镇远县石屏山危岩体成因及裂隙特征分析

张 俊 何善立 龙正谭

(贵州省地质矿产勘查开发局101地质大队，贵州凯里 556000)

镇远县石屏山位于贵州省东南，岩体受风化和构造作用影响较大，裂隙发育，加上该区危岩体多分布在高陡险峻之处，其在自身重力等作用下发生塑性变形，导致裂隙不断加深，从而发展形成崩塌体，因此裂隙对崩塌的形成起着重要的作用。本文重点从危岩体自身力学特性和构造应力对其的作用分析入手，以对危岩体成因和裂隙特征进行定性判断。

1 危岩体形成环境概况

1)地层岩性。研究区岩性主要以白云岩为主，岩体风化裂隙和构造较发育，裂隙主要为铁质胶结，结合程度一般，岩体较破碎～较完整，呈裂隙块状、块状结构，为较硬岩。2)地形地貌。研究区属构造～溶蚀斜坡地貌，多山谷的山地地形，地形切割较深、第四系覆盖层较薄、地形坡度较陡，总体上北高南低，地形呈上缓中陡下缓和上缓中、下陡状，上部坡度约10°～30°，中下部较陡段坡度一般约40°～85°，部分地段为陡崖，危岩多分布于该段。斜坡地带分布少量第四系，坡面植被发育，陡崖地带基岩基本裸露，植被较少。最高点位于北侧山顶，海拔高程662.50 m，最低点位于东侧老大桥河床，海拔高程454.50 m，相对高差208.00 m。危岩带即位于陡崖地带，危岩带高程488.00 m～563.00 m，相对高差75.00 m。3)地质构造。研究区位于镇远县县城内，该县城属镇远大断层的北盘(上盘)，镇远断层倾向北，倾角约70°，上下盘均为石冷水组白云岩，破碎带宽约6 m，为断层角砾岩。研究区内存在镇远大断层的一分支正断层从研究区中部呈南北向通过，倾向西，倾角约65°，上下盘均为石冷水组白云岩，破碎带宽约2 m，为断层角砾岩。除上述断层外，危岩带及其附近无其他断层通过。岩层呈单斜产出，产状280°～290°∠3°～6°。受区域性构造影响，岩体构造裂隙发育，据统计分析，主要发育两组构造裂隙，产状分别为 162°∠87°，222°∠87°。

2 危岩体基本特征

石屏山危岩体典型危岩体基本情况见表1。

表1 典型危岩体基本情况

3 危岩体成因特征分析

石屏山坡面陡直，局部坡面甚至大于90°，局部岩体在不利的地形条件下形成临空侧方向的外倾状态，导致岩体自身重力存在向临空侧方向的分力，该分力形成岩体向坡面临空侧发生倾覆或滑动的可能，并造成岩体的弹性形变，根据材料力学［1］蠕变理论，随着时间的推移，弹性形变逐渐向塑性形变转换;坡面岩体受植物根劈作用、降水溶蚀作用等影响，形成风化裂隙，同时，岩体受构造作用影响，形成构造裂隙，这两类裂隙即为岩体强度的最弱点，根据材料力学原理，塑性变形最容易在材料强度最低处发生。因此，在岩土自身重力作用下，坡面临空侧岩体的弹性形变将沿其风化裂隙和构造裂隙逐渐发生塑性变形，从而发生崩塌等地质灾害。

4 危岩体裂隙特征分析

石屏山危岩体裂隙主要分为非构造裂隙和构造裂隙两大类，非构造裂隙主要由外动力作用形成，如风化作用等，该类裂隙延伸较浅，常局限于地表浅处。构造裂隙主要为经过石屏山的断层产生，该类裂隙延伸长，常形成贯通裂隙。根据安德森断层应力模型［2］，当最大应力δ1作用方向垂直，最小应力δ3作用方向水平时，形成正断层，当最小应力δ3作用方向垂直，最大应力δ1作用方向水平时，形成逆断层。剪裂面锐角的角平分线为最大应力δ1作用方向，其钝角平分线为最小应力δ3作用方向。石屏山地区地质构造结构主要为镇远大断层的分支断层，该断层为正断层，因此该断层在石屏山地区形成的最大应力δ1作用方向为水平方向，由安德森断层应力模型可以推断，该应力δ1形成剪裂面方向在垂直平面上的分布区间只能在45°～135°和225°～315°之间(见图1)，由图1可以判断，危岩带不存在垂直方向上的剪裂面，因此危岩体没有在垂直方向上形成构造节理裂隙，并由此推断，在危岩体垂直方向上形成的裂隙应为风化裂隙，该裂隙延伸长度较浅，难以达到贯通整个危岩体，因此危岩体沿该类裂隙失稳崩塌的可能性较小。

图1 危岩体裂隙走向图

5 危岩体破坏模式特征分析

石屏山危岩体多为顶部发育延伸长度较浅的风化裂隙，基座处受岩体层面裂隙控制形成贯通滑动面，由于危岩体背侧多未形成贯通裂隙，因此，危岩体发生倾倒破坏的可能性较小，但随着危岩体背侧裂隙塑性变形的加深，将产生对危岩体的两种破坏模式［3］:

一种破坏模式发生在坡面坡度相对较缓区段，该区段危岩体背侧风化裂隙在危岩体自身重力形成的长期应力过程中将逐渐发生塑性变形，从而不断加深裂隙长度，最终导致危岩体沿裂隙面发生向临空侧的滑动，形成滑移式崩塌。

另一种破坏模式发生在坡面坡度较陡区段，该区段危岩体在其自身重力作用下形成往临空侧方向的拉应力，由于危岩体顶部裂隙为风化裂隙，该类裂隙延伸较浅，未贯通危岩体，因此在临空侧拉力作用下，按照岩体力学原理，危岩体将发生与垂直方向呈45°角的拉裂式破坏，形成错断式危岩体。

6 危岩体治理建议

对石屏山危岩体治理，建议以消除其自重引起的塑性变形为主，结合对风化裂隙的封堵手段，以防止风化作用的加深，建议采用预应力锚索和封堵岩顶裂隙的工程治理方法进行治理。

7 结语

贵州省黔东南州境内多灰岩、白云岩质危岩体分布，其基本特征与石屏山有较多类似之处，所以研究石屏山危岩体具有一定的代表意义，石屏山危岩体特征如下:1)危岩带坡面陡直，植被发育较差;2)危岩体变形成因主要为岩体所在坡面陡直，岩体长期的塑性变形导致岩体顶部原有裂隙加深，从而失稳崩塌;3)影响危岩体稳定性的裂隙主要是非构造裂隙，即风化裂隙，该类裂隙延伸浅，但在岩体自重和风化作用下会逐渐加深，从而导致危岩体失稳;4)推断危岩体破坏模式主要为滑移式和拉裂式;5)对危岩体治理应以消除其自重引起的塑性变形和减轻危岩体裂隙风化为主。

［1］刘鸿文.材料力学［M］.第4版.北京：高等教育出版社，2004.

［2］李德伦，王恩林.构造地质学［M］.吉林：吉林大学出版社，2001.

［3］常士骠，张苏民.工程地质手册［M］.第4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.