西南地區(qū)典型危巖體形成機(jī)理分析研究

■房艷國(guó) 吳世澤 李茂華 朱建

（長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司（武漢）湖北武漢 430074）

西南地區(qū)典型危巖體形成機(jī)理分析研究

■房艷國(guó) 吳世澤 李茂華 朱建

（長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司（武漢）湖北武漢 430074）

我國(guó)西南地區(qū)河谷深切，河岸危巖體分布較多，其成因多與構(gòu)造、地震及河流剝蝕密切聯(lián)系；早谷田危巖體位于烏東德水電庫(kù)區(qū)左岸，總方量約1.24億m3，現(xiàn)狀穩(wěn)定；危巖體所處岸坡為順向坡，地層巖性為震旦系燈影組中厚層-塊狀白云巖夾多層粘土巖、頁(yè)巖，具上硬下軟的不利岸坡穩(wěn)定巖質(zhì)組合；早谷田危巖體的形成，總體上經(jīng)歷了構(gòu)造形成裂隙-河流下切岸剪作用-表層滑動(dòng)推擠-卸荷傾倒變形四個(gè)階。

烏東德庫(kù)區(qū)危巖體形成機(jī)理

1 危巖體概況

烏東德水電站位于云南省祿勸縣與四川省會(huì)東縣金沙江分界的烏東德河段，是金沙江下游開(kāi)發(fā)4個(gè)大型水電站的最上一級(jí)電站。正常蓄水位975m，壩高為265m，庫(kù)容約73億m3[1]。早谷田危巖體位于庫(kù)區(qū)金沙江左岸、會(huì)理縣新發(fā)鄉(xiāng)魯車(chē)村早谷田一帶，下距壩址46.1km。危巖體后緣北西側(cè)以走向46°拉裂縫為界，東側(cè)以陡崖為界，前緣至金沙江，平面面積約0.98km2，體積約12400×104m3，分布高程882m～1750m。

2 地質(zhì)背景

2.1 地形地貌

危巖體區(qū)上游志力新村～金臺(tái)子金沙江流向自南向北，金臺(tái)子～魯車(chē)渡金沙江流向?yàn)樽晕飨驏|，略向北凸，金沙江水面高程約882m，兩岸山頂高程1700m～1900m，地形陡峭，左岸岸坡地形坡度30°～60°，右岸坡度45°～60°。危巖體前緣金沙江江面寬約110m～220m，坡腳為30°的崩塌塊石堆積的斜坡，其上為數(shù)個(gè)孤峰形成的陡壁，危巖體西側(cè)為拉裂錯(cuò)落陡坎，坎高30m～50m，后緣及東側(cè)為陡崖。

2.2 地層巖性

危巖體主要由震旦系燈影組（Z2d）白云巖及碎屑巖等[2]組成，后緣巖層傾向200°～210°，傾角35°～44°；前緣巖層產(chǎn)狀變緩，巖層傾角為10°左右，岸坡結(jié)構(gòu)為順向坡；金沙江右岸巖層近水平，為平疊坡。燈影組（Z2d）分為上、下段，其中上段（Z2d2）分布于危巖體上部、皇帝老包～下壩及金沙江右岸陡崖一帶，厚約350m，為灰白色、肉紅色厚層～巨厚層白云巖；下段（Z2d1）分布于危巖體下部及右岸坡腳一帶，厚約82m～106m，為灰白色、肉紅色中厚層白云巖夾少量薄層白云巖、頁(yè)巖。下伏地層為觀音崖組（Z2g），厚約124m，為灰白色白云巖、灰?guī)r、紫紅色砂巖及頁(yè)巖互層。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)基本構(gòu)造格架是以南北向斷裂為主體，自西向東主要有磨盤(pán)山-綠汁江、湯朗-易門(mén)、會(huì)東-皎西斷裂帶等，近東西向斷裂主要有通安～落雪斷裂帶，北東向斷裂以糖房-瓦廠田、菜家坪子斷裂規(guī)模相對(duì)較大，其余斷裂規(guī)模較小。南北向斷裂多切割或限制近東西向斷裂，但也有相互切割等復(fù)雜構(gòu)造結(jié)構(gòu)。

2.4 地震活動(dòng)特征

早谷田危巖體位于“川滇菱形塊體”內(nèi)，塊體內(nèi)斷裂活動(dòng)性相對(duì)較弱，距危巖體較近的斷裂主要有磨盤(pán)山-綠汁江斷裂、湯朗-易門(mén)斷裂兩條晚更新世活動(dòng)斷裂。磨盤(pán)山-綠汁江斷裂最大地震為1955年魚(yú)鲊6.75級(jí)地震[3]，最近一次為2008年8月30日6.1級(jí)地震，兩次地震對(duì)危巖體影響烈度均小于6度；湯朗-易門(mén)斷裂帶曾發(fā)生多次大于4.7級(jí)地震，震中均位于金沙江南岸臥章山一帶，距危巖體67km，影響烈度小于6度。早谷田危巖體北側(cè)糖房-瓦廠田斷裂，歷史上無(wú)破壞性地震記載，在2012年發(fā)生一次4.1級(jí)地震，儀器記錄小震活動(dòng)稀少，屬地震活動(dòng)弱的地區(qū)。

3 危巖體地質(zhì)結(jié)構(gòu)及邊界條件

3.1 基本介質(zhì)特征

危巖體所在岸坡以后緣北北東向裂縫為界，裂縫北西側(cè)為傾向南的順向坡，坡角與巖層傾角基本一致，傾角為35~40°；裂縫南東側(cè)為傾向南東的斜向坡，坡角為35~50°。危巖體前緣陡崖下面為崩塌塊石形成的金沙江岸坡，岸坡坡角15°~25°。危巖體東西兩側(cè)為深切的季節(jié)性沖溝，南邊為金沙江,是危巖體區(qū)下切最深的河谷。

危巖體以震旦系燈影組淺灰-深灰色中厚層-塊狀白云巖為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，薄層硅條帶及條帶狀硅條帶，中部有灰綠色白云質(zhì)粘土巖，偶夾少量泥質(zhì)頁(yè)巖。不利穩(wěn)定的粘土巖、頁(yè)巖分布有多層，岸坡具上硬下軟易形成危巖體的不利巖組結(jié)構(gòu)。

3.2 危巖體裂縫特征

危巖體內(nèi)裂縫發(fā)育，走向以45°為主，次為北西300~312°。北東向裂縫多近平行展布，規(guī)模較大，其中延伸最長(zhǎng)者達(dá)600 m，最大張開(kāi)寬3m；北西向裂縫受北東向裂縫控制，規(guī)模相對(duì)較小，最長(zhǎng)者有300 m，最大張開(kāi)寬約1.0 m。裂縫兩側(cè)壁面多呈鋸齒狀，其中北東向裂縫為北東寬南西窄,具典型的卸荷拉張性質(zhì);北西向裂縫呈弧形者較多，極少數(shù)為擠壓性質(zhì)。

危巖體內(nèi)裂縫的形成與發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的年代，是構(gòu)造、河流下切、侵蝕、風(fēng)蝕、地震、卸荷等多種綜合作用形成的。從周邊斷層和平硐中裂縫內(nèi)充填的方解石脈測(cè)年結(jié)果表明，裂縫形成于喜山期。結(jié)合本區(qū)河谷地貌、階地形成的過(guò)程分析，自喜山運(yùn)動(dòng)奠定本區(qū)構(gòu)造格加架以后，所形成的北東、北西向裂縫，是經(jīng)受了輕微的構(gòu)造變動(dòng)的影響。危巖體內(nèi)現(xiàn)存的裂縫是追蹤前述構(gòu)造裂隙和斷層發(fā)育起來(lái)的，同時(shí)也經(jīng)歷了滑動(dòng)拉張、卸荷變形等過(guò)程。

3.3 危巖體邊界條件

危巖體總體上以東側(cè)沖溝、西邊沖溝和裂縫L34為邊界，其邊界條件較清楚。其地形起伏變化大，自北向南，上部地形由陡變緩，其高程由于1900m到江邊為900m,1000 m高差,分4段,即高程1900~1700m之間為高200m的陡崖,高程1700~1530m為陡緩過(guò)度地段,高程1530~1310m為寬約220m緩坡,高程1310~900m為高約410m的陡坡;從西到東，地勢(shì)為中間低，兩邊高，具典型的滑坡物質(zhì)滑走后殘留下的圈椅狀地貌特征。其地表物質(zhì)為零星崩坍和傾倒變形留下的大塊石和厚度較大的堆積物。地層巖性為震旦系白云巖、砂巖、頁(yè)巖夾薄層灰?guī)r，傾向南，傾角自北向南逐漸由陡變緩。

從裂縫的分布、規(guī)模、性狀看，地表幾何邊界已查清，地下邊界以厚度較大的泥巖為主要邊界，即藍(lán)色、灰綠色白云質(zhì)水云母黏土巖，風(fēng)化后呈褐黃色，在危巖體內(nèi)在已有的鉆孔和平洞勘探資料中未揭示該層。除上述白云質(zhì)水云母黏土巖外，下伏有震旦系觀音崖組多層薄層泥巖、頁(yè)巖分布，底界面由多個(gè)軟弱層組成，其形態(tài)近似為雙曲線一支的形態(tài)。

4 危巖體成因分析

在勘探平洞和鉆孔中暫未揭示到裂縫中充填有粉細(xì)沙的現(xiàn)象，平硐中觀察裂縫呈鋸齒狀，具有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、卸荷拉張、自重壓縮滑移形成裂縫的幾何特征。以下從構(gòu)造、河流下切、溶蝕作用等方面分析其成因。

4.1 構(gòu)造與地震因素

前已述及，湯朗-易門(mén)斷層在危巖體東西兩側(cè)呈斜列展布，沿湯朗-易門(mén)斷層形成北窄南寬的近南北向山嶺，兩側(cè)溝谷追蹤斷層和結(jié)構(gòu)面下切較深，東側(cè)沖溝形成時(shí)代較早，保留了大量堰塞湖沉積的粉細(xì)砂，在勘探平洞和鉆孔中暫未揭示到該層粉細(xì)砂，表明北東向裂隙下切深度有限。

斷裂活動(dòng)影響有兩種情況，其一，危巖體所處在位置為湯朗-易門(mén)斷裂帶附近，斷裂活動(dòng)(如走滑、逆沖等）導(dǎo)致巖體破碎、巖層掀斜變形；其二，受湯朗-易門(mén)斷裂帶地震的影響。前者對(duì)危巖體的破壞是長(zhǎng)時(shí)間的積累，斷裂活動(dòng)導(dǎo)致巖體破碎，在巖體中形成較多的構(gòu)造裂隙。地震與巖體的變形破壞有著非常密切的關(guān)系，據(jù)歷史地震記錄該斷裂所發(fā)生的中強(qiáng)地震均在南側(cè)臥章山一帶，單次地震對(duì)危巖體的形成發(fā)展直接影響不明顯，但地震動(dòng)對(duì)斷裂帶上的巖體振動(dòng)破壞具有地震效應(yīng)積累作用，地震次數(shù)越多，對(duì)斷裂帶上的巖體破壞作用就越大，巖體受地震波振動(dòng)后卸荷拉張強(qiáng)烈，單次地震在危巖體一帶產(chǎn)生地表破裂形成拉張裂縫的可能性小。

遠(yuǎn)震影響:研究區(qū)位于川滇菱形塊體內(nèi)部，除了湯朗-易門(mén)斷裂帶上發(fā)生地震對(duì)巖體的破壞外，還有遠(yuǎn)震對(duì)研究區(qū)巖體整體穩(wěn)定、軟巖的振動(dòng)變形也起著十分重要的作用，根據(jù)多次地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，地震震動(dòng)對(duì)峽谷陡崖上巖體破壞最為突出，滑坡、傾倒或滾石十分普遍。

4.2 河流下切岸剪作用

早谷田危巖體處在湯朗-易門(mén)斷層與通安落雪斷層夾持的斷塊內(nèi)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以來(lái)，川滇菱形塊體總體以上升為主，受構(gòu)造影響，巖體破碎，河流在下切過(guò)程中，巖體完整性差的地段被逐漸解體，小巖塊被水沖走，較完整的巖體則形成較高的陡崖，巖體東側(cè)有北北東向結(jié)構(gòu)面和近南北向的沖溝為邊界，南邊以金沙江為邊界，兩面臨空，在重力作用下，產(chǎn)生拉張卸荷，追蹤構(gòu)造裂隙形成切層裂縫，其裂縫在平面上北東寬，向南西呈收斂狀；縱向?yàn)樯蠈捪抡衙娉什睿瑤r體北邊部分形成較早的裂縫已充填粉紅色、灰色碎石和砂土，泥鈣質(zhì)膠結(jié)較好，后期無(wú)變形拉裂跡象，探洞揭示，自北向南裂縫有逐漸變寬的特征。

4.3 溶蝕作用

從裂面上附集的鈣華厚度和分布位置看，裂縫形成歷史較長(zhǎng)，地下流水較豐富，隨著時(shí)間的推移，裂縫內(nèi)充填物被水流帶走，形成空腔；從裂縫面上殘留的溶溝、溶槽看，地表水追蹤裂隙溶蝕，導(dǎo)致斜列展布的裂隙，由短小裂隙貫通變?yōu)殚L(zhǎng)裂縫，表層由窄擴(kuò)寬，部分體較小的楔形巖塊在自重作用下掉，常常卡在地表以下1～3m部位，最終使裂縫成為上寬下窄的喇叭形，這種破壞主要分布在最北邊的長(zhǎng)大裂縫部位，向南裂縫內(nèi)很少見(jiàn)到溶蝕現(xiàn)象。

5 結(jié)論

綜上所述，早谷田危巖體的形成，總體上經(jīng)歷了四個(gè)階:構(gòu)造形成裂隙-河流下切岸剪作用-表層滑動(dòng)推擠-卸荷傾倒變形。

（1）構(gòu)造形成北東向裂隙--受湯朗-易門(mén)兩條分支斷層影響，在兩分支斷層之間形成一系列北東向斜列展布的裂隙，將巖體切割成條塊狀（圖5-1）。

（2）河流下切岸剪作用--川滇菱形塊體整體上升，金沙江水流漩渦掏蝕加速表層巖體崩解，使原裂縫表層塌陷、崩解擴(kuò)寬形成現(xiàn)存裂縫特征（圖5-2）。

（3）表層滑動(dòng)推擠--南和南東方向局部崩塌，導(dǎo)致表層三疊系軟巖快速滑移，塊體下滑推擠使條狀塊體間形成短小次級(jí)裂縫，使其巖體更加破碎（圖5-3）。

（4）卸荷傾倒變形--金沙江及早谷田沖溝下切形成南及南東兩面臨空，卸荷使原來(lái)構(gòu)造裂隙不斷擴(kuò)展、直至貫通，使不連續(xù)的短小裂隙互相貫通形成長(zhǎng)大裂縫（圖5-4）。

[1]陳又華 人民長(zhǎng)江,馬鹿塘地震成因研究.

[2]1:20萬(wàn)會(huì)理幅地質(zhì)圖及地質(zhì)調(diào)查報(bào)告書(shū).

TU94+3.2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-66-2

房艷國(guó)（1981～），男，工程師，研究方向?yàn)榈卣鸬刭|(zhì)、工程地質(zhì)勘察等。