盂縣藏山祠周邊巖體工程地質(zhì)特征研究

范 瀟，閆宏彬，溫曉龍，齊彥明，黃 宇

（1.云岡石窟研究院，山西大同 037007；2.山西云岡文物保護修復(fù)有限責(zé)任公司，山西大同 037007；3.遼寧有色地質(zhì)一〇一隊有限責(zé)任公司，遼寧撫順 113006）

藏山祠坐落于太行山西麓、山西省東大門的陽泉市盂縣北18公里處，地理位置在北緯38°13′18.6″與東經(jīng)113°17′56.6″區(qū)域之間，海拔高度為1 087米，東臨石家莊，西接太原市，南望娘子關(guān)，北倚五臺山和西柏坡。藏山因春秋時期程嬰于此藏匿“趙氏孤兒”而得名[1]。藏山祠始建年代無以考證，據(jù)現(xiàn)存《神泉里藏山神廟記》碑載推斷，最晚為金大定十二年（1172）。2013年3月被列入第七批全國重點文物保護單位。

藏山祠周邊巖體以白云巖和石灰?guī)r為主，上方崖壁高差約80 米。由于該區(qū)域節(jié)理發(fā)育，與近水平層理交錯切割，形成大片的危巖區(qū)域，這些區(qū)域除了位于古建筑上方外，也是游客游覽的必經(jīng)之路，對古建筑本體和游客都是重大威脅，加之該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造作用強烈，一些危巖體的穩(wěn)定系數(shù)預(yù)估已經(jīng)接近臨界狀態(tài)，在藏山祠建筑群之間還有多處近期墜落形成的“夜來石”，個體較大，皆是上方危巖體崩塌墜落而來，也說明了藏山祠周邊的巖體穩(wěn)定性十分脆弱。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 地貌

本區(qū)處于太行山中部西麓，地勢總趨勢為西高東低，丘陵起伏，大部分為石質(zhì)和土石山區(qū)，經(jīng)長期水流切割，風(fēng)化剝蝕，使巖層裸露。藏山祠所處區(qū)域地勢平坦，周邊為群山環(huán)繞，高低落差極大，僅通過若干峽谷與周邊相通。

1.2 地層巖性

區(qū)域資料顯示[2]，藏山風(fēng)景區(qū)主要出露奧陶系地層，屬于呂梁山-太行山分區(qū)，由老到新依次發(fā)育奧陶系下統(tǒng)亮甲山組白云巖（O1l）（也有資料把亮甲山組劃為三山子組三段[3]）和奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組(O2x)。

經(jīng)過實地勘察結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，將研究區(qū)地層劃分為三個層位，巖性特征，見表1。藏山祠周邊以第①層白云巖為主，第②、③層位于其正上方。

表1 藏山祠周邊巖體巖性特征

2 藏山祠周邊巖體工程地質(zhì)特征

2.1 礦物組成及微觀形態(tài)

對藏山祠周邊巖石樣品薄片在偏光顯微鏡放大40倍觀察，其顯微照片，見圖1、圖2。巖性為粉晶、細晶含灰質(zhì)白云巖，呈晶粒結(jié)構(gòu)，晶粒大小0.01～0.05 mm不等，塊狀構(gòu)造。巖石主要礦物成分為白云石和方解石，兩者含量約占巖石的95%以上，其中白云石含量在75%以上，方解石多以填充物及脈狀分布，此外還含有約5%的粘土礦物和其他碎屑。

圖1 細晶含灰質(zhì)白云巖（放大倍數(shù)4×10）

圖2 粉晶含灰質(zhì)白云巖（放大倍數(shù)4×10）

2.2 物理性質(zhì)

按照GB/T23561《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測定方法》，采用萬能壓力機、電子天平和鼓風(fēng)干燥箱等設(shè)備對藏山祠周邊巖體3組巖石進行物理、水理和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)測試，實驗環(huán)境條件溫度22 ℃，濕度38%，測試結(jié)果，見表2。

表2 藏山祠周邊巖體物理、水理、力學(xué)測試結(jié)果

測試結(jié)果顯示，巖石天然密度在2.78～2.82 g/cm3之間，略大于白云巖經(jīng)驗數(shù)據(jù)2.1～2.7 g/cm3和石灰?guī)r經(jīng)驗數(shù)據(jù)1.8～2.6 g/cm3[4]，說明藏山祠周邊巖石較為致密，不易風(fēng)化，但因其主要成分為白云石和方解石，在酸雨條件下易發(fā)生溶蝕。

2.3 水理性質(zhì)

雖然藏山祠所在區(qū)域冬季氣溫在0℃上下波動，但其巖石含水率僅為0.04～0.08%，同時巖石屬于堅硬巖類，因而凍融作用對巖石強度的影響不大。

2.4 力學(xué)性質(zhì)

巖石天然抗壓強度為55.7～66.2 MPa，屬于硬質(zhì)巖，飽和抗壓強度為51.7～61.6 MPa，軟化系數(shù)0.93～0.94，浸水后強度變化不明顯，屬于不軟化巖石，抗水抗風(fēng)化性和抗凍性較強。

巖石抗拉強度3.39～4.33 MPa，內(nèi)摩擦角36.5～38.8°，粘聚力5.74～6.66 MPa，內(nèi)部結(jié)合程度較好。

3 藏山祠周邊巖體主要工程地質(zhì)問題

藏山祠周邊巖體主要存在的工程地質(zhì)問題是裂隙發(fā)育、溶蝕和崩塌，而巖石風(fēng)化對巖體的影響相對較輕。

3.1 巖體裂隙

藏山祠周邊巖體裂隙主要受層理和節(jié)理控制，風(fēng)化裂隙僅在水流聚集的地方發(fā)育。層理結(jié)合較緊密，產(chǎn)狀平緩，傾角在4～10°之間，僅在臨空區(qū)域裂開。巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要受節(jié)理影響，節(jié)理走向主要集中在340～20°和80～100°兩個區(qū)間內(nèi)，且以近SN 向為主，節(jié)理走向分布，見圖3。兩組節(jié)理近垂直，傾角均大于80°，導(dǎo)致巖體被切割成長柱狀，成為巖體發(fā)生崩塌的誘因。

圖3 藏山祠周邊巖體節(jié)理走向玫瑰花圖

3.2 溶蝕

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較發(fā)育，藏山祠東側(cè)八角亭處的“滴水巖”景觀，就是常年有地表水活動形成的，其水量受大氣降水影響，冬季水少時形成冰柱，該瀑布對周邊巖體不斷向內(nèi)溶蝕，并使上方巖石懸空。此外，由于區(qū)內(nèi)巖石均為石灰?guī)r和白云巖，因而溶洞十分發(fā)育，特別是在藏山祠上方的石灰?guī)r中，溶洞更是成片發(fā)育，位于藏山祠上方“拜水洞”景觀就是溶蝕作用形成的較大溶洞。裂隙的發(fā)育會加大溶蝕范圍從而削弱結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)，加速巖體崩塌。

3.3 危巖崩塌

藏山祠周邊巖體遭受過多期多向的構(gòu)造作用，層面、斷層、節(jié)理裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)面極其發(fā)育。由于崖壁巖體持續(xù)風(fēng)化崩解，在小型塊石風(fēng)化掉落的同時，形成的凹腔越來越大，上部巖體懸空區(qū)域也不斷增大，巖體處于持續(xù)卸荷狀態(tài)，卸荷裂隙有逐漸加寬的趨勢，加上較強烈的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造作用，危巖體的整體穩(wěn)定性也受到一定的影響。若任其進一步發(fā)展，在暴雨、地震等不良作用下，現(xiàn)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)的危巖體將有發(fā)生大規(guī)模的崩塌的風(fēng)險，對下方游客的人身安全和古建筑群的安全保存構(gòu)成直接威脅。

4 結(jié)論

藏山祠古建筑群周邊巖石類型主要為白云巖和石灰?guī)r，物理力學(xué)性質(zhì)較好，但巖體在早期強烈的構(gòu)造作用下，近垂直相交的陡立節(jié)理十分發(fā)育，巖體延節(jié)理面被切割成長柱狀，同時由于巖體長期暴露在自然界中，晚期自然界各種營力的綜合作用使原本構(gòu)造裂隙十分發(fā)育的巖體愈發(fā)破碎，危巖體極為發(fā)育。受自重作用，不斷發(fā)生墜落坍塌，由于上部巖體失去支撐作用，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不斷降低，巖體繼續(xù)發(fā)生卸荷變形，一些危巖體的應(yīng)力集中部位已發(fā)生明顯開裂，如果發(fā)生崩塌或傾倒，落下的較大危巖會對下方的古建筑群會造成毀滅性的打擊，同時威脅游客的人身安全，亟需對危巖進行加固治理。