■程 弘
(福建省林業(yè)勘察設(shè)計院,福州 350001)
地質(zhì)構(gòu)造作用是山坡、人工斜坡發(fā)生滑坡和崩塌的重要影響因素,對斜坡穩(wěn)定性的影響是多方面的,國內(nèi)外已對此開展較多的研究。 本研究在收集相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上, 結(jié)合福建省道路滑坡、崩塌的工程實例,再次進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造對斜坡穩(wěn)定性影響的分析和探討,以供同行們借鑒和參考。
層(片)理是沉積巖、變質(zhì)巖成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)面, 雖然傳統(tǒng)意義上不屬于地質(zhì)構(gòu)造的范疇,但其對巖體工程性質(zhì)、特別是巖體穩(wěn)定性有著重要的影響,所以工程研究中通常將層(片)理作為重要的構(gòu)造面進(jìn)行分析,故本研究也將層理列入地質(zhì)構(gòu)造范疇進(jìn)行分析。
地質(zhì)構(gòu)造類型主要有斷層、褶皺和節(jié)理、劈理、層(片)理等結(jié)構(gòu)面。 地質(zhì)構(gòu)造對巖體的破壞作用一般表現(xiàn)為以下幾個方面。
(1)斷層活動錯斷巖體,斷層面本身就是巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面, 并可能導(dǎo)致周邊巖體出現(xiàn)裂隙,破壞巖體完整性。 (2)褶皺作用導(dǎo)致巖層彎曲,層理強(qiáng)度降低甚至脫開,褶皺軸部產(chǎn)生節(jié)理,導(dǎo)致巖體被切割成不連續(xù)狀態(tài)。 (3)節(jié)理、劈理、層理、片理為巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面,相對于巖石本身,其強(qiáng)度相對較低;其中節(jié)理使得巖體斷裂,導(dǎo)致巖體被切割成不連續(xù)狀態(tài)。
在地質(zhì)構(gòu)造力的作用下,巖石發(fā)生變形或破裂,從而破壞巖體的連續(xù)性,使巖體破碎。 (1)斷層一般會形成一定寬度的斷層破碎帶(圖1),帶內(nèi)巖石一般較為破碎,構(gòu)造作用還致使沉積巖、沉積變質(zhì)巖產(chǎn)生層間破碎帶。 多數(shù)斷層上盤由于多組節(jié)理發(fā)育,導(dǎo)致巖體較為破碎。 (2)褶皺、褶曲的軸部一般有多組節(jié)理發(fā)育,并有擠壓或脫空現(xiàn)象,導(dǎo)致巖體破碎。 (3)節(jié)理帶、劈理帶由于節(jié)理、劈理的密集發(fā)育,導(dǎo)致帶內(nèi)巖石破碎。
圖1 滲水構(gòu)造破碎帶(泉上互通滑坡)
由于地質(zhì)構(gòu)造作用導(dǎo)致巖體破碎化,從而為巖體中地下水的滲流提供通道,為地下水的儲存提供空間(圖1)。
地質(zhì)構(gòu)造作用是地殼活動的表現(xiàn),作用過程中的能量一般會導(dǎo)致次生礦物的產(chǎn)生,多數(shù)次生礦物為親水泥狀物質(zhì),如高嶺土(圖2)、水云母、綠泥石、葉臘石等,從而降低巖石和結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度,增加巖體含水量。
圖2 高嶺土化(莆炎高速公路泉上互通滑坡)
由于巖石在地質(zhì)構(gòu)造作用下巖體較為破碎、產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)面和親水次生礦物,從而導(dǎo)致巖石風(fēng)化作用的加快和增強(qiáng), 形成風(fēng)化凹槽等特殊地質(zhì)現(xiàn)象。 如莆炎高速公路泉上互通受斷層影響,殘積土和全、強(qiáng)風(fēng)化巖層的總厚度大于50 m(圖3)。
圖3 莆炎高速公路泉上互通滑坡
影響斜坡穩(wěn)定性的因素主要為地質(zhì)環(huán)境條件和誘發(fā)因素,地質(zhì)環(huán)境條件包括地形地貌、巖土結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造和地下水特征,誘發(fā)因素包括降雨、河(洪)流沖刷、海浪侵蝕、地震和人為工程活動(坡腳開挖、坡面堆載、水利工程、工程爆破等)。 其中,地質(zhì)構(gòu)造作用對斜坡穩(wěn)定性的影響是多方面的,現(xiàn)結(jié)合工程實例,按照斜坡失穩(wěn)類型探討、分析地質(zhì)構(gòu)造對斜坡穩(wěn)定性的影響。
幾乎所有巖質(zhì)崩塌都與巖體結(jié)構(gòu)面或軟弱巖層、破碎帶的發(fā)育有關(guān)[1]。 巖質(zhì)崩塌一般是由于巖體被多組結(jié)構(gòu)面切割成危巖(崖)后產(chǎn)生的。 一般說,結(jié)構(gòu)面平直、延伸長度大、張開度大時影響大;裂面具有泥化、蝕變礦物充填的影響也大。
2.1.1 剝落型巖崩
一般發(fā)生于巖崖或陡開挖邊坡上,受2 組陡傾軟弱結(jié)構(gòu)面(節(jié)理、劈理等)控制,或者是破碎、極破碎巖體(如強(qiáng)風(fēng)化巖石、構(gòu)造破碎帶),為錯落式巖崩,系自重作用引起的結(jié)構(gòu)面剪切破壞,如寧德公路旁邊坡崩塌(圖4,圖片中崩落體多已清除)。
圖4 寧德公路錯落式巖崩
2.1.2 傾倒式巖崩
大多發(fā)生于巖崖或陡開挖邊坡上,受陡傾軟弱結(jié)構(gòu)面(節(jié)理、劈理等)和緩傾結(jié)構(gòu)面(節(jié)理、層理)的組合控制,為傾覆力矩作用下的傾倒破壞(圖5)。圖6 為美國科羅拉多州公路上的傾倒式巖崩[2]。
圖5 傾倒破壞示意圖
圖6 美國科羅拉多州公路傾倒式巖崩
2.1.3 滑移式崩塌
一般發(fā)生于坡腳有相對臨空面的陡坡上,沿順傾的軟弱結(jié)構(gòu)面(斷層面、節(jié)理面、軟弱夾層等)產(chǎn)生的滑移式崩塌,巖質(zhì)斜坡和類土質(zhì)(風(fēng)化殼)斜坡均可發(fā)生,系軟弱結(jié)構(gòu)面受剪切破壞所致。
圖7 為G534 公路三明市三元服務(wù)區(qū)邊坡上的巖崩, 系邊坡上巖石楔體沿一傾角約43°節(jié)理產(chǎn)生的滑移式巖崩。 圖8 為巖石受構(gòu)造影響形成的厚層風(fēng)化殼,導(dǎo)致陡坡巖土體抗剪強(qiáng)度降低,沿殘留節(jié)理面產(chǎn)生的滑移式類土質(zhì)崩塌。
圖7 G534 公路三元服務(wù)區(qū)巖崩
圖8 上杭鄉(xiāng)村道路邊坡上的類土質(zhì)崩塌
2.1.4 鼓脹式巖崩
大多發(fā)生于巖崖或陡開挖邊坡上,一般受上部陡傾節(jié)理和下部近水平軟弱巖層(軟巖、極軟巖、層間破碎帶等)控制,為下部軟弱巖層受擠壓作用產(chǎn)生鼓脹、傾斜或下沉、傾倒,導(dǎo)致上部巖體崩塌。
2.1.5 拉裂式巖崩
大多發(fā)生于突出的危崖上, 一般受陡傾節(jié)理、劈理控制,為巖崖上的危石沿節(jié)理、劈理受拉張作用而導(dǎo)致的拉裂破壞。 圖9 是發(fā)生于連江江松皋海岸上的拉裂式巖崩。
圖9 連江縣松皋海岸上的拉裂式巖崩
地質(zhì)構(gòu)造是滑坡的重要影響因素,而且影響是多方面的。 滑坡按滑動面的形態(tài)可分為平面型、弧型或折線型滑坡[3],地質(zhì)構(gòu)造對不同類型滑坡的影響有一定的差異性。
2.2.1 對平面型滑坡影響的分析
地質(zhì)構(gòu)造對平面型滑坡的影響,直觀體現(xiàn)在滑體沿地質(zhì)構(gòu)造作用形成的各類結(jié)構(gòu)面、 軟弱帶下滑,如順傾的層(片)理、節(jié)(劈)理、基巖面、斷層面或軟弱夾層、層間破碎帶、斷層破碎帶等。 同時,結(jié)構(gòu)面上由于構(gòu)造作用產(chǎn)生的親水蝕變礦物如綠泥石、水云母、葉臘石、高嶺土等(圖10),潤滑了結(jié)構(gòu)面,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度降低;構(gòu)造作用導(dǎo)致巖體破碎,透水性增強(qiáng),利于雨水下滲和地下水滲流,從而增加滑體自重和地下水的滲透破壞及其動水壓力。 這些都極大地影響了斜坡的穩(wěn)定性,促進(jìn)平面型滑坡的形成。且構(gòu)造作用導(dǎo)致巖體破碎、風(fēng)化加強(qiáng),透水性增強(qiáng),利于雨水下滲和地下水滲流,從而增加滑體自重和地下水的滲透破壞及其動水壓力(圖1);這些都極大地影響了斜坡的穩(wěn)定性,促進(jìn)滑坡的形成。 莆炎高速公路泉上互通滑坡(圖3、12)和上杭城蛟高速公路古石互通滑坡(圖11)就是此類滑坡的實例。
圖10 武夷新區(qū)快速通道邊坡上的滑坡
圖11 上杭城蛟高速公路古石互通滑坡
圖12 莆炎高速公路泉上互通滑坡軸線剖面
地質(zhì)構(gòu)造是斜坡穩(wěn)定性的重要影響因素,不同的地質(zhì)構(gòu)造作用易導(dǎo)致不同類型的斜坡失穩(wěn)。 所以,在斜坡地帶進(jìn)行工程建設(shè)時,應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造的調(diào)查和勘探。 (1)地質(zhì)構(gòu)造作用大多數(shù)表現(xiàn)為巖體產(chǎn)生軟弱結(jié)構(gòu)面、巖體破碎、風(fēng)化作用增強(qiáng)、產(chǎn)生親水礦物(蝕變作用)、巖體透水性增強(qiáng)等。 這些結(jié)構(gòu)面包括節(jié)(劈)理、層(片)理、巖土界面、層間破碎帶、斷層面等。 (2)巖崩主要受構(gòu)造作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面控制, 結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及其與斜坡位置關(guān)系的不同、結(jié)構(gòu)面組數(shù)及其組合的差異,導(dǎo)致巖崩的形式不同。 對于巖質(zhì)陡坡,應(yīng)加強(qiáng)這些結(jié)構(gòu)面的觀測,包括結(jié)構(gòu)面密度、延伸長度、張開度、粗糙程度、平直度、充填情況和結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、含水特征等。 (3)地質(zhì)構(gòu)造是滑坡的重要影響因素。 大型順傾結(jié)構(gòu)面是平面型巖質(zhì)滑坡的控制性因素;而地質(zhì)構(gòu)造對弧型或折線型滑坡的影響,則主要體現(xiàn)在類土質(zhì)(風(fēng)化殼)滑坡上。
對于滑坡的治理工程,或者在易形成滑坡的斜坡地帶進(jìn)行工程建設(shè)時,加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造的調(diào)查是必須的。 不但要查明地質(zhì)構(gòu)造類型、產(chǎn)狀、規(guī)模,還要查明地質(zhì)構(gòu)造作用后的巖體破碎程度、風(fēng)化程度和各種結(jié)構(gòu)面特征、親水礦物發(fā)育情況、地下水特征等。