四川地震災(zāi)區(qū)巴中市南江縣鷹嘴巖危巖形成機(jī)制分析

陳小洋 楊茂勇

（1、重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川東南地質(zhì)大隊(duì)，四川重慶 400000；2、重慶長(zhǎng)江工程勘察設(shè)計(jì)研究院，四川重慶 400000）

1 前言

鷹嘴巖危巖區(qū)位于巴中市南江縣縣城邊緣。其主要威脅對(duì)象為：高壓鐵塔、省道101、居民、單位、企業(yè)、民房及規(guī)劃中的城市環(huán)城公路。1980年鷹嘴巖頂部北側(cè)約曾經(jīng)發(fā)生過(guò)危巖崩塌事件，危巖體積約10m3，危巖最終滾入了四川光霧山新合農(nóng)特集團(tuán)公司后約10m的平臺(tái)中；1988年鷹嘴巖坡頂曾經(jīng)發(fā)生過(guò)危巖崩塌事件，危巖體積約8m3，危巖最終滾入了南江河中央。為避免危巖造成大的損失，弄清危巖體崩落的綜合原因，以便采取科學(xué)對(duì)策，筆者曾多次到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、研究，對(duì)本區(qū)的工程地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，對(duì)危巖的形成進(jìn)行了近兩個(gè)月的調(diào)查，在此基礎(chǔ)上對(duì)危巖的形成機(jī)制進(jìn)行深入研究，揭示危巖體形成的綜合原因及其發(fā)展趨勢(shì)。

2 危巖所處的自然地質(zhì)環(huán)境

鷹嘴巖位于南江縣境內(nèi)南東部中低山區(qū)，地貌類型屬于四川盆地北部構(gòu)造剝蝕中低山及低山深丘地貌。低山深丘周圍多被沖溝切割，形成坡陡，頂平，上陡下緩的形狀各異的桌狀山，丘頂面高程一般為700-900m。鷹嘴巖山頂南北長(zhǎng)500m，東西寬50m，面積約30000m2，山頂高程約890m，坡腳高程約470m，相對(duì)高差約420m。山體呈“凸”字形地貌特征，形成陡峻地勢(shì)，危巖體主要分布于頂部及陡崖之上。陡崖下部坡體一較陡，一般為30°～40°，坡體植被發(fā)育，以柏樹、灌木等為主。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，區(qū)內(nèi)出露基巖地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2S）紫紅色泥巖及灰白色、青灰色砂巖，泥巖單軸抗壓強(qiáng)度僅9.1MPa，軟化系數(shù)0.70，遇水易軟化，易風(fēng)化，分布于坡體中，砂巖單軸抗壓強(qiáng)度30.9MPa，軟化系數(shù)0.80，遇水不易軟化，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，主要分布于斜坡頂部，卸荷裂隙發(fā)育。

本區(qū)地下水類型為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水，鷹嘴巖危巖區(qū)為陡壁，危巖崩落區(qū)地形坡角一般20°～30°，地形地貌條件有利于地表水系及地下水的排泄；且因地形、地層巖性的影響，地下水在各處的埋深不一，且主要由大氣降水和后山基巖裂隙水補(bǔ)給，南江河排泄。

3 危巖體基本特征

鷹嘴巖危巖體主要位于鷹嘴巖山體頂部，5.12地震前危巖體整體穩(wěn)定性較好，只在斜坡中部坡度較緩處有穩(wěn)定性較好巖堆體發(fā)育，巖體節(jié)理裂隙貫通性較差。5.12地震造成巖體裂隙貫通性變好，危巖體穩(wěn)定性變差。

鷹嘴巖危巖體按照其位置和本次現(xiàn)場(chǎng)勘察查頂部危巖帶可劃分為29處危巖 (編號(hào)W1～W29)，中部零星分布有15處危巖(編號(hào)W30～W44)，底部危巖帶可劃分為8處危巖(編號(hào)W45～W52)；分布于坡頂?shù)纳皫r陡崖部位，該段陡崖受裂隙切割形成危巖帶，長(zhǎng)約1000m，高 10～30m，平面面積約 20000m2，坡向250～360°，目前處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)，零星分布于坡體中間的危巖體目前處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)；分布于坡底部長(zhǎng)約300m，高 10～30m，平面面積約 4000m2，坡向270～300°，目前處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)，危巖體積13～960m3不等。

4 危巖體破壞方式

為了清楚認(rèn)識(shí)危巖的特征和變形破壞機(jī)制，現(xiàn)根據(jù)危巖崩塌的運(yùn)動(dòng)特征，破壞方式可將鷹嘴巖危巖體的破壞類型分為墜落式、傾倒式及滑塌式三類。

（1）墜落式

指高懸于陡崖上緣的危巖體，在后緣順坡向裂隙、兩側(cè)裂隙和層面的切割下，底部泥巖軟弱基座在前期風(fēng)化作用下形成凹腔，在巖體自重等影響下將發(fā)生墜落而失穩(wěn)（圖4-1）。

（2）滑塌式

該類危巖體主要受坡體順坡外裂隙控制，隨著底部軟弱基座軟化塑變，在重力和靜水壓力下發(fā)生滑塌拉裂破壞(圖4-2）。

（3）傾倒式

受順坡向裂隙切割發(fā)生滑移拉裂，在重力、降雨作用下危巖體繞下部基座支點(diǎn)向坡外發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),巖體向坡外變形卸荷，重心逐漸外傾，將發(fā)生傾倒式變形，最終形成崩落破壞（示意圖4-3）。

5 影響和誘發(fā)危巖體因素分析

勘查區(qū)為山地，邊坡地形陡，最大坡度可達(dá)70°，危巖主要集中于鷹嘴巖山頂，處于抗震不利地段，在汶川“5.12”地震及其后的余震作用下，使巖體原有的節(jié)理、裂隙得到進(jìn)一步的發(fā)展、貫通，從而使巖體形成了諸多不利的危巖體；加上軟弱巖層遇水軟化，產(chǎn)生壓縮變形或塑性擠出，使巖體的穩(wěn)定性降低?？傊辈閰^(qū)危巖的形成和發(fā)展受各種因素影響，有潛在的內(nèi)在因素和外動(dòng)力作用。

（1）內(nèi)在因素

內(nèi)在因素主要有地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等。

1）地層巖性

形成危巖體的陡崖均為厚層狀砂巖，致密堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，常裸露凸出坡面，而其下的泥巖層與之相比力學(xué)性質(zhì)較差，且易風(fēng)化剝蝕形成崖腔。

尤其是底座泥巖遇水易軟化，在上部巖體的重壓下產(chǎn)生壓縮變形或塑性擠出，由此在巖體上部引發(fā)張應(yīng)力，促進(jìn)裂隙發(fā)展拉張，或因上部巖體的巨大荷載而引發(fā)力矩，促使張裂隙進(jìn)一步擴(kuò)張，使穩(wěn)定巖體逐漸變?yōu)闈撛诓环€(wěn)定巖體，最后發(fā)生崩塌破壞。

2）地質(zhì)構(gòu)造

任何崩塌都必須有結(jié)構(gòu)面參與，該坡體巖層產(chǎn)狀近于水平，砂巖兩組裂隙廣泛發(fā)育，且切割較深。加上巖體的層面裂隙、卸荷裂隙以及風(fēng)化裂隙的共同作用，巖體被分割成不同規(guī)模的塊體，其完整性降低，為危巖產(chǎn)生崩塌奠定了基礎(chǔ)。

3）地形地貌

危巖發(fā)育于一般10～30m高的陡崖上，陡崖作為危巖體形成的基本條件之一，一方面促進(jìn)了裂隙發(fā)育；另一方面高陡的陡崖加大了危巖崩塌產(chǎn)生的破壞力。

（2）外動(dòng)力因素

外動(dòng)力因素主要包括地震、降雨等。

1）地震

“5.12”地震過(guò)程中，強(qiáng)大的地殼運(yùn)動(dòng)為危巖的失穩(wěn)提供了外部動(dòng)力。

2）降雨

山體砂巖體內(nèi)裂隙發(fā)育，貫通性好，受地形切割影響，富水性差。但貫通砂巖的裂隙滲水集聚于泥巖軟基上，泥巖的軟化變形加劇了上覆砂巖體的變形破壞；大氣降水滲入砂巖裂隙，溶解可溶物質(zhì)，加速了裂隙的擴(kuò)展與貫通。在暴雨季節(jié)還可產(chǎn)生暫時(shí)性水壓效應(yīng)，促進(jìn)危巖體向崩塌破壞發(fā)展。

3）風(fēng)化作用

砂、泥巖顯著的差異風(fēng)化，形成0.5～10m的巖腔，促進(jìn)了上覆砂巖危巖體的形成；風(fēng)化作用使砂巖體中原有裂隙擴(kuò)展，并與原有裂隙溝通，加速了危巖體的形成和局部崩塌的產(chǎn)生。

4）生物作用

鷹嘴巖危巖體崖面多被植被覆蓋，植被對(duì)危巖崩塌主要有兩方面影響：一方面生長(zhǎng)在砂巖裂隙中的植被，由于生物生長(zhǎng)使裂隙加寬加深，而且使小的危巖塊體向坡外移動(dòng)。另一方面植被本身的重量加大了巖體的荷載，并向巖體傳遞風(fēng)的動(dòng)力荷載，對(duì)巖體和危巖體的穩(wěn)定不利。

5）其它

人類工程活動(dòng)、巖體自重等對(duì)鷹嘴巖危巖都有較大的影響。

6 危巖體穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

危巖穩(wěn)定性采用定性分析與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法。定性分析采用赤平投影方法結(jié)合危巖帶頂部變形跡象地面勘查結(jié)果綜合評(píng)判、分析危巖體的穩(wěn)定性。定量評(píng)價(jià)采用相應(yīng)計(jì)算公式采取3個(gè)工況（即天然工況、暴雨工況及地震工況）進(jìn)行定量計(jì)算，最終綜合確定危巖體的穩(wěn)定性。并對(duì)各危巖單體的崩落距離、彈跳高度、能量進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)落石試驗(yàn)（利用野外調(diào)查現(xiàn)有崩落的危巖）及調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，綜合確定：危巖穩(wěn)定性現(xiàn)狀處于基本穩(wěn)定至欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨和地震條件下處于欠穩(wěn)定至不穩(wěn)定狀態(tài)，其危險(xiǎn)性大。隨著風(fēng)化、卸荷裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)張，危巖體將處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并可能產(chǎn)生新的危巖體。

7 治理方案分析評(píng)價(jià)

危巖的防治措施主要采用錨固、支撐、嵌補(bǔ)等方法，可減輕危巖體對(duì)軟弱基座的重壓，同時(shí)可防治危巖體沿軟基剪出失穩(wěn)；局部主要裂隙較發(fā)育，巖體完整性差，不宜錨固、支撐等方式處理危巖，需采用爆破清除，鋼繩網(wǎng)等方式。根據(jù)鷹嘴巖危巖體形態(tài)特征，危巖體破壞方式及影響因素等，對(duì)危巖體采取主動(dòng)防治及被動(dòng)措施，

結(jié)論

根據(jù)上述分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)鷹嘴巖危巖的形成的根本原因，是陡峭的地形地貌條件及砂、泥巖物理力學(xué)特征致使砂、泥巖差異性風(fēng)化形成巖腔。

(2)暴雨在危巖體危險(xiǎn)性加劇起了重要作用，它促使卸荷裂隙進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致危巖體穩(wěn)定性降低。

(3)在汶川“5.12”地震及其后的余震作用下，使巖體原有的節(jié)理、裂隙得到進(jìn)一步的發(fā)展、貫通，從而使巖體形成了諸多不利的危巖體；加上軟弱巖層遇水軟化，產(chǎn)生壓縮變形或塑性擠出，使巖體的穩(wěn)定性降低。

(4)危巖穩(wěn)定性現(xiàn)狀處于基本穩(wěn)定至欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨和地震條件下處于欠穩(wěn)定至不穩(wěn)定狀態(tài)，其危險(xiǎn)性大。

（5）采用主動(dòng)崁補(bǔ)+被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合的綜合治理方案可行

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