潛在蠕動山體對擬建烏江大橋的影響

劉世明,趙存良,霍婷,張壽鑫

(河北工程大學河北省資源勘測研究重點實驗室,河北邯鄲056038)

岸坡穩定問題一直是工程界和學術界十分關注的研究課題。影響岸坡穩定的因素很多,主要有地形地貌、巖土的物理力學性質、水的作用、地震作用以及人為因素等。不同的邊坡,各種影響因素對其穩定性影響不一。目前國內外關于岸坡的研究包括[1-4]：(1)工程地質類比法,(2)極限平衡理論,(3)數值分析法,(4)概率分析法,(5)其它新方法。擬建烏江大橋位于黔中地區,為中低山溶蝕地貌,野外勘測中發現烏江北岸左側(上游)距擬建橋位中心60～130m處,有一巨大的楔形潛在蠕動山體。應用地質分析法,通過對該區地質結構、巖性、地下水、新構造運動、貫通裂隙等因素的分析,試圖判斷潛在蠕動山體的穩定性及其對擬建橋位的影響。

1 工程地質概況

研究區位于黔中地區,其構造演化經歷了多期構造變革,并在喜馬拉雅期最終定格[5]。構造帶呈NE向展布,地表以三疊系褶皺變形為主,隱伏構造主要為早古生代地層的斷裂和褶皺變形,背斜和向斜總體都比較平緩。擬建烏江大橋橋址區為單斜構造,區內地層傾角較緩,北岸巖層產狀為N5°E/15°NW,巖體受構造影響較為嚴重[5]。構造節理多為陡傾角狀,面多呈閉合狀,間距0.3～1.0m,延伸長度一般0.5～3.0m,部分大于10m。經過野外測量,確定了3組構造節理：J1：N80°E/ 88°NW,J2：N30°E/75～85°SW,J3：N30°W/75～86° NE。

表1 橋址區地層巖性Tab.1 Formation lithology of sited bridge areas

擬建烏江雙線大橋里程號DK262+325.66～DK262+756.34,全長430.68m,最大墩高115m(圖1)。橋址區屬烏江下蝕地貌,地面高程 605～825m,相對高差220m。擬建大橋橫跨烏江,河床呈“V”字型,岸坡陡峭,局部可達70°。兩側坡體基巖大量出露,坡體表面植被較發育。

橋址區出露地層為第四系(Q4),以及三疊系下統茅草鋪組四段(T1m4)、三段(T1m3),具體內容見表1。

2 潛在蠕動山體穩定性分析

烏江北岸上游距橋位中心60～130m處,有一巨大的楔形潛在蠕動山體(圖2)。其自然狀態下基本穩定,局部有崩塌、落石現象,對擬建烏江大橋橋位構成一定的危害。

2.1 地下水對潛在蠕動山體的影響

地下水類型主要為基巖裂隙水、巖溶水,裂隙的滲流及巖溶水的上升是巖石邊坡失穩的重要原因之一[2-4]。潛在蠕動山體頂面平整,種有農田,并有滲水出露,表明頂端有裂隙水發育。橋址區為地下水排泄區,通過暗河、巖溶裂隙等形式排泄到烏江,而烏江最低水位為該區域侵蝕基準面,故橋址區地下水位接近烏江水位,井泉較少,且流量較小,通常為0.1～0.2L/s;而雨季時地下出水點較多且流量成倍增加。

降雨及地下水活動是導致楔形體失穩的主要誘發因素：雨季時,雨水大量滲入坡體增加巖土體容重,從而增大其剪應力[6-7];地下水沿著裂隙滲流形成的潤滑帶抗剪強度大大降低,導致坡體失穩;當地下水大量進入楔形體內,增大地下水壓力,造成裂隙水壓力作用于楔形體外部的巖塊上,也會導致巖塊的崩落[8]。工程實踐表明隨著裂隙水壓力的增大,其周圍巖體強度下降相當明顯[9]。

2.2 新構造運功對潛在蠕動山體的影響

自晚第三紀以來,新構造運動導致該地殼至少經歷了3次大的抬升,分別為早、晚第三紀之間的喜山運動,上新世末的翁哨運動以及早更新世末的烏羅運動[10]。其結果是產生各種裂隙、構造節理,破壞了巖體的完整性[4];并且形成構造滑動帶,改變地下水的滲透路徑和賦存狀態,導致應力集中,對楔形體的穩定性造成破壞。

2.3 貫通裂隙對潛在蠕動山體的影響

貫通裂隙位于潛在蠕動山體右側10～30m,產狀為N30°E/75～85°NW,傾角近似于直立;楔形體巖層產狀N5°E/15°NW,走向與貫通裂隙的走向角度相交,且都傾向NW。由此可以認為,在新構造運動地殼抬升過程中,潛在蠕動山體由于受力不均衡,會發生向貫通裂隙方向(作用力小的方向)擠壓,從而將對造成大橋橋址區受力不均衡。另外在雨季,大量雨水流入貫通裂隙內,會對潛在蠕動山體的穩定產生很大的影響。

3 潛在蠕動山體對擬建烏江大橋的影響

3.1 潛在蠕動山體邊界條件分析

潛在蠕動山體的變形、蠕動、滑動會改變擬建橋位附近的應力場,改變橋墩的分布壓力,從而造成橋墩的不穩定。因此,在潛在蠕動山體的坡面上,選擇A、B、C 3個點來分析楔形體邊界的位移規律(圖3)。其中A點位于近坡頂的變坡點處,B點位于中部楔形潛在蠕動山體變坡點處,C點位于楔形潛在蠕動山體下部變坡點處。在外部因素或內力的影響下,B點處巖體的運動會導致上部巖體的失穩,造成上部A點也有較大的水平位移;而下部變坡點C附近的巖體水平位移相對較小。

3.2 潛在蠕動山體崩塌落石分析

潛在蠕動山體以厚～巨厚層狀灰巖為主,底部含有白云巖夾薄層泥巖,淺紅色,“刀砍狀”構造,以卸荷裂隙為主[7],發育了兩組垂直裂隙及一組水平裂隙(圖4)。裂隙使巖體失穩,形成了許多凌空面,造成上部巨厚層狀灰巖失穩崩落(表2),對橋基將構成很大的威脅。

表2 巨厚層的落石統計Tab.2 Statistics of very thick bedded rockfall

4 結論

地下水的滲透、新構造運動、貫通裂隙、卸荷裂隙和人為因素會造成失穩,導致楔形山體發生蠕動或造成崩塌、落石,對擬建的烏江大橋橋位產生破壞。其具體破壞程度,有待進一步的勘察,分析。

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