三峽庫區夷陵區泡桐樹埡危巖體破壞模式及影響因素分析

阮慶橋，張 藝

(湖北省地質災害防治中心，湖北武漢 430034)

0 引言

泡桐樹埡危巖體位于長江右岸三斗坪鎮鄒石路內側，行政區劃屬三斗坪鎮頭頂石村四組。地理坐標為:N=30°48'52．5″，E=111°04'30．6″，距黃牛巖風景區直線距離約2 km。泡桐樹埡危巖體帶沿公路陡崖延展，分布高程約為845～885 m，發育于＞70°的陡坡地帶。危巖體下方為縣級公路鄒石線，車流量較大，若危巖發生嚴重變形與破壞，可能使公路破壞或中斷，并嚴重威脅到公路及公路上過往車輛行人的安全，亦對斜坡下部9戶22人的生命財產安全構成威脅，威脅房屋面積1 800 m2，耕地面積約 4 hm2，危害性和危險性較大［1］。

1 危巖體基本特征

危巖體區出露的地層巖性從上至下分別為燈影組白云質灰巖和陡山沱組炭質頁巖與灰巖互層。上部為燈影組白云質灰巖，下部為陡山沱組炭質頁巖，構成上硬下軟具有軟弱基座的坡體結構，此類型邊坡易產生變形破壞。受巖性、結構面、微地貌控制，陡崖及斜坡地帶各危巖體形狀不一，規模大小不等，破壞模式各異。根據危巖體分布位置、形態規模，破壞模式，崩塌方向不同，將其劃分為2個危巖帶:磨嶺危巖帶和小門埡危巖帶。磨嶺危巖帶沿公路長約130 m，高一般10～20 m，最高可達30 m;小門埡危巖帶沿公路長約80 m，高一般10～20 m，最高可達30 m。2個危巖帶共發育5個危巖體，方量從300～2 400 m3不等，危巖體總體積約為6 800 m3。

圖1 WY1危巖體剖面圖、立面圖、野外照片Fig.1 Profile，elevation drawing and field photo of WY1 dangerous rock body

1．1 磨嶺危巖帶

該危巖帶沿公路長約130 m，高一般10～20 m，最高可達30 m。磨嶺危巖帶共有三個危巖體，分別為WY1、WY2、WY3。具體如下所述:

1．1．1 WY1 危巖體

圖2 WY2危巖體剖面圖、立面圖、野外照片Fig.2 Profile，elevation drawing and field photo of WY2 dangerous rock body

WY1長20 m，高5 ～8 m，厚4 m，方量約為640 m3。上部為燈影組巖層，強度高、結構完整;下部為陡山沱組巖層，強度低，結構破碎，這種上硬下弱具軟弱基座的坡體結構由于差異性風化于下部高5～6 m的凹腔，致使上部巖體外凸懸空，后緣又有卸荷裂隙發育，上部巖層易發生傾倒式破壞，危巖體穩定性較差。

1．1．2 WY2 危巖體

WY2長15 m，高15～20 m，厚5～8 m，方量約為1 125～2 400 m3。由于差異風化形成凹腔，凹腔高4～5 m，懸空部分寬0．5 m左右，局部已被掏空連通，呈架空狀;后緣卸荷裂隙張開度為20～50 cm，易發生傾倒式破壞，危巖體穩定性差。

圖3 WY3危巖體剖面圖、立面圖、野外照片Fig.3 Profile，elevation drawing and field photo of WY3 dangerous rock body

1．1．3 WY3 危巖體

WY3長25 m，高15～25 m，厚4～5 m，方量約為1 500～3 125 m3。在公路上方出露的巖層為燈影組白云質灰巖，下部為陡山沱組炭質頁巖與灰巖互層。WY3在2010年8月暴雨期間發生過崩塌，崩塌方量約300 m3，阻礙交通，現場已經清理;2012年7月再次發生崩塌，堆積在鄒石路沿線，方量約為30 m3，阻礙交通，危險性極大，已進行過清方治理，但是效果欠佳。由于人工爆破以及構造裂隙極其發育，再加上風化強烈，使得巖體表層極為破碎，裂隙張開度較大，約10～20 cm，穩定性極差，遇暴雨、大風天氣常有巖塊墜落，易發生傾倒式破壞，嚴重威脅行車安全。

1．2 小門埡危巖帶

該危巖帶沿公路長約80 m，高一般10～20 m，最高可達30 m，沿鄒石公路，小門埡危巖帶共發育2個危巖體，敘述如下:

圖4 WY4危巖體剖面圖、立面圖、野外照片Fig.4 Profile，elevation drawing and field photo of WY4 dangerous rock body

圖5 WY5危巖體剖面圖、立面圖、野外照片Fig.5 Profile，elevation drawing and field photo of WY5 dangerous rock body

1．2．1 WY4 危巖體

長20 m，高15～20 m，厚1～2 m，方量約為300～800 m3。坡體上部巖體節理裂隙發育，巖溶現象明顯，有土質填充的溶腔出露，溶腔尺寸約為6 m×5 m。巖體易由下至上逐漸向下墜落，發生墜落式破壞，在公路邊堆積。上部的危巖體裂隙較發育，雖然呈巖屋狀，但巖體豎向結構面尚未完全貫通，目前相對穩定，裂隙未進一步發展時處于基本穩定狀態。

1．2．2 WY5 危巖體

長15 m，高 20 m，厚 2～3 m，方量約為 600～900 m3。巖體上部為燈影組白云質灰巖，下部為陡山沱組炭質頁巖。上部巖體節理裂隙發育，巖溶現象明顯，有土質填充的溶腔出露，溶腔尺寸3 m×2 m。順坡面裂隙較發育，張開度5～20 cm，植被較發育，易發生墜落式破壞，穩定性差。

2 危巖體主要形成條件

2．1 節理裂隙

工程地質測繪結果表明，危巖體區內陡崖地帶巖體內構造裂隙較發育，構造裂隙走向基本與陡崖傾向相近;與陡崖走向相近的卸荷裂隙主要發育于危巖單體部位。構造裂隙及卸荷裂隙控制了危巖發育規模及變形特征。經現場調查，陡崖地帶中構造裂隙相互切割、組合，緩傾角節理和陡傾角節理占據優勢，對危巖體的結構及穩定性起控制作用，為危巖崩塌的形成創造了條件。被裂隙切割的巖體因巖性差異風化程度不同，從而在危巖體基座部位易形成內凹巖腔，加速了危巖體內構造裂隙的變形擴展，對危巖體穩定性不利。

2．2 卸荷裂隙帶

調查發現危巖體的上方見不連續沿陡崖走向分布的裂縫，裂縫的位置一般距陡崖面在0～8 m之間，因此推斷卸荷帶寬度在0～10 m之間，卸荷帶寬度根據位置有所不同，在陡崖突出部位比平直段寬，對整個陡崖危巖的發育起控制作用。各危巖單體發育于卸荷裂隙帶中，在靠近臨空面部位1～2 m內裂隙密集發育，將巖體切割成塊狀。

2．3 巖性組合

危巖體區燈影組白云質灰巖、陡山沱組炭質頁巖軟硬相間組合。區內危巖帶底部均為炭質頁巖構成的軟弱基座，由于抗風化能力相對較弱，常形成深淺不一的凹腔，在上部厚大而近直立的白云質灰巖巖體自重長期作用下，底部較弱炭質頁巖將產生壓縮碎裂變形，又會進一步加速風化作用，使巖腔擴展加快，上部巖石的懸空部分在其重力作用下產生扭矩，促使上部巖石不均勻沉降，從而導致上部脆性白云質灰巖巖體發生垂直位移，在平行陡崖面方向的陡傾拉裂縫擴展與近水平層面的組合切割下，上部白云質灰巖逐步向下墜落或者向臨空面傾倒，其下部巖腔逐漸向上擴大，此過程的持續發展，常形成墜落式、傾倒式危巖。持續發展上部白云質灰巖巖體重心外移，若遇強暴雨、地震將產生較大的水平力，受構造裂隙切割的巖體將產生突然崩塌，形成目前的危巖帶形態。

3 破壞模式及主要影響因素

3．1 破壞模式

經過現場調查，危巖體的破壞模式主要受控于邊坡臨空面形態、巖體物質結構、各類結構面產狀與組合關系等，發現在勘查區沿線危巖體的破壞模式分為兩種:傾倒式和墜落式［2］(詳見圖6、圖7)。

圖6 傾倒式破壞Fig.6 Toppling destruction

圖7 墜落式破壞Fig.7 Falling destruction

傾倒式 主要受順坡向陡傾裂隙控制，隨著下部軟弱基座的掏空，重心逐漸外傾，將發生傾倒式破壞，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傾倒崩落。其中 WY1、WY2、WY3為此類破壞方式。

墜落式 由于巖體經過差異風化，巖體下部出現凹腔，在重力作用下，巖體后緣出現卸荷裂隙，隨著卸荷裂隙張開度不斷增大，再加上兩側裂隙和層面的切割，最終巖體或巖塊以自由落體的方式墜落(WY4和WY5)。

3．2 主要影響因素

根據現場勘查，結合泡桐樹埡危巖體的性狀特征與變形特點，區內危巖形成的主要影響因素分析如下:

(1)地形條件 因人工切坡修路形成的臨空面近直立狀，多呈巖屋狀負地形，使上部巖體懸空，破壞了邊坡原始自然平衡狀態，引起了巖體應力重分布，邊坡卸荷，于臨空面處產生張拉裂縫，形成松弛變形破壞。人工切破為危巖的形成和發展提供了有利的地形條件。

(2)地層巖性 危巖體由震旦系上統燈影組(Z2dn)巖性硬脆的厚層狀白云質灰巖、灰巖組成;基座為震旦系上統陡山沱組(Z2d)相對軟弱的炭質頁巖組成，上部巖體懸空后易產生硬脆性變形破壞，形成崩落、掉塊甚至大規模的崩塌。

(3)巖體結構與構造因素 巖體中陡傾角的構造裂隙較發育，使得巖體完整性較差。在風化、自重卸荷作用下，陡傾的構造裂隙不斷擴張發展，累進性破壞造成巖石結構面的抗剪強度降低，并形成巖體應力松弛帶，持續發展將形成剪切裂縫，當巖體的極限平衡狀態遭到破壞后，將產生變形破壞，形成崩落、掉塊甚至崩塌。危巖后部多見順坡向裂隙產生卸荷張裂后形成主控裂縫。說明巖體結構與構造因素是危巖形成的另一主要因素。

(4)水的作用 大氣降雨沿巖體節理裂隙入滲后，增加了巖體的重量，其作用一是水體滲透進入巖體裂隙后，浸潤了結構面，降低了其力學強度;二是雨后巖體內短時充水程度較高，巖體內的動靜水壓力增大，不利于巖體的穩定。據現場調查訪問，區內危巖變形擴展多發生在雨季，說明大氣降雨是崩塌危巖形成和發展的主要誘發動力因素。每當遇到汛期以及地震，產生崩塌的可能性更大、頻率更高。

(5)卸荷作用 切坡修路形成高陡人工巖質邊坡，陡崖臨空面形成后，臨崖部位的巖體應力狀態將發生改變，一方面殘余構造應力發生應力回彈，另一方面臨崖巖體在重力作用下向臨空面松動蠕變產生卸荷作用，在崖頂一定范圍內將產生應力集中，變形部位則多為巖體應力集中和重分布的部位。巖體在卸荷作用下將沿構造裂隙產生開裂，為表水入滲提供通道。卸荷作用對崩塌、危巖的形成和發展影響較大。

(6)人類工程活動 泡桐樹埡危巖體初期，主要是由于切坡修路在磨嶺和小門埡形成斜坡陡崖帶，公路切坡形成高10～30 m、坡度80°～90°的陡崖，局部呈巖屋狀，后期陡崖下部陡山沱組炭質頁巖在差異風化作用下形成巖腔，改變了巖體原來的力學條件，導致巖體結構面的表生改造作用加劇，其主要特征是:爆破作用使得巖石表面非常破碎，再由于卸荷作用，陡崖巖體產生卸荷回彈效應，陡傾角裂隙進一步擴展，形成卸荷裂隙帶，卸荷裂隙帶沿陡崖呈帶狀分布。危巖體的陡傾角裂隙的形成為其進入時效變形破壞創造了條件，此過程是一個緩慢的塑—彈—塑性變形破壞過程，主要受卸荷作用、地下水及地震等因素影響。陡崖帶巖體在經歷陡崖帶巖體的時效變形和陡崖帶巖體破壞兩個階段的變形破壞后，受降雨等因素觸發，發生崩塌破壞。

4 結語

泡桐樹埡危巖體WY1－WY5位于陡崖部位，危巖體發育在陡崖強卸荷帶中。由于人類工程活動造就了沿路的大面積危巖分布。危巖帶下部有鄒石公路、居民住宅和耕地，危巖陡崖巖體完整性較差，整體處于穩定狀態和欠穩定狀態，小規模崩塌變形破壞時有發生，因此及時對該危巖體進行勘查及治理是十分緊迫和必要的。

［1］ 薛勁鋒，等．湖北省三峽庫區后續地質災害防治夷陵區泡桐樹埡危巖體勘查報告［R］．廣州:廣東省工程勘察院，2012．

［2］ 徐邦棟．滑坡分析與防治［M］．北京:中國鐵道出版社，2001．