四川地震災區巴中市南江縣鷹嘴巖危巖形成機制分析

陳小洋 楊茂勇

（1、重慶市地質礦產勘查開發局川東南地質大隊，四川重慶 400000；2、重慶長江工程勘察設計研究院，四川重慶 400000）

1 前言

鷹嘴巖危巖區位于巴中市南江縣縣城邊緣。其主要威脅對象為：高壓鐵塔、省道101、居民、單位、企業、民房及規劃中的城市環城公路。1980年鷹嘴巖頂部北側約曾經發生過危巖崩塌事件，危巖體積約10m3，危巖最終滾入了四川光霧山新合農特集團公司后約10m的平臺中；1988年鷹嘴巖坡頂曾經發生過危巖崩塌事件，危巖體積約8m3，危巖最終滾入了南江河中央。為避免危巖造成大的損失，弄清危巖體崩落的綜合原因，以便采取科學對策，筆者曾多次到現場調查、研究，對本區的工程地質環境進行詳細調查，對危巖的形成進行了近兩個月的調查，在此基礎上對危巖的形成機制進行深入研究，揭示危巖體形成的綜合原因及其發展趨勢。

2 危巖所處的自然地質環境

鷹嘴巖位于南江縣境內南東部中低山區，地貌類型屬于四川盆地北部構造剝蝕中低山及低山深丘地貌。低山深丘周圍多被沖溝切割，形成坡陡，頂平，上陡下緩的形狀各異的桌狀山，丘頂面高程一般為700-900m。鷹嘴巖山頂南北長500m，東西寬50m，面積約30000m2，山頂高程約890m，坡腳高程約470m，相對高差約420m。山體呈“凸”字形地貌特征，形成陡峻地勢，危巖體主要分布于頂部及陡崖之上。陡崖下部坡體一較陡，一般為30°～40°，坡體植被發育，以柏樹、灌木等為主。根據現場調查，區內出露基巖地層為侏羅系中統沙溪廟組（J2S）紫紅色泥巖及灰白色、青灰色砂巖，泥巖單軸抗壓強度僅9.1MPa，軟化系數0.70，遇水易軟化，易風化，分布于坡體中，砂巖單軸抗壓強度30.9MPa，軟化系數0.80，遇水不易軟化，抗風化能力強，主要分布于斜坡頂部，卸荷裂隙發育。

本區地下水類型為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水，鷹嘴巖危巖區為陡壁，危巖崩落區地形坡角一般20°～30°，地形地貌條件有利于地表水系及地下水的排泄；且因地形、地層巖性的影響，地下水在各處的埋深不一，且主要由大氣降水和后山基巖裂隙水補給，南江河排泄。

3 危巖體基本特征

鷹嘴巖危巖體主要位于鷹嘴巖山體頂部，5.12地震前危巖體整體穩定性較好，只在斜坡中部坡度較緩處有穩定性較好巖堆體發育，巖體節理裂隙貫通性較差。5.12地震造成巖體裂隙貫通性變好，危巖體穩定性變差。

鷹嘴巖危巖體按照其位置和本次現場勘察查頂部危巖帶可劃分為29處危巖 (編號W1～W29)，中部零星分布有15處危巖(編號W30～W44)，底部危巖帶可劃分為8處危巖(編號W45～W52)；分布于坡頂的砂巖陡崖部位，該段陡崖受裂隙切割形成危巖帶，長約1000m，高 10～30m，平面面積約 20000m2，坡向250～360°，目前處于基本穩定～欠穩定狀態，零星分布于坡體中間的危巖體目前處于基本穩定～欠穩定狀態；分布于坡底部長約300m，高 10～30m，平面面積約 4000m2，坡向270～300°，目前處于基本穩定～欠穩定狀態，危巖體積13～960m3不等。

4 危巖體破壞方式

為了清楚認識危巖的特征和變形破壞機制，現根據危巖崩塌的運動特征，破壞方式可將鷹嘴巖危巖體的破壞類型分為墜落式、傾倒式及滑塌式三類。

（1）墜落式

指高懸于陡崖上緣的危巖體，在后緣順坡向裂隙、兩側裂隙和層面的切割下，底部泥巖軟弱基座在前期風化作用下形成凹腔，在巖體自重等影響下將發生墜落而失穩（圖4-1）。

（2）滑塌式

該類危巖體主要受坡體順坡外裂隙控制，隨著底部軟弱基座軟化塑變，在重力和靜水壓力下發生滑塌拉裂破壞(圖4-2）。

（3）傾倒式

受順坡向裂隙切割發生滑移拉裂，在重力、降雨作用下危巖體繞下部基座支點向坡外發生轉動,巖體向坡外變形卸荷，重心逐漸外傾，將發生傾倒式變形，最終形成崩落破壞（示意圖4-3）。

5 影響和誘發危巖體因素分析

勘查區為山地，邊坡地形陡，最大坡度可達70°，危巖主要集中于鷹嘴巖山頂，處于抗震不利地段，在汶川“5.12”地震及其后的余震作用下，使巖體原有的節理、裂隙得到進一步的發展、貫通，從而使巖體形成了諸多不利的危巖體；加上軟弱巖層遇水軟化，產生壓縮變形或塑性擠出，使巖體的穩定性降低。總之，勘查區危巖的形成和發展受各種因素影響，有潛在的內在因素和外動力作用。

（1）內在因素

內在因素主要有地層巖性、地質構造、地形地貌等。

1）地層巖性

形成危巖體的陡崖均為厚層狀砂巖，致密堅硬，抗風化能力強，常裸露凸出坡面，而其下的泥巖層與之相比力學性質較差，且易風化剝蝕形成崖腔。

尤其是底座泥巖遇水易軟化，在上部巖體的重壓下產生壓縮變形或塑性擠出，由此在巖體上部引發張應力，促進裂隙發展拉張，或因上部巖體的巨大荷載而引發力矩，促使張裂隙進一步擴張，使穩定巖體逐漸變為潛在不穩定巖體，最后發生崩塌破壞。

2）地質構造

任何崩塌都必須有結構面參與，該坡體巖層產狀近于水平，砂巖兩組裂隙廣泛發育，且切割較深。加上巖體的層面裂隙、卸荷裂隙以及風化裂隙的共同作用，巖體被分割成不同規模的塊體，其完整性降低，為危巖產生崩塌奠定了基礎。

3）地形地貌

危巖發育于一般10～30m高的陡崖上，陡崖作為危巖體形成的基本條件之一，一方面促進了裂隙發育；另一方面高陡的陡崖加大了危巖崩塌產生的破壞力。

（2）外動力因素

外動力因素主要包括地震、降雨等。

1）地震

“5.12”地震過程中，強大的地殼運動為危巖的失穩提供了外部動力。

2）降雨

山體砂巖體內裂隙發育，貫通性好，受地形切割影響，富水性差。但貫通砂巖的裂隙滲水集聚于泥巖軟基上，泥巖的軟化變形加劇了上覆砂巖體的變形破壞；大氣降水滲入砂巖裂隙，溶解可溶物質，加速了裂隙的擴展與貫通。在暴雨季節還可產生暫時性水壓效應，促進危巖體向崩塌破壞發展。

3）風化作用

砂、泥巖顯著的差異風化，形成0.5～10m的巖腔，促進了上覆砂巖危巖體的形成；風化作用使砂巖體中原有裂隙擴展，并與原有裂隙溝通，加速了危巖體的形成和局部崩塌的產生。

4）生物作用

鷹嘴巖危巖體崖面多被植被覆蓋，植被對危巖崩塌主要有兩方面影響：一方面生長在砂巖裂隙中的植被，由于生物生長使裂隙加寬加深，而且使小的危巖塊體向坡外移動。另一方面植被本身的重量加大了巖體的荷載，并向巖體傳遞風的動力荷載，對巖體和危巖體的穩定不利。

5）其它

人類工程活動、巖體自重等對鷹嘴巖危巖都有較大的影響。

6 危巖體穩定性分析與評價

危巖穩定性采用定性分析與定量評價相結合的方法。定性分析采用赤平投影方法結合危巖帶頂部變形跡象地面勘查結果綜合評判、分析危巖體的穩定性。定量評價采用相應計算公式采取3個工況（即天然工況、暴雨工況及地震工況）進行定量計算，最終綜合確定危巖體的穩定性。并對各危巖單體的崩落距離、彈跳高度、能量進行計算，其計算結果與現場落石試驗（利用野外調查現有崩落的危巖）及調查結果進行對比分析，綜合確定：危巖穩定性現狀處于基本穩定至欠穩定狀態，暴雨和地震條件下處于欠穩定至不穩定狀態，其危險性大。隨著風化、卸荷裂隙的進一步擴張，危巖體將處于不穩定狀態，并可能產生新的危巖體。

7 治理方案分析評價

危巖的防治措施主要采用錨固、支撐、嵌補等方法，可減輕危巖體對軟弱基座的重壓，同時可防治危巖體沿軟基剪出失穩；局部主要裂隙較發育，巖體完整性差，不宜錨固、支撐等方式處理危巖，需采用爆破清除，鋼繩網等方式。根據鷹嘴巖危巖體形態特征，危巖體破壞方式及影響因素等，對危巖體采取主動防治及被動措施，

結論

根據上述分析，可以得出以下結論：

(1)鷹嘴巖危巖的形成的根本原因，是陡峭的地形地貌條件及砂、泥巖物理力學特征致使砂、泥巖差異性風化形成巖腔。

(2)暴雨在危巖體危險性加劇起了重要作用，它促使卸荷裂隙進一步發展，導致危巖體穩定性降低。

(3)在汶川“5.12”地震及其后的余震作用下，使巖體原有的節理、裂隙得到進一步的發展、貫通，從而使巖體形成了諸多不利的危巖體；加上軟弱巖層遇水軟化，產生壓縮變形或塑性擠出，使巖體的穩定性降低。

(4)危巖穩定性現狀處于基本穩定至欠穩定狀態，暴雨和地震條件下處于欠穩定至不穩定狀態，其危險性大。

（5）采用主動崁補+被動防護相結合的綜合治理方案可行

[1]常士碌，工程地質手冊.第三版[M].北京：中國建筑工業出版杜.1992.

[2]張悼元，王土天，王蘭生.工程地質分析原理[M].北京；地質出版社.1994.

[3]林宗元，巖土工程勘察設計手冊[M].沈陽:遼寧科學技術出版社.1996.