赤水市官渡镇立树天崩塌发育特征及其稳定性评价

尤英锋，张洪，冷洋洋

(1.贵州省地质环境监测院，贵阳 550081；2.贵州地环工程有限公司，贵阳 550081)

1 引言

赤水市官渡镇地处贵州高原北部向四川盆地过渡地带，山系为大娄山脉尾部余脉的延伸。区域内地势切割深，山高坡陡，全部为碎屑岩地层，地质环境条件较差，在自然因素和人类工程活动的影响下，导致地质灾害发育强烈。本文主要以官渡镇立树天崩塌为例，研究其灾害的特征及其危岩体的稳定性并对其进行浅分析，为该区域的地质灾害防治及监测提供科学依据。

2 区域地质背景

官渡镇区域属于侵蚀低中山峡谷地貌，主要为丘峰峡谷地貌，溪沟密度大，河谷深切，岸坡地形坡度陡峭，砂岩节理发育，是崩塌多发地带。官渡镇降水量丰富，雨季开始较早， 持续时间较长，为地质灾害的发育提供了有利的条件。

3 崩塌发育特征

3.1 斜坡地形地貌特征

立树天崩塌位于习水河支流之一长嵌沟右岸的两斜坡单元的中间地带，三维空间形态呈“U”型。该斜坡单元体坡脚即长嵌沟右岸，呈300°延伸，标高约330 m，长嵌沟在坡角处流向由325°转变为245°，形成凸岸。从宏观地形上看(图1)，崩塌斜坡地带相对两侧呈后退趋势，推测该地形是由于凸岸处河流对坡脚基岩侧蚀，造成斜坡夷平过程加快而形成。根据现场调查(图2)，斜坡坡面形态呈阶型，堆积厚度2～3 m，体积约3×104m3；同时调查危岩体总体积约2.5×104m3，总体为中型倾倒式崩塌。

1.河流；2.公路；3.等高线；4.崩塌范围；5.崩塌威胁范围；6.房屋建筑；7.湖泊图1 立树天崩塌及其外围地形-地貌图

图2 立树天崩塌实景图

根据立树天崩塌区域的坡顶和坡脚高程分别是470 m和288 m。斜坡坡度一般约15°～25°，局部30°～35°。在斜坡中部和上部分别存在两处陡崖，为崩塌危岩体的主要赋存环境，由此从坡脚到坡顶，立树天崩塌剖面可以明显地分为上部斜坡和上部陡崖、下部斜坡和下部陡崖4大部分。

下部斜坡坡面变化较大。靠近右岸处斜坡坡度为10°左右，该处修建水塘与广场，整体面积约1.1 km2，较为平缓；广场后缘坡度逐渐变大，约25°左右。下部斜坡植被不发育，主要覆盖层为人工耕植土，一直延伸到陡崖下部，并有零散居民居住，为该崩塌体的主要承灾对象。

下部陡崖贯穿整个斜坡，大体延伸方向为45°～85°～135°，中间有未出露部分，不连续分布。陡崖地层发育于上侏罗系蓬莱镇组，分布高程350 m，危岩体主体为灰绿色块状砂岩及粉砂质泥岩，产状为300°～310°∠5°～10°，陡崖岩石近乎直立，倾角为85°左右。陡崖的整体高度达5 m左右，与下部斜坡呈突变接触，剖面上形成第一级台阶。

上部斜坡坡面变化不大。在下部陡崖的高程上继续向上延伸，整体坡度约30°，分布高程360～450 m。该处上覆地层为第四系的崩坡积层，植被多为竹林，人为开垦痕迹较小。

上部陡崖同样贯穿整个斜坡，延伸方向80°左右，东西两侧陡崖延伸方向突变，均向南东方向变化，推测这两处变化与地形有关，两侧地形均由山谷变为山脊。陡崖地层发育于上侏罗系蓬莱镇组，分布高程450 m，岩性主要为灰绿色块状砂岩，产状为300°～310°∠5°～10°，陡崖岩石直立，倾角为85°左右。陡崖的整体高度达5～10 m不等，下部与通组公路接触，在剖面上形成第二级台阶。

3.2 崩塌堆积体特征

整个坡面上分布不同尺度的块石，但总体上看，从坡顶到坡脚，块石分布密度有逐渐增大的趋势。从局部上来看，块石较多集中在陡崖附近斜坡上部(图3)，且下部斜坡比上部斜坡要密集(图4)。这种分布特征与从坡脚到坡顶坡度越来越大的地形有关，崩落下来的块石较容易在平缓地带堆积。

图3 斜坡上部块石堆积区

图4 斜坡下部块石堆积区

块石岩性主要为灰绿色砂岩。通过现场调查，块石岩性与附近区域内陡崖岩体岩性一致，可以进一步证明堆积块石主要来源于两处陡崖，为陡崖岩体崩落后堆积于此。

从风化程度上来看，砂岩块石整体风化程度不高。与一般坡积物相比，坡积块石的尺度明显偏大，缺少风化土，这说明堆积块石受风化时间较短，崖崩(包括构成主斜坡的岩层)的变形历史相对简单。下部斜坡上的部分块石风化程度高，棱角磨圆度较好，块石埋藏深度较小，坡面存在有稳定性较差、随时可能再次滚落，直接威胁着坡下建筑的安全。如图5、图6所示，块石的底部稳定性都很差，在自身重力或其他外力作用下，容易崩落。

图5 下部斜坡孤石

图6 下部陡崖危岩

对主斜坡范围内坡积块石的现场测量及统计分析表明，块石的最大、最小及平均等效粒径分别为8 m、0.5 m和1 m，粒径在1 m之间的占 60%。从形状上看，不规则近似等轴状、板状及块状是其主要形态类型，此外还有长条状及其他不规则块状(图7)。围限块石的破裂面(结构面)数量一般大于3，其中一些可能是块体失稳边界，而另一些则可能是既有隐性裂纹(裂隙)在崩落过程中转变为显性破裂的。

图7 立树天崩塌块石粒径测量图

3.3 危岩体特征

(1) 与主斜坡的接触关系。陡崖与主斜坡之间在地形上呈突变接触，宏观表现为近直立陡崖坐落于相对较缓的以泥岩与砂岩互层的斜坡之上。

(2) 在延伸方向上，陡崖岩性主要由厚层砂岩组成，其下部为薄层粉砂质泥岩或泥岩。陡崖砂岩质地坚硬，最常见的构造形式是块状层理，陡崖砂岩中的斜层理也较为发育。

(3) 泥岩空腔与陡崖悬空。当陡崖直接与泥岩主斜坡接触时，泥岩凹进深度多在数十厘米范围内，个别地段达到1 m，空腔高度也多在数十厘米，最高可达数米，形成“天棚”(图8)。沿着走向的最大空腔延伸一般在5 m 以内，当陡崖底部夹有薄层泥岩时，这些泥岩大多都会形成0.5 m深的空腔。等效直径数厘米的泥岩块体之间界限清晰，形成碎裂镶嵌结构，这为今后的危岩加固提供了较为有利条件。

图8 陡崖悬空形成“天棚”

现场测量共记录8处危岩体，其剖面特征如下图9所示。

图9 危岩特征剖面图

Ⅰ、Ⅳ与Ⅷ号危岩稳定主要受外倾裂隙及底部顺层节理贯通程度控制，Ⅲ号危岩稳定主要受外倾裂隙贯通程度控制，Ⅴ、Ⅵ与Ⅶ号危岩稳定主要受外倾裂隙及底部空腔贯通程度控制，目前8处危岩稳定性均较差。

4 崩塌危岩体稳定性评价

4.1 危岩稳定性评价

4.1.1 计算参数及工况

(1) 计算参数

危岩体天然重度γ1=25.6 kN/m3；

危岩体暴雨重度γ2=26.0 kN/m3；

天然状态下结构面内摩擦角标准值φ1=23.5°；结构面内聚力标准值c1=90 kPa；

暴雨状态下结构面内摩擦角标准值φ2=22°；结构面内聚力标准值c2=85 kPa；

抗拉强度标准值f1k=268 kPa，弹性模量标准值E=1.02×104MPa，泊松比标准值0.35。

(2) 计算工况

共取3种工况进行计算分析：①天然状态(自重+裂隙水压力，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/5～1/2)；②暴雨状态(饱和自重+ 裂隙水压，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3)；③地震状态(自重+裂隙水压力+地震力, 其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3)。

4.1.2 危岩稳定性评价标准

根据《地质灾害防治工程勘察规范》(DB50/143-2003)，防治工程等级Ⅲ级，各类危岩可建立下列评价标准，见表1。

表1 危岩稳定性评价标准

4.1.3 计算结果

现场测量共记录8处危岩体，其稳定性评价结果如下表2所示。

由表1及表2可知，在天然状态下，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ处于基本稳定状态，Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ处于欠稳定状态；在暴雨状态下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ处于不稳定状态，Ⅴ、Ⅷ处于欠稳定状态；在地震状态下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ处于欠稳定状态，Ⅲ处于不稳定状态。计算结果与现场调查与访问的情况相符。

表2 危岩稳定性系数及稳定性评价

4.2 危岩破坏后的运动计算

根据危岩体现场地形情况以及实验所得砂岩的重度为25.6 kN/m3，分别选取经过各危岩体崩落方向的剖面，进行运动速度、弹跳高度和冲击能计算，计算结果见表3。从计算结果看，危石堆积体单体：最大跳高h=6.3 m、E=171 093.314 8 kJ。危岩失稳时，对坡下民房、公路等设施破坏的能量较大。

表3 危岩落石计算结果

5 结论及建议

5.1 结论

(1) 崩塌位于习水河支流之一长嵌沟右岸的两斜坡单元的中间地带，三维空间形态呈“U”型，斜坡主要岩性为砂泥岩互层，崩塌主要发生于厚层砂岩中，总共有Ⅰ～Ⅷ共8块危岩，其中Ⅲ为滑移式破坏，其余7块为倾倒式破坏,总体为中型倾倒式崩塌。

(2) 由定量分析稳定性计算结果可知，立树天崩塌上发育的危岩和堆积体主要为滑移式和倾倒式，在天然状态下，危石堆积体和危岩带处于基本稳定-欠稳定状态；而在暴雨与地震状态下，危石堆积体和危岩带处于欠稳定-不稳定状态。

(3) 通过现场调查及对崩塌落石最大弹跳高度、最大运动速度及冲击动能计算结果得到危岩体单体最大跳高h=6.3 m、E=171 093.314 8 kJ。危岩失稳时，对坡下民房、公路等设施破坏的能量较大。

5.2 建议

(1) 在斜坡中部，危岩体多成片区小规模分布，且裂隙发育，岩体破碎，针对这种特点，宜采用主动防护网处理。

(2) 斜坡顶部分布较多危岩单体，受结构面控制，裂隙发育，下部危凹腔发育；这些危岩单体，方量大，数量多，清危难度大，可对下部凹腔进行浆砌块石嵌补支撑，对裂隙面可进行注浆灌注处理。

(3) 崩塌体表面现有大量的松散崩坡积物，在暴雨或地震作用下，随时都有可能出现崩落，危及居民安全，需要进行清方处理。

(4) 设置警示牌，加大防灾宣传力度，提高全民防灾害意识。