徐 偉，馮文凱，郭少文，李浩賓

(1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；3.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056；4.四川省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，四川 成都 610081)

崩塌落石是山區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。崩塌災(zāi)害因發(fā)生時(shí)間不確定、崩落速度極快、主要沿垂直方向墜落的特點(diǎn)，一旦發(fā)生可在較短的時(shí)間內(nèi)造成巨大的危害。隨著山區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，因修路建房缺乏科學(xué)的規(guī)劃與指導(dǎo)，出現(xiàn)了許多不合理開挖邊坡、切坡的現(xiàn)象，邊坡的變形破壞引發(fā)了崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，造成了無(wú)法挽回的生命及財(cái)產(chǎn)損失。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)典型的崩塌落石的成因及形成機(jī)理進(jìn)行了研究[1-8]，對(duì)崩塌的破壞模式[9-15]、區(qū)域上的崩塌規(guī)律和影響因素[16-20]進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)崩塌的穩(wěn)定性[21]、安全評(píng)價(jià)[22]、防治措施[23]等方面進(jìn)行了分析與探討。前人的研究已取得了許多新進(jìn)展和成果，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

云南省彝良縣大石盤組崩塌是彝良縣2016年新發(fā)生的一處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，本文首先在對(duì)該崩塌體開展詳細(xì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急調(diào)查和測(cè)量的基礎(chǔ)上，描述了崩塌體的地質(zhì)背景和崩塌災(zāi)害的基本特征，并采用赤平投影法分析了崩塌體節(jié)理裂隙的組合特征；然后從大氣降雨、地震作用、人類工程活動(dòng)三個(gè)方面對(duì)崩塌形成條件進(jìn)行了分析，并指出崩塌的破壞模式為拉裂-滑移式，崩塌的破壞過程分為初始震裂變形階段、累積變形階段、啟動(dòng)破壞階段、穩(wěn)定與堆積階段4個(gè)階段；最后提出了崩塌災(zāi)害的工程治理措施及防治對(duì)策。上述認(rèn)識(shí)可為軟硬相間類型的崩塌機(jī)理及防治研究提供一定的參考，為彝良縣的地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供一定的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，以增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用服務(wù)的針對(duì)性和直接性。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌條件

彝良縣位于云南省東北部云、貴、川三省結(jié)合部的烏蒙山區(qū)，地處云貴高原北東部邊緣斜坡地帶，境內(nèi)山高谷深，溝壑縱橫。崩塌所在的牛街鎮(zhèn)位于彝良縣城的東北部，距縣城78 km，介于川滇邊界，交通便利，是彝良的“北大門”。

1.2 氣象水文條件

彝良縣地處康滇溫帶暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)和華中亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)之間，具有高原季風(fēng)立體氣候特征。牛街鎮(zhèn)屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候，氣候類型多樣，干雨季分明，氣候明顯受地形影響，具有南干北濕的特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)多年平均降雨量為967.68 mm，北部地區(qū)平均降雨量為1 120 mm，南部地區(qū)平均降雨量為892.4 mm；雨量集中于雨季(5～10月份)，占全年降雨量的93.6%以上，24 h最大降雨量高達(dá)235.4 mm(1992年7月13日)，10 min雨強(qiáng)高達(dá)13.36 mm(1990年6月28日)。

彝良縣內(nèi)河流均屬金沙江水系橫江支流，發(fā)育大小河流150多條，其中較大的河流有洛澤河和白水江。崩塌即位于白水江左岸。白水江的平均坡降為59‰，天然落差為160 m，河床平均寬度為80 m，河流徑流面積為953.6 km2，平均流量為78 m3/s。

1.3 地層巖性

崩塌所在邊坡出露地層巖性為三疊系關(guān)嶺組(T2g)的灰?guī)r夾暗紫紅色及灰綠色泥頁(yè)巖，屬軟硬相間地層，巖層層面產(chǎn)狀為335°∠26°，層面形態(tài)為近直線型，多為泥質(zhì)充填，隙寬約0.5～3 mm，灰?guī)r層厚約30～50 cm，泥頁(yè)巖層厚約2～4 cm。崩塌剖面圖見圖1。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造條件

彝良縣位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)滇東北拗褶帶昭通鎮(zhèn)雄拗褶區(qū)，構(gòu)造形跡以褶皺為主，構(gòu)造綱要圖見圖2。崩塌所在的牛街環(huán)狀構(gòu)造由內(nèi)陡外緩的9個(gè)次級(jí)背斜及2個(gè)次級(jí)向斜環(huán)列組成，中心為新月形牛街向斜，經(jīng)多期構(gòu)造應(yīng)力作用，此環(huán)狀構(gòu)造區(qū)裂隙極為發(fā)育，為地質(zhì)災(zāi)害的孕育創(chuàng)造了有利條件。

1.5 地震作用

彝良縣地處大關(guān)—馬邊地震活動(dòng)帶，地震活動(dòng)頻繁，震級(jí)大。1900年以來(lái)共發(fā)生5級(jí)以上地震8次，最大地震為1948年10月9日貴州和1948年10月10日大關(guān)2次5.8級(jí)地震。2012年9月7日11時(shí)19分40秒，彝良縣(北緯27.5°、東經(jīng)104.0°)發(fā)生5.7級(jí)地震，震源深度為14.0 km；12時(shí)16分29秒，彝良縣(北緯27.6°、東經(jīng)104.0°)再次發(fā)生5.6級(jí)地震。

2 崩塌災(zāi)害的特征

2016年6月16日上午11點(diǎn)04分，彝良縣牛街鎮(zhèn)南廠村大石盤組發(fā)生一起崩塌，造成3棟房屋倒塌、1人死亡、1人受傷。崩塌發(fā)生于大石盤組柿鳳公路內(nèi)側(cè)，彝良二中至鹽津縣方向200 m處，地理坐標(biāo)為27°51′52.30″N、104°28′9.83″E。崩塌撞向距離崩塌點(diǎn)最近的一棟五層房屋，該居民樓向西側(cè)傾倒并砸毀臨近的兩棟三層房屋，造成1死1傷的悲劇。

2.1 崩塌所在危巖帶的特征

崩塌所在危巖帶為基巖邊坡(見圖3)，位于白水江河谷左岸斜坡下部，該邊坡陡峭近直立，臨空面坡向?yàn)?0°，坡腳高程為570 m，坡頂高程為596 m，高差為26 m；該危巖帶長(zhǎng)約250 m，臨空面面積約為5 000 m2，巖層層面產(chǎn)狀為335°∠26°，斜坡結(jié)構(gòu)為橫向坡，緊鄰柿鳳公路，其潛在危害極大。

崩塌所在危巖帶坡頂表層為殘坡積黃褐色粉質(zhì)黏土混碎塊石，層厚較薄約0.4～2 m，植被覆蓋率達(dá)90%左右，地面無(wú)裂縫等變形跡象，但可見多處灰?guī)r裸露于地表，且灰?guī)r的風(fēng)化作用及溶蝕作用強(qiáng)烈，形成多處凹巖腔及小型溶洞，地表水沿灰?guī)r節(jié)理裂隙、溶洞下滲。

2.2 崩塌的特征

崩塌發(fā)生于該高陡邊坡段東側(cè)的中上部，崩塌體特征詳見圖4。由于該高陡邊坡巖體的巖性差異性較大，導(dǎo)致巖體的物理力學(xué)性質(zhì)、抗風(fēng)化能力、透水性、富水性不同，易發(fā)生差異風(fēng)化，且坡體內(nèi)泥頁(yè)巖夾層在地下水等地質(zhì)營(yíng)力作用下易發(fā)育為潛在滑移面；同時(shí)，邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，且多處裂隙張開度大，接近貫通，并可見地表水由表層土下滲至結(jié)構(gòu)面中，使結(jié)構(gòu)面濕潤(rùn)軟化；開挖面坡向?yàn)?30°，巖層層面產(chǎn)狀為335°∠26°，主要發(fā)育兩組控制性節(jié)理，其層面產(chǎn)狀分別為115°∠70°、55°∠84°，崩塌體沿泥頁(yè)巖夾層層面發(fā)生了順向滑移，從而形成了滑坡崩塌災(zāi)害。

圖4 崩塌體特征圖Fig.4 Area statistics of slope within different formation lithology

崩塌堆積體可見的最大堆積塊體尺寸為7 m×3 m×4 m(見圖5)，崩塌體方量約為500 m3，屬小型崩塌。

圖5 崩塌最大堆積塊體Fig.5 Biggest accumulation rock of the collapse

圖6 崩塌體赤平投影分析圖Fig.6 Stereographic projection of the collapse

本文采用赤平投影法對(duì)崩塌體節(jié)理裂隙的組合特征進(jìn)行了分析。由赤平投影分析圖(見圖6)可見，巖層層面傾向與開挖面坡向相近，層面傾角比臨空面傾角小得多，崩塌處斜坡結(jié)構(gòu)為順向，該組合形式屬最不穩(wěn)定的類型；同時(shí)，層面與節(jié)理1、層面與節(jié)理2的交點(diǎn)A、B位于開挖邊坡面投影大圓外，表明層面與節(jié)理1、層面與節(jié)理2的交線L1、L2的傾角比坡面的傾角小，且為順坡向，節(jié)理1和節(jié)理2對(duì)巖體的切割作用加劇了順層邊坡的破壞。

3 崩塌災(zāi)害的形成條件和破壞模式分析

3.1 崩塌災(zāi)害的形成條件

3.1.1 大氣降雨

通過縣氣象局收集的氣象資料，牛街鎮(zhèn)三合雨量站顯示，2016年6月1日至16日，累計(jì)降雨量達(dá)215.9 mm；2016年進(jìn)入雨季以來(lái)，5月至6月份的日降雨量統(tǒng)計(jì)見圖7。

圖7 牛街鎮(zhèn)5月至6月份的日降雨量統(tǒng)計(jì)Fig.7 Statistics of rainfall in May and June of Niujie Town

2016年6月3日至15日，該地區(qū)發(fā)生持續(xù)性降雨，6月7日降雨量達(dá)到最大值，日降雨量為63.5 mm，6月15日崩塌災(zāi)害發(fā)生前一天也有一次日降雨量達(dá)28.9 mm的降雨，經(jīng)歷了多次暴雨后，地表雨水下滲通過地表洼地、天窗、小型溶洞等路徑至該邊坡巖體的結(jié)構(gòu)面及裂縫中，節(jié)理裂隙充水，產(chǎn)生較大的靜水壓力，同時(shí)泥頁(yè)巖軟弱夾層受裂隙水浸潤(rùn)強(qiáng)度降低，造成阻滑段支撐力下降。

3.1.2 地震作用

崩塌所在危巖帶經(jīng)歷了多次地震作用后，巖體中發(fā)育的卸荷裂隙、節(jié)理裂隙在地震力作用下隙寬變大，連通率增大，延伸變長(zhǎng)，巖體變得更加破碎。

3.1.3 人類工程活動(dòng)

損毀的3棟房屋在修建前，對(duì)該邊坡原臨空面進(jìn)行了大面積的開挖、切坡，說(shuō)明人類工程活動(dòng)造成的影響極大，改變了邊坡原有的應(yīng)力狀態(tài)，崩塌處產(chǎn)生了適合的臨空面和剪出口，為崩塌體的啟動(dòng)和滑移解體提供了充足的空間，見圖8。

圖8 邊坡開挖前后示意圖Fig.8 Schematic diagram before and after slope excavation

3.2 崩塌的破壞模式及破壞過程

本文通過對(duì)彝良縣大石盤組崩塌的工程地質(zhì)條件和破壞機(jī)制分析，認(rèn)為該崩塌的破壞模式為拉裂-滑移式，其破壞過程可分為以下4個(gè)階段。

3.2.1 初始震裂變形階段

大石盤組崩塌初始震裂變形階段主要表現(xiàn)為巖體的震裂損傷和拉張裂縫的形成。該邊坡在經(jīng)歷了2012年9月7日彝良5.6級(jí)、5.7級(jí)兩次地震之后，由于卸荷作用引起山體內(nèi)部應(yīng)力重分布，坡頂形成應(yīng)力張拉區(qū)，巖體產(chǎn)生多處拉張裂縫；加之修房切坡，進(jìn)一步改變了原有的應(yīng)力狀態(tài)，巖層層面及另兩組控制性節(jié)理進(jìn)一步發(fā)育延伸，見圖9。

圖9 “6.16”大石盤組崩塌初始震裂變形階段示意圖Fig.9 Schematic diagram of the initial shock fission defor- mation stage of the “6.16” Dashipan Group collapse

3.2.2 累積變形階段

大石盤組崩塌累積變形階段主要表現(xiàn)為拉張裂縫的拓展貫通和泥頁(yè)巖軟弱夾層的軟化。由于長(zhǎng)期的降雨、風(fēng)化及溶蝕作用，地下水灌入結(jié)構(gòu)面中，產(chǎn)生較大的靜水壓力，造成后緣拉張裂縫張開度增大，連通率提高，延伸長(zhǎng)度增加，最終貫通至下部泥頁(yè)巖層面處；薄層狀泥頁(yè)巖在裂隙水浸潤(rùn)、巖溶、溫差變化、風(fēng)化等作用下，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度降低，阻滑段支撐力下降，見圖10。

圖10 “6.16”大石盤組崩塌累積變形階段示意圖Fig.10 Schematic diagram of the cumulative deformation stage of the “6.16” Dashipan Group collapse

3.2.3 啟動(dòng)破壞階段

大石盤組崩塌啟動(dòng)破壞階段主要表現(xiàn)為泥頁(yè)巖層面的貫通與崩塌體的整體滑移墜落解體。后緣拉張裂縫貫通后，形成了孤立的危巖體，隨著時(shí)間的推移，軟巖層面的抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低，阻滑段的支撐力小于危巖體的下滑力，造成了軟巖層面的貫通，危巖體在重力作用下沿軟巖層面由剪出口發(fā)生剪切滑移，見圖11。

圖11 “6.16”大石盤組崩塌啟動(dòng)破壞階段示意圖Fig.11 Schematic diagram of the startup and destruction stage of the “6.16” Dashipan Group collapse

3.2.4 穩(wěn)定與堆積階段

由于有利的地形條件，危巖體攜帶著上覆殘坡積土層整體滑移下錯(cuò)，崩塌體在墜落過程中沿控制性節(jié)理面進(jìn)一步拉裂解體，并撞向距離不到10 m遠(yuǎn)的五層房屋，造成房屋向右側(cè)傾倒，砸毀了臨近的兩棟兩層房屋，最終崩塌體堆積在邊坡坡腳處趨于穩(wěn)定，見圖12。

圖12 “6.16”大石盤組崩塌穩(wěn)定與堆積階段示意圖Fig.12 Schematic diagram of the stability and accumulation stage of the “6.16” Dashipan Group collapse

4 崩塌災(zāi)害的工程治理措施及防治對(duì)策

雖然崩塌體已部分崩落，但是該危巖帶穩(wěn)定性較差，仍然存在進(jìn)一步失穩(wěn)發(fā)生崩塌的可能性，對(duì)于坡腳處房屋和居民以及過往人員車輛均存在極大的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過對(duì)該崩塌災(zāi)害進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)的工程地質(zhì)調(diào)查后，本文提出了如下工程治理措施及防治對(duì)策。

4.1 危石清理

對(duì)危險(xiǎn)程度高、規(guī)模小的危巖孤石等建議予以清除，采用人工輔之以簡(jiǎn)易機(jī)械進(jìn)行解小、撬動(dòng)、搬運(yùn)[見圖13(a)]；對(duì)規(guī)模較大且穩(wěn)定性較差的危巖孤石等建議采用嵌補(bǔ)支頂?shù)闹卫泶胧見圖13(b)]；對(duì)危巖帶臨空面裸露的薄層碎裂狀巖體進(jìn)行清除，以防小塊石繼續(xù)掉落。

圖13 小塊孤石清除和大塊孤石嵌補(bǔ)支頂示意圖Fig.13 Schematic diagram of clearing small boulders and inlaying large boulders

4.2 危巖體錨桿錨固和主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)加固

危巖帶長(zhǎng)度約250 m，且為橫向坡，臨空面巖體強(qiáng)風(fēng)化，卸荷裂隙沿臨空面方向垂直發(fā)育，易發(fā)生局部的零星剝落和落石，因此建議沿危巖帶展布方向采用錨桿錨固和主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行綜合治理，見圖14。

圖14 危巖體錨桿錨固和主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)加固示意圖Fig.14 Schematic diagram of anchor reinforcement and active flexible protective net for dangerous rock

利用錨桿對(duì)有可能失穩(wěn)的危巖體進(jìn)行錨固，通過錨固力提供抵抗危巖體下滑力力矩，從而保證危巖體的穩(wěn)定。建議采用砂漿錨桿，通過合理設(shè)置錨桿間距、錨固段長(zhǎng)度等措施，達(dá)到提高危巖體穩(wěn)定系數(shù)的目的。

考慮到避免危巖體對(duì)柿鳳公路可能會(huì)造成不良影響，建議通過布設(shè)由高強(qiáng)度鋼絲格柵、鋼繩錨桿與肋骨狀錨墊片構(gòu)成的主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)對(duì)坡體上的危巖體進(jìn)行加固，旨在阻止其啟動(dòng)，并限制其運(yùn)動(dòng)范圍。

4.3 修建截排水溝

危巖帶頂部的雨水下滲是造成此次崩塌的觸發(fā)因素，因此修建危巖帶的截排水工程是非常必要的。建議在坡頂沿危巖帶長(zhǎng)度方向及坡面雨水匯流方向修建截排水溝系統(tǒng)，將雨水匯集進(jìn)排水溝里及時(shí)排走，防止雨水下滲入巖體內(nèi)。

4.4 納入群測(cè)群防體系

建議將該崩塌點(diǎn)納入地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，納入群測(cè)群防體系，建立應(yīng)急預(yù)案。此外，發(fā)放“兩卡”給高陡邊坡段兩側(cè)和坡頂?shù)奈ｋU(xiǎn)房屋內(nèi)的居民；設(shè)立監(jiān)測(cè)員，按崩塌巡查的技術(shù)要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在高陡邊坡段兩側(cè)設(shè)地質(zhì)災(zāi)害警示牌，提醒過往車輛及行人觀察通行。

4.5 加強(qiáng)房屋建設(shè)規(guī)劃與管理

房屋建設(shè)應(yīng)事先開展科學(xué)選址、危險(xiǎn)性評(píng)估與崩塌防治等工作，在未對(duì)危巖體進(jìn)行治理的情況下，危巖帶內(nèi)正在修建的房屋應(yīng)立即停止修建。

5 結(jié) 論

云南省彝良縣大石盤組崩塌是由降雨誘發(fā)的小型拉裂-滑移式崩塌，在詳細(xì)的工程地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)崩塌以及崩塌所在危巖帶的特征進(jìn)行了歸納，并開展了以下研究：

(1) 運(yùn)用赤平投影法對(duì)崩塌體結(jié)構(gòu)面的組合特征進(jìn)行了分析，可知巖層層面傾向與開挖面坡向相近，崩塌處的斜坡結(jié)構(gòu)為順向，節(jié)理1和節(jié)理2對(duì)巖體的切割作用加劇了順層邊坡的破壞。

(2) 從人類工程活動(dòng)、地震作用、降雨三個(gè)方面對(duì)崩塌形成條件進(jìn)行了分析，認(rèn)為不合理的開挖和切坡、地震震裂崩塌體造成累積損傷、多次暴雨是此次崩塌的觸發(fā)因素，并指出崩塌的破壞模式為拉裂-滑移式,崩塌的破壞過程可分為為初始震裂變形階段、累積變形階段、啟動(dòng)破壞階段、穩(wěn)定與堆積階段4個(gè)階段。

(3) 針對(duì)崩塌災(zāi)害，提出了有針對(duì)性的工程治理措施及防治對(duì)策，即危石清理、危巖體的錨桿錨固和主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)加固、修建截排水溝、納入群測(cè)群防體系、加強(qiáng)房屋建設(shè)規(guī)劃與管理。

通訊作者：馮文凱(1974—)，男，博士，教授，主要從事巖土體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和地質(zhì)災(zāi)害防治等方面的研究與教學(xué)工作。E-mail:fengwenkai@cdut.cn