鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣石屏山危巖體成因及裂隙特征分析

張 俊 何善立 龍正譚

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局101地質(zhì)大隊(duì)，貴州凱里 556000)

鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣石屏山位于貴州省東南，巖體受風(fēng)化和構(gòu)造作用影響較大，裂隙發(fā)育，加上該區(qū)危巖體多分布在高陡險(xiǎn)峻之處，其在自身重力等作用下發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致裂隙不斷加深，從而發(fā)展形成崩塌體，因此裂隙對崩塌的形成起著重要的作用。本文重點(diǎn)從危巖體自身力學(xué)特性和構(gòu)造應(yīng)力對其的作用分析入手，以對危巖體成因和裂隙特征進(jìn)行定性判斷。

1 危巖體形成環(huán)境概況

1)地層巖性。研究區(qū)巖性主要以白云巖為主，巖體風(fēng)化裂隙和構(gòu)造較發(fā)育，裂隙主要為鐵質(zhì)膠結(jié)，結(jié)合程度一般，巖體較破碎～較完整，呈裂隙塊狀、塊狀結(jié)構(gòu)，為較硬巖。2)地形地貌。研究區(qū)屬構(gòu)造～溶蝕斜坡地貌，多山谷的山地地形，地形切割較深、第四系覆蓋層較薄、地形坡度較陡，總體上北高南低，地形呈上緩中陡下緩和上緩中、下陡狀，上部坡度約10°～30°，中下部較陡段坡度一般約40°～85°，部分地段為陡崖，危巖多分布于該段。斜坡地帶分布少量第四系，坡面植被發(fā)育，陡崖地帶基巖基本裸露，植被較少。最高點(diǎn)位于北側(cè)山頂，海拔高程662.50 m，最低點(diǎn)位于東側(cè)老大橋河床，海拔高程454.50 m，相對高差208.00 m。危巖帶即位于陡崖地帶，危巖帶高程488.00 m～563.00 m，相對高差75.00 m。3)地質(zhì)構(gòu)造。研究區(qū)位于鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣縣城內(nèi)，該縣城屬鎮(zhèn)遠(yuǎn)大斷層的北盤(上盤)，鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷層傾向北，傾角約70°，上下盤均為石冷水組白云巖，破碎帶寬約6 m，為斷層角礫巖。研究區(qū)內(nèi)存在鎮(zhèn)遠(yuǎn)大斷層的一分支正斷層從研究區(qū)中部呈南北向通過，傾向西，傾角約65°，上下盤均為石冷水組白云巖，破碎帶寬約2 m，為斷層角礫巖。除上述斷層外，危巖帶及其附近無其他斷層通過。巖層呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀280°～290°∠3°～6°。受區(qū)域性構(gòu)造影響，巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，主要發(fā)育兩組構(gòu)造裂隙，產(chǎn)狀分別為 162°∠87°，222°∠87°。

2 危巖體基本特征

石屏山危巖體典型危巖體基本情況見表1。

表1 典型危巖體基本情況

3 危巖體成因特征分析

石屏山坡面陡直，局部坡面甚至大于90°，局部巖體在不利的地形條件下形成臨空側(cè)方向的外傾狀態(tài)，導(dǎo)致巖體自身重力存在向臨空側(cè)方向的分力，該分力形成巖體向坡面臨空側(cè)發(fā)生傾覆或滑動(dòng)的可能，并造成巖體的彈性形變，根據(jù)材料力學(xué)［1］蠕變理論，隨著時(shí)間的推移，彈性形變逐漸向塑性形變轉(zhuǎn)換;坡面巖體受植物根劈作用、降水溶蝕作用等影響，形成風(fēng)化裂隙，同時(shí)，巖體受構(gòu)造作用影響，形成構(gòu)造裂隙，這兩類裂隙即為巖體強(qiáng)度的最弱點(diǎn)，根據(jù)材料力學(xué)原理，塑性變形最容易在材料強(qiáng)度最低處發(fā)生。因此，在巖土自身重力作用下，坡面臨空側(cè)巖體的彈性形變將沿其風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙逐漸發(fā)生塑性變形，從而發(fā)生崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

4 危巖體裂隙特征分析

石屏山危巖體裂隙主要分為非構(gòu)造裂隙和構(gòu)造裂隙兩大類，非構(gòu)造裂隙主要由外動(dòng)力作用形成，如風(fēng)化作用等，該類裂隙延伸較淺，常局限于地表淺處。構(gòu)造裂隙主要為經(jīng)過石屏山的斷層產(chǎn)生，該類裂隙延伸長，常形成貫通裂隙。根據(jù)安德森斷層應(yīng)力模型［2］，當(dāng)最大應(yīng)力δ1作用方向垂直，最小應(yīng)力δ3作用方向水平時(shí)，形成正斷層，當(dāng)最小應(yīng)力δ3作用方向垂直，最大應(yīng)力δ1作用方向水平時(shí)，形成逆斷層。剪裂面銳角的角平分線為最大應(yīng)力δ1作用方向，其鈍角平分線為最小應(yīng)力δ3作用方向。石屏山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)主要為鎮(zhèn)遠(yuǎn)大斷層的分支斷層，該斷層為正斷層，因此該斷層在石屏山地區(qū)形成的最大應(yīng)力δ1作用方向?yàn)樗椒较颍砂驳律瓟鄬討?yīng)力模型可以推斷，該應(yīng)力δ1形成剪裂面方向在垂直平面上的分布區(qū)間只能在45°～135°和225°～315°之間(見圖1)，由圖1可以判斷，危巖帶不存在垂直方向上的剪裂面，因此危巖體沒有在垂直方向上形成構(gòu)造節(jié)理裂隙，并由此推斷，在危巖體垂直方向上形成的裂隙應(yīng)為風(fēng)化裂隙，該裂隙延伸長度較淺，難以達(dá)到貫通整個(gè)危巖體，因此危巖體沿該類裂隙失穩(wěn)崩塌的可能性較小。

圖1 危巖體裂隙走向圖

5 危巖體破壞模式特征分析

石屏山危巖體多為頂部發(fā)育延伸長度較淺的風(fēng)化裂隙，基座處受巖體層面裂隙控制形成貫通滑動(dòng)面，由于危巖體背側(cè)多未形成貫通裂隙，因此，危巖體發(fā)生傾倒破壞的可能性較小，但隨著危巖體背側(cè)裂隙塑性變形的加深，將產(chǎn)生對危巖體的兩種破壞模式［3］:

一種破壞模式發(fā)生在坡面坡度相對較緩區(qū)段，該區(qū)段危巖體背側(cè)風(fēng)化裂隙在危巖體自身重力形成的長期應(yīng)力過程中將逐漸發(fā)生塑性變形，從而不斷加深裂隙長度，最終導(dǎo)致危巖體沿裂隙面發(fā)生向臨空側(cè)的滑動(dòng)，形成滑移式崩塌。

另一種破壞模式發(fā)生在坡面坡度較陡區(qū)段，該區(qū)段危巖體在其自身重力作用下形成往臨空側(cè)方向的拉應(yīng)力，由于危巖體頂部裂隙為風(fēng)化裂隙，該類裂隙延伸較淺，未貫通危巖體，因此在臨空側(cè)拉力作用下，按照巖體力學(xué)原理，危巖體將發(fā)生與垂直方向呈45°角的拉裂式破壞，形成錯(cuò)斷式危巖體。

6 危巖體治理建議

對石屏山危巖體治理，建議以消除其自重引起的塑性變形為主，結(jié)合對風(fēng)化裂隙的封堵手段，以防止風(fēng)化作用的加深，建議采用預(yù)應(yīng)力錨索和封堵巖頂裂隙的工程治理方法進(jìn)行治理。

7 結(jié)語

貴州省黔東南州境內(nèi)多灰?guī)r、白云巖質(zhì)危巖體分布，其基本特征與石屏山有較多類似之處，所以研究石屏山危巖體具有一定的代表意義，石屏山危巖體特征如下:1)危巖帶坡面陡直，植被發(fā)育較差;2)危巖體變形成因主要為巖體所在坡面陡直，巖體長期的塑性變形導(dǎo)致巖體頂部原有裂隙加深，從而失穩(wěn)崩塌;3)影響危巖體穩(wěn)定性的裂隙主要是非構(gòu)造裂隙，即風(fēng)化裂隙，該類裂隙延伸淺，但在巖體自重和風(fēng)化作用下會(huì)逐漸加深，從而導(dǎo)致危巖體失穩(wěn);4)推斷危巖體破壞模式主要為滑移式和拉裂式;5)對危巖體治理應(yīng)以消除其自重引起的塑性變形和減輕危巖體裂隙風(fēng)化為主。

［1］劉鴻文.材料力學(xué)［M］.第4版.北京：高等教育出版社，2004.

［2］李德倫，王恩林.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)［M］.吉林：吉林大學(xué)出版社，2001.

［3］常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊［M］.第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.