關(guān)嶺縣沙營(yíng)鄉(xiāng)槽子六村一帶崩塌（危巖帶）特征及防治對(duì)策

段方情，朱要強(qiáng)，劉 勇

（貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴州貴陽(yáng) 550004）

0 引言

沙營(yíng)鄉(xiāng)“槽子六村”位于關(guān)嶺縣北部，包括紙廠、埡隴、交界、大田、魯灰、路支六村，均分布在溶蝕、侵蝕低山槽谷中。該地區(qū)與2010年6月28日在崗烏鎮(zhèn)大寨、永窩發(fā)生的特大滑坡碎屑流災(zāi)害具有類(lèi)似的地質(zhì)環(huán)境條件，且距離也相隔較近。鑒于這次慘痛的教訓(xùn)，中國(guó)地調(diào)局下達(dá)了關(guān)嶺縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查任務(wù)，對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域斜坡上部易發(fā)生崩塌，下部易產(chǎn)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害[1]，也發(fā)現(xiàn)易產(chǎn)生高位崩塌的特殊地層，對(duì)斜坡下部鄉(xiāng)村公路及村寨威脅較大。經(jīng)過(guò)調(diào)查及訪問(wèn)，該斜坡雨后多次發(fā)生滾石，斜坡上可見(jiàn)到滾石分布，以大田小學(xué)危巖最有代表性，該處危巖在調(diào)查工作一個(gè)月之后就發(fā)生一次崩塌，在公路上砸了一個(gè)40cm深的坑，并向前運(yùn)動(dòng)毀壞公路邊民房一間。關(guān)于崩塌形成機(jī)理，國(guó)內(nèi)外研究比較多，在西南地區(qū)胡斌、黃潤(rùn)秋對(duì)軟硬紅層崩塌形成機(jī)理運(yùn)用數(shù)值模擬、試驗(yàn)在公路方面做了相關(guān)研究[2]。在貴州廣泛分布的碳酸鹽巖分布區(qū)，貴州省地質(zhì)環(huán)境院編著的《貴州地質(zhì)災(zāi)害及其防治》一書(shū)，對(duì)貴州境內(nèi)崩塌的形成機(jī)制進(jìn)行了分類(lèi)闡述[3]。本文主要針對(duì)貴州境內(nèi)具體的某一地層上發(fā)育的危巖帶進(jìn)行具體分析。

1 危巖帶地質(zhì)環(huán)境條件

（1）地形地貌

該地區(qū)為溶蝕、侵蝕低中山地貌。地形切割深度大，山體頂部高程在1700m左右，下部溝谷低洼處高程1350m，切割深度達(dá)350m。斜坡坡度總體上陡下緩，中上部坡度30°～60°，其中灰?guī)r段坡度可達(dá)60°，形成陡坡及陡崖，下部約25°以下，為緩坡地貌。緩坡位置多為旱地及房屋，呈臺(tái)階狀。上部陡坡地多為經(jīng)濟(jì)林木及灌木雜草。

（2）地層巖性

該地區(qū)地層從新到老如下：

第四系殘坡積層，在斜坡中下部普遍發(fā)育，殘坡積成因，灰褐色、灰黃色、紫紅色碎石土，松散，粒徑一般40～150mm，碎石含量60%，厚1～3m。

三疊系夜郎組地層（T1y）

上部為紫紅色泥頁(yè)巖，易風(fēng)化，中部為厚層狀灰白色灰?guī)r，下部為黃綠色泥巖，巖層產(chǎn)狀181°∠30°，斜坡為逆向坡。

二疊系龍?zhí)督M地層（P3l）

主要為黃褐色泥頁(yè)巖，中間夾煤層，分布在斜坡下部。

（3）工程地質(zhì)條件

上部第四系殘坡積層為松散巖組，下部容易誘發(fā)小型滑坡，三疊系下統(tǒng)夜郎組為軟硬相間巖組，下部龍?zhí)督M為軟質(zhì)巖組。

（4）水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的補(bǔ)給、徑流及賦存條件，可分為松散孔隙水、裂隙水及巖溶水，主要為基巖裂隙水，由大氣降水補(bǔ)給，沿巖石裂隙徑流，在地形低洼處以泉點(diǎn)形式排泄。

（5）人類(lèi)工程活動(dòng)

該地區(qū)人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈，主要為附近有煤礦開(kāi)采（目前還沒(méi)影響到大田小學(xué)部位）、公路房屋切坡及種植業(yè)。煤礦，公路、房屋多分布在斜坡下部。原斜坡中上部種植活動(dòng)比較強(qiáng)烈，現(xiàn)在由于封山育林、退耕還林政策的實(shí)施，植被已逐漸恢復(fù)，主要為低矮的灌木。

2 危巖體基本特征及形成條件

對(duì)大田小學(xué)威脅較大的危巖體位于斜坡中上部，高程1574m，為三疊系下統(tǒng)夜郎組中段的灰?guī)r地層，灰?guī)r厚8～10m，上下均為泥巖、砂巖及泥頁(yè)巖。由于內(nèi)外地質(zhì)營(yíng)力作用，灰?guī)r段形成陡崖地貌（如圖1）。灰?guī)r頂部發(fā)育一組卸荷裂隙，距離臨空面3.2m，產(chǎn)狀310°∠67°，張開(kāi)度2～5cm，呈楔形，上寬下窄，貫通性一般。卸荷裂隙面呈不規(guī)則鋸齒狀，部分有粘土充填，構(gòu)成崩塌的后部邊界；風(fēng)化張裂隙，產(chǎn)狀40°∠54°，張開(kāi)度3～5cm。節(jié)理間距0.8m。貫通性良好，無(wú)充填，節(jié)理面呈不規(guī)則鋸齒狀，粗糙，構(gòu)成危巖體側(cè)邊界，由于砂巖與灰?guī)r接觸面存在風(fēng)化差異，使得下部形成倒巖腔，倒巖腔高度約1.7m，長(zhǎng)5m，深1m，形成危巖下部控制結(jié)構(gòu)面。由于上部3組控制面的切割，形成長(zhǎng)約5m，高8m，寬3m，體積約120m3危巖體。

3 危巖體形成原因及機(jī)理分析

該地區(qū)崩塌（危巖體）的形成與該地區(qū)獨(dú)特地質(zhì)條件密不可分。地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、是崩塌的物質(zhì)基礎(chǔ)，風(fēng)化及降雨對(duì)崩塌（危巖）的形成和發(fā)展起著重要的作用。

圖1 典型危巖剖面圖

（1）地形地貌

由于地質(zhì)內(nèi)外營(yíng)力作用，形成陡峻的斜坡地貌，局部形成陡崖地貌。該地區(qū)地形切割大。為崩塌（危巖帶）創(chuàng)造了很高的勢(shì)能來(lái)源。

（2）地層巖性

巖性對(duì)巖質(zhì)邊坡具有明顯的控制作用。調(diào)查區(qū)斜坡中上部出露中厚層塊狀的堅(jiān)硬脆性灰?guī)r，往往形成陡崖，其上部及下部均為泥巖、泥頁(yè)巖地層，灰?guī)r與下部泥巖地層在陡臨空面方向由于差異性風(fēng)化形成倒巖腔，為危巖底部控制邊界。

（3）風(fēng)化作用及降雨作用

由于灰?guī)r與砂巖風(fēng)化差異性，逐漸形成倒巖腔，形成下部控制面，降雨作用促進(jìn)風(fēng)化裂隙的發(fā)展，同時(shí)使得卸荷裂隙中靜水壓力增大。促進(jìn)卸荷裂隙不斷向下發(fā)展，傾倒力矩不斷增大。最后形成傾倒式破壞。

該地區(qū)崩塌（危巖）在特定地質(zhì)環(huán)境條件下——典型的上硬下軟地層，受差異性風(fēng)化及下部軟巖產(chǎn)生塑流影響，接觸面形成倒巖腔及上部形成卸荷裂隙，再于一組風(fēng)化節(jié)理裂隙切割下，形成危巖體，在降雨作用下，卸荷裂隙中靜水壓力大大增大了傾覆力矩，從而失穩(wěn)形成傾倒式崩塌。

4 危巖體的穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)以上分析，該地區(qū)危巖體失穩(wěn)方式為傾倒式。受裂隙切割和下部巖腔影響，高懸于陡巖上端和巖腔頂部的危巖體，隨卸荷裂隙不斷加深加寬及倒巖腔不斷加深，倒巖腔發(fā)育到臨界深度，降雨使卸荷裂隙中靜水壓力增大，使得傾覆力矩大于抗傾覆力矩，危巖脫離母體，失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌。

按傾倒式危巖的計(jì)算公式計(jì)算，在計(jì)算模型中，主要計(jì)算3種工況下的巖體穩(wěn)定性，即天然狀態(tài)、暴雨、暴雨+地震。暴雨工況下巖體按照飽水狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算且根據(jù)危巖體裂隙發(fā)育情況考慮靜水壓力，暴雨+地震工況下主要考慮地震動(dòng)峰值加速度及靜水壓力兩方面，根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，勘查區(qū)地震基本烈度為VI度，動(dòng)峰值加速度為0.05g。

通過(guò)計(jì)算，在天然狀態(tài)穩(wěn)定性為1.18，暴雨?duì)顟B(tài)為0.90，在暴雨+地震工況穩(wěn)定系數(shù)為0.71。按《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》【DB50/143-2003】[4]中公式計(jì)算。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，該危巖在天然狀態(tài)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨及暴雨+地震工況處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)于崩塌落石的運(yùn)動(dòng)研究，可根據(jù)手工計(jì)算和軟件計(jì)算，本文采用《Rockfall》軟件模擬計(jì)算崩塌落石的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、能量以及運(yùn)動(dòng)距離，同時(shí)結(jié)合歷史滾石調(diào)查綜合確定。在野外調(diào)查過(guò)程中，通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)卮迕竦淖咴L，我們了解到該危巖待曾經(jīng)多次發(fā)生過(guò)落石，最大的一次落石其體積約4m3。此外，對(duì)于現(xiàn)存危巖區(qū)的調(diào)查，由于有節(jié)理裂隙緣故，危巖失穩(wěn)發(fā)生解體，潛在的落石體積在0.5-4m3之間，為了安全考慮，選取4.0m3大小的危巖作為研究對(duì)象，選取典型剖面為計(jì)算剖面，對(duì)落石的運(yùn)動(dòng)軌跡模擬和彈跳高度以及運(yùn)動(dòng)能量進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，根據(jù)落石運(yùn)動(dòng)軌跡確定危巖落石的影響范圍，根據(jù)落石的彈跳高度包絡(luò)線圖，確定設(shè)置攔擋結(jié)構(gòu)物的修建高度，根據(jù)落石的運(yùn)動(dòng)能量包絡(luò)線圖，確定被動(dòng)防護(hù)措施的抗沖擊力級(jí)別。落石最遠(yuǎn)的運(yùn)動(dòng)距離為橫坐標(biāo)340m處，可以影響到斜坡下部大田小學(xué)，且由于地表覆蓋層厚度的不同，落石共發(fā)生了7次跳躍，直至滾落在坡腳，在此過(guò)程中落石跳躍的最大高度為25m，運(yùn)動(dòng)的最大能量達(dá)到4000kJ。

綜合以上分析，考慮攔擋結(jié)構(gòu)與居民房屋的位置距離，故建議攔擋結(jié)構(gòu)物位置設(shè)在剖面230m處，此時(shí)的落石運(yùn)動(dòng)能量為1700kJ，落石運(yùn)動(dòng)為滾動(dòng)狀態(tài)。斜坡中上部植被較發(fā)育，對(duì)滾石起攔擋左右。

該危巖體位于沙營(yíng)鄉(xiāng)大田村，威脅下方兩戶居民及大田小學(xué)近300人生命財(cái)產(chǎn)安全，威脅財(cái)產(chǎn)280萬(wàn)元。目前危巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在降雨、風(fēng)化、卸荷和震動(dòng)等因素影響下極易導(dǎo)致巖體失穩(wěn)墜落。

5 防治建議

在充分掌握崩塌體變形形成條件、活動(dòng)規(guī)律、危害特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用科學(xué)的方法和手段，因地制宜、因勢(shì)利導(dǎo)，實(shí)事求是、經(jīng)濟(jì)、合理、有效地布設(shè)防治工程。將環(huán)境保護(hù)、當(dāng)?shù)匾?guī)劃發(fā)展與災(zāi)害治理相結(jié)合，以最小的代價(jià)獲得最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。

危巖防治手段有多種，可采取搬遷避讓及工程治理等。工程治理又可分主動(dòng)防護(hù)及被動(dòng)防護(hù)[5]，具體可考慮采用清除、錨固加固、或設(shè)置攔石墻、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等治理措施。但是由于地區(qū)上部坡度較陡，攔石墻占用土地比較多，且坡度較陡，還要預(yù)防落石槽本身的穩(wěn)定性，不可取。由于落實(shí)運(yùn)動(dòng)能量最大可為1700kj，大于1500 kj，選用被動(dòng)防護(hù)措施也不可取。考慮充分利用斜坡上部逐漸恢復(fù)的森林植被，建議采用錨桿加固+下部倒巖腔鑲補(bǔ)+主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，下部森林防護(hù)綜合治理措施。

6 結(jié)語(yǔ)

該危巖帶形成與該地區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、卸荷風(fēng)化作用、降雨因素密不可分。由二組裂隙與倒巖腔相互切割，形成傾倒式破壞。威脅下部公路及學(xué)校及居民學(xué)生的安全。

通過(guò)計(jì)算，在暴雨工況及暴雨+地震工況下，危巖處于不穩(wěn)定狀態(tài)。滾石可到影響下部學(xué)校安全，通過(guò)計(jì)算滾石的路徑及能量，建議采用錨桿錨固+鑲補(bǔ)+主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)+森林防護(hù)綜合治理方案。

由于該區(qū)域灰?guī)r位于高位呈帶狀分布，現(xiàn)在由于植被很發(fā)育，無(wú)人機(jī)航測(cè)及人工調(diào)查都存在不少的困難，不可避免存在規(guī)模不一的隱蔽危巖。因此建議對(duì)村寨比較集中斜坡上部區(qū)域還需要加強(qiáng)巡查工作，建立群防群測(cè)體系。

該斜坡下部為煤礦分布區(qū)，雖然目前煤礦還沒(méi)開(kāi)采到這區(qū)域，今后煤礦的開(kāi)采可能會(huì)加劇該地區(qū)危巖的發(fā)展，需要做好監(jiān)測(cè)巡查工作及相關(guān)預(yù)警預(yù)案機(jī)制。

[1]朱要強(qiáng),段方情,李陽(yáng)春等.貴州省關(guān)嶺縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報(bào)告[R].貴州，2012.

[2]胡 斌,黃潤(rùn)秋.軟硬巖互層邊坡崩塌機(jī)理及治理對(duì)策研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009,17（2）:200～206.

[3]楊勝元,田 稼,張建江等.貴州地質(zhì)災(zāi)害及其防治[M].貴陽(yáng)，貴州科技出版社，2009:64～66.

[4]DB50/143-2003.地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范.

[5]陳洪凱,唐紅梅等.地質(zhì)災(zāi)害理論與控制[M].北京，科學(xué)出版社，2011,28～32.