國家重點文物天生城遺址環境地質災害研究與規劃

潘夢妍 易明明

(1.中國地質大學藝術與傳媒學院，湖北 武漢 430074;2.中國地質大學工程學院，湖北 武漢 430074)

1.引言

天生城遺址位于重慶市萬州區周家壩街道流水社區，始建于宋淳祐三年(1243年)，現存前、中、后三道城門，前門、后門前方的二道卡門，分別為清代咸豐三年和光緒十七年重建。顯存文物還有一字城墻及中城門附近石壁間的南宋期間摩崖筑城題記和碑文4 處，元代紀功碑1 幅。

該遺址具有極高的考古研究價值，是第七批全國重點文物保護單位，現已列入重慶市人文景觀規劃范圍。在長期自然營力作用以及人為因素的影響下，各文物產生了不同程度的變形、風化、崩塌等環境地質病害。對天生城遺址地質病害的調查和保護已成為當務之急。本文綜合野外地質調查及室內研究，在闡述天生城遺址的主要環境地質病害的基礎上，提出了對不同文物的保護治理措施，對天生城的保護工作及景觀規劃設計具有科學的理論指導意義。

2.遺址區地質環境

遺址區位于萬州區周家壩街道流水社區，地處新華夏系川東平行褶皺帶—萬縣復式向斜軸的北東段，傾角50°～70°。復式向斜軸線穿過萬州區，兩翼較陡，核部平緩開闊，橫斷面為屜形，向東展布。區內第四系堆積物(Q)包括殘坡積物、殘積物、滑坡堆積物和人工堆積物，巖性主要由粉質粘土、粘土夾少量強風化泥巖組成。

基巖主要為侏羅系中統上沙溪廟組(J2s)地層。侏羅系中統上沙溪廟組的地層分為上、中、下三段。

構造上，遺址區地質構造形態以褶皺為主，少見斷裂，未發現地震帶構造。巖體裂隙較發育，受風化營力影響裂隙明顯加寬。區內背斜巖層受自然侵蝕，頂部往往破損，多有巨石出露，且時有山巖崩塌，天生城多發生此類危巖險情。

3.遺址區環境地質病害

3.1 各寨門及卡門的風化剝蝕

包括前、中、后寨門和前卡門及后卡門。前寨門(前城門)位于天生城南側，在清代咸豐三年和光緒十七年重建。其主要病害為表層風化侵蝕顯著，寨門門柱內外側發生大面積起殼剝蝕現象，局部起殼厚度達到2.5cm。在向陽側由于干濕循環作用劇烈，大片砂巖起殼層已剝落，門柱底腳部位，剝落面積達到85%以上。寨門上部苔蘚植被覆蓋，植被生長對墻體有劈裂作用，加劇寨門裂隙的發展。其余寨門及卡門的環境地質病害與前寨門類同，中寨門臨山體一側長期受滲水侵蝕，風化較其他寨門更嚴重。

3.2 石刻區題刻的風化侵蝕剝落

石刻區風化侵蝕較嚴重，如圖1 所示。

風化病害主要可分為物理風化、化學風化和生物風化三類［1］。物理風化主要表現為溫差作用和干濕循環使砂巖石刻表層變得疏松，產生大量的風化裂隙，造成石刻呈鱗片狀剝落，同時使石刻砂巖表層起殼。滲水及植被發育加劇了石刻區砂巖的物理風化。化學風化主要是指石刻區頂部古泉水及中堰塘水沿砂巖裂隙滲流而下，與砂巖發生離子交換，Ca2+、K+、Na+濃度增大，Mg2+濃度減小，水樣礦化度增大，堿性增強，對石刻區的腐蝕性也相對增強。顯然，風化病害嚴重影響了石刻文物的安全。

3.3 遺址區的危巖體

遺址區內危巖體極其發育，危巖體的破壞具有突發性，致災具有毀滅性［2］。現場調查統計，天生城目前共有46 處危巖體。危巖體以卸荷裂隙為后緣切割面，呈單體形態附著于砂巖陡壁之上，危巖體后多為砂巖陡崖山體。本文對危巖體評價采用基于極限平衡理論的穩定性計算方法，計算危巖體的穩定性系數。

根據危巖計算穩定性系數，并考慮巖土工程文物保護工程的特殊性，將危巖安全穩定性分為不穩定、欠穩定和穩定三種狀態［3-4］，各狀態評價標準見表1。砂巖的計算模型參數詳見下表2。

表1 危巖穩定狀態判別標準

表2 模型計算參數

在危巖穩定性計算中，將危巖體視為完全剛性塊體，采用極限平衡理論［5-6］推導不同類型危巖在不同荷載組合下的穩定性計算公式。根據可能出現的不同情況進行以下兩種荷載組合［1］:(1)自重+裂隙面(天然狀態);(2)自重+裂隙面+地震力。

以上兩種荷載中，危巖體穩定性系數最小的為最不利組合，最不利荷載組合為設計荷載組合，其余為校核荷載組合。

以典型的崩塌式危巖為例，建立計算模型如圖2。

林孟是個性格開朗的人，他的茶杯是一只很大的玻璃瓶，裝速溶雀巢咖啡的玻璃瓶，他喜歡將一把椅子拖到門后，靠著門坐下來，端著那只大玻璃瓶，對著我們哈哈地笑，他的話超過十句以后，就會胡說八道了。他經常很不謹慎地將他和萍萍之間的隱私泄露出來，并且以此為樂，笑得腦袋抵在門上，把門敲得咚咚直響。

(1)天然狀態下的計算公式為:

(2)考慮地震作用下的穩定性計算為:

式中:β 為主控裂隙面傾角;H 為主控裂隙面垂直高度;αh為地震力水平加速度;φ 為裂隙面傾角。

分別考慮兩種工況下，危巖體的穩定性，計算結果如表3所示:

表3 W10 危巖體穩定性計算結果

建議清除危巖體四周植被，并采取底部支護與錨桿加固相結合的措施，進行治理。

4.結論及建議

天生城遺址區存在以各寨門及卡門的風化剝蝕、石刻區題刻的風化侵蝕剝落、一字城墻失穩垮塌以及遺址區大量危巖體為主的環境地質病害，需要盡早治理。各寨門及卡門的保護，主要采取清除表層苔蘚霉菌措施，對于起殼部位建議做化學防護，防治進一步發展，危及文物本體。石刻區題刻的保護主要以“堵”和“疏”相結合措施，治理滲水，拓本還原題刻。一字城墻的治理，建議清理城墻四周植被，兩側設置隔離帶，城墻下端采取砼支護。

對于危巖體的治理，建議采取錨桿與砼相結合的支護措施加固，部分受植被根劈作用的危巖體，還應該清除危害性植被，對于裂隙滲水嚴重的危巖體，主要對策是排水防滲系統。應加強對文物本體的保護，建議石刻區斜坡段退耕還林，并建立遺址區內環境地質病害的長期監測系統。

除此之外，天生城遺址區內還有現存的財神廟、古堰塘等古文物，可以統籌改造成具有人文氣息的旅游亮點，為當地群眾提供登高休閑的游樂場所。

文獻:

［1］方云，魏海云，王金華，隧洞排水法治理大足石刻滲水病害［J］.現代地質，2001，15 (3).

［2］董好剛，陳立德，黃長生，三峽庫區云陽—江津段危巖體形成的影響因素及穩定性.工程地質學報，2010，18 (5):645-650

［3］徐志英，巖石力學 (第三版).中國水利水電出版社，1993.

［4］蔡美峰，何滿潮，劉東燕，巖石力學與工程.科學出版社，2013.

［5］阮懷寧，徐志英，復雜巖體邊坡工程極限平衡理論.巖石力學與工程學報，1993.

［6］張鵬，巖體邊坡剛體極限平衡法的誤差根源與范圍研究.西安理工大學，2003.