張小輝, 楊 強(qiáng), 劉金輝, 葉振南, 孫秀娟

(1.東華理工大學(xué), 南昌 330013; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心, 河北 保定 071051)

燕子河流域崩塌地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理分析

張小輝1, 楊 強(qiáng)2, 劉金輝1, 葉振南2, 孫秀娟2

(1.東華理工大學(xué), 南昌 330013; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心, 河北 保定 071051)

在分析燕子河流域地質(zhì)災(zāi)害形成的地質(zhì)環(huán)境背景及誘發(fā)因素的基礎(chǔ)上，對燕子河流域崩塌地質(zhì)災(zāi)害的類型、發(fā)育特征進(jìn)行了分析，總結(jié)了流域內(nèi)3種主要的崩塌地質(zhì)災(zāi)害破壞模式及演化過程，并選取典型崩塌進(jìn)行了穩(wěn)定性研究。結(jié)果表明：燕子河流域崩塌地質(zhì)災(zāi)害以巖質(zhì)、小型、復(fù)合式、中低位、不穩(wěn)定崩塌為主；崩塌在空間上主要分布在燕子河干流、主要支流河谷斜坡地帶及康縣—陽壩公路沿線人類工程活動(dòng)密集的“一路一帶”上，時(shí)間上主要集中于降雨較為集中的7—9月；崩塌的破壞模式主要有碎裂—墜落式、彎折—傾倒—滑移式、碎裂—滑移式，每種破壞模式經(jīng)歷4個(gè)階段演化后形成災(zāi)害；典型崩塌穩(wěn)定性計(jì)算得出暴雨是崩塌發(fā)生的主導(dǎo)誘發(fā)因素。

崩塌; 地質(zhì)環(huán)境; 成災(zāi)機(jī)理; 破壞模式; 燕子河流域

燕子河位于甘肅省隴南市東南部，是嘉陵江一級(jí)支流。該流域地處揚(yáng)子板塊北緣西段，西秦嶺褶皺帶接壤南側(cè)及甘孜—松潘褶皺帶東側(cè)，屬于三大構(gòu)造單元交錯(cuò)地帶，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震活動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；該區(qū)地貌上屬侵蝕剝蝕構(gòu)造基巖中低山區(qū)，地形陡峻，溝壑縱橫；地層巖性屬于淺變質(zhì)巖區(qū)，巖體表層風(fēng)化嚴(yán)重，巖土體松散破碎；區(qū)內(nèi)降雨量較為充沛，年降雨量相對較大，水土流失較為嚴(yán)重；特殊的地質(zhì)環(huán)境背景致使該區(qū)成為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密集、活動(dòng)頻繁地區(qū)之一。地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財(cái)產(chǎn)及公共設(shè)施構(gòu)成了巨大威脅，已成為制約燕子河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民安居樂業(yè)的重要因素[1]。同時(shí)燕子河流域是“5·12”汶川地震的重災(zāi)區(qū)[2]，地震打破了該區(qū)的地質(zhì)平衡條件，加劇了該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害及次生災(zāi)害發(fā)生的頻率。受2009年“7·17”和2010年“8·11”特大暴雨的影響，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率及危害性進(jìn)一步增強(qiáng)[3-4]。

燕子河流域退耕還林已經(jīng)十余年，人類集中居住在河谷地帶，特別是近年來隨著道路修建中的路塹開挖、建房坡腳開挖、廢棄渣土堆放等人類工程活動(dòng)影響，河谷公路沿線及坡腳開挖建房地段，形成了更多的高、陡、危斜坡體，致使崩塌地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，對過往車輛及行人安全、陡坡坡腳居住居民構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，展區(qū)內(nèi)崩塌機(jī)理研究及典型斜坡穩(wěn)定性分析，對區(qū)內(nèi)崩塌防治及土地資源規(guī)劃利用具有重要意義。

1 自然地理及地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 自然地理概況

燕子河流域位于甘肅省隴南地區(qū)東部康縣境內(nèi)，介于東經(jīng)105°15′—106°00′，北緯32°50′—33°30′。發(fā)源于康縣碾壩鄉(xiāng)截山梁，縱穿碾壩、城關(guān)鎮(zhèn)、岸門口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，于托河鄧家壩進(jìn)入陜西省寧強(qiáng)縣，至燕子貶鎮(zhèn)匯入嘉陵江。主干流由西東折向北南，流域面積約1 400 km2，是康縣最長河流，其支流有火燒河、板橋河、曲河、太平河及萬家河等。燕子河流域海拔594～1 930 m、多年平均年徑流量5.36億m3，多年平均流量16.98 m3/s，枯水期流量3.71 m3/s。萬家大梁、牛頭山對峙南北，白虎嶺、松尖子、竹坪寺、斷頭山一線山脈對峙東西，分別構(gòu)成了上中下游區(qū)段兩岸分水嶺。三官河、秧田河及眾多支流匯入，組成了具有顯著周期性特點(diǎn)的徑流補(bǔ)給系統(tǒng)。燕子河流域交通條件較差，受特殊自然地理?xiàng)l件制約，境內(nèi)公路干線主要有武(都)—康(縣)、成(縣)—碧(口)、康(縣)—略(陽)縣級(jí)公路。區(qū)內(nèi)以傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，耕地主要集中在河漫灘。

1.2 地質(zhì)環(huán)境概況

研究區(qū)位于楊子板塊北緣西段，西秦嶺褶皺帶的東端，甘孜—松潘褶皺帶北側(cè)，為三大構(gòu)造單元的銜接地區(qū)，分屬摩天嶺地塊和文—康構(gòu)造帶兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。主體構(gòu)造線呈NE—SW向展布，由大型褶皺和斷裂組成。而后期小規(guī)模斷裂多呈NE，NW及SN向展布，對主體構(gòu)造線進(jìn)行了疊加改造，形成了復(fù)雜的構(gòu)造格局。流域地處南北構(gòu)造帶和地震帶上，地應(yīng)力集中，地震災(zāi)害頻繁，地震烈度為Ⅷ度。區(qū)內(nèi)地下水可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和斷層帶脈狀水。松散巖類孔隙水主要分布于河溝谷及山體斜坡地帶?；鶐r裂隙水在區(qū)內(nèi)分布廣，其補(bǔ)給來源主要接受降水的滲入補(bǔ)給及冰雪融水。補(bǔ)給區(qū)與其分布區(qū)基本一致。斷層脈狀水主要賦存于斷層存在的巖體中，地下水相互貫通，形成斷層帶脈狀水，降低了巖體強(qiáng)度，常造成山體崩塌、滑坡。燕子河流域?qū)俚湫偷膩啛釒蚺瘻貛н^渡氣候，溫暖而多雨，是甘肅省降水量最多的縣份之一。多年平均氣溫11℃，多年平均降水量777.5 mm，多年平均蒸發(fā)量1 062.4 mm?？傮w表現(xiàn)為氣溫由西北向東南逐漸升高的趨勢。受地形、植被等因素的影響，降水量分布在地域上很不均勻，總的趨勢是自東南向西北遞減。

2 崩塌災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 崩塌地質(zhì)災(zāi)害類型

燕子河流域崩塌災(zāi)害點(diǎn)共計(jì)190處，主要沿公路發(fā)育，與人類工程活動(dòng)關(guān)系密切，多數(shù)崩塌已經(jīng)形成災(zāi)害或存在災(zāi)害隱患。按照中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《崩塌滑坡泥石流地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)要求》(2016年試用稿)對燕子河流域崩塌按照物質(zhì)組成、規(guī)模、崩塌坡頂距坡腳高度、崩塌破壞方式進(jìn)行崩塌類型的劃分。物質(zhì)組成分為巖質(zhì)、土質(zhì)及混合質(zhì)，規(guī)模分為小型(<1萬m3)、中型(1萬m3～10萬m3)、大型(10萬m3～100萬m3)，崩塌坡頂距坡腳高度分為低位(≤15 m)、中位(15～50 m)、高位(50～100 m)、特高位(>100 m)，崩塌破壞方式分為傾倒式、滑移式、墜落式及復(fù)合式，斜坡結(jié)構(gòu)分為順向坡(巖層傾向與坡向夾角小于30°的斜坡)、順斜坡(巖層傾向與坡向交角在30°—60°的斜坡)、橫向坡(巖層傾向與坡向交角大于60°的斜坡)、逆斜坡(巖層傾向與坡向交角在120°～150°的斜坡)、逆向坡(巖層傾向與坡向交角小于150°的斜坡)。劃分的崩塌類型見圖1—3。從圖1—3得出：燕子河流域崩塌以巖質(zhì)崩塌為主，在規(guī)模上以小型崩塌為主，崩塌高差以中、低位為主，破壞方式主要為復(fù)合式、其次為墜落式，從斜坡結(jié)構(gòu)類型上來看以橫向坡為主；燕子河流域以基巖出露為主，崩塌主要是修路開挖及坡腳建房開挖巖土體卸荷造成，致使崩塌以巖質(zhì)、小型崩塌為主；由于淺變質(zhì)巖區(qū)巖性較為破碎、表層風(fēng)化嚴(yán)重，破壞方式上多伴有碎裂、滑移、傾倒等多種破壞形式，復(fù)合型居多，開挖后坡面臨空，巖土體節(jié)理裂隙發(fā)育，墜落式相對較多；修路建房開挖形成的崩塌坡頂至坡底高差相對較小、規(guī)模小，致使崩塌多為中低位崩塌；從斜坡結(jié)構(gòu)圖上來看，雖以橫向居多，但由于定義的橫向坡范圍較大，崩塌數(shù)量與斜坡結(jié)構(gòu)關(guān)系不大。對崩塌穩(wěn)定性進(jìn)行定性評價(jià)，得出不穩(wěn)定的占69%，基本穩(wěn)定占31%。

圖1崩塌物質(zhì)組成及規(guī)模圖2崩塌破壞方式及高度圖3崩塌斜坡結(jié)構(gòu)類型劃分

2.2 崩塌災(zāi)害時(shí)空分布及發(fā)育特征

(1) 時(shí)空分布不均勻性。燕子河流域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，軟弱淺變質(zhì)巖廣泛發(fā)育，巖土體易風(fēng)化、剝蝕，巖土體節(jié)理裂隙發(fā)育、物理力學(xué)性質(zhì)差是崩塌廣布發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。受地形條件限制，區(qū)內(nèi)人工活動(dòng)多沿河流溝谷的平緩地帶分布，修路及建房開挖致使崩塌地質(zhì)災(zāi)害極為發(fā)育。

燕子河流域崩塌發(fā)育及分布在時(shí)間和空間上均存在不均勻性。崩塌災(zāi)害主要集中分布在燕子河干流、主要支流河谷斜坡地帶及康縣—陽壩公路沿線的“一路一帶”上，其他地區(qū)則相對較少，崩塌地質(zhì)災(zāi)害分布與人類工程活動(dòng)關(guān)系極為密切。

從時(shí)間上來說，豐水年崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻次明顯高于干旱年份，同時(shí)在同一年中，雨季是地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)期，尤其是7—9月降水高峰期更為集中，具體發(fā)生時(shí)間大多和降水同步或稍微滯后。2009年7月17日暴雨及2010年8月11日暴雨過程中，康縣—陽壩公路沿線及燕子河主干流斜坡坡腳均發(fā)生了數(shù)量巨大的崩塌，阻斷交通1～2個(gè)月，暴雨及強(qiáng)降雨是誘發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的主導(dǎo)因素。

(2) 群發(fā)性。燕子河流域崩塌地質(zhì)災(zāi)害具有群發(fā)性特征，具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是地質(zhì)環(huán)境條件的影響，二是受降雨的影響，三是人類活動(dòng)的影響。燕子河流域地形切割強(qiáng)烈，溝谷呈“V”字型，溝谷兩側(cè)坡度大，受構(gòu)造影響的淺變質(zhì)巖區(qū)巖土體十分破碎，特殊的地形地貌、地層巖性及構(gòu)造，致使“V”型溝谷兩側(cè)斜坡是崩塌地質(zhì)災(zāi)害的群發(fā)地帶。

本區(qū)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害與降水關(guān)系密切，一是當(dāng)某年降雨量明顯增大時(shí)，為崩塌地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)年；當(dāng)某一次降雨為暴雨或特大暴雨，且持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，會(huì)誘發(fā)大范圍的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。2009年“7·17”及2010年“8·11”暴雨時(shí)均大面積誘發(fā)了大量崩塌地質(zhì)災(zāi)害。人類工程活動(dòng)密集區(qū)域，修路、建房、采石等破壞原來巖土體的整體性，巖土體內(nèi)應(yīng)力釋放，導(dǎo)致節(jié)理裂隙張大，加上風(fēng)化作用，修路及建房形成的人工巖土邊坡是崩塌災(zāi)害群發(fā)的地段。以康縣—陽壩公路為例，邊坡開挖形成卸荷陡坡，在降雨、地震等影響下形成了大量的垮塌災(zāi)害。

(3) 突發(fā)性和反復(fù)性。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育具有突發(fā)性，主要影響因素為降雨及地震等突發(fā)性因素。強(qiáng)降雨、持續(xù)久雨或暴雨過后往往會(huì)造成突發(fā)性的崩塌地質(zhì)災(zāi)害，表現(xiàn)為發(fā)生時(shí)歷時(shí)短，速度快，具有突發(fā)性，危害性大等特點(diǎn)，容易造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。區(qū)內(nèi)遭遇巨大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)如地震等對崩塌地質(zhì)災(zāi)害的影響是持續(xù)性的，存在孕災(zāi)演化循環(huán)的過程。在崩塌災(zāi)害易發(fā)地段，地質(zhì)環(huán)境較為脆弱，在地震發(fā)生后數(shù)年內(nèi)，如遇強(qiáng)降雨等誘發(fā)因素，崩塌會(huì)反復(fù)發(fā)生。

3 崩塌的破壞模式及演化過程

崩塌災(zāi)害的形成與發(fā)展是一個(gè)漸變演化的過程，剖析崩塌的破壞模式、演化過程是研究崩塌的形成機(jī)理及崩塌災(zāi)害防控的關(guān)鍵點(diǎn)。對燕子河流域崩塌災(zāi)害進(jìn)行分析，在《崩塌滑坡泥石流地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)要求》(2016年試用稿)中給出的墜落式、傾倒式、滑移式3種崩塌破壞模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合斜坡變形破壞及演化過程[5]，總結(jié)出燕子流域崩塌災(zāi)害主要破壞模式主要有三種：碎裂—墜落式、彎折—傾倒—滑移式、碎裂—滑移式。燕子流域碎裂—墜落破壞模式演化過程見圖4，彎折—傾倒—滑移式崩塌破壞模式見圖5，碎裂—滑移式破壞模式見圖6。

(1) 碎裂—墜落式。碎裂—墜落式崩塌破壞模式廣泛發(fā)育于燕子河流域變質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)砂巖、千枚巖、片巖等易崩滑地層的逆向坡、逆斜坡體中。該類坡體巖層結(jié)構(gòu)節(jié)理裂隙十分發(fā)育，巖體受多組節(jié)理裂隙及層面控制，巖體較為破碎，坡體開挖后臨空面近直立，存在大量的卸荷裂隙。碎裂—墜落式崩塌破壞模式經(jīng)歷4個(gè)發(fā)展演化階段，分別是原始坡形階段、裂隙擴(kuò)展階段、破裂面貫通階段、失穩(wěn)破壞階段(圖4)。破壞演化過程為：原始坡體存在大量卸荷裂隙，裂隙在降雨等誘發(fā)因素影響下不斷擴(kuò)展，從而形成破裂面，破裂面在在強(qiáng)降雨等誘發(fā)因素持續(xù)影響下逐漸貫通，最終致使崩塌破壞失穩(wěn)。碎裂塊體的大小主要由節(jié)理、裂隙密度及延伸情況決定，其規(guī)模往往較小，該類崩塌突發(fā)性和反復(fù)性強(qiáng)。

圖4 碎裂-墜落式破壞模式示意圖

(2) 彎折—傾倒—滑移式。彎折—傾倒—滑移式崩塌破壞模式廣泛發(fā)育于燕子河流域千枚巖、片巖等表層風(fēng)化嚴(yán)重，巖土體軟弱的逆向、逆斜及近直立地層斜坡體上。彎折—傾倒—滑移式崩塌破壞模式經(jīng)歷4個(gè)發(fā)展演化階段：原始坡形、巖層受力彎折階段、傾倒滑移面貫通階段、失穩(wěn)破壞階段(圖5)。破壞演化過程為：原始斜坡巖層在降雨等誘發(fā)因素影響及上部荷載作用下發(fā)生彎折變形，隨著誘發(fā)因素的持續(xù)作用，巖體進(jìn)一步風(fēng)化，物理力學(xué)性質(zhì)變差，逐漸形成滑移面，滑移面逐漸擴(kuò)大并貫通，最終發(fā)生傾倒沿著滑移面滑動(dòng)形成崩塌破壞。崩塌規(guī)模及破壞影響主要由坡頂覆蓋層厚度、巖層風(fēng)化程度、地形地貌等因素決定，一般為中小型，該類崩塌多發(fā)生在強(qiáng)降雨過程中，具有周期性、群發(fā)性特點(diǎn)。

(3) 碎裂—滑移式。碎裂—滑移式崩塌破壞模式主要發(fā)育于千枚巖、片巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)灰?guī)r等易崩滑地層，巖土體較為軟弱的順向、順斜地層，碎裂巖土體沿著順滑結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)形成崩滑破壞。碎裂—滑移式崩塌破壞模式經(jīng)歷4個(gè)發(fā)展演化階段：原始階段、裂隙擴(kuò)展階段、碎裂滑移面貫通階段、失穩(wěn)破壞階段(圖6)。破壞演化過程為：原始斜坡巖層在降雨等誘發(fā)因素影響及上部荷載作用下節(jié)理、裂隙不斷擴(kuò)展，隨著誘發(fā)因素的持續(xù)作用，碎裂結(jié)構(gòu)面逐漸形成滑移面并逐漸擴(kuò)大及貫通，最終發(fā)生巖土體沿著滑移面滑動(dòng)形成崩塌破壞。該類崩塌規(guī)模及破壞影響主要受巖體的節(jié)理、裂隙及層面共同作用形成碎裂滑移結(jié)構(gòu)面的大小及形態(tài)控制，一般為小型，該類崩塌多發(fā)生在強(qiáng)降雨過程中或稍微滯后，具有周期性、反復(fù)性的特點(diǎn)。

圖5 彎折-傾倒-滑移式破壞模式示意圖

4 典型崩塌實(shí)例剖析

選擇燕子河流域分布較為廣泛、占有比例大的碎裂—墜落式崩塌進(jìn)行穩(wěn)定性分析。選取的典型碎裂—墜落式崩塌為清真寺南崩塌，該崩塌為白云質(zhì)灰?guī)r碎裂—墜落式崩塌，在“5·12”地震、“7·17”暴雨、“8·11”暴雨過程中均發(fā)生崩塌破壞阻斷公路，在每次降雨過程中均出現(xiàn)不同程度的崩塌破壞，因此選擇該崩塌具有較強(qiáng)的代表性。

4.1 典型崩塌概況

清真寺南崩塌位于康縣城關(guān)鎮(zhèn)清真寺南側(cè)，燕子河左岸，由人工修路開挖形成，中下部向內(nèi)凹陷，上部臨空，左右側(cè)為溝谷，三面臨空，陡崖近直立，平均坡度約85°；頂部及局部崖面有灌木叢發(fā)育，植被覆蓋率約30%，坡腳局部有碎石塊堆積。崩塌體寬100 m，最大落差40 m，危巖體體積1.2萬m3，屬中型崩塌。下伏基巖為益洼溝組白云質(zhì)灰質(zhì)巖，主要礦物成分為碳酸鎂、石英、鐵質(zhì)和鈣質(zhì)，風(fēng)化嚴(yán)重，呈灰色，地層產(chǎn)狀為340°∠80°，節(jié)理裂隙較發(fā)育，主控節(jié)理產(chǎn)狀為80°∠30°，237°∠22°，57°∠77°，250°∠67°，節(jié)理面平整，粗糙度一般，密度10條/m，局部石英脈填充，寬約5 mm，剪節(jié)理發(fā)育，主控節(jié)理上下貫通，可見延伸長度約30 m。節(jié)理面與坡向基本一致，節(jié)理裂隙切割是崩塌發(fā)生的主控因素。崩塌帶中部巖體受風(fēng)化、卸荷作用影響較為破碎，且臨空面較好。危巖體破壞方式主要為碎裂—墜落式，暴雨或地震易誘發(fā)危巖體墜落，威脅過往行人和車輛的生命財(cái)產(chǎn)安全。崩塌剖面見圖7。

圖6 碎裂-滑移式破壞模式示意圖

圖7 清真寺南崩塌剖面圖

4.2 穩(wěn)定性分析

根據(jù)現(xiàn)場測量的白云質(zhì)灰?guī)r的節(jié)理裂隙產(chǎn)狀，應(yīng)用赤平投影法對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析[6-8]。該邊坡坡高約40 m，坡向280°，自然邊坡坡度約30°，人工邊坡約85°，邊坡節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，地層產(chǎn)狀340°∠80°，幾組主控節(jié)理產(chǎn)狀為80°∠30°(J1)，237°∠22°(J2)，57°∠77°(J3)，250°∠67°(J4)。赤平投影分析見圖8，圖中P1代表自然邊坡，P2代表人工邊坡，D代表地層，J1，J2，J3，J4分別代表4組主控節(jié)理，右表中D-J1，D-J2，D-J3，D-J4，J1-J2，J1-J3，J1-J4，J2-J4，J3-J4分別代表結(jié)構(gòu)面組合交線。

根據(jù)赤平投影法穩(wěn)定性判斷依據(jù)[9-10]，該崩塌存在J4與地層-J4兩組不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面。J4結(jié)構(gòu)面傾向與坡向趨于一致，傾角小于坡角，屬不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；地層-J4結(jié)構(gòu)面交點(diǎn)位于邊坡同側(cè)，且交線的傾角小于坡角，不利于邊坡穩(wěn)定；綜合來看，該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且J4結(jié)構(gòu)面(250°∠67°)與地層-J4結(jié)構(gòu)面組合(273°∠65°)相比，其傾角更大，為最不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面。

圖8 清真寺南邊坡赤平投影圖

4.3 基于剛體極限平衡理論的邊坡穩(wěn)定性定量計(jì)算

邊坡穩(wěn)定性定量計(jì)算選取3個(gè)工況，工況1：天然狀態(tài)(自重)；工況2：暴雨?duì)顟B(tài)(飽和+自重)；工況3：地震(自重+地震力)。計(jì)算時(shí)各參數(shù)選取參照研究區(qū)內(nèi)巖土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，地震水平作用系數(shù)取0.05，危巖抗彎力矩計(jì)算系數(shù)ζ取1/12。

根據(jù)清真寺崩塌危巖體碎裂—墜落式的破壞方式，且后緣無陡傾裂隙，選取《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》(DB50/143—2003)[11]中墜落式危巖體計(jì)算公式，利用公式(1)，(2)計(jì)算危巖體穩(wěn)定性系數(shù)，計(jì)算公式如下：(注：穩(wěn)定性系數(shù)取兩種計(jì)算結(jié)果的較小值)

(1)

(2)

式中：c表示危巖體粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；φ表示危巖體內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°)；W表示危巖體自重(kN/m)；Q表示地震力(kN/m)；ζ表示危巖抗彎力矩計(jì)算系數(shù)；H0表示危巖體后緣潛在破壞面高度(m)；a0表示危巖體重心到潛在破壞面的水平距離(m)；b0表示危巖體重心到過潛在破壞面形心的鉛垂距離(m)；flk表示危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)，根據(jù)巖石抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以0.20的折減系數(shù)確定；F表示危巖穩(wěn)定性系數(shù)。選取的計(jì)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 清真寺南崩塌穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

參照地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范(DB50/143—2003)中崩塌危巖體穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)，由表1可知，該崩塌在工況1下穩(wěn)定系數(shù)為1.11，工況3下穩(wěn)定系數(shù)為1.07，均屬欠穩(wěn)定狀態(tài)；工況2下穩(wěn)定系數(shù)0.87，為不穩(wěn)定狀態(tài)，降雨過程中會(huì)發(fā)生危巖體墜落。

通過赤平投影法穩(wěn)定性定性分析和剛體極限平衡法的穩(wěn)定性計(jì)算，得出白云質(zhì)灰?guī)r地層節(jié)理較為發(fā)育，存在優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面；通過對優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性進(jìn)行分析得出暴雨工況下崩塌處于不穩(wěn)定狀態(tài)，天然及地震狀態(tài)下崩塌處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，說明暴雨是該類崩塌主導(dǎo)影響因素，暴雨過程中會(huì)出現(xiàn)局部或者大面積的崩塌災(zāi)害，需要加強(qiáng)防范。

5 結(jié) 論

(1) 燕子河流域地處三大構(gòu)造單元交錯(cuò)地帶新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，位于淺變質(zhì)巖區(qū)，巖土體表層風(fēng)化嚴(yán)重、十分破碎，地貌上屬侵蝕剝蝕構(gòu)造基巖中低山地貌，區(qū)內(nèi)地形陡峻、溝壑縱橫，特殊地質(zhì)環(huán)境背景是崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基礎(chǔ)條件(內(nèi)因)；充沛而集中的降雨量，較為集中的人類工程活動(dòng)是崩塌地質(zhì)災(zāi)害的主導(dǎo)誘發(fā)因素(外因)；內(nèi)外因共同作用造就了燕子河流域是崩塌地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)域。

(2) 從崩塌類型上來看，燕子河流域崩塌以巖質(zhì)崩塌為主，在規(guī)模上以小型崩塌為主，破壞方式主要為復(fù)合式、其次為墜落式，崩塌多為中低位崩塌，崩塌穩(wěn)定性以不穩(wěn)定居多。從斜坡結(jié)構(gòu)圖上來看，各類坡型分布較平均，崩塌數(shù)量與斜坡結(jié)構(gòu)關(guān)系不大。

(3) 燕子河流域崩塌災(zāi)害分布特征在時(shí)間和空間上均存在明顯不均勻性，崩塌災(zāi)害主要集中分布在燕子河干流、主要支流河谷斜坡地帶及康縣—陽壩公路沿線人類工程活動(dòng)密集的“一路一帶”上，崩塌主要是修路開挖及坡腳建房開挖巖土體卸荷造成，具有群發(fā)性特點(diǎn)；在時(shí)間上主要集中在7—9月降雨時(shí)段。同時(shí)該流域崩塌地質(zhì)災(zāi)害具有突發(fā)性和反復(fù)性的特點(diǎn)，降雨過程中發(fā)生的崩塌表現(xiàn)出發(fā)生歷時(shí)短、速度快、突發(fā)性強(qiáng)、危害性大的特點(diǎn)；崩塌災(zāi)害易發(fā)地段地質(zhì)環(huán)境較為脆弱，在強(qiáng)降雨等誘發(fā)因素下，崩塌會(huì)反復(fù)發(fā)生。

(4) 在墜落式、傾倒式、滑移式3種崩塌破壞模式基礎(chǔ)上，結(jié)合巖土體變形演化過程，總結(jié)出燕子流域崩塌災(zāi)害主要破壞模式主要有3種：碎裂—墜落式、彎折—傾倒—滑移式、碎裂—滑移式。對3種崩塌的破壞模式演化過程進(jìn)行了研究，并總結(jié)了3種破壞模式的形成機(jī)理。

(5) 選擇占有比例大、分布廣泛的碎裂—墜落式典型崩塌—清真寺南崩塌進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。運(yùn)用赤平投影理論分析得出2組不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，其中J4為最不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面。選擇合理計(jì)算方法及參數(shù)對該崩塌進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得出暴雨是影響該類崩塌的主導(dǎo)因素，天然及地震狀態(tài)下崩塌處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，該結(jié)論與實(shí)際調(diào)查結(jié)果較為一致，為該區(qū)同類崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治提供了理論依據(jù)。

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AnalysisonDisasterMechanismofCollapseinYanziRiverBasin

ZHANG Xiaohui1, YANG Qiang2, LIU Jinhui1, YE Zhennan2, SUN Xiujuan2

(1.EastChinauniversityofTechnology,Nanchang330013,China;2.CenterforHydrogeologyandEnvironmentalGeology,CGS,Baoding,Hebei071051,China)

In the analysis of the geological environment background and geological disaster inducing factors of the Yanzi River Basin, the geological disaster type and the Yanzi River Basin development characteristics were analyzed, the three major failure modes of collapse and evolution process were summarized, and the typical collapse was selected to analyze stability. The results show that the collapse geological disasters of Yanzi River Basin were the rock, small, composite, low and unstable collapse; collapse mainly distributed in valley slope zone of the Yanzi River and the main tributary, Kangxian County—Yangba town road of human engineering activities ‘a(chǎn)rea all the way’, collapse focused on the more concentrated rainfall events from July to September; the main failure modes of collapse are fracturing-load falling, bending—toppling—sliding and fracturing—sliding, each failure mode experiences disaster after four stages of the formation of evolution; the typical calculated collapse stability indicates that rainstorm is the dominant factor inducing collapse occurrence.

collapse; geological environment; disaster mechanism; failure mode; Yanzi River Basin

2016-09-01

：2016-09-18

國家自然科學(xué)基金“降雨型高速遠(yuǎn)程滑體失穩(wěn)機(jī)理與破壞過程研究”(41372332);中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“嘉陵江上游燕子流域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查”(12120115045501)

張小輝(1993—),男,云南楚雄人,碩士,主要從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究。E-mail:1570686235@qq.com

楊強(qiáng)(1980—),男,山東淄博人,碩士,高級(jí)工程師,主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治研究工作。E-mail:yang5359535@126.com

P642.22

：A

：1005-3409(2017)03-0351-06