四川省樂山市銅鼓危巖帶危險性分析

蔡向陽,謝 偉

(1.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610052;2.四川省冶金地質勘查局六〇四大隊，四川 成都 628000)

0 前 言

在我國西南紅層地區可見有軟硬巖互層坡體，由于明顯的差異風化作用形成凹巖腔，導致上部硬巖產生拉裂并逐漸貫通，巖體節理裂隙發育，多形成崩塌落石。2017年6月24日，四川省茂縣突發山體高位崩塌災害，造成60余戶120余人被掩埋[1]。隨著我國山區城鎮脫貧攻堅工作的持續推進等人類工程活動將誘發越來越多的崩塌災害，因此危險性評價對地方防災減災尤為緊迫。唐紅梅等[2-4]對危巖的穩定性計算及危險性評價做了相應的研究。許強等[5]在危巖失穩概率和落石運動軌跡分析的基礎上對危巖單體的風險評價方法做了系統的研究。韓振華等[6]以單體崩塌實例從威脅范圍和年發生概率等方面對該崩塌進行了量化評價。何虎軍等[7]基于未確知測度方法選取了15個評價因子，建立評價模型對崩塌危險性進行判別。高買燕等[8]使用集對-層次耦合法崩塌危險性進行了分級評價。盡管在研究人員的不斷努力下，取得了風險評價的一些進展，但由于崩塌自身運動的復雜性、邊界條件多樣性，評價結果仍然具有一定局限性。銅鼓危巖帶歷史上曾發生過數次崩塌災害，野外調查發現其物源區分布著大量典型危巖體，有較為明顯的物源區和堆積物，結合歷史崩落堆積區域采用理論計算的方法確定潛在崩落范圍，為危險性提供可靠的依據。沿S103線從沐川縣利店鎮到馬邊縣勞動鄉這一區域內，受馬邊河強烈的切割侵蝕加之活躍的第四紀運動，導致其發育了大量的危巖帶，部分已形成崩塌并造成財產損失與人員傷亡。銅鼓危巖帶有較大的落差，變形破壞明顯，臨近崩塌，威脅近150人的生命財產安全，很具有代表性，因而選擇其進行危險性分析。

1 銅鼓危巖帶概況

銅鼓危巖帶地理位置E103.587364，N28.961117，為川南地震活動較為活躍的地區，地質背景復雜，具有強烈的第四紀活動性。同時受到馬邊斷層的控制，位于馬邊向斜軸部，為南北向，切斷白堊系地層，斷面傾向南，走向東西，傾角50°，擠壓破碎很窄，為剪切性質的斷層，控制著銅鼓危巖帶的一組陡傾節理22°∠78°。

銅鼓危巖帶在地貌上屬于中低山河谷地貌，位于馬邊河右岸，受到馬邊河強烈的侵蝕切割作用。地勢上整體為南高北低，最高海拔約為1 180 m，最低海拔約為465 m。該崩塌堆積區前緣相對較緩，是居民的主要聚集區，物源區位于斜坡后部陡崖，與堆積區高差近550 m，坡度約86°，局部近直立。

目前該危巖帶主要威脅裕坪村3組居民共35戶146人，主要的人類活動為耕種及房屋、水渠等基礎設施。坡體中部道路為裕坪村通往外界的唯一道路，正好從崩塌潛在堆積區穿過。

銅鼓危巖帶于2004、2008、2010、2015、2017年發生過數次崩塌，所幸均未造成太大損失。現場調查結果表明，在村民聚集地附近可見較多大粒徑塊石，造成了不同程度的損失，有時甚至威脅到當地村民的生命財產安全。

2 銅鼓危巖帶特征分析

崩塌物源區巖性為白堊系下統窩頭山組(K1w)淺灰色中厚層細粒長石石英砂巖夾紫紅色薄層泥巖，屬于典型的紅層，其出露面積較大，地層產狀228°∠9°，巖體節理裂隙，間距變化大，延伸貫通較長、節理面較為平直，主要發育兩組陡傾節理L1:22°∠78°,L2:92°∠82°。赤平投影分析如圖1所示。

圖1 銅鼓危巖帶赤平投影圖

由圖1可知，層面和L1的交線位于坡面大圓外，表面這兩組結構面交線的傾角比坡面的傾角緩；層面和L2的交線位于坡面大圓內，表面這兩組結構面交線的傾角比坡面的傾角陡；在層面、L1和L2的共同作用下將巖體切割為楔形體，屬于不穩定狀態，在降雨、地震作用下極易發生崩塌。

銅鼓危巖帶崖壁長730～780 m，危巖體遍布崖壁及其下部，分布高程1 120～1 060 m，相對高差45～60 m，走向335°～0°，厚度約2～8 m，主崩方向約為348°，初步估計崩塌體規模約為2×104m3，為中型崩塌。在調查中發現物源區為巨厚層石英砂巖夾厚約5 cm的泥巖，在差異風化的作用下，形成較多的凹巖腔，多呈懸臂式，同時巖體中發育兩組陡傾節理，與巖層層面組合切割作用下，形成了以兩個凹巖腔、一組陡傾節理為邊界的三級危巖帶，總長約58 m，寬約46 m，厚約6 m；危巖帶裂隙已發育貫通，上部呈鋸齒狀，最寬者可達60 cm,下部裂隙呈平直形態，寬者約20 cm。物源區出露較大面積的危巖體，且臨空面較陡、面廣，穩定性較差。物源區距離居民點高差近550 m，一旦滾落落石，后果不堪設想。由于落石自身運動的復雜性，會經歷下落、跳躍、滾動、滑動等形式中的一種或幾種復合沿坡面向下快速運動。

3 銅鼓危巖帶危險性分析

3.1 發生機理

高陡邊坡的變形或破壞取決于巖體的結構特點，起決定作用的是軟弱結構面的特征、強度及其相互之間的組合與力的關系[4]，是其巖層組合、地貌特征、地震及水作用下等因素耦合的結果。根據陳洪凱等對[4，10-11]危巖的分類，結合銅鼓危巖帶的實際孕育環境，分析認為銅鼓危巖帶屬于墜落式危巖。銅鼓危巖帶地層巖性為白堊系窩頭山組(K1w)的淺灰色中厚層細粒長石石英砂巖夾泥巖，可見軟弱結構面，長石等礦物或可溶鹽容易被水溶蝕形成粒間孔隙，降低其強度，雨水不斷入滲直接影響著斜坡的穩定性；同時抗風化能力較強的厚層砂巖往往形成陡坎或陡崖，泥巖與砂巖結合部位往往是剪應力高度集中的部位，在風化作用或人工擾動等外界影響因素下，引起巖體應力釋放促使巖體發生卸荷作用，在較硬巖層中發育卸荷裂隙，在外部應力作用下逐漸擴展，加之下部軟弱泥巖風化形成的凹巖腔使得巖體呈懸空狀態，加速巖體變形，使上部砂巖形成危巖，在長期重力作用下，節理逐漸擴展一旦拉應力超過連接處巖石的抗拉強度，即產生崩塌，接著又出現新的臨空面，產生新的貫通卸荷裂隙，在內外因素作用下可能再次發生崩塌，如此周而復始造成累進式破壞[12-13]。

3.2 半定量危險性評價

本文擬采用文獻[13]提出的一套針對公路崩塌落石風險評估準則，考慮地形特征、氣象水文、危巖特征、人類活動、崩塌歷史等因子對公路崩塌落石風險進行操作簡便的危險性評價，在此基礎上結合銅鼓危巖帶實際孕育環境對參考因子進行了調整，以期得到較為合理的半定量評價結果。依據落石災害特征及相應影響因素條件,對各項影響因素進行定量分值評價見表1。

表1 落石到達威脅區域可能性影響因子量化評分[13]

落石到達威脅對象區域可能性因子為IP，則其可按下式計算出:

式中，IPi為第i個影響因子量化評分值；n為影響因子個數。求出IP值后，將其轉換成危巖發生崩落災害的經驗概率(P)，與危巖穩定性系數對應，具體見表2。

表2 落石到達威脅區域可能性概率[13]

按照上述方法，得到銅鼓危巖帶IP=(27+9+27+9+9+27+9+9+3+9+9)/11=13.3，按內插法計算可得P=0.92，表明其處于欠穩定狀態，具有較大的危險性。

4 結 論

1)銅鼓危巖帶歷史上曾多次發生崩塌現象，巖性為白堊系窩口山組(K1w)石英砂巖夾泥巖；從為危巖類型來看，其屬于墜落式危巖。危巖帶所處地形高陡，且陡傾節理22°∠78°為其主控結構面與層面共同作用切割并破碎巖體。

2)銅鼓危巖帶多于每年雨季出現崩落現象，通過赤平投影分析可以發現有不利結構面，結合半定量的危險性評價認為銅鼓危巖帶處于不穩定狀態，在暴雨和地震作用下極易發生崩塌。

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