彭 軍

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局311地質(zhì)隊(duì),安徽 安慶 246000)

1 崩塌概況

崩塌災(zāi)害位于宣城市旌德縣云樂(lè)鎮(zhèn)許村村茶一組張桂蘭戶屋后崩塌,中心位置地理坐標(biāo):東經(jīng):118°38′36.7″,北緯:30°28′57.7″。崩塌激光雷達(dá)(圖1),自然斜坡地貌類(lèi)型為侵入構(gòu)造侵蝕低山,地勢(shì)整體北西高、南東低,陽(yáng)面坡,為一易于匯水的負(fù)地形,自然斜坡坡面形態(tài)呈直線形,地形起伏較大,坡向120°,坡度45°,坡腳處地面高程+294,第一斜坡帶頂部高程約+456 m,高差約162 m。人工切坡處位于自然斜坡的坡麓,微地貌類(lèi)型為陡崖,剖面形態(tài)為復(fù)合型,坡向120°,坡度75°,高度約5 m,寬度約45 m。

圖1 崩塌激光雷達(dá)圖

圖2 結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

2 崩塌(危巖體)基本特征

2.1 崩塌源區(qū)

(1)邊界條件:崩塌后邊界以自然斜坡第一斜坡帶為界,最高點(diǎn)高程:+456 m,崩塌前緣位于切坡坡腳(房屋屋后)高程:+294 m,最大高差162 m,兩側(cè)以現(xiàn)狀屋后切坡兩端為界。

(2)危巖體巖性及巖體結(jié)構(gòu):該處為志留系中統(tǒng)康山組(S2k)青灰色長(zhǎng)石石英砂巖,層厚10～25 cm,為薄層狀,層理產(chǎn)狀170°∠32°,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎。該處巖體結(jié)構(gòu)為薄層狀結(jié)構(gòu)。在風(fēng)化、卸荷、強(qiáng)降雨、凍融、根劈等不利因素影響下,易沿節(jié)理裂隙面發(fā)生位移錯(cuò)動(dòng),從而形成崩塌地質(zhì)災(zāi)害。該處巖體主要發(fā)育有2組節(jié)理裂隙,其特征分別如下:

L1產(chǎn)狀(主控):7°∠73°,張性裂隙,可見(jiàn)延伸長(zhǎng)度3～4 m,呈張開(kāi)狀態(tài),張開(kāi)寬約1～3 cm,未見(jiàn)充填,裂隙密度2～3條/m,未貫通;

L2產(chǎn)狀:87°∠87°,張性裂隙,可見(jiàn)延伸長(zhǎng)度3～4 m,呈張開(kāi)狀態(tài),張開(kāi)寬約1～2 cm,未見(jiàn)充填,裂隙密度5～8條/m,未貫通;

見(jiàn)一組卸荷裂縫,為層理面卸荷發(fā)育形成,可見(jiàn)延伸長(zhǎng)度1.5 m,泥質(zhì)充填,張開(kāi)寬度5 cm。兩組節(jié)理裂隙面呈相互正交,巖體多為塊狀,塊徑以0.2 m×0.3 m×0.3 m為主。

(3)變形跡象及變形歷史:據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問(wèn),該點(diǎn)每年均發(fā)生小規(guī)模崩塌,多為自然斜坡上的轉(zhuǎn)石,塊徑長(zhǎng)軸方向多為20～30 cm,最大可達(dá)60 cm,災(zāi)害發(fā)生后損壞房屋墻體,現(xiàn)狀墻體已修復(fù)。坡腳處可見(jiàn)轉(zhuǎn)石。

(4)崩塌源

①由人工切坡面中上部巖體風(fēng)化卸荷形成的塊石組成,塊徑以0.2 m×0.3 m×0.3 m為主,在強(qiáng)降雨、持續(xù)降雨及凍融天氣下,易發(fā)生小型墜落式崩塌地質(zhì)災(zāi)害,現(xiàn)狀較穩(wěn)定,發(fā)展趨勢(shì)不穩(wěn)定。

②自然斜坡坡面上零散分布轉(zhuǎn)石,轉(zhuǎn)石塊徑多為30 cm,最大可達(dá)60 cm,距離底部房屋高差約10 m。在強(qiáng)降雨、持續(xù)降雨天氣下,易發(fā)生小型滾落式崩塌,現(xiàn)狀較穩(wěn)定,發(fā)展趨勢(shì)不穩(wěn)定。

2.2 崩塌堆積體

坡腳處可見(jiàn)零星崩塌堆積體,以往堆積物已被人為清理。據(jù)調(diào)查訪問(wèn),最遠(yuǎn)落石距離0.5 m。

2.3 崩塌路徑區(qū)

自然斜坡高差約162 m,坡度45°,自然斜坡形態(tài)呈直線形,地形起伏較大,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)研判及調(diào)查訪問(wèn),推測(cè)其崩塌體運(yùn)動(dòng)模式主要為墜落式。路徑區(qū)內(nèi)植被類(lèi)型:距離人工切坡頂部向后延伸約5m范圍為茶園,其后為灌木及喬木。覆蓋率80%,對(duì)崩塌運(yùn)移時(shí)的阻擋效果微弱。坡腳處即為張桂蘭戶房屋,房屋結(jié)構(gòu)為磚木結(jié)構(gòu),建房時(shí)間1989年。

3 崩塌形成機(jī)理與成災(zāi)模式

云樂(lè)鎮(zhèn)許村村茶一組張桂蘭屋后崩塌的形成機(jī)理和成災(zāi)模式主要是因構(gòu)造和卸荷裂隙發(fā)育形成陡而深的拉張裂隙,在其它結(jié)構(gòu)面疊加作用下被切割成塊體,因切坡使上部巖體部分懸空,在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下,裂縫逐步填充泥質(zhì)物質(zhì),或者植被根系擠壓,裂縫擴(kuò)展,受持續(xù)降雨或凍融天氣,體積膨脹從而擴(kuò)張裂縫。在長(zhǎng)期的風(fēng)化、雨水沖刷、植被根劈等外動(dòng)力地質(zhì)的作用下,巖體逐步超過(guò)極限平衡狀態(tài),從而發(fā)生崩塌。

4 崩塌穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)

選擇最不利斷面進(jìn)行崩塌穩(wěn)定性分析,崩塌穩(wěn)定性分析應(yīng)包括邊坡整體穩(wěn)定性分析,危巖體穩(wěn)定性分析,堆積體穩(wěn)定性分析,其中邊坡整體穩(wěn)定性可以根據(jù)邊坡特征進(jìn)行赤平投影定性評(píng)價(jià),斜坡面的轉(zhuǎn)石崩塌采用Rocfall軟件數(shù)值模擬分析,可獲得崩塌落石的彈跳高度、停留位置及總動(dòng)能。

4.1 崩塌赤平投影評(píng)價(jià)

崩塌地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在坡體中上部,清理的破碎段,受卸荷裂隙的拉裂作用,部分巖體呈現(xiàn)豎向裂縫,且有進(jìn)一步崩落的可能,巖體結(jié)構(gòu)破碎,發(fā)育有兩組主要的裂隙,產(chǎn)狀分別為:①7°∠73°,②87°∠87°,其中以裂隙1最為發(fā)育。

表1 結(jié)構(gòu)面組合模式及穩(wěn)定狀態(tài)表

J1結(jié)構(gòu)面交點(diǎn)位于切坡陡坎投影弧的對(duì)側(cè),這時(shí)結(jié)構(gòu)面的交線與邊坡傾向相反,結(jié)構(gòu)面組合切割體為傾向坡內(nèi)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

J2/J3結(jié)構(gòu)面的交點(diǎn)與邊坡投影弧處在同一側(cè),落在了危巖邊坡投影弧的外側(cè),說(shuō)明結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向于邊坡傾向相對(duì)一致,傾角小于危巖邊坡的坡角,結(jié)構(gòu)面組合交線在天然坡面上沒(méi)有出露,切割體處于較穩(wěn)定結(jié)構(gòu),邊坡處于較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

綜上所述,組合結(jié)構(gòu)面J1(裂隙3+裂隙4)現(xiàn)狀處于較穩(wěn)定狀態(tài),暴雨或凍融工況隨時(shí)會(huì)發(fā)生崩塌,威脅住戶房屋的生命財(cái)產(chǎn)安全。

4.2 崩塌落石數(shù)值模擬

4.2.1 模擬剖面的選取

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,危巖帶在斜坡上均有分布,為全面掌握崩塌落石的最大威脅范圍和服務(wù)地質(zhì)災(zāi)害防治設(shè)計(jì)的有效性,連接斜坡頂部與承災(zāi)體房屋一條剖面作為模擬剖面。

4.2.2 模擬落石的確定

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問(wèn),該點(diǎn)每年均發(fā)生小規(guī)模崩塌,多為自然斜坡上的轉(zhuǎn)石,塊徑長(zhǎng)軸方向多為20～30 cm,最大可達(dá)60 cm,災(zāi)害發(fā)生后損壞房屋墻體,現(xiàn)狀墻體已修復(fù)。坡腳處可見(jiàn)轉(zhuǎn)石。其落石塊體方量均小于1 m3。為有效的模擬落石最大威脅范圍及運(yùn)動(dòng)軌跡,掌握落石主要堆積區(qū)域,本次模擬落石選擇塊體方量為1 m3,落石起始位置為斜坡的最高處,失穩(wěn)方式為自然失穩(wěn),模擬過(guò)程中假設(shè)50塊落石突然失穩(wěn)進(jìn)行模擬。落石物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)后取值見(jiàn)表2。

表2 落石力學(xué)指標(biāo)建議表

4.3 坡面參數(shù)特征的確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及無(wú)人機(jī)低空影像測(cè)量,模擬坡面特征及取值情況見(jiàn)表3。

表3 數(shù)值模擬坡面特征

4.4 模擬分析

由圖3-圖6可知,崩塌危巖體自最高點(diǎn)失穩(wěn)后,以滾動(dòng)、碰撞、彈跳及空中飛行的方式組合運(yùn)動(dòng)。在ab段以滾動(dòng)、碰撞和彈跳運(yùn)動(dòng)為主;在bc以碰撞和彈跳運(yùn)動(dòng)為主,在cd區(qū)域以空中飛行方式直接向其下部斜坡體運(yùn)動(dòng);最終集中停留在居民區(qū)(df段),少量崩塌落石運(yùn)動(dòng)到居民區(qū)停留。在動(dòng)能變化方面,崩塌落石的動(dòng)能與落石的運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)塊體數(shù)量、運(yùn)動(dòng)距離及落差有關(guān)。根據(jù)數(shù)值模擬成果,可詳細(xì)的掌握到崩塌落石的集中停留區(qū),受房屋阻隔主要集中停留在距落石失穩(wěn)處的185 m處,通過(guò)移除障礙,再次模擬,落石主要集中在可到達(dá)的最遠(yuǎn)距離為217 m;同時(shí),還可詳細(xì)的了解各點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)落石的最大彈跳高度、平移速度、旋轉(zhuǎn)速度、平移動(dòng)能、旋轉(zhuǎn)動(dòng)能和總動(dòng)能等相關(guān)運(yùn)動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)。

圖3 剖面模擬彈跳軌跡圖

圖4 剖面模擬保留位置圖

圖5 剖面模擬彈跳高度圖

圖6 剖面模擬總動(dòng)能圖

通過(guò)數(shù)值模擬可知,崩塌危巖體自最高點(diǎn)失穩(wěn)后,以滾動(dòng)、碰撞、彈跳及空中飛行的方式向斜坡坡腳運(yùn)動(dòng),最終主要堆積于居民區(qū)。

5 危害性評(píng)估

切坡面臨空,自然斜坡較陡,見(jiàn)少量順坡向地表水流沖刷痕跡,主要受大氣降雨對(duì)坡面的直接徑流和沖刷,巖土體干燥,坡面上有少量新發(fā)展的裂縫,切坡頂部無(wú)建筑物,未見(jiàn)植被歪斜現(xiàn)象。巖體風(fēng)化裂隙發(fā)育。無(wú)明顯變形跡象,為一利于排水的正地形,地下水排泄條件好。地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)性等級(jí)劃分為中,危害性等級(jí)為低,單體地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估為低,現(xiàn)狀較穩(wěn)定,發(fā)展趨勢(shì)不穩(wěn)定。

威脅對(duì)象主要為坡腳處張桂蘭戶1戶4人的生命及財(cái)產(chǎn)安全,2層磚木6間(1989年建房),常住4人(15～59歲 2人 60歲及以上 2人),總建筑面積211 m3,威脅財(cái)產(chǎn)20萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)云樂(lè)鎮(zhèn)許村村茶一組崩塌進(jìn)行調(diào)查并選擇最不利斷面進(jìn)行崩塌穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明崩塌發(fā)生的原因?yàn)闃?gòu)造和卸荷裂隙發(fā)育形成陡而深的拉張裂隙,在其它結(jié)構(gòu)面疊加作用下被切割成塊體,在長(zhǎng)期的風(fēng)化、植被根系、降雨導(dǎo)致擴(kuò)張裂縫,巖體逐步超過(guò)極限平衡狀態(tài),從而發(fā)生崩塌。經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性分析,單體地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估為低,現(xiàn)狀較穩(wěn)定,發(fā)展趨勢(shì)不穩(wěn)定,威脅對(duì)象主要為坡腳處張桂蘭戶1戶。根據(jù)許村村茶一組張桂蘭戶屋后崩塌的規(guī)模、引發(fā)因素、危險(xiǎn)性等條件,建議采用多種防護(hù)組合的形式進(jìn)行防治加固,即“危巖體清理+主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+落石擋墻”綜合治理措施,盡快消除地質(zhì)災(zāi)害隱患。