重慶巫山龍骨坡遺址危巖搶險勘察技術應用

2014-11-09 12:46:28唐智亮

山西建筑 2014年25期

唐智亮

(遼寧省有色地質局一〇一隊，遼寧撫順 113015)

1 概述

龍骨坡巫山人遺址，又稱“龍骨坡巫山猿人遺址”，簡稱龍骨坡遺址。位于長江南岸的重慶市巫山縣廟宇鎮龍坪村，北東距巫山縣城約57 km。該遺址自1984年被發現以來，歷經1985年～1988年，1997年～1999年，2003年～2006年三個階段的考古挖掘，共挖掘(發現)了龍骨坡遺址、龍洞東側、龍洞內等3個化石遺址點。在龍骨坡遺址的洞穴堆積中出土了古人類門齒和帶犬齒的頜骨化石，經考證，這些化石屬早更新世，距今204萬年，被命名為直立人巫山亞種，俗稱“巫山人”，與東非早更新世能人處于同一進化水平。

為了使龍骨坡遺址的考古發掘和科研工作能夠按計劃持續深入的開展下去，以期獲得更多的考古發現，取得更大的科研成果。也為了實現對遺址的有效保護，對遺址的搶救性保護工作已迫在眉睫。

2 遺址區自然地理及地質環境條件

2.1 地理位置及交通狀況

龍骨坡遺址位于長江南岸的重慶市巫山縣廟宇鎮龍坪村西南山坡下，西南距廟宇鎮4 km。地理坐標為:東經109°4'50″，北緯30°20'25″。隸屬于巫山縣廟宇鎮龍坪村管轄。廟宇鎮地處重慶的巫山縣、奉節縣，湖北的建始縣等三縣陸上交匯中心處，東北距巫山縣城約57 km，西北距奉節縣城約60 km，南距湖北建始縣約60 km。有省道S105在廟宇鎮北側通過，廟宇鎮與龍骨坡遺址間僅有鄉間小路相通，交通較為不便。

2.2 地形地貌

廟宇地區處于四川盆地東南緣長江南岸的巫山山地，龍骨坡遺址北西側為廟宇盆地，東南側為巖溶化單斜中低山，遺址區處于巖溶化單斜中低山中，其微地貌組合屬峰嶺—谷地型。

在地勢上，區域上以受大溪河深切的山峰為寬闊的峰嶺，以槽為谷。巖溶槽谷沿構造線方向嵌于峰嶺之間，地形十分復雜。龍骨坡遺址就位于龍坪村西南側的山腳下。坐西朝東，背依陡峭的山峰，前臨大河溝，海拔標高830 m。其背后的山峰海拔標高在880 m～897 m，相對標高在50 m～67 m。山坡上基巖裸露，峭壁林立，巖溶管道和裂隙型垂直溶洞發育，形成多處具崩塌破壞的危巖體。

龍骨坡遺址和龍洞原均為裂隙型垂直溶洞，并處于同一北東～南西向構造帶上，與地下暗河貫通。從地形上看，現今龍洞的北側原有一個巨大的垂直溶洞，因近于水平的洞頂巖層被溶蝕跨塌后形成一處較大的負地形，即俗稱的巖溶“天坑”，為典型的卡斯特巖溶塌陷地貌。而沒有坍塌的龍洞則仍保持著巨大地下空間的原始狀態。龍骨坡遺址也是洞頂巖層被溶蝕跨塌后，經后期的侵蝕、堆積作用才形成了發掘前的地貌景觀。

區域上龍骨坡遺址處于楊子地臺—四川臺坳—川東隆褶帶—萬縣凹褶帶的西南部。次級構造為七曜山背斜以南官渡向斜中部地帶的南翼，主構造線方向為北東～南西向。

遺址區內及周邊主要由單斜的石灰巖層組成，巖層走向為北西西～南東東向，向北傾斜，傾角15°～20°，產狀較平緩。無明顯的斷裂及褶皺構造，以節理裂隙發育為主要構造特征，并以橫向和縱向兩組張性裂隙為主，近東西向縱張裂隙次之。平均裂隙率在3.3%左右。巖層內沿橫向張性裂隙(即近北東～南西向)巖溶作用強烈，多形成裂隙型垂直巖溶洞穴。遺址區內沿龍骨坡遺址—龍洞一線的山體中即有多個大小不一的溶蝕洞穴分布，而龍洞是最大的一處。

3 危巖體的分布及其穩定性評價

遺址區內主要由三疊系嘉陵江組灰巖組成，巖石受巖溶作用及切割作用強烈，多為立狀斷崖和陡峭的山峰，造成遺址保護區內危巖體廣泛分布，幾乎遍布全區。而本次勘察的主要目的是為遺址點的有效保護和合理利用提供依據，因此，勘察中以對遺址挖掘點本體影響較大的部位為重點調查對象，并對其穩定性和危險性做出定性或定量的評價。

3.1 龍骨坡遺址挖掘點本體側壁

龍骨坡遺址點為一處坍塌的巖溶洞穴，歷經1985年～1988年，1997年～1999年，2003年～2006年及2011年四個階段的考古挖掘后，在其左右兩側和后壁形成直立狀高陡巖壁和堆積層邊坡，最高處可達12.0 m。左右兩側邊坡主要由灰巖和鈣質膠結的灰巖角礫組成，巖體較為破碎，形成多處危巖體，尤以左側壁(南側)危險性較大，而右側壁相對較穩定。后壁由松散堆積層組成，夾有較大的滾石，受上部山坡下泄洪流的影響極易產生崩塌滑坡。

3.1.1 左側壁(南側)危巖體

左側壁危巖體是龍骨坡遺址考古挖掘點的南側壁，總體長度約20 m，自東向西沿地形向山體內呈臺階式逐漸增高，最低處為1.5 m，最高處可達11 m。系經多次考古挖掘而成，底部近于水平，邊坡呈直立狀或反傾狀。巖體除受近水平狀層間軟弱面的切割外，兩組卸荷裂隙極為發育，一組產狀為80°∠85°，另一組產狀為220°～230°∠60°～70°。卸荷裂隙大部分呈張開狀態，一般寬度在50 mm～300 mm之間，上寬下窄。而水平狀軟弱層面也多呈張開狀，寬3 mm～8 mm。在兩組裂隙與軟弱層面的共同作用下，在挖掘后的臨空面上形成大小不一的多處危巖體，岌岌可危。

外側危巖體:主要指南側壁的外側部分，由中厚層灰巖組成，巖體受水平層間軟弱面和兩組卸荷裂隙的切割后形成多處危巖體。

危巖塊1長約2.0 m，高約1.8 m，厚約1.0 m，危巖受反向裂隙的切割以張裂傾倒破壞為主，欠穩定。危巖塊2和塊3總長約2.5 m，高約2.0 m，厚約1.5 m。危巖體受與坡向斜交的一組卸荷裂隙的切割而產生錯動移位，裂隙張開寬度已達0.2 m，為新近所形成，極不穩定。而塊7坐落于最上部，由薄層狀灰巖組成，且受裂隙切割強烈，巖體極為破碎，多形成0.2 m～0.4 m的碎塊，以崩塌掉塊破壞為主，在地表流水及植物根劈的作用下，極易形成崩塌，穩定性差。

此處的危巖體呈上下疊置狀，底部危巖一旦失穩后，將使上部危巖形成整體崩塌。

里側危巖體:指南側壁的里側部分，是2011年～2012年間的主要挖掘現場。所形成的邊坡處于已坍塌洞穴邊部的裂隙帶上，巖體由鈣質膠結的巨大灰巖角礫組成，強度較低，且巖體中兩組卸荷裂隙極為發育，一組產狀為80°∠85°，基本與直立邊坡斜交。另一組產狀為220°～230°∠60°～70°，與邊坡反向。邊坡底部有一塊巨大的灰巖角礫因考古挖掘而使頂部沿斜交裂隙被拉斷，并沿反傾卸荷裂隙發生傾倒移動破壞，周邊開裂寬度已達0.3 m。從而使上部角礫成為懸空探頭狀危巖，隨時都有沿反傾裂隙墜落崩塌的危險，穩定性極差。由于存在巨大的風險，2012年的考古挖掘工作被迫終止。

3.1.2 右側壁(北側)危巖體

由原考古挖掘而形成，總體長度約26 m，自東向西沿地形向山體內呈臺階式逐漸增高，邊坡呈直立狀，由中厚層灰巖組成。最下部是一挖掘坑，垂直高度可達6 m，巖體穩定性較好。危巖主要分布在挖掘坑以上部分。

危巖共有三處，塊1位于最上部，底部由兩塊已與山體脫開的巖塊構成，坐落于角礫堆積層上，上部是零散的碎塊石，極不穩定。若進行考古挖掘時，將形成崩塌破壞。塊2與塊3緊鄰，中間由一條傾向330°～340°∠70°～80°的構造裂隙所切割，裂隙已開裂達50 mm～100 mm。同時，巖體中沿水平狀軟弱層面已開裂，背后被平行崖面的裂隙所切割，形成上下錯落疊置狀的危巖。其穩定性受最下部巖塊的影響。而塊3的最下部已呈碎裂狀崩塌破壞，使其上部構成懸空狀，一旦失穩后，將使塊3產生整體崩塌，進而影響上部巖體的穩定性。

3.2 危巖穩定性分析評價

3.2.1 穩定性評價方法、標準及相關參數的選擇

根據現場實地調查結果，遺址挖掘點及附近未見有大規模的崩塌、滑坡等地質災害隱患，所存在的危巖體多為立壁崖面或挖掘邊坡上厚度在1 m～3 m的薄層巖體部分，其規模較小，影響范圍有限，破壞性不大。從成因上分析，多為臨空面附近的巖體受平行崖面和與其近于正交的兩組垂直節理裂隙的切割后，沿軟弱層面拉裂而成。從破壞形式上看，多以碎裂崩塌、傾倒、墜落或脫落等破壞為主，少有滑動破壞。因此，穩定性評價采用以下三種方法:

1)對于完整性較差的以碎裂后崩塌破壞為主的危巖，根據危巖所處的部位，采用定性的方法進行評價，其評價標準是:穩定、穩定性差、穩定性極差。

2)對于懸挑狀或探頭狀凸出崖面的危巖體，一般情況下，當后壁上無明顯的切割裂隙時，因其抗拉強度較高(可達2 MPa以上)而視為整體穩定。當后壁有裂隙存在時按拉斷破壞進行計算。

3)對于四周均被裂隙切割的孤立狀危巖，當后壁為反傾裂隙時，且底部有一定支撐時，按傾倒破壞進行計算。當底部懸空時，按墜落破壞進行計算。

穩定性計算時，石灰巖的飽和容重取γ=26.0 kN/m3;軟弱層面的粘聚力取c=25 kPa。石灰巖之間的摩擦角取φ=25°。抗震設防烈度按7度，設計基本地震加速度值為0.1g。

計算時，按正常時(飽和自重);暴雨時(飽和自重+裂隙水壓力);地震時(飽和自重+地震力)三種工況考慮。其評價標準按表1執行。

表1 危巖穩定性評價標準表

3.2.2 穩定性計算

1)懸挑狀危巖的拉斷破壞。

以龍骨坡遺址點左上部內的一塊危巖體為例，計算簡圖如圖1所示，計算公式為:

正常工況時:

暴雨時:

地震時:

其中，Mk為抗傾覆力矩，kN·m;Mq為傾覆力矩，kN·m;C1為豎向裂隙的粘聚力，kPa;C2為水平向軟弱層面的粘聚力，kPa;h2為未完全開裂裂隙的高度，m;L為危巖體的平均計算長度，m;b1為危巖體底部軟弱層面的平均計算寬度，m;G為危巖體自重，kN;b2為危巖體自重作用點到轉動點的距離，m;Pw為充水裂隙的水壓力，kN;h3為水壓力作用點到轉動點的高度，m;Ph為水平向地震力，kN，取 Ph=0.1G;Pz為豎向地震力，kN，取 Pz=0.65Ph;h為危巖的平均高度，m。

2)傾倒式破壞。

以龍骨坡遺址挖掘點左側壁里側內的一塊危巖體為例，計算簡圖如圖2所示。