鎮遠縣石屏山危巖體成因及裂隙特征分析

張 俊 何善立 龍正譚

(貴州省地質礦產勘查開發局101地質大隊，貴州凱里 556000)

鎮遠縣石屏山位于貴州省東南，巖體受風化和構造作用影響較大，裂隙發育，加上該區危巖體多分布在高陡險峻之處，其在自身重力等作用下發生塑性變形，導致裂隙不斷加深，從而發展形成崩塌體，因此裂隙對崩塌的形成起著重要的作用。本文重點從危巖體自身力學特性和構造應力對其的作用分析入手，以對危巖體成因和裂隙特征進行定性判斷。

1 危巖體形成環境概況

1)地層巖性。研究區巖性主要以白云巖為主，巖體風化裂隙和構造較發育，裂隙主要為鐵質膠結，結合程度一般，巖體較破碎～較完整，呈裂隙塊狀、塊狀結構，為較硬巖。2)地形地貌。研究區屬構造～溶蝕斜坡地貌，多山谷的山地地形，地形切割較深、第四系覆蓋層較薄、地形坡度較陡，總體上北高南低，地形呈上緩中陡下緩和上緩中、下陡狀，上部坡度約10°～30°，中下部較陡段坡度一般約40°～85°，部分地段為陡崖，危巖多分布于該段。斜坡地帶分布少量第四系，坡面植被發育，陡崖地帶基巖基本裸露，植被較少。最高點位于北側山頂，海拔高程662.50 m，最低點位于東側老大橋河床，海拔高程454.50 m，相對高差208.00 m。危巖帶即位于陡崖地帶，危巖帶高程488.00 m～563.00 m，相對高差75.00 m。3)地質構造。研究區位于鎮遠縣縣城內，該縣城屬鎮遠大斷層的北盤(上盤)，鎮遠斷層傾向北，傾角約70°，上下盤均為石冷水組白云巖，破碎帶寬約6 m，為斷層角礫巖。研究區內存在鎮遠大斷層的一分支正斷層從研究區中部呈南北向通過，傾向西，傾角約65°，上下盤均為石冷水組白云巖，破碎帶寬約2 m，為斷層角礫巖。除上述斷層外，危巖帶及其附近無其他斷層通過。巖層呈單斜產出，產狀280°～290°∠3°～6°。受區域性構造影響，巖體構造裂隙發育，據統計分析，主要發育兩組構造裂隙，產狀分別為 162°∠87°，222°∠87°。

2 危巖體基本特征

石屏山危巖體典型危巖體基本情況見表1。

表1 典型危巖體基本情況

3 危巖體成因特征分析

石屏山坡面陡直，局部坡面甚至大于90°，局部巖體在不利的地形條件下形成臨空側方向的外傾狀態，導致巖體自身重力存在向臨空側方向的分力，該分力形成巖體向坡面臨空側發生傾覆或滑動的可能，并造成巖體的彈性形變，根據材料力學［1］蠕變理論，隨著時間的推移，彈性形變逐漸向塑性形變轉換;坡面巖體受植物根劈作用、降水溶蝕作用等影響，形成風化裂隙，同時，巖體受構造作用影響，形成構造裂隙，這兩類裂隙即為巖體強度的最弱點，根據材料力學原理，塑性變形最容易在材料強度最低處發生。因此，在巖土自身重力作用下，坡面臨空側巖體的彈性形變將沿其風化裂隙和構造裂隙逐漸發生塑性變形，從而發生崩塌等地質災害。

4 危巖體裂隙特征分析

石屏山危巖體裂隙主要分為非構造裂隙和構造裂隙兩大類，非構造裂隙主要由外動力作用形成，如風化作用等，該類裂隙延伸較淺，常局限于地表淺處。構造裂隙主要為經過石屏山的斷層產生，該類裂隙延伸長，常形成貫通裂隙。根據安德森斷層應力模型［2］，當最大應力δ1作用方向垂直，最小應力δ3作用方向水平時，形成正斷層，當最小應力δ3作用方向垂直，最大應力δ1作用方向水平時，形成逆斷層。剪裂面銳角的角平分線為最大應力δ1作用方向，其鈍角平分線為最小應力δ3作用方向。石屏山地區地質構造結構主要為鎮遠大斷層的分支斷層，該斷層為正斷層，因此該斷層在石屏山地區形成的最大應力δ1作用方向為水平方向，由安德森斷層應力模型可以推斷，該應力δ1形成剪裂面方向在垂直平面上的分布區間只能在45°～135°和225°～315°之間(見圖1)，由圖1可以判斷，危巖帶不存在垂直方向上的剪裂面，因此危巖體沒有在垂直方向上形成構造節理裂隙，并由此推斷，在危巖體垂直方向上形成的裂隙應為風化裂隙，該裂隙延伸長度較淺，難以達到貫通整個危巖體，因此危巖體沿該類裂隙失穩崩塌的可能性較小。

圖1 危巖體裂隙走向圖

5 危巖體破壞模式特征分析

石屏山危巖體多為頂部發育延伸長度較淺的風化裂隙，基座處受巖體層面裂隙控制形成貫通滑動面，由于危巖體背側多未形成貫通裂隙，因此，危巖體發生傾倒破壞的可能性較小，但隨著危巖體背側裂隙塑性變形的加深，將產生對危巖體的兩種破壞模式［3］:

一種破壞模式發生在坡面坡度相對較緩區段，該區段危巖體背側風化裂隙在危巖體自身重力形成的長期應力過程中將逐漸發生塑性變形，從而不斷加深裂隙長度，最終導致危巖體沿裂隙面發生向臨空側的滑動，形成滑移式崩塌。

另一種破壞模式發生在坡面坡度較陡區段，該區段危巖體在其自身重力作用下形成往臨空側方向的拉應力，由于危巖體頂部裂隙為風化裂隙，該類裂隙延伸較淺，未貫通危巖體，因此在臨空側拉力作用下，按照巖體力學原理，危巖體將發生與垂直方向呈45°角的拉裂式破壞，形成錯斷式危巖體。

6 危巖體治理建議

對石屏山危巖體治理，建議以消除其自重引起的塑性變形為主，結合對風化裂隙的封堵手段，以防止風化作用的加深，建議采用預應力錨索和封堵巖頂裂隙的工程治理方法進行治理。

7 結語

貴州省黔東南州境內多灰巖、白云巖質危巖體分布，其基本特征與石屏山有較多類似之處，所以研究石屏山危巖體具有一定的代表意義，石屏山危巖體特征如下:1)危巖帶坡面陡直，植被發育較差;2)危巖體變形成因主要為巖體所在坡面陡直，巖體長期的塑性變形導致巖體頂部原有裂隙加深，從而失穩崩塌;3)影響危巖體穩定性的裂隙主要是非構造裂隙，即風化裂隙，該類裂隙延伸淺，但在巖體自重和風化作用下會逐漸加深，從而導致危巖體失穩;4)推斷危巖體破壞模式主要為滑移式和拉裂式;5)對危巖體治理應以消除其自重引起的塑性變形和減輕危巖體裂隙風化為主。

［1］劉鴻文.材料力學［M］.第4版.北京：高等教育出版社，2004.

［2］李德倫，王恩林.構造地質學［M］.吉林：吉林大學出版社，2001.

［3］常士驃，張蘇民.工程地質手冊［M］.第4版.北京：中國建筑工業出版社，2007.