馬玉歡

（山西省地質勘查局二一二地質隊有限公司，山西長治 046000）

1 研究區(qū)地理位置

黎城縣處于山西省長治市東北?？h境內(nèi)大部分地區(qū)為中山區(qū)，中山區(qū)占縣域面積約71.3%。對縣域內(nèi)中山區(qū)按照地層巖性以及主要的成因類型劃分為溶蝕—侵蝕中山、侵蝕—剝蝕中山區(qū)兩個地區(qū)。以發(fā)展旅游業(yè)與采礦業(yè)為主的黃崖洞鎮(zhèn)、西井鎮(zhèn)作為黎城縣經(jīng)濟較為發(fā)達的兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均處于該中山區(qū)，該區(qū)域位于黎城縣北部，該中山區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育多處超高巖質邊坡，該兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)受到不同特征的超高巖質邊坡的威脅。

2 超高基巖崩塌形成機理分析

據(jù)調查分析可知，誘發(fā)該超高巖質邊坡形成崩塌的因素有很多，總體可分為內(nèi)、外部因素。內(nèi)部因素主要包括地形地貌、地層巖性、工程地質巖組、巖石類型及風化程度、坡體巖體結構特征；外部因素主要是人類開挖活動，降雨、地下水，地震與植被等其他因素。內(nèi)部因素是主控因素。

2.1 內(nèi)部因素

（1）地形地貌。崩塌所處的中山區(qū)域主要分布在縣域北部的山區(qū)，該區(qū)域基巖裸露，僅局部地區(qū)表部覆蓋有厚度較小的風積黃土層、殘坡積碎石土層。該區(qū)域山體陡峭，多形成陡崖峭壁，山前坡度較大，山體巖石多節(jié)理、裂隙發(fā)育。由于區(qū)域地形多為中山丘陵，村民多在山前河谷地帶建房、修路；村莊多分布于山間溝谷中或山梁頂部，周邊分布有超高巖質邊坡，該邊坡破壞發(fā)生崩塌將對村莊造成威脅。

（2）地層巖性。地層巖性對超高基巖崩塌的發(fā)育起著關鍵的作用。據(jù)調查陡峻的巖質邊坡一般是由厚層狀或塊狀的，堅硬或較硬的砂巖、石灰?guī)r巖體構成。巖體存在較多的構造節(jié)理、卸荷裂隙，這些節(jié)理裂隙將巖體分割成多個大小不一的巖體。由于裂隙未有被充填，巖體較為松動，坡體高陡，在坡頂處存在多個危巖體。對于較軟的巖體，一般情況是很難形成陡峭的邊坡的，故也就較難形成危巖體，因而較難形成崩塌。對于軟硬相間巖層結合形成的邊坡，軟弱的巖層可作為底滑面，上部較硬的巖體可沿該滑面滑動，從而形成崩塌。

對該區(qū)域巖質崩塌所處坡體的地層巖性進行調查可知，該處地層巖性主要分為三大類，即：新太古界贊皇巖群的變質巖；長城系常溝組及串嶺溝組的石英砂巖；寒武系及奧陶系的灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r。

（3）工程地質巖組。按照巖土體工程性質、結構特征對該區(qū)域巖質崩塌坡體進行劃分。可分為堅硬塊狀變質巖巖組（Ar）；堅硬層狀碎屑巖巖組（Ch）；堅硬層狀碳酸鹽巖巖組（O+?）。

（4）巖石類型及風化程度。風化作用和卸荷作用都屬于外動力地質作用。它們兩者的聯(lián)合作用會使巖體發(fā)生應力消散，從而變得松弛，同時巖石內(nèi)的礦物質產(chǎn)生蝕變流失，進而使巖體內(nèi)部存在的結構面二次開裂，內(nèi)部產(chǎn)生新的次生構造，如卸荷裂隙、風化裂隙等。

在這個過程中，巖體相應的強度變低、密度減小、吸水能力變強，導致巖體滲透性提高。對于陡峭的邊坡巖壁，風化卸載是造成陡壁退化的根本原因，也就是說巖體變形、松動失穩(wěn)、崩塌等現(xiàn)象的發(fā)生都是建立在巖石風化、卸荷的基礎之上。

（5）坡體巖體結構。從巖體結構類型來看，整體塊狀結構的邊坡穩(wěn)定性最好；碎裂、散體結構的邊坡穩(wěn)定性最差，該類結構的邊坡在降雨風化等因素的誘發(fā)下極易發(fā)生崩塌、滑坡等地質災害。高度越大、坡度越陡的邊坡，坡腳應力就越集中，應力的集中加之受到擾動，極易使邊坡變形加劇，從而穩(wěn)定性變差。

按照崩塌所處的坡體巖體結構劃分，現(xiàn)坡體結構以塊裂結構為主，節(jié)理裂隙將巖體分割成多個塊體，塊體中又發(fā)育有多個微小的裂隙。巖石多破碎，在風化的作用下巖石易向下墜落，從而發(fā)生崩塌。

2.2 外部因素

（1）人類活動。超高基巖崩塌分布在黃崖洞鎮(zhèn)、西井鎮(zhèn)，該區(qū)域礦業(yè)開發(fā)以鐵礦最為突出，鐵礦的地下開采所產(chǎn)生的震動對高陡邊坡坡頂?shù)奈r體產(chǎn)生影響，使其失穩(wěn)從而形成崩塌，現(xiàn)尤以水峧鐵礦區(qū)域內(nèi)坡體變形較嚴重；近年來該區(qū)域大力發(fā)展旅游行業(yè)，建立多個旅游景區(qū)，如黃崖洞、四方山、太行紅山等，景區(qū)修建時對公路旁邊坡進行了人工切坡，多處未進行處理，人工邊坡在降雨等因素的誘發(fā)下極易形成崩塌。

（2）降雨。黎城縣屬于山區(qū)，降雨居多且時間較集中，由于山區(qū)植被稀疏，在短時間內(nèi)易匯集成大面積的坡面水流。現(xiàn)高陡坡體較多基巖裸露，雨水的入滲增加巖體自重，雨水的直接沖刷加快了巖體內(nèi)節(jié)理裂隙的擴張；雨水灌入巖體弱化了巖體內(nèi)裂隙面的力學強度，使得巖體的穩(wěn)定性降低，進而使坡體失穩(wěn)。

（3）地下水。地下水主要是通過改變巖體的力學性質，對坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。具體的表現(xiàn)有五個方面：一是水的物理作用。巖體受水的浸潤，導致其抗壓強度降低；二是水的力學效應。巖體裂隙面沖水，受水的動、靜水壓力影響，裂隙面擴張增寬；三是會劣化結構面的強度。受水的沖刷，結構面內(nèi)的充填物流失，導致結構面光滑，抗剪強度顯著下降；四是會對可溶巖發(fā)生溶蝕作用。區(qū)內(nèi)發(fā)育有易溶蝕的寒武系及奧陶系的灰?guī)r，在水的影響下，溶蝕作用加劇，從而產(chǎn)生新的溶蝕裂隙；五是凍融作用。裂隙面內(nèi)充水，水結冰后體積膨脹，巖體受膨脹產(chǎn)生的推力影響，產(chǎn)生滑動。

（4）地震。地震是誘發(fā)地質災害的主要因素之一。地震對危巖體的影響主要表現(xiàn)為三個方面：一是地震發(fā)生伴隨較大的地面震動，震動會加劇結構面張裂，使增大結構面的張開度，進而進一步降低巖體的完整性。二是地震產(chǎn)生會產(chǎn)生水平地震力，危巖體在水平地震力的影響下，產(chǎn)生滾動，從而使其失穩(wěn)。三是地震會使超靜孔隙水壓力快速增大并逐漸累積。危巖體裂隙內(nèi)充水，受水壓力的推動，危巖體將失穩(wěn)，穩(wěn)定性將大大下降。經(jīng)對該區(qū)域調查可知，調查區(qū)地震動峰值加速度為0.10g，抗震設防烈度為Ⅶ度，總體斷裂活動不強烈。該區(qū)域歷史上發(fā)生地震較少，地震作用表現(xiàn)不明顯。

（5）植被作用。植物對基巖邊坡的影響是一把雙刃劍。植物可以防止水土流失，起到護坡作用。扎根于高陡坡體上的茂密草木會對坡體上的松散土石起到固定作用，也會對危巖體變形形成崩塌滾動起到一定程度的阻擋。但在一定的條件下植物也會降低邊坡穩(wěn)定性。在一些巖石的縫隙、層面和節(jié)理上，由于這些裂隙面多充填有土體，因此有時會生長著一些植物。隨著植物的生長，植物根部也會隨之加粗、延伸，這就會對上述裂隙面產(chǎn)生劈裂作用，使其不斷的張開，進而加劇危巖體的變形，使其失穩(wěn)，嚴重的會使危巖體直接失穩(wěn)，產(chǎn)生崩塌。

3 超高基巖崩塌成災模式

研究區(qū)內(nèi)超高基巖崩塌根據(jù)其成災模式的可分為三大類：墜落式、滑移式和傾倒式。其中根據(jù)危巖體失穩(wěn)的力學模式，進一步將巖質崩塌成災模式細分如下。

3.1 拉裂—墜落式崩塌

該類崩塌上部一般為巨厚層巖體，巖體較完整，受水平豎向節(jié)理切割形成塊體，危巖體底部由于自然風化作用形成巖腔，上部巖體懸空，受巖體自重影響，在自重的拉應力下，巖體產(chǎn)生拉伸破壞。

3.2 拉裂—滑移式崩塌

當結構面傾角較大時，巖體易發(fā)生拉裂滑移式破壞。拉裂滑移式崩塌常見于陡崖河谷，下部發(fā)育有巖腔或內(nèi)凹形坡面，在差異風化或者外界擾動的作用下，裂隙向下發(fā)展，前部巖體受壓變形，使巖體向坡外傾倒，在傾倒的過程中，在自身重力作用下壓迫下部巖體并發(fā)生滑落或者在自重影響下沿最危險的滑動面發(fā)生滑動破壞。

3.3 整體滑移式崩塌

該類崩塌，坡體中結構面傾向坡外，且結構面傾角小于滑塌式破壞破裂面傾角。該類崩塌一般多見于坡度大于50°的巖性軟硬相間的坡體，傾向坡外的結構面為潛在的滑面，結構面多為斷續(xù)貫通或完全貫通，結構面前端的出口一般臨空。

3.4 拉裂—傾倒式崩塌

該崩塌在傾倒變形過程時，危巖體一般繞下部支點向臨空面傾倒，崩塌體重心位置發(fā)生變化，使得崩塌體底部應力重新分布，進而使崩塌體底部應力邊界條件發(fā)生改變。研究區(qū)內(nèi)的超高基巖崩塌其上部巖體受外界擾動或者風化作用影響，使得底部基座強度降低，在重力作用下基座被壓縮變形，從而使得崩塌體向坡外傾倒。

4 超高基巖崩塌監(jiān)測預警方法

超高基巖崩塌成為黎城縣北部石灰?guī)r及砂巖地區(qū)最主要的地質災害。超高基巖崩塌中，因其危巖體普遍具有體積巨大、運動速度較快、運動距離較遠、破壞后堆積面廣、破壞性巨大，造成人員和經(jīng)濟損失較嚴重等特點，因此對其監(jiān)測預警方法的研究具有重大意義?？舍槍Σ煌呋鶐r崩塌的工程性質，因地適宜，采取不同的監(jiān)測預警方法，進而取得最大利益及效果。

4.1 傳統(tǒng)的監(jiān)測方法

第一類，簡易觀測法。主要為人工地表巡查，主要是觀測地表變形，危巖體的漲裂。建筑物的變形情況，通過觀測上述內(nèi)容，以此獲得崩塌坡體的情況，從而做成進一步的避險措施。

第二類，站點觀測法。通過在崩塌變形區(qū)以外的穩(wěn)定區(qū)域設觀測站，如采用全站儀、水準儀等測量儀器，在崩塌變形區(qū)內(nèi)設置觀測點，對觀測點進行宏觀監(jiān)測測量，監(jiān)測觀測點的位移，以此判斷坡體的變形情況。

上述監(jiān)測方法在實際運用中，存在較多缺陷，如耗費大量人力物力、儀器容易損壞、監(jiān)測不全面等。近年來，隨著預應力錨索錨固力監(jiān)測技術、深部位移監(jiān)測技術（InSAR技術）、地基合成孔徑雷達（簡稱地基SAR）監(jiān)測技術、無人機高邊坡表面位移監(jiān)測技術等新技術的快速發(fā)展，高陡基巖崩塌變形監(jiān)測領域已更加完善。

4.2 新型的邊坡監(jiān)測方法

（1）預應力錨索錨固力監(jiān)測技術。通過在基巖崩塌內(nèi)設置預應力錨索，監(jiān)測其錨固力的變化，以此捕捉邊坡內(nèi)部應力變化情況，預測邊坡穩(wěn)定性。此技術的研究雖然較成熟，但是在監(jiān)測點的布設時多依賴于工程經(jīng)驗，監(jiān)測點布置盲目性，監(jiān)測成本較大，針對于本次研究的高陡基巖崩塌，無法達到經(jīng)濟、高效布設監(jiān)測的目的。

（2）深部位移監(jiān)測技術（InSAR技術）。這種監(jiān)測手段在高陡基巖崩塌處建立深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，對基巖崩塌的深部變形進行監(jiān)測。監(jiān)測時，需在坡體處設置深部鉆孔，將電纜埋置于鉆孔內(nèi)部，并與周圍地層緊密貼合，監(jiān)測周邊地層的變形情況，以此達到動態(tài)監(jiān)測的目的?；蚩刹捎没鶐r崩塌深部位移示蹤監(jiān)測儀，以充電法為基本原理，在基巖邊坡面上的監(jiān)測點，通過監(jiān)測點在不同點電極下的電位分布與變化，達到基巖邊坡位移示蹤的目的。

（3）地基合成孔徑雷達監(jiān)測技術（簡稱地基SAR）。地基合成孔徑雷達監(jiān)測技術是一種無接觸測量技術，其基本原理與星載平臺和機載平臺的In SAR 技術相同，主要是以SAR的差分干涉測量為基礎，利用脈沖壓縮和波束銳化兩種技術對觀測數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)在距離和方位兩個方向上的高分辨率，進而形成監(jiān)測區(qū)域的二維高分辨圖像數(shù)據(jù)，再對圖像數(shù)據(jù)使用差分干涉測量技術進行處理，結合圖像數(shù)據(jù)像素點間相位差，計算監(jiān)測區(qū)域的高精度地表形變信息。

地基SAR 監(jiān)測技術作為近年來新興的監(jiān)測技術，與傳統(tǒng)監(jiān)測技術相較，它不僅能反映整個坡體及各特征點的變形情況，還具有全天候、高精度、無接觸、高效率等特點。

（4）無人機高邊坡表面位移監(jiān)測方法。該方法是利用無人機對超高基巖崩塌區(qū)域進行高空拍攝。獲得相關的高精度照片，通過對不同時間段照片的比對，以此獲得邊坡變形情況。其特點是步驟簡單、方便，極大地提高了監(jiān)測效率，且與崩塌無接觸。

5 結論

由前述分析可知，黎城縣超高基巖崩塌的發(fā)生與地質環(huán)境因素息息相關，對新型監(jiān)測技術與傳統(tǒng)監(jiān)測方法的對比，針對超高基巖崩塌的不同成因及成災模式，采用不同的手段對超高基巖崩塌進行監(jiān)測。為本縣未來地質災害防控體系監(jiān)測預警奠定了較為堅實的基礎。