重慶巫山龍骨坡遺址危巖搶險(xiǎn)勘察技術(shù)應(yīng)用

唐智亮

(遼寧省有色地質(zhì)局一〇一隊(duì)，遼寧撫順 113015)

1 概述

龍骨坡巫山人遺址，又稱“龍骨坡巫山猿人遺址”，簡稱龍骨坡遺址。位于長江南岸的重慶市巫山縣廟宇鎮(zhèn)龍坪村，北東距巫山縣城約57 km。該遺址自1984年被發(fā)現(xiàn)以來，歷經(jīng)1985年～1988年，1997年～1999年，2003年～2006年三個(gè)階段的考古挖掘，共挖掘(發(fā)現(xiàn))了龍骨坡遺址、龍洞東側(cè)、龍洞內(nèi)等3個(gè)化石遺址點(diǎn)。在龍骨坡遺址的洞穴堆積中出土了古人類門齒和帶犬齒的頜骨化石，經(jīng)考證，這些化石屬早更新世，距今204萬年，被命名為直立人巫山亞種，俗稱“巫山人”，與東非早更新世能人處于同一進(jìn)化水平。

為了使龍骨坡遺址的考古發(fā)掘和科研工作能夠按計(jì)劃持續(xù)深入的開展下去，以期獲得更多的考古發(fā)現(xiàn)，取得更大的科研成果。也為了實(shí)現(xiàn)對遺址的有效保護(hù)，對遺址的搶救性保護(hù)工作已迫在眉睫。

2 遺址區(qū)自然地理及地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地理位置及交通狀況

龍骨坡遺址位于長江南岸的重慶市巫山縣廟宇鎮(zhèn)龍坪村西南山坡下，西南距廟宇鎮(zhèn)4 km。地理坐標(biāo)為:東經(jīng)109°4'50″，北緯30°20'25″。隸屬于巫山縣廟宇鎮(zhèn)龍坪村管轄。廟宇鎮(zhèn)地處重慶的巫山縣、奉節(jié)縣，湖北的建始縣等三縣陸上交匯中心處，東北距巫山縣城約57 km，西北距奉節(jié)縣城約60 km，南距湖北建始縣約60 km。有省道S105在廟宇鎮(zhèn)北側(cè)通過，廟宇鎮(zhèn)與龍骨坡遺址間僅有鄉(xiāng)間小路相通，交通較為不便。

2.2 地形地貌

廟宇地區(qū)處于四川盆地東南緣長江南岸的巫山山地，龍骨坡遺址北西側(cè)為廟宇盆地，東南側(cè)為巖溶化單斜中低山，遺址區(qū)處于巖溶化單斜中低山中，其微地貌組合屬峰嶺—谷地型。

在地勢上，區(qū)域上以受大溪河深切的山峰為寬闊的峰嶺，以槽為谷。巖溶槽谷沿構(gòu)造線方向嵌于峰嶺之間，地形十分復(fù)雜。龍骨坡遺址就位于龍坪村西南側(cè)的山腳下。坐西朝東，背依陡峭的山峰，前臨大河溝，海拔標(biāo)高830 m。其背后的山峰海拔標(biāo)高在880 m～897 m，相對標(biāo)高在50 m～67 m。山坡上基巖裸露，峭壁林立，巖溶管道和裂隙型垂直溶洞發(fā)育，形成多處具崩塌破壞的危巖體。

龍骨坡遺址和龍洞原均為裂隙型垂直溶洞，并處于同一北東～南西向構(gòu)造帶上，與地下暗河貫通。從地形上看，現(xiàn)今龍洞的北側(cè)原有一個(gè)巨大的垂直溶洞，因近于水平的洞頂巖層被溶蝕跨塌后形成一處較大的負(fù)地形，即俗稱的巖溶“天坑”，為典型的卡斯特巖溶塌陷地貌。而沒有坍塌的龍洞則仍保持著巨大地下空間的原始狀態(tài)。龍骨坡遺址也是洞頂巖層被溶蝕跨塌后，經(jīng)后期的侵蝕、堆積作用才形成了發(fā)掘前的地貌景觀。

區(qū)域上龍骨坡遺址處于楊子地臺—四川臺坳—川東隆褶帶—萬縣凹褶帶的西南部。次級構(gòu)造為七曜山背斜以南官渡向斜中部地帶的南翼，主構(gòu)造線方向?yàn)楸睎|～南西向。

遺址區(qū)內(nèi)及周邊主要由單斜的石灰?guī)r層組成，巖層走向?yàn)楸蔽魑鳌蠔|東向，向北傾斜，傾角15°～20°，產(chǎn)狀較平緩。無明顯的斷裂及褶皺構(gòu)造，以節(jié)理裂隙發(fā)育為主要構(gòu)造特征，并以橫向和縱向兩組張性裂隙為主，近東西向縱張裂隙次之。平均裂隙率在3.3%左右。巖層內(nèi)沿橫向張性裂隙(即近北東～南西向)巖溶作用強(qiáng)烈，多形成裂隙型垂直巖溶洞穴。遺址區(qū)內(nèi)沿龍骨坡遺址—龍洞一線的山體中即有多個(gè)大小不一的溶蝕洞穴分布，而龍洞是最大的一處。

3 危巖體的分布及其穩(wěn)定性評價(jià)

遺址區(qū)內(nèi)主要由三疊系嘉陵江組灰?guī)r組成，巖石受巖溶作用及切割作用強(qiáng)烈，多為立狀斷崖和陡峭的山峰，造成遺址保護(hù)區(qū)內(nèi)危巖體廣泛分布，幾乎遍布全區(qū)。而本次勘察的主要目的是為遺址點(diǎn)的有效保護(hù)和合理利用提供依據(jù)，因此，勘察中以對遺址挖掘點(diǎn)本體影響較大的部位為重點(diǎn)調(diào)查對象，并對其穩(wěn)定性和危險(xiǎn)性做出定性或定量的評價(jià)。

3.1 龍骨坡遺址挖掘點(diǎn)本體側(cè)壁

龍骨坡遺址點(diǎn)為一處坍塌的巖溶洞穴，歷經(jīng)1985年～1988年，1997年～1999年，2003年～2006年及2011年四個(gè)階段的考古挖掘后，在其左右兩側(cè)和后壁形成直立狀高陡巖壁和堆積層邊坡，最高處可達(dá)12.0 m。左右兩側(cè)邊坡主要由灰?guī)r和鈣質(zhì)膠結(jié)的灰?guī)r角礫組成，巖體較為破碎，形成多處危巖體，尤以左側(cè)壁(南側(cè))危險(xiǎn)性較大，而右側(cè)壁相對較穩(wěn)定。后壁由松散堆積層組成，夾有較大的滾石，受上部山坡下泄洪流的影響極易產(chǎn)生崩塌滑坡。

3.1.1 左側(cè)壁(南側(cè))危巖體

左側(cè)壁危巖體是龍骨坡遺址考古挖掘點(diǎn)的南側(cè)壁，總體長度約20 m，自東向西沿地形向山體內(nèi)呈臺階式逐漸增高，最低處為1.5 m，最高處可達(dá)11 m。系經(jīng)多次考古挖掘而成，底部近于水平，邊坡呈直立狀或反傾狀。巖體除受近水平狀層間軟弱面的切割外，兩組卸荷裂隙極為發(fā)育，一組產(chǎn)狀為80°∠85°，另一組產(chǎn)狀為220°～230°∠60°～70°。卸荷裂隙大部分呈張開狀態(tài)，一般寬度在50 mm～300 mm之間，上寬下窄。而水平狀軟弱層面也多呈張開狀，寬3 mm～8 mm。在兩組裂隙與軟弱層面的共同作用下，在挖掘后的臨空面上形成大小不一的多處危巖體，岌岌可危。

外側(cè)危巖體:主要指南側(cè)壁的外側(cè)部分，由中厚層灰?guī)r組成，巖體受水平層間軟弱面和兩組卸荷裂隙的切割后形成多處危巖體。

危巖塊1長約2.0 m，高約1.8 m，厚約1.0 m，危巖受反向裂隙的切割以張裂傾倒破壞為主，欠穩(wěn)定。危巖塊2和塊3總長約2.5 m，高約2.0 m，厚約1.5 m。危巖體受與坡向斜交的一組卸荷裂隙的切割而產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)移位，裂隙張開寬度已達(dá)0.2 m，為新近所形成，極不穩(wěn)定。而塊7坐落于最上部，由薄層狀灰?guī)r組成，且受裂隙切割強(qiáng)烈，巖體極為破碎，多形成0.2 m～0.4 m的碎塊，以崩塌掉塊破壞為主，在地表流水及植物根劈的作用下，極易形成崩塌，穩(wěn)定性差。

此處的危巖體呈上下疊置狀，底部危巖一旦失穩(wěn)后，將使上部危巖形成整體崩塌。

里側(cè)危巖體:指南側(cè)壁的里側(cè)部分，是2011年～2012年間的主要挖掘現(xiàn)場。所形成的邊坡處于已坍塌洞穴邊部的裂隙帶上，巖體由鈣質(zhì)膠結(jié)的巨大灰?guī)r角礫組成，強(qiáng)度較低，且?guī)r體中兩組卸荷裂隙極為發(fā)育，一組產(chǎn)狀為80°∠85°，基本與直立邊坡斜交。另一組產(chǎn)狀為220°～230°∠60°～70°，與邊坡反向。邊坡底部有一塊巨大的灰?guī)r角礫因考古挖掘而使頂部沿斜交裂隙被拉斷，并沿反傾卸荷裂隙發(fā)生傾倒移動(dòng)破壞，周邊開裂寬度已達(dá)0.3 m。從而使上部角礫成為懸空探頭狀危巖，隨時(shí)都有沿反傾裂隙墜落崩塌的危險(xiǎn)，穩(wěn)定性極差。由于存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)，2012年的考古挖掘工作被迫終止。

3.1.2 右側(cè)壁(北側(cè))危巖體

由原考古挖掘而形成，總體長度約26 m，自東向西沿地形向山體內(nèi)呈臺階式逐漸增高，邊坡呈直立狀，由中厚層灰?guī)r組成。最下部是一挖掘坑，垂直高度可達(dá)6 m，巖體穩(wěn)定性較好。危巖主要分布在挖掘坑以上部分。

危巖共有三處，塊1位于最上部，底部由兩塊已與山體脫開的巖塊構(gòu)成，坐落于角礫堆積層上，上部是零散的碎塊石，極不穩(wěn)定。若進(jìn)行考古挖掘時(shí)，將形成崩塌破壞。塊2與塊3緊鄰，中間由一條傾向330°～340°∠70°～80°的構(gòu)造裂隙所切割，裂隙已開裂達(dá)50 mm～100 mm。同時(shí)，巖體中沿水平狀軟弱層面已開裂，背后被平行崖面的裂隙所切割，形成上下錯(cuò)落疊置狀的危巖。其穩(wěn)定性受最下部巖塊的影響。而塊3的最下部已呈碎裂狀崩塌破壞，使其上部構(gòu)成懸空狀，一旦失穩(wěn)后，將使塊3產(chǎn)生整體崩塌，進(jìn)而影響上部巖體的穩(wěn)定性。

3.2 危巖穩(wěn)定性分析評價(jià)

3.2.1 穩(wěn)定性評價(jià)方法、標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)參數(shù)的選擇

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查結(jié)果，遺址挖掘點(diǎn)及附近未見有大規(guī)模的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患，所存在的危巖體多為立壁崖面或挖掘邊坡上厚度在1 m～3 m的薄層巖體部分，其規(guī)模較小，影響范圍有限，破壞性不大。從成因上分析，多為臨空面附近的巖體受平行崖面和與其近于正交的兩組垂直節(jié)理裂隙的切割后，沿軟弱層面拉裂而成。從破壞形式上看，多以碎裂崩塌、傾倒、墜落或脫落等破壞為主，少有滑動(dòng)破壞。因此，穩(wěn)定性評價(jià)采用以下三種方法:

1)對于完整性較差的以碎裂后崩塌破壞為主的危巖，根據(jù)危巖所處的部位，采用定性的方法進(jìn)行評價(jià)，其評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是:穩(wěn)定、穩(wěn)定性差、穩(wěn)定性極差。

2)對于懸挑狀或探頭狀凸出崖面的危巖體，一般情況下，當(dāng)后壁上無明顯的切割裂隙時(shí)，因其抗拉強(qiáng)度較高(可達(dá)2 MPa以上)而視為整體穩(wěn)定。當(dāng)后壁有裂隙存在時(shí)按拉斷破壞進(jìn)行計(jì)算。

3)對于四周均被裂隙切割的孤立狀危巖，當(dāng)后壁為反傾裂隙時(shí)，且底部有一定支撐時(shí)，按傾倒破壞進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)?shù)撞繎铱諘r(shí)，按墜落破壞進(jìn)行計(jì)算。

穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，石灰?guī)r的飽和容重取γ=26.0 kN/m3;軟弱層面的粘聚力取c=25 kPa。石灰?guī)r之間的摩擦角取φ=25°。抗震設(shè)防烈度按7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g。

計(jì)算時(shí)，按正常時(shí)(飽和自重);暴雨時(shí)(飽和自重+裂隙水壓力);地震時(shí)(飽和自重+地震力)三種工況考慮。其評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按表1執(zhí)行。

表1 危巖穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

3.2.2 穩(wěn)定性計(jì)算

1)懸挑狀危巖的拉斷破壞。

以龍骨坡遺址點(diǎn)左上部內(nèi)的一塊危巖體為例，計(jì)算簡圖如圖1所示，計(jì)算公式為:

正常工況時(shí):

暴雨時(shí):

地震時(shí):

其中，Mk為抗傾覆力矩，kN·m;Mq為傾覆力矩，kN·m;C1為豎向裂隙的粘聚力，kPa;C2為水平向軟弱層面的粘聚力，kPa;h2為未完全開裂裂隙的高度，m;L為危巖體的平均計(jì)算長度，m;b1為危巖體底部軟弱層面的平均計(jì)算寬度，m;G為危巖體自重，kN;b2為危巖體自重作用點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的距離，m;Pw為充水裂隙的水壓力，kN;h3為水壓力作用點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的高度，m;Ph為水平向地震力，kN，取 Ph=0.1G;Pz為豎向地震力，kN，取 Pz=0.65Ph;h為危巖的平均高度，m。

2)傾倒式破壞。

以龍骨坡遺址挖掘點(diǎn)左側(cè)壁里側(cè)內(nèi)的一塊危巖體為例，計(jì)算簡圖如圖2所示。

圖1 拉斷破壞危巖穩(wěn)定性計(jì)算簡圖

圖2 傾倒破壞危巖穩(wěn)定性計(jì)算簡圖

計(jì)算公式為:

正常工況時(shí):

本例中反傾裂隙為閉合狀，而對于反傾裂隙直達(dá)地表，且上部張開可流入地表水的情況下，暴雨時(shí):

地震時(shí):

其中，α為頂面裂隙的傾角，(°);其余符號同前。

3)墜落式破壞。

以“天坑”入口處右內(nèi)的一塊危巖體為例，其計(jì)算簡圖如圖3所示。

圖3 墜落式破壞危巖穩(wěn)定性計(jì)算簡圖

計(jì)算公式為:

正常工況時(shí):

一般情況下，墜落破壞受裂隙水的影響較小，不進(jìn)行計(jì)算。

其中，［δt］為軟弱層面的允許抗拉強(qiáng)度，kPa;δt為危巖體的拉應(yīng)力，kPa;其余符號同前。

地震時(shí):

4 結(jié)語

經(jīng)本次危巖工程地質(zhì)勘察后，初步得出以下結(jié)論:

1)遺址區(qū)內(nèi)出露的地層主要由中生界下三疊系嘉陵江組石灰?guī)r，新生界第四系更新統(tǒng)洞穴堆積層組成。

遺址區(qū)內(nèi)的古人類化石、石器及動(dòng)物化石主要分布于新生界第四系更新統(tǒng)洞穴堆積層中。遺址挖掘點(diǎn)及附近未見有大規(guī)模的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患，所存在的危巖或崩塌多為立壁崖面或挖掘邊坡上厚度不大的危塊石，其規(guī)模較小，但對遺址區(qū)的安全性和穩(wěn)定性影響較大，特別是對遺址本體的破壞性強(qiáng)。

2)遺址區(qū)內(nèi)的危巖體以拉斷破壞、張裂傾倒及墜落等破壞為主要破壞方式，多處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)。

龍骨坡遺址的背部處于一個(gè)易于山坡流水匯集的地形條件下，遺址本體受暴雨時(shí)匯集的洪流沖刷作用強(qiáng)烈，造成遺址本體的后壁常有崩塌滑坡的形成，并給挖掘區(qū)造成水患災(zāi)害。

3)本區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。

但考慮到有危巖的分布，多處于抗震不利部位，抗震設(shè)防烈度提高到7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g。

［1］陳洪凱，唐紅梅，王 蓉.三峽庫區(qū)危巖穩(wěn)定性計(jì)算方法及應(yīng)用［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(4):614-619.

［2］王 偉，張本濤.談危巖穩(wěn)定性計(jì)算分析與治理方法［J］.山西建筑，2013，39(13):70-71.

［3］謝全敏，夏元友.危巖塊體穩(wěn)定性的綜合評價(jià)方法分析［J］.巖土力學(xué)，2002，23(6):775-778.

［4］唐智亮.周口店北京人遺址搶險(xiǎn)加固工程施工設(shè)計(jì)［J］.中國勘察設(shè)計(jì)，2010(1):20-21.