貴州鬃嶺鎮崩塌形成機理研究

申太奇 李嘉雨

摘 要：貴州省納雍鎮這幾年頻繁有崩塌發生，存在大量危巖體，成因機理類似。文章就小垛口崩塌，以點帶面對該區域危巖體形成機理進行研究。通過巖性組合、結構面交切關系的分析，確定小垛口崩塌為拉裂-傾倒型。

關鍵詞：崩塌；巖性組合；結構面

引言

納雍縣鬃嶺鎮位于貴州西北部，區域海拔一般在1500米到2100米之間。地貌多為溶蝕中低山、侵蝕等地貌。豐富的煤炭資源為當地經濟帶來了巨大的拉動力，煤炭開采大規模興起，大小規模的煤窯遍地都是，隨之而來的地質災害問題也越來越多。

區內出露面積最大的地層是二疊系和三疊系的地層，主要包括各種石灰巖和灰質泥巖、砂巖等，屬于堅硬和半堅硬巖組，常有滑坡和崩塌等發生。區域坡體較陡，整體呈現出上硬下軟的特征，良好的臨空面，較大的落差，在該種地質條件下極易孕育地質災害。而煤層開挖就在二疊系上統龍潭組地層中，人工開挖擾動更是加劇了地質災害的活動。

關于納雍縣鬃嶺鎮的地質災害研究很多，其中劉傳正[1]、吳彩燕等[2]、陳澤富等[3]對2004年鬃嶺鎮“12·3”大型崩塌災害的成因機理及穩定性進行了分析；牟勇忠[4]對納雍縣良子田煤礦地質災害現狀特征及其防治措施進行了分析；龔興祥等對納雍縣地質災害隱患的類型和成因進行了討論。眾多的研究成果說明了納雍崩塌地質災害的多發性和獨特性，所以文章針對納雍縣鬃嶺鎮小垛口崩塌的形成機理進行了研究。

1 研究區工程地質條件

小垛口崩塌位于納雍縣鬃嶺鎮東北側，中嶺崩塌和左家營崩塌之間，其西側為左家營崩塌，距離約1000m，東側為中嶺崩塌，距離約700m（圖1）。小垛口崩塌頂部高程為2207m，陡崖相對高差為157米。

1.1 地形地貌

小垛口崩塌所在坡體為方山的陡崖段，呈折線線性分布，頂部平緩，中部高陡，底部又趨于平緩，中部高陡部分自然坡度在80°左右。坡向為南北走向，東西兩側臨空，如圖2所示。

1.2 地層巖性

邊坡巖性具有多樣性，地形受地層巖性的影響較大，按照坡度及巖體強度的不同劃分為兩段，第一段為邊坡的頂部，巖性為三疊系下統飛仙關組的第二段（T1f2）灰巖，中風化-強風化，厚度約10米左右，巖層產狀為320°-335°∠10°-19°，發育兩組節理，第一組產狀為N80°E/SE∠85°-90°，橫切坡面；第二組產狀為N40°E/SE∠75°，與坡面小角度斜交。巖體結構完整性較差。

第二段為邊坡中部，巖性為三疊系下統飛仙關組的第三段（T1f1）砂泥巖，中風化-強風化，層面產狀為325°-349°∠15°-27°。發育兩組節理，第一組產狀300°-350°∠82°-85°，第二組產狀為170°-207°∠69°-89°。該段地形較陡，一般坡度大于40°，部分區域接近直立，為目前小垛口崩塌的主要發生區域。

綜合上述分析可知，小垛口邊坡屬于上硬下軟型層狀結構邊坡，開闊的臨空面以及上硬下軟型的邊坡結構都極易孕育崩塌災害，是小垛口邊坡失穩的重要原因。

1.3 水文地質條件

該區域位于貴州高原之北西部，屬于長江系上有烏江流域。由于調查區范圍內地表多呈陡坡狀，排泄條件良好，地表水系不發育。

區域地層巖性為碎屑巖、碳酸巖類，含有基巖裂隙水，地形切身較大的斜坡上部地帶，地下水補、逕、排交替快，賦存條件差，且各含水層之間聯系較差，對于礦床充水影響較小，水文地質條件簡單。

1.4 新構造運動及地震條件

研究區無大構造發育，根據中華人民共和國國家標準，查1：400 萬的《中國地震動反應譜特征周期區劃圖（GB18306-2001）》，該區域地震反應譜特征周期為0.35；查《中國地震動峰值加速度區劃圖（GB10306-2001）》，地震動峰值加速度g為0.05。根據地震動峰值加速度分區和地震基本烈度對照表，該區域地震基本烈度為Ⅵ度，區域穩定性良好。

2 崩塌破壞機制研究

小垛口崩塌所處的斜坡為陡傾巖質邊坡，結構面的交切組合關系對其影響很大，不同的組合方式將導致不同的破壞模式。各組結構面和坡頂裂縫的赤平投影如圖3所示。

通過現場測量裂縫走向及結構面組合赤平投影圖可知，主要有兩組方向裂縫，一組裂縫方向與坡面平行，另一組方向與坡面大角度斜交。這兩組裂縫的走向與灰巖發育的兩組節理走向基本一致。進而判斷得出：裂縫的發育受控于巖體節理的產狀。

2.1 崩塌的形成

崩塌的形成往往與地質構造、巖性以及人類工程活動息息相關。在沒有人為擾動的條件下，崩塌的形成往往需要孕育較長的時間。人類的工程活動加快了崩塌的形成過程。這里從兩方面分析小垛口崩塌的發育與形成。

（1）天然工況。小垛口崩塌上部主要有兩層巖層組成，上層為灰巖厚度約10m左右，下層為厚度約140米的砂泥巖。兩種巖體比較，灰巖的強度較高，不宜風化，下部砂泥巖強度相對灰巖強度較小，且容易在水的作用下軟化，強度降低，甚至泥化。砂泥巖的風化速度較灰巖快。往往容易形成巖腔。但是對于只有砂泥巖的條件下，往往不易形成垂直陡崖，一般易形成具有一定坡度的山體。在小垛口崩塌地帶，具有類似的地貌特征。下部砂泥巖形成具有一定坡度的陡坡，往往較難形成崩塌體，但是上覆硬質巖，風化速度小于下部砂泥巖，且巖體強度大于下部巖體，在差異風化的條件下，上部往往形成直立陡傾面。往往是崩塌的主要發育位置，例如：中嶺崩塌和左家營崩塌，上部硬質巖形成危巖體，在重力作用下剪斷下部強度較低的砂泥巖，從而失穩。對于天然工況下，崩塌發育主要受控于下部砂泥巖的風化速度，往往要經歷較長的地質歷史時期，在地貌特征上往往呈現出上陡下緩的特征。

（2）采礦與崩塌。研究區為采空區，陡崖下有兩個煤洞，以大角度向崖底采進，并在崩塌體下部以平行于坡面方向開采，共用四個采掘工作面，在前緣有三個采掘面，中后部一個采掘面；受采空區影響，山體前緣有較大的下坐空間，則會產生崩塌體整體向坡外傾倒變形。則坡體后緣拉應力集中，拉應力方向為向坡外方向。小垛口崩塌體的巖體發育一組接近平行于坡面的節理面，則拉應力基本垂直作用于節理面，節理面相對巖體其他方向是強度較弱面，則在拉力作用下，裂隙首先從節理面發育，形成后緣裂隙。小垛口崩塌體上部灰巖厚度不大，且在崩塌體中部及后緣，很難形成類似中嶺崩塌和左家營崩塌大規模的破壞，即：硬質巖形成危巖體，然后上部巖體在重力作用下剪破下部較軟巖。但上部可能發生規模較小的崩塌破壞。其破壞模式一般為傾倒破壞。

砂泥巖是小垛口崩塌的主要巖體，雖然具有一定的坡度，但是泥巖含砂質較多，具有一定的強度，形成的坡體坡度往往較大。在天然工況條件下往往難以形成崩塌體。但是小垛口崩塌的下部前緣有三條平行于坡面的礦洞，在中部有一條平行于坡面的礦洞，坡體前緣具有較大的下沉空間。而泥巖發育有兩組陡傾節理面，一組大角度斜交坡面，一組近平行于坡面。崩塌體外傾，則在坡體內由外及內產生拉應力分布，從而沿節理形成拉裂縫。當裂縫發育一定深度，在重力作用下剪破下部巖體，從而失穩。小垛口及東西側崩塌，具有類似特征。

2.2 崩塌的失穩模式

小垛口崩塌巖層層面以小角度內傾坡內。對于內傾巖層，一般易產生陡傾邊坡，形成陡峭斷崖，也是較易形成崩塌的地形條件之一。根據現場地質調查，崩塌體上部為厚層灰巖厚度約10米、下部為厚度約140米的砂泥巖和碳質頁巖，呈上硬下軟的特征；灰巖和砂泥巖都有兩組近豎直節理面發育的裂隙，對坡體切割、分離，為崩塌的形成提供脫離體（山體）的邊界條件。兩種巖體的節理產狀并不一致，但是走向方向以小角度相交，兩種巖體都有一組與坡體延伸方向相近的陡傾角構造面，且兩種巖體的第二組節理走向都以小角度與坡面走向相交。巖體的兩組節理的構造特征，有利于崩塌體后緣和側緣裂隙或沖溝的產生。小垛口崩塌在其兩側發育有兩條方向相交的沖溝，沖溝的發育與巖體節理有一定的關系，沖溝的存在使小垛口崩塌三面臨空。其下為采空區，陡崖下有兩個煤洞，以大角度向崖底采進，受采空區影響，崩塌體向坡外傾倒。崩塌體受采空區影響，其破壞模式是拉裂-傾倒型。

3 結束語

（1）該崩塌的變形破壞方式為拉裂-傾倒。邊坡屬于上硬下軟型層狀結構邊坡，開闊的臨空面以及上硬下軟型的邊坡結構都極易孕育崩塌災害，是小垛口崩塌形成的重要原因。（2）地下采礦的擾動對危巖的形成起到了決定性的影響，提供了上部巖體一個下挫變形的空間，加速了上部巖體拉裂縫的形成和擴展。（3）在頂部兩處大裂縫處安裝了拉繩式位移傳感器，實時監測頂部裂縫位移。

參考文獻

[1]劉傳正，郭強，陳紅旗.貴州省納雍縣巖腳寨危巖崩塌災害成因初步分析[J].中國地質災害與防治學報，2004（4）：123+144.

[2]吳彩燕，等.貴州省納雍縣鬃嶺鎮“12·3”大型崩塌災害分析[J].水土保持研究，2006（6）.

[3]陳澤富，孔紀名，王成華.貴州納雍崩塌式滑坡成災特征及其避災警示作用[J].中國地質災害與防治學報，2006（3）：32-35.

[4]牟勇忠.貴州省納雍縣良子田煤礦地質災害現狀特征及其防治措施[J].四川水泥，2014（7）：293-294.

作者簡介：申太奇（1990-），男，廣西人，碩士研究生，研究方向：地質災害監測與預警。