安順城區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征分析及其防治建議

段方情

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,貴州 貴陽(yáng) 550001)

0 引言

安順城區(qū)位于貴州省中部,地處黔中喀斯特丘原分布區(qū)。隨經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,城市化的進(jìn)行,城市向四周擴(kuò)展,不可避免在溶丘周邊進(jìn)行切坡等人類工程活動(dòng),隨之可能帶來(lái)地質(zhì)災(zāi)害加劇,城市地質(zhì)災(zāi)害的防治面臨新的形式。地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查以縣域、小流域?yàn)閱挝灰呀?jīng)開(kāi)展了大量的工作[1-3],馮振等對(duì)上硬下軟水平巖層崩塌受采礦活動(dòng)的影響,進(jìn)行相關(guān)數(shù)值模擬,分析崩塌破壞機(jī)制研究[4]。而安順城區(qū)建筑密度大,人口分布多,人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈。其地層巖性主要為水平含軟弱夾層碳酸鹽巖,地形切割較淺。崩塌規(guī)模小,但破壞影響大,隱蔽性強(qiáng)。在山體周邊開(kāi)展工程建設(shè),調(diào)查及勘查不容易發(fā)現(xiàn)易使不良地質(zhì)現(xiàn)象變成崩塌地質(zhì)災(zāi)害的隱患。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

安順城區(qū)位于烏江水系與盤(pán)江水系的分水嶺地帶,氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,年平均降雨量1365 mm,4月至9月降水量占全年降量的80%,日最大降水量185.4 mm(1973年9月19日),時(shí)最大降水量為26.8 mm。城區(qū)及周邊為溶蝕地貌,主要為峰叢洼地、峰林谷地、殘丘坡地。峰叢洼地主要分布于幺鋪鎮(zhèn)、寧谷鎮(zhèn)一帶,峰叢高洼地小,峰頂相對(duì)洼地高150～200 m。錐體中常見(jiàn)穿洞,洼地中多落水洞,地下水位埋藏較深。峰林谷地主要分布于宋旗鎮(zhèn)、華西辦、東關(guān)辦一帶,峰林稀少(局部地段為峰林洼地),錐體渾圓,相對(duì)高度100～150 m,谷地寬闊,其間雜有高20～30 m的殘丘;殘丘坡地分布主城區(qū),其特點(diǎn)是地形平緩,微起波狀,有零星殘丘。主要分布三疊系中下統(tǒng)地層,主要有三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組、三疊系中統(tǒng)楊柳井組、三疊系下統(tǒng)嘉陵江組地層、三疊系下統(tǒng)大冶組地層。楊柳井組地層巖性主要為淺灰、灰色中厚層-厚層塊狀白云巖、角礫白云巖夾泥頁(yè)巖軟弱夾層;關(guān)嶺組地層巖性上部為深灰色中厚層致密灰?guī)r夾泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r,下部泥頁(yè)巖與夾泥質(zhì)白云巖,形成上硬下軟結(jié)構(gòu);嘉陵江組底層巖性上部主要為黃綠、紫紅色砂質(zhì)粘土巖、薄層泥質(zhì)砂巖、粉砂巖夾灰色泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r及角礫狀灰?guī)r,下部主要為灰色、深灰色薄至中厚層泥晶灰?guī)r;工程巖組主要為硬質(zhì)巖組及軟硬相間巖組。安順城區(qū)主要位于南嶺緯向構(gòu)造帶之北,川滇經(jīng)向構(gòu)造體系之東,新華夏第三隆起帶之西。由于長(zhǎng)期地應(yīng)力的作用,形成了比較復(fù)雜的構(gòu)造。區(qū)內(nèi)所有構(gòu)造形跡均南北向的動(dòng)力作用于這一基本運(yùn)動(dòng)方式之中,形成了南北向構(gòu)造,北東向構(gòu)造以及北西向構(gòu)造。居民房屋多分布于洼地四周及較平緩區(qū)域,隨城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā),交通設(shè)施完善,人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈,這些對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響較大。

2 地質(zhì)災(zāi)害分布及發(fā)育特征

主城區(qū)及周邊發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害50處,3處滑坡,35處崩塌,2處地面塌陷,地質(zhì)災(zāi)害以崩塌為主[5]。地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要有幺鋪鎮(zhèn),地質(zhì)隱患點(diǎn)15處,華西辦13處,寧谷鎮(zhèn)12處。崩塌主要發(fā)育于軟硬相間巖組及硬質(zhì)巖中(含軟弱夾層)分布區(qū)陡坡及陡崖部位,主要為小型巖質(zhì)崩塌,崩塌所在地形坡地在50°～90°之間,上陡下緩,多為硬巖中夾軟弱夾層,破壞模式為傾倒式、墜落式、滑移式,以傾倒式為主。崩塌所在斜坡結(jié)構(gòu)多為近水平狀坡、橫向坡、斜向坡、逆向坡,由于差異風(fēng)化影響,凹巖腔較為發(fā)育。具有小災(zāi)害、大危害的特點(diǎn)。

3 典型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)(龍井村對(duì)門(mén)坡崩塌)分析

該危巖體位于安順城區(qū)西部幺鋪鎮(zhèn)龍井村,出露三疊系中統(tǒng)楊柳井組(T2y)地層,巖性為白云巖夾多層泥質(zhì)白云巖,巖層傾角較緩,斜坡結(jié)構(gòu)為逆向坡,山腳一帶分布房屋,在城區(qū)具有代表性[6]。形成機(jī)理方面國(guó)內(nèi)外做了大量研究,如王根龍采用離散元對(duì)我國(guó)西南山區(qū)含軟弱層崩塌進(jìn)行數(shù)值模擬,模擬其破壞過(guò)程[7]。馮振等對(duì)近水平厚層高陡斜坡崩塌機(jī)制進(jìn)行研究,總結(jié)歸納6種地質(zhì)力學(xué)模型[8]。李麗華對(duì)保康溫泉崩塌成因機(jī)理進(jìn)行分析[9]。

3.1 危巖體地質(zhì)環(huán)境條件

對(duì)門(mén)坡崩塌所屬地貌形態(tài)為峰叢洼地地貌,其所在的山體頂部海撥1448 m,南側(cè)山腳最低處海拔1295.3 m,相對(duì)高差約152.7 m。危巖體位于山體頂部,海拔1435.6～1442.2 m,居民集中區(qū)沿山腳公路內(nèi)外側(cè)分布。該山體上部坡度一般為45°～70°,發(fā)育多個(gè)臺(tái)坎(小平臺(tái)位置即軟弱夾層位置),陡坎坡度較陡,坡度在60°～70°之間,下部坡度一般為10°～45°。

區(qū)域構(gòu)造上,勘查區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)西側(cè),地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)位于斷層線南東盤(pán),屬于下降盤(pán),距斷層線約2500 m。受構(gòu)造影響,調(diào)查區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,根據(jù)調(diào)查,共存在2組節(jié)理面:第一組節(jié)理面50°∠85°,線密度2～3條/m;第二組節(jié)理面140°∠78°,線密度2～3條/m。

3.2 危巖體基本特征

對(duì)門(mén)坡危巖帶如圖1所示,由于地形較陡,呈帶狀,下部民房沿坡腳及公路呈線性分布。體積較大、較為危險(xiǎn)的危巖體主要有1處,其余為零星風(fēng)化落石。體積較大的危巖體位于測(cè)區(qū)東側(cè)山體上部(圖1、圖2)。危巖體高6.6 m,寬5 m,厚4.5 m,體積148.5 m3,規(guī)模為小型。主崩方向147°,斜坡為逆向坡。主要發(fā)育二組陡傾節(jié)理,第一組節(jié)理產(chǎn)狀140°∠72°,沿這條節(jié)理裂隙形成了后緣張拉裂縫,控制危巖體的后緣,后緣張拉裂縫寬度2～4 cm,無(wú)填充物體充填;第二組節(jié)理產(chǎn)狀50°∠78°,切割巖體,構(gòu)成危巖體的兩側(cè)邊界,兩側(cè)緣已經(jīng)臨空。由于受構(gòu)造及二組節(jié)理裂隙后續(xù)風(fēng)化的影響,豎向裂縫非常發(fā)育,形成獨(dú)立的塊體。由于軟弱夾層的影響,危巖體下部為泥質(zhì)白云巖,差異風(fēng)化軟硬接觸面形成凹腔,上部硬質(zhì)巖(白云巖)懸空,坡體應(yīng)力不斷調(diào)整,后緣裂隙逐漸擴(kuò)展,形成危巖體。

圖1 危巖體平面分布圖

圖2 危巖體局部剖面圖

3.3 形成機(jī)理分析

該危巖體孕育形成是地球內(nèi)外動(dòng)力綜合作用的結(jié)果。由于地質(zhì)構(gòu)造作用,形成其一定特點(diǎn)構(gòu)造及原始山體,在后續(xù)巖溶等作用下,節(jié)理裂隙不斷擴(kuò)展,結(jié)構(gòu)面相互切割,形成獨(dú)立的塊體。差異風(fēng)化的影響,軟弱夾層(泥質(zhì)白云巖)抗風(fēng)化能力較弱,因差異風(fēng)化軟硬巖接觸部位已形成了凹腔,隨著凹腔不斷發(fā)育,上覆巖體應(yīng)力不斷調(diào)整,后緣裂縫不斷擴(kuò)展,重心不斷外移,在降雨條件下,后緣裂隙充水形成靜水壓力及自身力學(xué)參數(shù)下降情況下形成傾倒式破壞。局部可形成類似“鷹嘴”巖體,由于沿層面力學(xué)強(qiáng)度差異的影響,強(qiáng)度較弱的部位也可能墜落式崩塌。

3.4 危巖破壞后運(yùn)動(dòng)計(jì)算及治理

落石分析方法有很多種,大體上分為3類:現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬。本文采用數(shù)值模擬的方式進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)斜坡上部危巖體分布特征及已有滾石的運(yùn)動(dòng)路徑分析,選取典型剖面,采用ROCKFAIL軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬,坡面根據(jù)巖土體性質(zhì)及植被發(fā)育情況選取有關(guān)參數(shù),落石大小考慮歷史落石及結(jié)構(gòu)面相互切割形成塊體的大小,選取危巖體解體后最大體積為2 m3進(jìn)行落石模擬計(jì)算(圖3)。地形陡峭且分布多個(gè)小臺(tái)階,落石在臺(tái)階處以跳躍為主,彈跳高度大,運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn),危巖體模擬計(jì)算最遠(yuǎn)可超過(guò)125 m,測(cè)區(qū)危巖體下方房屋、公路、云馬廠房均在其威脅之下。通過(guò)實(shí)際調(diào)查及訪問(wèn),該地區(qū)曾發(fā)生多起落石現(xiàn)象,經(jīng)訪問(wèn)落石最遠(yuǎn)的滾動(dòng)距離可達(dá)103 m左右(在公路內(nèi)側(cè)房屋)。造成模擬運(yùn)動(dòng)距離比實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離大,主要模擬未考慮坡腳處房屋的阻擋作用,模擬與實(shí)際相對(duì)還是比較吻合的。通常崩塌落石運(yùn)動(dòng)距離不算太遠(yuǎn),主要威脅山腳附近的房屋建筑及居民、公路過(guò)往車輛及行人。

圖3 危巖體(2 m3)破壞運(yùn)動(dòng)軌跡

該崩塌災(zāi)害點(diǎn)對(duì)于上部較大危巖體采用清理方式,坡面零星落石采用在坡體下方設(shè)置RXI-200被動(dòng)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)綜合治理的方案。

4 防治建議

1)安順主要城區(qū)以溶蝕殘丘及溶蝕洼地地貌為主,出露地層巖性為含多層軟弱夾層的白云巖、灰?guī)r,地層傾角小,差異風(fēng)化下,逆向坡方向沿軟弱夾層位置容易形成凹腔,沿軟弱夾層以上位置易孕育傾倒式及墜落式崩塌,威脅下部居民及建筑物安全。根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)制,建議對(duì)軟弱夾層進(jìn)行嵌補(bǔ)封填,同時(shí)做好排水措施,阻止其凹腔繼續(xù)發(fā)育、上覆巖體產(chǎn)生后續(xù)變形破壞。較大的危巖體可適當(dāng)清除,下部可設(shè)置被動(dòng)網(wǎng)及攔石墻。建議首先調(diào)查清除坡體軟弱夾層分布及發(fā)育情況,是否有成災(zāi)條件。

2)對(duì)于建新工程,加強(qiáng)對(duì)山體軟弱夾層的調(diào)查及勘查工作,特別是高位的軟弱夾層?？刹捎玫孛嫒S激光掃描的方法,可過(guò)濾植被,清晰測(cè)量凹腔位置,剖面形態(tài),計(jì)算危巖體方量,測(cè)量節(jié)理裂隙產(chǎn)狀等。三維激光掃描近年來(lái)在危巖體監(jiān)測(cè)、測(cè)繪、礦山邊坡監(jiān)測(cè)方面運(yùn)用廣泛,取得了較好的效果[10-11]。

3)對(duì)于逆向坡山體區(qū)域,易孕育崩塌,具有規(guī)模較小、危害較大、高位隱蔽等特點(diǎn)。在此區(qū)域開(kāi)展工程活動(dòng)應(yīng)因地制宜,采用支護(hù)措施與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合,如攔石墻與文化墻相互結(jié)合等。支護(hù)措施主要有攔石墻、主動(dòng)網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)等。

4)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)手段,積極運(yùn)用遙感等新技術(shù)如LINSAR、LIDAR,LINSAR可不同時(shí)期斜坡影像解譯其變形情況,LIDAR在地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別具有較大的利用價(jià)值。此類技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)識(shí)別及單點(diǎn)運(yùn)用得到較好的運(yùn)用[12-15]。LIDAR,LINSAR結(jié)合氣象預(yù)警及群專結(jié)合方法,加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害排查、監(jiān)測(cè),做好臨災(zāi)預(yù)報(bào)、警報(bào),將地質(zhì)災(zāi)害造成的損失降到最低。

5)采用開(kāi)發(fā)式治理方式,對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育且植被不發(fā)育的溶蝕殘丘,可考慮將山體整體清除,消除地質(zhì)災(zāi)害隱患,保護(hù)有限的耕地資源。

5 結(jié)語(yǔ)

1)安順市城區(qū)由于含軟弱夾層碳酸鹽巖廣泛分布,地層傾角較為平緩,差異風(fēng)化強(qiáng)烈,易孕育小型崩塌地質(zhì)災(zāi)害。山體植被一般較發(fā)育,崩塌具有高位、隱蔽性、突發(fā)性、小災(zāi)害、大危害等特點(diǎn)。

2)提出相應(yīng)防治建議,前期調(diào)查評(píng)估工作很重要,前期地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估工作需要調(diào)查軟層夾層的分布情況及不利地質(zhì)條件組合情況,看是否具備成災(zāi)條件,建議采用地面三維激光掃描技術(shù)配合調(diào)查。后期勘察需要考慮選擇合適的支護(hù)措施,建議將支護(hù)措施與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合。根據(jù)實(shí)際條件也可采用開(kāi)發(fā)式治理的方式,將小山包整體清除,節(jié)約耕地資源。

3)加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害排查、監(jiān)測(cè)工作,積極采用新技術(shù)、群專結(jié)合的方式。如LINSAR、LIDAR技術(shù),可大面積高效開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)及早期識(shí)別工作,然后專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)核查。