荔浦市巖質崩塌形成條件及失穩運動特征

張漓黎, 黃邦紹, 何 木, 李隆杰

(廣西壯族自治區桂林水文工程地質勘察院，廣西 桂林 541002)

0 前言

荔浦市位于廣西東北部，“山水甲天下”的桂林市南面，是“廣西旅游名縣”之一，擁有溶洞奇觀——銀子巖,“一洞穿九山、暗河漂十里”妙景——豐魚巖，桂林山水灣——荔江灣3個國家AAAA級景區。所謂“絕美的風景，多在奇險的山川”，占荔浦市面積21%的碳酸鹽巖區為世人奉獻了絕美的風景，但同時也存在很大的安全隱患。荔浦市碳酸鹽巖區巖質崩塌、危巖地質災害(含歷年災點)共計61處，占地質災害總數的20%，現存隱患威脅到人口1 487人的安全，威脅到財產2 640萬元的安全。銀子巖、豐魚巖、荔江灣景區內都曾發生過巖質崩塌并仍有危巖隱患存在。荔浦市歷年地質災害造成人員1人死亡，4人受傷，均因巖質崩塌所致。

本文根據野外實地調查情況，以荔浦市碳酸鹽巖區巖質崩塌、危巖為研究對象，總結其基本發育特征、巖體結構系統以及形成條件[1]，并以一處危巖體為例，用無人機進行三維掃描并分析。由于危巖的發展趨勢就是形成巖質崩塌，后文中一般用“巖質崩塌”統稱。

1 自然地理與地質環境

荔浦市地勢上處于四面環山，周高中低。純碳酸鹽巖區其地貌組合形態有構造溶蝕地貌——峰林谷地、峰叢洼地，為巖質崩塌地質災害發育的地段。侵蝕堆積地貌——河谷階地大部分為覆蓋型巖溶區，階地內偶有灰巖孤峰、峰叢矗立，局部形成孤峰平原、峰林平原等巖溶平原地貌，也有巖質崩塌發育。發育地層以泥盆系中上統中厚層-厚層灰巖、白云巖為主，巖溶中等-強烈發育，主要巖溶形態有巖溶洼地、落水洞、溶洞、地下河、伏流、巖溶地面塌陷等，溶洞規模較大，地下水豐富，巖溶垂向發育強烈，洼地、漏斗、落水洞等星羅棋布，地下水以管道流為主系明暗交替出現。大氣降雨補給強烈，地下水和地表水之間的轉化關系較迅速，地下水動態極不穩定。

荔浦市按構造單元屬南華準地臺桂中—桂東臺陷桂東北凹陷的海洋山斷褶帶，區內發育多條斷裂、褶皺。其中荔浦至平樂斷裂、新圩斷裂等壓性斷裂對巖體結構影響最大。受構造影響，調查區內巖石垂直節理裂隙十分發育，山體表面巖體完整性較差。

2 巖質崩塌發育特征

2.1 規模

調查區內共發育巖質崩塌61處，規模為0.045～9 600 m3，絕大多數在500 m3以下雖都屬小型，但體量懸殊(圖1a)。

圖1 巖質崩塌發育基本特征統計

2.2 發育高度

調查范圍內山頂標高182.4～426.72 m，地面標高113 m，相對高差70～313 m，巖質崩塌絕大多數發育在碳酸鹽巖區自然巖質斜坡山體中上部或靠近山頂的位置，發育高度較高，分布相對集中，多呈群體和面狀分布，絕大多數巖石崩塌處常存在大量的不穩定危巖體，在50～100 m范圍內最多，占比45.90%(圖1b)。

2.3 控制結構面特征

區內碳酸鹽巖地層主要發育有3組節理裂隙，即NE-SW，NW-SE，NNE-SSW，2組原生層面裂隙，主要傾向方向有NE、SEE、SE、SW和NW，主要傾角在50°以上，占67%，其中近垂直(70°～90°)的占46%。節理裂隙寬度最大達40 mm，最小1 mm。節理裂隙密度達0.3～4條/m，裂隙較平直，局部有泥質充填，部分裂隙面被紅褐色鐵氧化物或泥質渲染。受陡傾控制結構面影響，區內巖質崩塌以墜落式為主。

3 巖質崩塌形成條件

3.1 地形地貌

巖質崩塌發育最多的地貌區為侵蝕溶蝕峰叢洼地、峰林谷地地貌區(圖2a)，地貌特征以奇峰林立、石壁陡峭著稱。微地貌主要為山體陡坡和陡崖的中上部，大多數發育與坡度大于70°的斜坡上(圖2b)。坡面形態有凸形、凹形和平直形。其所處陡崖坡面往往有凸起的巖塊或裂面存在，形成塊狀、柱狀、楔狀、層狀、層疊狀、倒錐狀、三角狀、滾石狀、孤石狀、不規則狀、碎塊狀等狀的危巖體，以塊狀、柱狀、層狀、層疊狀、不規則狀為主。

圖2 地形地貌對巖質崩塌的影響

3.2 地層巖性

荔浦市巖質崩塌最發育的地層為泥盆系上統桂林組(D3g)，其發育密度及數量均遠超其他地層(圖3)。其巖性為灰白色中厚層塊狀灰巖、白云巖，巖溶發育程度強，溶蝕裂隙、溶溝(槽)、層間裂隙十分發育。由于其巖層厚度大，為剛性強的較硬巖，力學模型接近彈性體，受力易脆性形變，產生與巖層面貫通并相互切割的“T”或“X”形剪切結構面。另外，臨空面巖體在強烈卸荷作用下，產生新的卸荷裂隙或者原有結構面進一步擴展、擴張，最終貫通。山體在結構面的切割下，完整性受到破壞，形成塊裂狀結構。

圖3 荔浦市巖質崩塌與地層巖性關系

3.3 地質構造

荔浦市經歷多期構造發展階段，形成了境內錯綜復雜的構造格架，對構造附近巖體完整性影響極大。斷層樞紐附近節理(原生構造裂隙或次生構造節理)密度最多達為12條/m，翼部節理密度可達1～3條/m。伴生的次級斷裂及構造裂隙也發育，造成構造附近巖體嚴重破碎，易于形成危巖體。巖質崩塌與斷層、褶皺構造關系較為密切，均發育于距離構造行跡5 km以內地帶(表1)。

表1 荔浦市危巖地質災害與地質構造距離關系表

3.4 大氣降雨

巖質斜坡的破壞過程是變形積累的過程，降雨是巖質崩塌的重要外部誘發因素之一。降雨入滲使結構面間充填物或膠結物潤滑、膨脹，破壞巖體之間的力學聯結，使結構面加寬加深；雨水沖刷掏空危巖體底部的泥土、砂石，進一步使與母巖初步脫離接觸的危巖體失去支撐；在雷雨、爆破等振動動力因素觸發下，失穩崩落[2]。

荔浦市巖質崩塌與降雨關系密切，多發生在每年的5—7月份(圖4a)，數量占比50%(圖4b)；5—6月份是降雨量最多、暴雨次數最多的月份，與地質災害高發期吻合[3]。

圖4 荔浦市巖質崩塌與各月降雨關系(根據調查到確切日期的巖質崩塌統計)

3.5 生物作用(植物根系)

調查區內的巖溶石峰山體中，一般多生長有草叢、喬灌樹木，部分呈半裸露狀或全裸露狀。灰巖石峰邊坡，一般土體較少，植物(榕樹較常見)的根系多深入于巖石的裂縫中，通常長在石壁中而成為景觀樹；根系在樹木生長過程中不斷增大，裂隙也不斷變寬加大，最終導致巖塊與母巖分離形成危巖。

危巖形成后，植物根系繼續生長脹寬巖石裂縫，且樹木本身的重量不斷增加引起的對危巖體的荷載不斷增加，導致危巖體變形加劇，從而崩塌。

3.6 人為因素

荔浦市內人類工程活動主要有修路、建房、采石施工爆破等。區內部分地段原為采石場，因城鎮建設而廢棄。采石場和建設工程修路、建房開挖邊坡等施工多采用爆破的方法進行，爆破震動使山體中形成新的次生裂隙，同時使原有的裂隙變寬；且采石活動使山體自然邊坡的坡度變陡；有利于危巖體發展，不利于巖體平衡，從而產生崩塌。

3.7 地震

地震對巖質崩塌影響主要為：在地震構造力的直接破壞下巖體中結構面增多，巖體由整體狀變為塊裂、碎裂狀，破壞了巖體的原生結構，同時震動使巖體松動，使巖體對控制面的法相壓力減弱，增大了下滑；二是為巖質崩塌發生提供大量物源，即松動巖塊(危巖體)，在降雨作用下可演變成崩塌。

4 巖質崩塌失穩運動特征

荔浦市巖質崩塌失穩方式有墜落式、傾倒式和滑移式[4]3種，運動方式以墜落、傾倒-滾落和滑移-傾倒-滾落方式居多。區內墜落式48處，占78.69%；滑移式5處，占8.20%，傾倒式8處，占13.11%；墜落式遠多于其他兩類。

4.1 墜落式

區內墜落式巖質崩塌多從60°以上的陡崖上部或頂部起始，以較大初速度墜落至下方坡腳或斜坡后滾動、跳躍，直至速度為0[5]。巖塊崩落運動路徑中有一定概率發生與山體相撞，而導致崩塌巖塊碎裂成小塊并發生彈射，彈射方向有時發生大于90°的改變，并且彈射距離可達300 m以上或大于山體高度。

4.2 滑移式

區內滑移式崩塌多發生在坡面大于50°的陡坡，其軟弱結構面傾向與坡向順向，危巖體在重力作用下向臨空面滑移，當重心滑出斜坡后產生崩塌。危巖體的運動起始于下部，沿斜坡以較小的初速度翻滾而下，運動形式為滑移-傾倒-滾落，起始運動形式為滑移。

4.3 傾倒式

區內傾倒式崩塌多發生在山體懸崖位置，危巖體受垂直結構面控制與穩定母巖分離，受傾覆力矩作用，以危巖體下端為支點，從上端開始轉動性傾倒運動，巖塊沿斜坡滾落，初速度較小，運動距離較其他兩類短，運動形式為傾倒-滾落，起始運動形式為傾倒。

5 無人機三維掃描及分析實例

無人機傾斜攝影測量技術是以無人機為飛行平臺搭載傳感器設備，來獲取地面信息的遙感方式。利用無人機傾斜攝影測量采集得到的數據，可以建立全區全景三維模型及分區高精度三維模型，對于地質人員難以攀爬的高陡灰巖山體斜坡上進行的地災調查有極大的優勢[6]。荔浦市巖質崩塌、危巖調查中也運用了這一技術，下面以其中一處為例來闡述。

荔城鎮五里村木魚屯危巖(圖5)是構造溶蝕地貌單元典型危巖地質災害。該地貌單元山體坡度較陡，基巖裸露或覆蓋層很薄，建(構)筑物多為依山而建；巖溶發育程度中等-強烈，地下巖溶水水量中等-豐富；距離新圩斷裂小于1 km。危巖發育的灰巖山體基座相連，山頂高程410 m，山腳谷地標高160～180 m，高差240 m，山體成錐形，中上部陡崖，中下部斜坡40°～45°，坡向60°～80°。出露為泥盆系中統唐家灣組(D2t)中厚層灰巖，呈微風化，屬較硬巖，巖層產狀260°∠5°。根據結構面統計結果，該處主要發育：J1：160°∠65°，長度18 m，密度2.00條/m；J2：60°∠85°，長度5～30 m，密度0.20～0.50條/m。山體自山頂延伸到山體下部發育有一條小斷裂D1，產狀347°∠70°，斷裂面張開度0.3～1.0 m。其中J2與山體斜坡順向，為近直立陡傾結構面，在J1、層理面的共同作用下，巖體被切割成塊裂狀，形成了破壞形式為傾倒式的危巖①，崩落方向為70°。危巖②在此基礎上受小斷裂D1的切割，與近直立斜坡上母巖割裂，破壞形式也為傾倒式，崩落方向受斜坡坡度制約，為150°。

圖5 荔浦市木魚屯危巖無人機三維掃描影像

6 結論

通過對荔浦市境內61處巖質崩塌、危巖的調查研究，總結了其規模、發育高度、控制結構面等發育特征，分析了地形地貌、地層巖性、地質構造、大氣降雨、生物作用、人為因素、地震等形成條件，及墜落式、滑移式、傾倒式巖質崩塌失穩運動特征；最后，以一處危巖為例，采用無人機進行三維掃描并分析其形成原因及預測其失穩運動特征。