天門(mén)山景區(qū)危巖體地質(zhì)特征及崩塌模式研究

林偉雄

(福建省工程顧問(wèn)有限公司 福建福州 350100)

0 引言

危巖體的形成和穩(wěn)定性評(píng)判過(guò)程較為復(fù)雜，因?yàn)樯婕耙蛩剌^多，影響因素的多元組合導(dǎo)致崩塌形態(tài)各異、模式不同。近幾年盛行山地旅游開(kāi)發(fā)，然而與之并存的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，使得開(kāi)發(fā)過(guò)程中危險(xiǎn)性增大，經(jīng)濟(jì)投入加大[1-3]。對(duì)于危巖體的穩(wěn)定性和變形破壞模式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均做了大量的研究[4-8]，但危巖體所處地質(zhì)條件千變?nèi)f化，破壞模式模糊難分。基此，本文以天門(mén)山景區(qū)危巖體為工程背景，研究該危巖體地質(zhì)特征及變形破壞模式，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性做出初步評(píng)價(jià)，為后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害治理工程提供必要的巖土工程勘察資料。

1 工程概況

研究區(qū)位于永泰縣葛嶺鎮(zhèn)溪洋村，距離天門(mén)山景區(qū)大門(mén)約500m，場(chǎng)地崩塌區(qū)域地形地貌如圖1所示。擬建福州市黨政領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)人防疏散基地，位于天門(mén)山景區(qū)農(nóng)業(yè)觀光園內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及周邊原居住村民了解的情況，研究區(qū)場(chǎng)地存在的主要災(zāi)害類(lèi)型，有崩塌、滑坡和泥石流。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查到崩塌體均較為破碎，堆積體體積約40×104 m3，且多分布在村道下游及坡面植被樹(shù)叢中，規(guī)模小至直徑約6cm碎石，大至1m3的塊體。崩塌災(zāi)害，一方面主要受場(chǎng)地村道開(kāi)挖卸荷作用裂隙張開(kāi)并切割巖體；另一方面受坡面植被根系發(fā)育，在巖石裂隙中生長(zhǎng)，使得巖石裂隙張開(kāi)并不斷發(fā)育。現(xiàn)場(chǎng)崩塌災(zāi)害的潛在危險(xiǎn)區(qū)面積約1.3×104m2以上，在暴雨和地震作用下極易再次發(fā)生崩塌，產(chǎn)生滾石，對(duì)村道、下游擬建人防疏散基地和景區(qū)進(jìn)出場(chǎng)道路產(chǎn)生威脅。

圖1 研究區(qū)地形地貌圖

2 危巖體地質(zhì)特征分析

2.1 地質(zhì)條件特征

研究區(qū)場(chǎng)地地貌單元為剝蝕殘山地貌單元，場(chǎng)地內(nèi)覆蓋層主要為第四系不同成因類(lèi)型的巖土層，成因類(lèi)型分別屬于人工堆填、洪積、坡殘積等，其基底基巖主要為不同風(fēng)化程度的凝灰熔巖。場(chǎng)地所分布的地層，主要為(含泥)碎石、粉質(zhì)粘土以及不同風(fēng)化程度的凝灰熔巖。該場(chǎng)地的地下水類(lèi)型，主要為賦存于(含泥)碎石中的上層滯水；下部凝灰熔巖及其風(fēng)化帶中的風(fēng)化孔隙-裂隙水。

2.2 危巖體地質(zhì)特征

危巖體WY-01，位于擬建人防工程影響范圍上方，該區(qū)域危巖體由3組裂隙切割形成，分別為L(zhǎng)X01～03，距離地面約3.2 m。其中LX01產(chǎn)狀315°∠34°；LX02產(chǎn)狀為280°∠54°，LX03產(chǎn)狀為175°∠70°。由于該巖體位于兩個(gè)坡面交界處，因此坡面傾向和傾角分別為268°∠84°和148°∠85°。裂隙張開(kāi)度10mm～20 mm，裂隙已貫通，裂面粗糙，無(wú)充填物，造成該巖體切割規(guī)模為2.5m×2m×3m。

該危巖體下部臨空面呈現(xiàn)出較多的未貫通節(jié)理裂隙，主要有2條：節(jié)理裂隙JL-01呈現(xiàn)順層結(jié)構(gòu)，上部臨空面已貫通，下部未貫通，產(chǎn)狀為255°∠61°；節(jié)理裂隙JL-02，呈現(xiàn)反傾結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀為66°∠88°，切割巖體，未出現(xiàn)貫通和錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 危巖體WY-01

巖體WY-02下部巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，頂部部分巖體懸挑。節(jié)理組JL-04近乎垂直現(xiàn)有道路，呈層狀，厚度約40cm，產(chǎn)狀為240°∠89°，張開(kāi)度0～3mm，裂面粗糙，局部貫通，貫通處內(nèi)部有土體填充。節(jié)理組JL-05呈平面，有坡面走向，張開(kāi)度1mm～5mm，裂面較光滑，局部貫通，節(jié)理內(nèi)填充土體,產(chǎn)狀為246°∠88°，如圖3所示。

圖3 危巖體WY-02

危巖體WY-03下部巖體破碎，三組節(jié)理裂隙發(fā)育，頂部部分為松散堆積體。節(jié)理組JL-07近乎垂直于路面，且坡面處于臨空狀態(tài)，產(chǎn)狀為250°∠86°，張開(kāi)度0mm；JL-08順層平行于潛在滑動(dòng)方向，切割巖體厚度約0.5m，產(chǎn)狀為250°∠30°。該部分巖體導(dǎo)致土體局部處于懸空狀態(tài)，極易失穩(wěn)破壞；JL-09近乎垂直于路面，但分布較少，產(chǎn)狀為250°∠86°節(jié)理組，如圖4所示。

圖4 危巖體WY-03

WY-04高約141m，寬46m，切割厚度約22m，傾向約270°，后緣切割面傾角約80°，橫向切割和后緣開(kāi)裂深度、填充物情況由于未能進(jìn)行實(shí)地踏勘，未獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

WY-05高約130m，寬98m，切割厚度約48m，傾向約165°，后緣切割面傾角約70°～80°；WY-05高約130m，寬98m，切割厚度約48m，傾向約165°，后緣切割面傾角約70°～80°。

WY-04和WY-05橫向切割和后緣開(kāi)裂深度、填充物情況，均由于位置較高、坡面陡直，因此未能進(jìn)行實(shí)地踏勘未獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 危巖體WY-04、WY-05

2.3 危巖體穩(wěn)定性定性分析

場(chǎng)地內(nèi)主要有5個(gè)危巖體，危巖體WY-01受3組節(jié)理裂隙切割，已完全貫通，現(xiàn)無(wú)填充物，規(guī)模較小，約15 m3，根據(jù)赤平極射投影分析危巖體的穩(wěn)定性，計(jì)算的安全系數(shù)為-1.506。因安全系數(shù)不存在負(fù)值概念，從定性分析角度出發(fā)，判定該危巖體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能沿C方向滑動(dòng)，如圖6所示。

圖6 危巖體WY-01赤平投影圖

危巖體WY-02節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，屬于道路開(kāi)挖后卸荷作用產(chǎn)生的危巖災(zāi)害，部分處于懸挑狀態(tài)，體積約3.6 m3，另有小塊碎石鑲嵌其中，隨著風(fēng)化、卸荷作用，巖體切割巖體形成小的巖塊會(huì)不斷崩落。危巖體WY-03中三組節(jié)理裂隙發(fā)育，頂部部分為松散堆積體，局部懸挑，存在臨空方向的結(jié)構(gòu)面，以及豎向切割節(jié)理，由于道路開(kāi)挖卸荷以及風(fēng)化作用，節(jié)理裂隙不斷發(fā)育，裂隙間鈣質(zhì)填充，現(xiàn)狀較穩(wěn)定，但存在進(jìn)一步風(fēng)化和人類(lèi)影響下發(fā)生滑移破壞的可能。

危巖體WY-04與福州市黨政機(jī)關(guān)疏散基地水平距離約540 m，高程差約240 m，處于近乎直立裸露狀態(tài)。根據(jù)赤平極射投影分析危巖體的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示該危巖體處于穩(wěn)定狀態(tài),穩(wěn)定性系數(shù)為1.52，但在今后可能產(chǎn)生崩塌災(zāi)害，如圖7所示。

圖7 危巖體WY-04赤平投影圖

危巖體WY-05與福州市黨政機(jī)關(guān)疏散基地水平距離約560 m，高程差約360 m，兩側(cè)通過(guò)無(wú)人機(jī)觀察存在裂縫，巖體成層狀，根據(jù)下部危巖體及節(jié)理分布情況推測(cè)，存在沿順坡向?qū)訝罟?jié)理裂隙。根據(jù)赤平極射投影分析危巖體的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示該危巖體處于穩(wěn)定狀態(tài),但在今后可能產(chǎn)生崩塌災(zāi)害。

3 危巖體變形崩塌模式分析

根據(jù)危巖體現(xiàn)狀、空間幾何特征、結(jié)構(gòu)面幾何特征分析結(jié)果可知，研究區(qū)危巖體整體受節(jié)理裂隙控制，臨空面陡直且受裂隙切割形成危巖體，甚至形成懸挑危巖體。以WY-01～WY-03為例，對(duì)研究區(qū)崩塌模式進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要崩塌模式為墜落式、滑移式、傾倒式以及楔形體式。

根據(jù)研究區(qū)所處的地質(zhì)環(huán)境分析，危巖體的形成包括內(nèi)部條件和外部條件兩類(lèi)，內(nèi)部條件包括地形地貌、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、高陡臨空面；外部條件包括降雨、風(fēng)化、人類(lèi)活動(dòng)等。

WY-01危巖體存在傾向臨空面的結(jié)構(gòu)面，3組結(jié)構(gòu)面已完全貫通，且結(jié)構(gòu)面無(wú)填充，坡度較大，危巖體表現(xiàn)為明顯的前緣陡坡、后緣陡坎，因此可理解為主要受地形地貌和高陡臨空面影響，受剪切力作用，可能產(chǎn)生滑移、傾倒破壞形式。由于同時(shí)受兩組結(jié)構(gòu)面控制，因此也存在極大可能性發(fā)生楔形體破壞，如圖8所示。

圖8 WY-01危巖體崩塌模式圖

WY-02危巖體節(jié)理裂隙更為發(fā)育，巖體破碎程度大，且局部懸挑，出露巖性厚層塊狀堅(jiān)硬巖石，形成較陡峻的邊坡，由于構(gòu)造節(jié)理和卸荷裂隙發(fā)育，且前緣存在高陡臨空面，在重力作用下，被卸荷裂隙及層面、構(gòu)造裂隙切割貫通，極易形成墜落式和滑移式崩塌，如圖9所示。

圖9 WY-02危巖體崩塌模式圖

WY-03危巖體發(fā)育有3組節(jié)理裂隙，節(jié)理裂隙的多元組合構(gòu)成不同類(lèi)型的巖體結(jié)構(gòu)，軟弱結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度控制巖體強(qiáng)度，因此傾向臨空面的軟弱結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度，延伸長(zhǎng)度以及結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，是控制邊坡產(chǎn)生崩塌的重要因素。該危巖體坡頂為松散堆積體，可考慮人類(lèi)工程活動(dòng)的影響，以及在降雨及長(zhǎng)期風(fēng)化、地震等因素下，可能產(chǎn)生傾倒式和滑移式崩塌，如圖10所示。

圖10 WY-03危巖體崩塌模式圖

WY-04、WY-05危巖體位于高陡巖坡上，通過(guò)無(wú)人機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)兩側(cè)存在裂縫，處于近乎直立裸露狀態(tài)，周邊植被發(fā)育，裂隙中有泥土填充，推測(cè)降雨是該坡體變形發(fā)展主要因素。該區(qū)域夏季暴雨發(fā)生頻繁,雨季的暴雨及持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的降雨滲入坡體，降雨沿巖石中的裂隙入滲，軟化裂隙結(jié)構(gòu)面，同時(shí)在裂隙中形成孔隙水壓力，導(dǎo)致坡體重力加大，固結(jié)力減少，加劇巖石的變形和破壞。在地震等外界影響下，極易發(fā)生傾倒、墜落式崩塌。

4 結(jié)論

以天門(mén)山景區(qū)危巖體為工程背景，對(duì)危巖體的穩(wěn)定性、崩塌模式進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)危巖體分布零散，規(guī)模不大，但多數(shù)危巖體已處于崩塌的臨界狀態(tài)，對(duì)于擬建人防疏散基地和天門(mén)山景區(qū)均存在潛在危害；

(2)研究區(qū)危巖體在內(nèi)部因素和外部因素影響下，存在墜落式、傾倒式、滑移式和楔形體破壞4種主要潛在崩塌模式；

(3)研究區(qū)應(yīng)健全完善地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，后期景點(diǎn)開(kāi)發(fā)和其他擬建工程應(yīng)盡量避開(kāi)危巖災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，或?qū)ξr體采取及時(shí)的工程措施，以確保景區(qū)和擬建工程的安全。