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(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì),新疆 烏魯木齊 830091)
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新疆托克遜縣克爾堿巖畫崩塌地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
張?zhí)炝x
(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì),新疆 烏魯木齊 830091)
克爾堿巖畫石刻水系圖位于新疆托克遜縣,在查明新疆托克遜縣克爾堿巖畫巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害基本地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,對(duì)區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征進(jìn)行總結(jié)和分析,并運(yùn)用定性和定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法對(duì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明:研究區(qū)危巖體分布于崩塌體坡面陡崖上,巖性為侏羅系砂巖,崩塌類型為傾倒式巖質(zhì)崩塌,發(fā)育規(guī)模為小型;根據(jù)定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)結(jié)果,綜合評(píng)價(jià)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌邊坡穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。
克爾堿巖畫;巖質(zhì)崩塌;發(fā)育特征;穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
托克遜縣位于東天山南麓,吐魯番盆地西緣,研究區(qū)克爾堿巖畫石刻水系圖位于托克遜縣北克爾堿鎮(zhèn)西北約8 km處,距離托克遜縣城約71 km,交通十分便利。研究區(qū)位于歐亞大陸腹地,遠(yuǎn)離海洋,具典型的大陸性暖溫帶極干旱氣候特點(diǎn)。根據(jù)托克遜縣氣象站2010~2015年多年平均資料,研究區(qū)內(nèi)多年平均氣溫15.2℃,多年平均降水量11.2 mm,多年平均蒸發(fā)量3 300.1 mm。降水主要集中在4~10月,多年平均降水量10.1 mm,占全年降水量的90%以上。
本文在對(duì)研究區(qū)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌災(zāi)害野外實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上,結(jié)合并參考相關(guān)研究成果[1-6],對(duì)研究區(qū)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌危巖體的地質(zhì)環(huán)境和發(fā)育特征進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),并運(yùn)用野外判定法和赤平投影分析法對(duì)崩塌危巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),為進(jìn)一步開展區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害防治勘查、工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)性依據(jù)。
1.1 地形地貌
勘查區(qū)區(qū)域上位于克爾堿鎮(zhèn)庫(kù)加依溝河谷內(nèi),地處構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)。海拔400~1 000 m之間,相對(duì)高差10~50 m,經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕作用,山體斷斷續(xù)續(xù)。河谷開闊,多呈“U”型溝谷。崩塌災(zāi)害所在的山坡地勢(shì)陡峻,坡度近90°,坡高約為7 m。坡面基巖風(fēng)化破碎,無(wú)植被發(fā)育。坡腳可見散落較多崩落的塊石、碎石。
1.2 地層巖性
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查,研究區(qū)出露的地層為侏羅系和第四系。其中侏羅系出露于科牙依、白楊河口等地,有下侏羅統(tǒng)八道灣組中侏羅統(tǒng)三工河組和西山窯組、上侏羅統(tǒng)頭屯河組。巖性為中風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化砂巖、粉砂巖等。而第四系主要分布于水系圖巖畫所在的山坡上,巖性為砂卵礫石。呈青灰、灰黑色,較松散,磨圓度中等,多呈次圓狀,分選性一般,覆蓋于侏羅系地層之上,厚度較小。
1.3 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)
研究區(qū)大地構(gòu)造位于北天山褶皺帶一級(jí)構(gòu)造單元,其中包括伊連哈比爾尕復(fù)背斜1個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元。此外,研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造單元屬于依連哈比爾尕山復(fù)背斜,附近無(wú)活動(dòng)斷裂通過(guò)。危巖體坡面可見有1處微地質(zhì)構(gòu)造,構(gòu)造類型為正斷層,斷層寬度0.68 m,斷層泥充填,上盤產(chǎn)狀179°∠30°,下盤產(chǎn)狀213°∠18°,呈北西向延伸,在危巖體坡面延伸長(zhǎng)度約15 m。最后,托克遜縣屬中度地震區(qū),境內(nèi)地震活動(dòng)頻繁,強(qiáng)地震使巖體破碎、產(chǎn)生裂縫,并形成大量碎屑物質(zhì),加劇地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)。
1.4 水文地質(zhì)條件
研究區(qū)內(nèi)地下水根據(jù)其賦存條件,水理性質(zhì)及水力特征,主要為基巖裂隙水,分布于研究區(qū)周邊山區(qū)。基巖裂隙水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水,經(jīng)過(guò)短途徑流,以泉水、河谷潛流和側(cè)向徑流方式排泄,并轉(zhuǎn)換為地表水或補(bǔ)給山前平原地下水。
1.5 工程地質(zhì)條件
研究區(qū)分布的工程地質(zhì)巖組包括巖組和土體兩大類。巖組為塊狀、互層狀堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬碎屑巖組,土體為礫類土。
(1)堅(jiān)硬-較堅(jiān)硬塊狀、互層狀以碎屑巖為主巖組廣泛分布于勘查區(qū)內(nèi)。巖性主要為砂巖,巖石力學(xué)強(qiáng)度低,抗風(fēng)化能力弱。
(2)研究區(qū)內(nèi)出露的土體主要為礫類土。礫類土分布于山間溝谷、沖洪積扇以及河道內(nèi)。由全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)沖洪積層組成。巖性為巨礫、卵礫、砂粒夾砂性土透鏡體。工程地質(zhì)條件良好。
1.6 人類工程活動(dòng)
研究區(qū)周邊主要人類工程活動(dòng)為煤礦開采、交通運(yùn)輸、游客旅游等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,煤礦開采對(duì)周圍地質(zhì)環(huán)境影響較大,部分區(qū)域出現(xiàn)地面塌陷現(xiàn)象,其他人類活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響程度較小。
研究區(qū)內(nèi)的崩塌災(zāi)害危巖體長(zhǎng)7 m,寬度22 m,厚度約2 m,危巖體體積約300 m3,坡腳堆積體較少,少于50 m3。結(jié)合《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)中崩塌分類及特征表及《滑坡崩塌泥石流災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查規(guī)范》(1:50000)中關(guān)于崩塌規(guī)模等級(jí)的劃分,將克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌類型劃分為傾倒式巖質(zhì)崩塌,規(guī)模為小型。
2.1 危巖體
研究區(qū)崩塌災(zāi)害為巖質(zhì)傾倒式崩塌,危巖體分布于崩塌體坡面陡崖上,危巖體巖性為侏羅系砂巖,巖層產(chǎn)狀為174°∠31°,陡崖坡向?yàn)?0°,根據(jù)產(chǎn)狀及坡向判斷該崩塌斜坡為一平緩層狀斜坡。危巖體分布高程841-848m,坡面危巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,主要控制裂隙五組,裂隙產(chǎn)狀分別為313°∠75°、235°∠20°、231°∠60°、64°∠51°、8°∠38°,這五組結(jié)構(gòu)面較粗糙,局部貫通,結(jié)合性差,以巖石碎屑物填充,局部處于臨空狀態(tài),斷面(20×5 m范圍)主要節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示,由于受風(fēng)化、雨水、車輛震動(dòng)、重力作用、地震作用極易發(fā)生崩塌災(zāi)害,威脅坡頂自治區(qū)級(jí)文物克爾堿巖畫石刻水系圖、坡腳道路及過(guò)往行人安全。研究區(qū)崩塌危巖體如圖1所示。
表1 斷面(20×5m范圍)主要節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)表
2.2 崩塌堆積物
本次勘查對(duì)危巖體坡腳堆積物進(jìn)行調(diào)查,經(jīng)調(diào)查崩塌危巖體由坡面脫離在坡腳堆積,坡腳堆積物較少,以塊狀巖體為主,巖石風(fēng)化碎屑物充填,塊石塊度1.2×0.8×0.6 m。研究區(qū)研究區(qū)坡腳墜落堆積體如圖2所示。
圖1 研究區(qū)崩塌危巖體 圖2 研究區(qū)坡腳墜落堆積體
2.3 植被發(fā)育
克爾堿巖畫處地形坡度相對(duì)較陡,地表薄層土體覆蓋,底部為基巖,降雨稀少,坡頂未見有植被發(fā)育,僅在坡腳可見植被零星發(fā)育。
3.1 巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)
本文對(duì)巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用野外判定法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,危巖帶所斜坡整體坡度近90°,坡面凹凸不平,坡面無(wú)植被發(fā)育,從地形地貌上判定為穩(wěn)定性差。坡面出露基巖巖性為砂巖,由于風(fēng)化作用巖體結(jié)構(gòu)破碎,裂縫裂隙發(fā)育切割較深,結(jié)構(gòu)面不連續(xù),從地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面判定為穩(wěn)定性差。研究區(qū)位于風(fēng)口,風(fēng)力資源豐富,氣候干燥少雨,晝夜溫差較大,從水文氣象方面判定為穩(wěn)定性較差。由于研究區(qū)為文物保護(hù)區(qū),人類工程活動(dòng)較少,對(duì)整體環(huán)境的影響也較小,從人類工程活動(dòng)方面判定穩(wěn)定性好。結(jié)合四個(gè)方面綜合判定崩塌危巖帶穩(wěn)定性為差。
3.2 巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)
根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害測(cè)量成果,巖質(zhì)潛在崩塌危巖體破壞形式主要為傾倒式崩塌。危巖帶潛在崩塌穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)選取各潛在崩塌體的典型危巖單體進(jìn)行計(jì)算。
3.2.1 破壞計(jì)算模型
針對(duì)傾倒式破壞計(jì)算采用《巖土勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)》與《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)中推薦的計(jì)算模型進(jìn)行分析。傾倒式崩塌不穩(wěn)定巖體的上下各部分和穩(wěn)定巖體之間均有裂隙分開,一旦發(fā)生傾倒,將以A點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),檢算時(shí)應(yīng)考慮各種附加力的最不利組合。在雨季張開的裂隙可能為暴雨充滿,應(yīng)考慮靜水壓力;Ⅶ度以上地震區(qū),應(yīng)考慮水平地震力作用。如不考慮其他力,則崩塌體的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)K可按下式計(jì)算:
(1)
圖3 危巖帶所在坡面剖面示意圖
3.2.2 崩塌危巖體穩(wěn)定性計(jì)算及分析
1)計(jì)算約定
(1)危巖體的邊界以危巖體的主導(dǎo)裂隙的切割、控制為主,其計(jì)算深度以主導(dǎo)裂隙與現(xiàn)有地面的交線為準(zhǔn),大于該深度的裂隙切割體不參與計(jì)算。
(2)危巖體破裂面處的截面積采用AutoCAD軟件直接從平面、剖面上量取。除主導(dǎo)裂隙外,假定裂隙的延伸深度為2/3破裂面。
(3)從危巖帶選出具有代表性巖塊進(jìn)行參數(shù)取值參加計(jì)算,a為巖塊長(zhǎng)度,b為巖塊寬度,h為巖塊高度,V為巖塊體積。
2)計(jì)算剖面選取及參數(shù)取值
(1)計(jì)算參數(shù)取值,如表2所示。
(2)計(jì)算剖面選取,如圖3所示。
3.2.3 計(jì)算結(jié)果
根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)穩(wěn)定性劃分標(biāo)準(zhǔn),研究區(qū)內(nèi)危巖帶穩(wěn)定性為不穩(wěn)定-基本穩(wěn)定,計(jì)算結(jié)果如表3所示。根據(jù)定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)結(jié)果,綜合評(píng)價(jià)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌邊坡穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。
表2 傾倒式危巖體計(jì)算模型參數(shù)表
表3 危巖體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表
(1)研究區(qū)位于庫(kù)加依溝河谷內(nèi),地處構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)。海拔400~1 000 m之間,相對(duì)高差10~50 m。區(qū)內(nèi)出露的地層為侏羅系和第四系,侏羅系主要為中風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化砂巖,第四系巖性主要為砂卵礫石。區(qū)內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水,工程地質(zhì)巖組為塊狀、互層狀堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬碎屑巖組,土體為礫類土。
(2)研究區(qū)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌類型劃分為傾倒式巖質(zhì)崩塌,規(guī)模為小型。危巖體分布于崩塌體坡面陡崖上,危巖體巖性為侏羅系砂巖,巖層產(chǎn)狀為174°∠31°,陡崖坡向?yàn)?0°,根據(jù)產(chǎn)狀及坡向判斷該崩塌斜坡為一平緩層狀斜坡。
(3)對(duì)區(qū)內(nèi)崩塌危巖體進(jìn)行了定性和定量評(píng)價(jià)。克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌根據(jù)野外判定法綜合判定穩(wěn)定性為差;根據(jù)定量評(píng)價(jià)方法,按最不利組合考慮,克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌邊坡定量評(píng)價(jià)為不穩(wěn)定;根據(jù)定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)結(jié)果,綜合評(píng)價(jià)克爾堿巖畫石刻水系圖崩塌邊坡穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。
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2017-02-13
張?zhí)炝x(1989-),男,新疆昌吉人,助理工程師,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害工作。
P642.21
B
1004-1184(2017)03-0205-03