楊春峰, 王 合, 楊 敏

(1. 沈陽大學(xué) 建筑工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110044;2. 中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計(jì)院有限公司, 四川 成都 610052)

崩塌是指斜坡巖體(土體)被陡傾的拉裂面切割,在重力或其他外力作用下,突然脫離母體而快速位移、翻滾、跳躍、墜落,堆于坡腳或溝谷的現(xiàn)象,是山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要類型之一.其具有產(chǎn)生速度快,沒有前兆,豎直位移比水平位移大得多的特點(diǎn)[1-2].崩塌災(zāi)害的發(fā)生,使居民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失.20世紀(jì)80年代,胡厚田等人研究分析了大量崩塌災(zāi)害,對崩塌的類型、形成機(jī)理、穩(wěn)定性及防治措施等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究分析[3].隨后很多專家學(xué)者也對崩塌進(jìn)行了大量研究,并取得了一定的成果.

老鷹巖位于雅安市康定縣姑咱鎮(zhèn)浸水村西側(cè)山坡陡坡地段,緊鄰211省道;地形地貌為典型的高山峽谷地貌,區(qū)內(nèi)山高坡陡,層巒疊嶂,連綿起伏,整體西高東低,地勢起伏大,是青藏高原向四川盆地的過渡地帶;受青藏高原與四川盆地?cái)D壓影響,構(gòu)造帶活動(dòng)頻繁,易引發(fā)地震.研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖如圖1所示.因此,開展對崩塌災(zāi)害的形成機(jī)制和危巖體的穩(wěn)定性研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

本文從地質(zhì)環(huán)境、巖性、外界影響因素等角度對老鷹巖崩塌進(jìn)行研究,分析其成災(zāi)機(jī)理與危巖體穩(wěn)定性,旨在為此類災(zāi)害的防治提供科學(xué)依據(jù),并供參考借鑒.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geological structure of the study area

1 崩塌體的形成條件

1.1 地理環(huán)境、氣象

老鷹巖屬青藏高原亞濕潤氣候,具有高原氣候特征.空氣較干燥,晝長夜短,晝夜溫差大,夏季短暫,冬季寒冷,冰雪期長,多年平均氣溫7.1 ℃,最高氣溫15.7 ℃,最低溫度-14.7 ℃.高寒的氣候條件有利于巖體裂縫發(fā)育.在夏季降雨和化雪過程中,巖體中的裂隙及孔隙被水分填滿,巖體內(nèi)受靜水壓力作用,抗剪強(qiáng)度降低;而冬季來臨時(shí),裂隙及空隙中的水分遇冷凍結(jié),體積變大,產(chǎn)生凍脹力,使裂隙不斷擴(kuò)展;當(dāng)溫度升高時(shí),冰融化,水分又向更深層次的裂隙滲透,如此反復(fù)的凍結(jié)與融化,使裂隙逐漸變?yōu)榱芽p,最終發(fā)生破壞.大量研究表明[4-7],凍融是高寒地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的起點(diǎn).

地質(zhì)災(zāi)害的形成與發(fā)生也受降雨的影響.據(jù)氣象站資料統(tǒng)計(jì),康定縣年均降水量為803.8 mm,其中5—9月為降雨高峰期,被當(dāng)?shù)厝朔Q為“雨季”,多為暴雨和連綿雨,據(jù)統(tǒng)計(jì)連綿雨最長達(dá)58 d,降雨量達(dá)542.9 mm,日降雨量最高達(dá)65.9 mm,“雨季”降雨量占全年的60%～85%.

1.2 地層巖性

1.3 人類活動(dòng)

人類活動(dòng)也對災(zāi)害的形成和擴(kuò)展起促進(jìn)作用.山腳道路修建、山坡上耕作、削坡等都會(huì)對原有的斜坡地形進(jìn)行改變, 使得危巖進(jìn)一步臨空, 降低了危巖的穩(wěn)定性;工程施工過程中爆破產(chǎn)生的震動(dòng)也會(huì)對危巖體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響.

2 危巖體基本特征及穩(wěn)定性分析

2.1 危巖體基本特征及形成機(jī)理

(1) 危巖體基本特征

危巖體臨空方向?yàn)?4°,巖體較完整.巖體與母巖后緣有卸荷裂隙發(fā)育,危巖內(nèi)主要有3組裂隙發(fā)育:

圖2 老鷹巖危巖體位置示意圖

圖3 危巖體Fig.3 Dangerous rock

圖4 危巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況

① 35°∠65°,為危巖體的后緣卸荷裂隙,裂隙張開0.03～0.07 m,延伸長度為4.8 m,可見深度4.0 m,裂隙裂面粗糙,粘土充填.

② 24°～28°∠34°,為后緣卸荷裂隙,裂隙張開0.1～0.2 m,可探深度1.2 m,裂隙裂面粗糙.

③ 104°∠73°,為卸荷裂隙,裂隙張開0.02～0.08 m,基本不可探入.

選取具有代表性的巖體樣本進(jìn)行室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn),危巖穩(wěn)定性計(jì)算采用的地質(zhì)參數(shù)如表1所示.

表1 危巖穩(wěn)定性計(jì)算采用的地質(zhì)參數(shù)

(2) 形成機(jī)理分析

① 研究區(qū)內(nèi)陡崖坡度約在58°～63°,巖體被98°～107°∠66°～75°,28°～37°∠61°～69°兩組構(gòu)造節(jié)理裂隙控制,危巖體被切割成整體塊狀,節(jié)理裂隙的發(fā)育大大降低了巖體的整體性及強(qiáng)度,也為水分的滲入提供了有利條件,是危巖體形成的重要內(nèi)在因素.

② 研究區(qū)氣候?yàn)榍嗖馗咴瓉啙駶櫄夂?冬季寒冷,冰雪期長,晝夜溫差較大,在長期地質(zhì)營力作用下,花崗巖物理力學(xué)性能劣化嚴(yán)重,特別是在反復(fù)凍融循環(huán)作用下,巖體抗剪強(qiáng)度降低,原裂隙不斷擴(kuò)大,巖體穩(wěn)定性進(jìn)一步破壞.

③ 危巖體位于陡坡的中上部,高陡的臨空巖體具有較大的勢能.加之較硬的花崗巖崩落后底部已形成較淺巖腔,巖體體積膨脹,引發(fā)強(qiáng)卸荷作用,不但形成與巖體表面大致平行的破裂面及垂直表面的不規(guī)則裂隙,而且加寬加大了原構(gòu)造裂隙;在風(fēng)化、地震作用下,巖腔和裂隙進(jìn)一步發(fā)育,在近南北向裂隙和近東西向裂隙、陡崖坡度、巖腔發(fā)育的共同作用下,致使裂隙貫通,易形成崩塌.

2.2 危巖體穩(wěn)定性分析

危巖體巖性為硬巖,是花崗巖.危巖體后部卸荷裂隙發(fā)育,且裂隙傾角較陡,危巖體重心位于傾覆點(diǎn)以內(nèi),危巖體前部臨空,陡崖面坡度較陡,危巖體穩(wěn)定性主要受后緣未貫通段巖體的抗拉強(qiáng)度控制.由于巖體差異性風(fēng)化,危巖體底部已形成風(fēng)化凹腔,若凹腔進(jìn)一步向內(nèi)發(fā)育,危巖體傾覆點(diǎn)隨之后移,危巖體重心距傾覆點(diǎn)的水平距離將逐漸減小;在自重彎矩的作用下,危巖體易以巖體下部基座為支點(diǎn)向臨空方向彎折,并伴隨著后緣裂隙的進(jìn)一步發(fā)育,危巖體抗拉強(qiáng)度逐漸減小;在水平地震力、地下水靜水壓力、危巖體自重傾覆力等的作用下,危巖體將向坡外發(fā)生傾倒式崩落[8-10].

用赤平極射投影進(jìn)行分析,兩組構(gòu)造節(jié)理裂隙面與坡面形成赤平極射投影見圖5.圖5中各交點(diǎn)傾向、傾角如表2所示.兩組裂隙面交點(diǎn)都在邊坡面同側(cè)且交點(diǎn)傾角小于坡角,危巖體處于穩(wěn)定狀態(tài).

圖5 赤平極射投影圖Fig.5 Stereographic projection

交 點(diǎn)傾向/(°)傾角/(°)交點(diǎn)①130.2411.08交點(diǎn)②249.5060.50交點(diǎn)③132.2912.39交點(diǎn)④240.7057.35交點(diǎn)⑤212.8234.68

通過分析可知,危巖體穩(wěn)定性主要受后緣巖體抗拉強(qiáng)度控制. 在穩(wěn)定性計(jì)算時(shí), 為了簡化計(jì)算而又確保與實(shí)際情況相符, 可將危巖體結(jié)構(gòu)特征沿長度方向選取若干截面進(jìn)行計(jì)算, 不考慮基座對危巖體抗拉強(qiáng)度的影響; 同時(shí)在考慮裂隙水對危巖體穩(wěn)定性的影響時(shí), 設(shè)裂隙深度與裂隙充水深度相等. 危巖體穩(wěn)定性計(jì)算分3種工況考慮.

工況1(天然工況) 只考慮在自重作用下危巖體的穩(wěn)定性,危巖體物理力學(xué)地質(zhì)參數(shù)取表1中天然狀態(tài).工況1計(jì)算簡圖如圖6所示.

圖6 工況1計(jì)算簡圖Fig.6 Calculation diagram for case 1

工況2(暴雨工況) 考慮暴雨的影響,危巖體物理力學(xué)地質(zhì)參數(shù)取表1中飽和狀態(tài),裂隙充水埋深取4.0 m.工況2計(jì)算簡圖如圖7所示.

圖7 工況2計(jì)算簡圖Fig.7 Calculation diagram for case 2

工況3(地下水+地震工況) 危巖體穩(wěn)定性受自重作用外,增加一項(xiàng)水平地震力,地震烈度依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)規(guī)定及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取9度,地震動(dòng)峰值加速度為0.40 g,危巖體物理力學(xué)地質(zhì)參數(shù)取表1中天然狀態(tài);同時(shí)考慮地下水影響,裂隙充水埋深取4.5 m.工況3計(jì)算簡圖如圖8所示.

圖8 工況3計(jì)算簡圖Fig.8 Calculation diagram for case 3

各工況穩(wěn)定性系數(shù)F計(jì)算基本參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表3所示.

表3 穩(wěn)定性系數(shù)F計(jì)算基本參數(shù)

依據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》(DB 50/143—2003)中重心在傾斜點(diǎn)之內(nèi)傾倒式計(jì)算公式,對危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析.根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218—2006)中傾倒式危巖穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):F≥1.5穩(wěn)定,1.3

表4 危巖體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算及評價(jià)結(jié)果

結(jié)果表明,危巖體在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況及地震工況下,穩(wěn)定性系數(shù)明顯降低,處于欠穩(wěn)定狀態(tài).若后緣裂隙加深變長,達(dá)到一定程度,底部裂隙進(jìn)一步貫通時(shí)危巖體將處于不穩(wěn)定狀態(tài),甚至崩塌.

3 結(jié) 論

(1) 大高差、高陡坡的地形地貌,復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及特殊的地層巖性對老鷹巖崩塌的形成和發(fā)育起到控制性作用.地震、風(fēng)化作用、人類活動(dòng)也為老鷹巖崩塌的形成和發(fā)育起促進(jìn)作用.

(2) 通過赤平極射投影與數(shù)值計(jì)算可知:危巖體現(xiàn)階段在自然條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài);但遇到暴雨、地震等不利條件時(shí),危巖體穩(wěn)定性降低,甚至發(fā)生崩塌.