fā)育，崩塌發(fā)育數(shù)量占總數(shù)的67.2%，以中-小型崩塌落石為主，分布于斷層上及其附近約100m范圍內(nèi)。紅豆峽內(nèi)小斷層發(fā)育最為密集區(qū)，峽谷蜿蜒曲折，區(qū)內(nèi)中-小型崩塌數(shù)量最大，占比約25%，其次為八泉峽、青龍峽、郊溝河等其他區(qū)域；大峽谷內(nèi)大型崩塌均發(fā)育于景區(qū)東部楊家池-黃崖底區(qū)域性斷層影響帶上(圖2)。斷層是邊坡區(qū)域性失穩(wěn)最重要的影響要素。

2.1.3 崩塌發(fā)育與軟弱巖層分布密切相關(guān)

太行山地層是軟硬相間的結(jié)構(gòu)，巖石成分變化導(dǎo)致巖石強(qiáng)度變化。泥巖、泥灰?guī)r、頁巖等軟巖和硬巖中的軟弱巖層的風(fēng)化侵蝕和泥化作用極大地啟動(dòng)了崩塌，并制約了崩塌發(fā)生的位置，使得這些巖體的強(qiáng)度和表部穩(wěn)定性變差。大峽谷崩塌主要為巖質(zhì)崩塌，碎石土類崩塌僅1處；在大峽谷內(nèi)灰?guī)r區(qū)崩塌約占95.91%，其他巖區(qū)分布較少。崩塌通常發(fā)育在張夏組、趙家莊組、常州溝組、大河組等地層硬巖中，其下覆軟弱易風(fēng)化的泥巖、泥灰?guī)r、頁巖被侵蝕形成凹腔，孕育了崩塌落石的發(fā)展空間；硬巖沿著節(jié)理裂隙張裂和巖體卸荷裂隙碎裂，在誘發(fā)因素作用下失穩(wěn)崩落。

2.1.4 崩塌群發(fā)性與氣候關(guān)系密切

大峽谷的山區(qū)氣候易凝云致雨，同時(shí)大峽谷流域大，匯水面積廣，在夏季集中降雨時(shí)出現(xiàn)大面積的地下水地表水相互補(bǔ)給、運(yùn)移復(fù)雜，因此大暴雨或集中連續(xù)降雨以及山洪災(zāi)害誘發(fā)崩塌群發(fā)。每年7～8月降雨相對(duì)集中、勢(shì)急而量大，崩塌沿峽谷陡壁帶呈現(xiàn)高頻多發(fā)、規(guī)模較大等特征；每年12月至次年2月氣溫長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)零度之下，因此巖體凍脹作用明顯，崩塌數(shù)目較少但體積較大；并在每年2～3月冰雪消融時(shí)期，大峽谷兩岸也會(huì)產(chǎn)生大量崩塌，以小型落石為主。

2.2 大峽谷崩塌發(fā)育特征

大峽谷邊坡變形和破壞與地形地貌、巖體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，依據(jù)太行山大峽谷崩塌空間分布和致災(zāi)效應(yīng)將其劃分為陡壁崩落帶、梯形崩石鏈、碎裂崩滑帶、水岸崩塌帶等4種類型。

2.2.1 陡壁崩落帶

2.2.2 梯形崩石鏈

太行山大峽谷內(nèi)階梯狀地貌尤為突出，陡壁和斜坡交互層疊，峽谷頂部的巖體沿節(jié)理裂隙被切割成塊狀或柱狀后易發(fā)生風(fēng)化剝落或卸荷墜落，巖體自上部崖壁崩落后在下部斜坡彈跳、滾動(dòng)，并進(jìn)一步撞擊和帶動(dòng)下部的各階崖壁塊石脫落后向下繼續(xù)崩出，形成梯形崩石鏈，最終堆積坡腳河道，如遇暴雨，緩坡表的崩積物極易被沖蝕搬運(yùn)至河道，并易造成擁堵。青龍峽周圍的山體崩石鏈極為發(fā)育，如位于大河村東的郊溝河南岸的層狀陡立崖壁崩塌(圖4)崖壁巖體層理近水平，發(fā)育一組近垂直共軛節(jié)理，卸荷裂隙寬度可達(dá)40cm以上，泥和碎石填充。陡崖上部巖體受構(gòu)造和卸荷節(jié)理控制而破碎成楔形體，在降雨等作用下發(fā)生墜落；下部崖壁主要發(fā)育典型柱狀傾倒式崩塌，崩塌巖體體積可達(dá)100m3以上。崩坡積物中塊石含量占70%～80%，黏土含量較少，膠結(jié)程度低。曾于1996年、2016年及2021年的3次強(qiáng)降雨時(shí)，該段崖壁發(fā)生大規(guī)模崩塌，形成坡面碎屑流并擁堵部分河段，最終于坡面形成鏟刮溝槽(圖4)。崩石鏈往往具有早期隱蔽、崩塌規(guī)模大、致災(zāi)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.2.3 碎裂崩滑帶

大峽谷東部區(qū)域大斷層的活動(dòng)使大峽谷東部地域部分邊坡巖體極為破碎、呈碎裂結(jié)構(gòu)(圖5)，或部分巖體崩塌成規(guī)則塊體并堆砌成陡壁狀(圖6)；邊坡縫隙經(jīng)泥質(zhì)碎石填充，膠結(jié)程度較低，易受地表營(yíng)力而發(fā)生崩滑，形成小型碎裂狀巖體崩滑帶。如黃崖底-楊家池區(qū)域性斷層上盤的楊家池灰?guī)r崩塌(圖5)其西為區(qū)域性斷層、南臨河谷；高約120m灰?guī)r質(zhì)斜坡體上常發(fā)育體積約1m3楔形體及塊狀體滑移式崩塌。斜坡體受斷裂構(gòu)造活動(dòng)影響，上盤效應(yīng)明顯，節(jié)理裂隙密集，隙寬1～10cm、泥和碎石填充；堆積物中黏土、黃土含量較多，結(jié)構(gòu)松散(黃達(dá)等，2009)。大河村佛壽塔旁崖壁(圖6)，為石英巖狀砂巖質(zhì)邊坡受河流掏蝕其基底(Arz)片巖而發(fā)生滑移式崩塌碎裂堆砌形成，其長(zhǎng)約100m、高約96m，堆積塊石體積普遍為10～30m3，裂隙寬度10～50cm，少量泥質(zhì)填充并生長(zhǎng)有灌木叢。崖壁巖塊易受地表營(yíng)力作用而再次滑移，損毀旅游步道及河道。

2.2.4 水岸崩塌帶

大峽谷景區(qū)內(nèi)多處河道筑壩或筑堤形成庫區(qū)和狹長(zhǎng)的水岸帶(圖7a、圖7b)，并被開發(fā)成觀光旅游場(chǎng)所。水體兩岸高陡崖壁上密集發(fā)育小型塊狀滑移式或墜落式崩塌，沿河道兩岸呈線性帶狀分布，形成水岸崩塌帶，危及下方游客所乘船只或竹筏等的安全。如八泉峽水庫崩塌帶(圖7a)，崩塌平均落差約124m，河道長(zhǎng)約1.4km、寬約70m；崩塌主要成型于兩岸厚層鮞?；?guī)r崖壁中上部，多為楔形體或塊狀體；巖體發(fā)育一組豎向共軛節(jié)理及卸荷裂隙，裂隙寬1～10cm并充填少量巖屑及泥，崖壁轉(zhuǎn)角處及頂部卸荷作用明顯、根劈作用強(qiáng)烈。

3 大峽谷崩塌致災(zāi)因素分析

崩塌的成因機(jī)理、規(guī)模、發(fā)育程度復(fù)雜，不同地區(qū)崩塌發(fā)育主要影響因素差異大。經(jīng)調(diào)查研究分析，太行山大峽谷內(nèi)崩塌的主要孕災(zāi)因素為地層巖性差異、地形地貌和巖體結(jié)構(gòu)組合，主要誘災(zāi)因素為地表營(yíng)力和人類活動(dòng)。

3.1 地層巖性差異是崩塌發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)

大峽谷階梯狀地形地貌的演化受到軟巖和硬巖的交替沉積的控制，巖體在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及差異風(fēng)化作用下表部巖體強(qiáng)烈破碎，整體地層巖體脆性顯著。其中的泥巖、頁巖及薄層灰?guī)r等軟巖抗風(fēng)化能力弱，強(qiáng)度弱于其上、下層段的硬巖巖體，其碎裂后被強(qiáng)烈剝蝕而形成“空腔”，使得上覆中-厚層堅(jiān)硬巖體懸空，這些巖體的節(jié)理裂隙在卸荷作用下加速拓展，巖體的穩(wěn)定性變差，常孕育危巖體。同一套地層也存在巖石成分的變化，如部分區(qū)域發(fā)育的條帶狀含泥質(zhì)的軟弱夾層，巖石成分差異導(dǎo)致巖石強(qiáng)度變?nèi)?，在降雨、振?dòng)的作用下容易失穩(wěn)崩落。

3.2 地形地貌是崩塌致災(zāi)強(qiáng)弱的決定因素

太行山河谷深切，獨(dú)特的嶂谷高崖地形控制著峽谷區(qū)的崩塌路徑、致災(zāi)過程和災(zāi)害效應(yīng)。大峽谷地區(qū)高陡的地形使山體頂部巖體具有更大的勢(shì)能，對(duì)崩塌的致災(zāi)效應(yīng)具有顯著的放大作用(張永雙等，2021)。此外，高陡地形處更為強(qiáng)烈的寒凍風(fēng)化和重力卸荷作用加速了表部巖體破裂變形，引發(fā)更加高頻的崩塌。

3.3 巖體結(jié)構(gòu)組合是大峽谷崩塌的控制要素

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，區(qū)域構(gòu)造作用產(chǎn)生較高地應(yīng)力促使峽谷巖體應(yīng)力集中并生成各類表生結(jié)構(gòu)面。大峽谷內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)具有相似性，其地層近水平發(fā)育，在峽谷下游段受斷裂帶影響而地層傾斜，傾角約為2°～10°。同時(shí)區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育了一組共軛節(jié)理，其產(chǎn)狀分別為10°～45°∠70°～90°、270°～315°∠75°～90°(圖8)。同時(shí)大峽谷內(nèi)楊家池-黃崖底區(qū)域性(圖6)斷層兩盤相互擠壓，致使斷層影響帶上的崖壁和陡坡巖體碎裂，穩(wěn)定性進(jìn)一步下降?？傮w上，共軛節(jié)理、卸荷節(jié)理、表生裂隙及巖石層面等結(jié)構(gòu)面相互組合，共同控制著巖體的拉裂、滑移、剪切破壞，制約著坡體的完整程度及劣化失穩(wěn)進(jìn)程。

3.4 地表營(yíng)力對(duì)巖體解體起關(guān)鍵作用

峽谷區(qū)冬末春初時(shí)凍融風(fēng)化作用強(qiáng)烈、夏季干濕循環(huán)加劇。峽谷在冬季為冰雪覆蓋，巖體中裂隙水凍脹“楔劈”作用使其完整性降低；春季冰雪消融，水滲入巖體，形成水壓力并產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，降低巖體強(qiáng)度。夏季氣溫變化速率快、降水率高(圖9)，巖體脹縮效應(yīng)極為強(qiáng)烈(葉四橋等，2021)。巖體中可溶于水的基質(zhì)在干濕交替作用下逐漸溶解，使得巖體產(chǎn)生細(xì)觀裂紋并逐步貫通后崩解(高文華等，2021)。反復(fù)的凍融與干濕循環(huán)作用，使得表層巖體裂隙持續(xù)擴(kuò)展并最終貫通導(dǎo)致崩塌。此外，暴雨誘發(fā)的地表徑流及洪水增大了山體的外部受力，促成其表層巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的發(fā)育延伸，使得巖體最終失穩(wěn)致災(zāi)。

3.5 人類活動(dòng)對(duì)崩塌誘發(fā)作用明顯

隨著太行山大峽谷區(qū)內(nèi)村鎮(zhèn)和旅游業(yè)的發(fā)展，各種管線工程建設(shè)活動(dòng)頻繁推進(jìn)，極大地?cái)_動(dòng)周圍地質(zhì)環(huán)境，改變了其原有的力學(xué)狀態(tài)，極大地降低了其坡體穩(wěn)定性；同時(shí)，人員流動(dòng)及車輛過往產(chǎn)生的振動(dòng)和荷載，進(jìn)一步擾動(dòng)巖體致災(zāi)。

4 崩塌成災(zāi)模式分析

大峽谷區(qū)域高陡巖質(zhì)斜坡廣泛分布、峽谷眾多、斷裂發(fā)育密集、氣候變化明顯，巖體在內(nèi)外營(yíng)力作用下不斷劣化，因而崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，依據(jù)崩塌孕育的環(huán)境地質(zhì)條件和巖體崩落后的運(yùn)動(dòng)軌跡和對(duì)承災(zāi)體的效應(yīng)，將山西太行山大峽谷區(qū)域內(nèi)崩塌成災(zāi)模式劃分為崩落滾石型、崩鏈型、碎裂潰散型、落石涌浪型等4類(圖10)。

4.1 崩落滾石型

崩落滾石型崩塌是崖壁臨空面上發(fā)育的單個(gè)或多個(gè)危巖體脫離母巖崩落并沿坡表滾滑后堆積坡腳的現(xiàn)象。崩塌體由于崩源高程、塊體大小及破壞失穩(wěn)過程、坡腳地形等差異，導(dǎo)致其對(duì)下部承災(zāi)體的破壞程度、影響范圍不同。陡傾狀崖壁經(jīng)結(jié)構(gòu)面切割成不連續(xù)塊體，使得崖壁大部分巖體在自身重力卸荷作用下，裂隙向上擴(kuò)展并導(dǎo)致巖體墜落；局部崖壁巖體在差異風(fēng)化作用下，裂隙向下延伸，并在重力作用下向外拉裂傾倒崩落。巖體失穩(wěn)拋出后撞擊、損毀地面建筑設(shè)施；或墜落于堆積坡體面上彈射、翻滾并鏟刮坡體物質(zhì)損毀房屋等建筑設(shè)施和壓覆道路，阻塞交通(圖11)。

此類崩塌防治要綜合考慮坡體和承災(zāi)體實(shí)際情況，進(jìn)行以防為主、景觀化治理的綜合防治(楊志法等，2018；崔凱等，2020)。對(duì)崩落區(qū)威脅重要通道和碼頭要進(jìn)行邊坡治理，包括支撐、錨固、封填、灌漿、排水及清除等技術(shù)；但若崩源高度太高、崩石塊體小，一般采取被動(dòng)防護(hù)，包括監(jiān)測(cè)預(yù)警，修建棚洞，攔石墻(堤)，加強(qiáng)攔擋和抗撞擊能力；在暴雨季節(jié)應(yīng)適時(shí)關(guān)閉景區(qū)并限制人員進(jìn)出，開展崩塌災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

4.2 崩鏈型

大峽谷崖臺(tái)梯疊，軟硬巖在差異風(fēng)化和侵蝕作用下軟巖堆積成斜坡、硬巖成陡崖。崩鏈型崩塌是階梯狀地貌上發(fā)育的崩塌塊體在墜落過程中帶動(dòng)下部多階崖壁上巖體崩落的現(xiàn)象。頂部堅(jiān)硬巖體卸荷裂隙發(fā)育較深且寬，基座軟巖被壓裂、風(fēng)化剝蝕致使其上部硬巖懸空；暴雨時(shí)節(jié)，巖體在地表徑流的沖刷、雨水浸潤(rùn)和重力卸荷作用下，豎向裂隙延伸拓展并最終墜落，在下方斜坡坡表彈射、翻滾并鏟刮坡積物；運(yùn)動(dòng)至下一級(jí)硬巖崖壁時(shí)，撞擊并使得其坡肩巖體傾倒，引發(fā)又一級(jí)的崩塌，使得崩塌沿階梯狀坡面逐級(jí)增大。崩塌體裹挾大量坡體物質(zhì)形成坡面碎屑流，規(guī)模逐漸增大，壓覆坡體上的公路并最終匯入河道，可能形成堵河效應(yīng)(圖12)。

此類崩塌災(zāi)害在暴雨時(shí)段高發(fā)、規(guī)模大且致災(zāi)效應(yīng)強(qiáng)烈，因此對(duì)氣象降雨的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作十分重要，同時(shí)可采取數(shù)值計(jì)算的方法進(jìn)行崩塌預(yù)測(cè)模擬。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)高的范圍內(nèi)采取主動(dòng)避讓，輔以工程防護(hù)(楊志法等，2018)，同時(shí)在雨季嚴(yán)禁村民在斜坡上的活動(dòng)。

4.3 碎裂潰散型

碎裂潰散型崩塌是緊靠斷裂處巖質(zhì)斜坡體上的碎裂狀巖體崩落的現(xiàn)象。斜坡體在斷裂構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)烈影響下，其節(jié)理裂隙發(fā)育密集且貫通性好(圖5)泥質(zhì)及巖屑填充裂隙，膠結(jié)程度中等，整體表現(xiàn)為“裂而不散”(馮文凱等，2018)。經(jīng)雨水入滲裂隙潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)面并使得巖體自重應(yīng)力增長(zhǎng)，導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)面拓展延伸，致使大塊碎裂巖體拉裂失穩(wěn)后滑移拋出，撞擊下方斜坡體而解體并且隨破碎坡體傾覆鄰近民房及道路設(shè)施，危及人居及通行安全；或地面振動(dòng)使坡體的碎裂巖塊啟動(dòng)崩落，在坡面上多次彈射后撞擊路面或房屋(圖13)。

此種類型崩塌單體較小但頻發(fā)性極強(qiáng)，因此采取主動(dòng)避讓原則，搬遷出危險(xiǎn)地帶(楊志法等，2018)；如不能，可安裝巖體位移監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行預(yù)警，在交通路線處設(shè)立警示牌引導(dǎo)快速通過，如規(guī)模小可加固公路擋墻，結(jié)合人員定期檢查進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)。

4.4 落石涌浪型

崩塌體墜入水域并導(dǎo)致涌浪對(duì)水面和岸上的設(shè)施和人群構(gòu)成嚴(yán)重威脅。河湖岸坡巖體在干濕循環(huán)、凍融循環(huán)及自身重力等多營(yíng)力耦合作用下，巖體沿著節(jié)理裂隙向下拉裂或卸荷后崩落水面上；而崖壁下部灰?guī)r巖體處于水位消落帶上，其在水體溶蝕、水動(dòng)力等作用下不斷破碎形成凹腔，導(dǎo)致上部巖體懸空。若底座軟化或在自身重力作用下裂隙持續(xù)擴(kuò)展貫通，巖體傾倒失穩(wěn)或崩落后墜入水中拍擊水面形成規(guī)模大小不等的涌浪傾覆或撞擊船只，對(duì)景區(qū)來往游客安全構(gòu)成撞擊和溺水等危險(xiǎn)(圖7，圖14)。對(duì)于此類崩塌而言，其致災(zāi)頻率較低，故而遵循避讓為主、治理為輔的原則，可以模擬計(jì)算崩塌隱患體的致災(zāi)范圍，擬制特定航線及特定通航時(shí)間以降低風(fēng)險(xiǎn)，必要時(shí)可主動(dòng)清理危險(xiǎn)巖體，保障水面安全。

5 結(jié) 論

本文在太行山大峽谷區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害精細(xì)調(diào)查工作基礎(chǔ)上分析了其崩塌災(zāi)害的發(fā)育特征和主要影響因素，探討了山岳峽谷型景區(qū)的崩塌災(zāi)害成災(zāi)模式。

(1)大峽谷區(qū)域崩塌災(zāi)害多發(fā)生于斷層密集的峽谷地帶，集中分布于海拔700～1100m范圍內(nèi)，以累進(jìn)性高位中-小型崩塌為主，在大峽谷東部區(qū)域性斷裂帶上發(fā)育有3處大型崩塌。每年7～8月雨季崩塌多發(fā)，以傾倒式、墜落式為主要破壞模式。

(2)大峽谷景區(qū)內(nèi)崩塌發(fā)育特征及分布規(guī)律受到地層巖性差異、地形地貌和巖體結(jié)構(gòu)組合等孕災(zāi)主控因素影響，地表營(yíng)力和人類活動(dòng)是觸發(fā)崩塌的直接因素。從致災(zāi)地層上來看，灰?guī)r區(qū)為主崩源區(qū)，石英砂巖和石英巖狀砂巖區(qū)為次崩源區(qū)，泥、頁巖等軟弱巖區(qū)為崩塌誘發(fā)區(qū)。

(3)太行山大峽谷內(nèi)崩塌災(zāi)害發(fā)育和分布受不同區(qū)段環(huán)境地質(zhì)條件控制，可分為陡壁崩落帶、梯狀崩石鏈、碎裂崩滑帶、水岸崩塌帶等4種類型。依據(jù)崩塌體失穩(wěn)成災(zāi)的運(yùn)動(dòng)軌跡和對(duì)承災(zāi)體的效應(yīng)將區(qū)內(nèi)崩塌成災(zāi)模式歸納為崩落滾石型、崩鏈型、碎裂潰散型、落石涌浪型等4種類型。

(4)太行山大峽谷景區(qū)崩塌頻發(fā)且具有典型性，威脅性大，因此景區(qū)規(guī)劃建設(shè)應(yīng)考慮地質(zhì)環(huán)境條件合理避讓，對(duì)崩塌災(zāi)害治理根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地需求因地制宜，采取重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、及時(shí)預(yù)警、主動(dòng)和被動(dòng)防治結(jié)合的多元防控措施。未來將在此研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索景區(qū)崩塌的成因機(jī)理、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)等問題。