贵州鬃岭镇崩塌形成机理研究

申太奇 李嘉雨

摘 要：贵州省纳雍镇这几年频繁有崩塌发生，存在大量危岩体，成因机理类似。文章就小垛口崩塌，以點带面对该区域危岩体形成机理进行研究。通过岩性组合、结构面交切关系的分析，确定小垛口崩塌为拉裂-倾倒型。

关键词：崩塌；岩性组合；结构面

引言

纳雍县鬃岭镇位于贵州西北部，区域海拔一般在1500米到2100米之间。地貌多为溶蚀中低山、侵蚀等地貌。丰富的煤炭资源为当地经济带来了巨大的拉动力，煤炭开采大规模兴起，大小规模的煤窑遍地都是，随之而来的地质灾害问题也越来越多。

区内出露面积最大的地层是二叠系和三叠系的地层，主要包括各种石灰岩和灰质泥岩、砂岩等，属于坚硬和半坚硬岩组，常有滑坡和崩塌等发生。区域坡体较陡，整体呈现出上硬下软的特征，良好的临空面，较大的落差，在该种地质条件下极易孕育地质灾害。而煤层开挖就在二叠系上统龙潭组地层中，人工开挖扰动更是加剧了地质灾害的活动。

关于纳雍县鬃岭镇的地质灾害研究很多，其中刘传正[1]、吴彩燕等[2]、陈泽富等[3]对2004年鬃岭镇“12·3”大型崩塌灾害的成因机理及稳定性进行了分析；牟勇忠[4]对纳雍县良子田煤矿地质灾害现状特征及其防治措施进行了分析；龚兴祥等对纳雍县地质灾害隐患的类型和成因进行了讨论。众多的研究成果说明了纳雍崩塌地质灾害的多发性和独特性，所以文章针对纳雍县鬃岭镇小垛口崩塌的形成机理进行了研究。

1 研究区工程地质条件

小垛口崩塌位于纳雍县鬃岭镇东北侧，中岭崩塌和左家营崩塌之间，其西侧为左家营崩塌，距离约1000m，东侧为中岭崩塌，距离约700m（图1）。小垛口崩塌顶部高程为2207m，陡崖相对高差为157米。

1.1 地形地貌

小垛口崩塌所在坡体为方山的陡崖段，呈折线线性分布，顶部平缓，中部高陡，底部又趋于平缓，中部高陡部分自然坡度在80°左右。坡向为南北走向，东西两侧临空，如图2所示。

1.2 地层岩性

边坡岩性具有多样性，地形受地层岩性的影响较大，按照坡度及岩体强度的不同划分为两段，第一段为边坡的顶部，岩性为三叠系下统飞仙关组的第二段（T1f2）灰岩，中风化-强风化，厚度约10米左右，岩层产状为320°-335°∠10°-19°，发育两组节理，第一组产状为N80°E/SE∠85°-90°，横切坡面；第二组产状为N40°E/SE∠75°，与坡面小角度斜交。岩体结构完整性较差。

第二段为边坡中部，岩性为三叠系下统飞仙关组的第三段（T1f1）砂泥岩，中风化-强风化，层面产状为325°-349°∠15°-27°。发育两组节理，第一组产状300°-350°∠82°-85°，第二组产状为170°-207°∠69°-89°。该段地形较陡，一般坡度大于40°，部分区域接近直立，为目前小垛口崩塌的主要发生区域。

综合上述分析可知，小垛口边坡属于上硬下软型层状结构边坡，开阔的临空面以及上硬下软型的边坡结构都极易孕育崩塌灾害，是小垛口边坡失稳的重要原因。

1.3 水文地质条件

该区域位于贵州高原之北西部，属于长江系上有乌江流域。由于调查区范围内地表多呈陡坡状，排泄条件良好，地表水系不发育。

区域地层岩性为碎屑岩、碳酸岩类，含有基岩裂隙水，地形切身较大的斜坡上部地带，地下水补、迳、排交替快，赋存条件差，且各含水层之间联系较差，对于矿床充水影响较小，水文地质条件简单。

1.4 新构造运动及地震条件

研究区无大构造发育，根据中华人民共和国国家标准，查1：400 万的《中国地震动反应谱特征周期区划图（GB18306-2001）》，该区域地震反应谱特征周期为0.35；查《中国地震动峰值加速度区划图（GB10306-2001）》，地震动峰值加速度g为0.05。根据地震动峰值加速度分区和地震基本烈度对照表，该区域地震基本烈度为Ⅵ度，区域稳定性良好。

2 崩塌破坏机制研究

小垛口崩塌所处的斜坡为陡倾岩质边坡，结构面的交切组合关系对其影响很大，不同的组合方式将导致不同的破坏模式。各组结构面和坡顶裂缝的赤平投影如图3所示。

通过现场测量裂缝走向及结构面组合赤平投影图可知，主要有两组方向裂缝，一组裂缝方向与坡面平行，另一组方向与坡面大角度斜交。这两组裂缝的走向与灰岩发育的两组节理走向基本一致。进而判断得出：裂缝的发育受控于岩体节理的产状。

2.1 崩塌的形成

崩塌的形成往往与地质构造、岩性以及人类工程活动息息相关。在没有人为扰动的条件下，崩塌的形成往往需要孕育较长的时间。人类的工程活动加快了崩塌的形成过程。这里从两方面分析小垛口崩塌的发育与形成。

（1）天然工况。小垛口崩塌上部主要有两层岩层组成，上层为灰岩厚度约10m左右，下层为厚度约140米的砂泥岩。两种岩体比较，灰岩的强度较高，不宜风化，下部砂泥岩强度相对灰岩强度较小，且容易在水的作用下软化，强度降低，甚至泥化。砂泥岩的风化速度较灰岩快。往往容易形成岩腔。但是对于只有砂泥岩的条件下，往往不易形成垂直陡崖，一般易形成具有一定坡度的山体。在小垛口崩塌地带，具有类似的地貌特征。下部砂泥岩形成具有一定坡度的陡坡，往往较难形成崩塌体，但是上覆硬质岩，风化速度小于下部砂泥岩，且岩体强度大于下部岩体，在差异风化的条件下，上部往往形成直立陡倾面。往往是崩塌的主要发育位置，例如：中岭崩塌和左家营崩塌，上部硬质岩形成危岩体，在重力作用下剪断下部强度较低的砂泥岩，从而失稳。对于天然工况下，崩塌发育主要受控于下部砂泥岩的风化速度，往往要经历较长的地质历史时期，在地貌特征上往往呈现出上陡下缓的特征。

（2）采矿与崩塌。研究区为采空区，陡崖下有两个煤洞，以大角度向崖底采进，并在崩塌体下部以平行于坡面方向开采，共用四个采掘工作面，在前缘有三个采掘面，中后部一个采掘面；受采空区影响，山体前缘有较大的下坐空间，则会产生崩塌体整体向坡外倾倒变形。则坡体后缘拉应力集中，拉应力方向为向坡外方向。小垛口崩塌体的岩体发育一组接近平行于坡面的节理面，则拉应力基本垂直作用于节理面，节理面相对岩体其他方向是强度较弱面，则在拉力作用下，裂隙首先从节理面发育，形成后缘裂隙。小垛口崩塌体上部灰岩厚度不大，且在崩塌体中部及后缘，很难形成类似中岭崩塌和左家营崩塌大规模的破坏，即：硬质岩形成危岩体，然后上部岩体在重力作用下剪破下部较软岩。但上部可能发生规模较小的崩塌破坏。其破坏模式一般为倾倒破坏。

砂泥岩是小垛口崩塌的主要岩体，虽然具有一定的坡度，但是泥岩含砂质较多，具有一定的强度，形成的坡体坡度往往较大。在天然工况条件下往往难以形成崩塌体。但是小垛口崩塌的下部前缘有三条平行于坡面的矿洞，在中部有一条平行于坡面的矿洞，坡体前缘具有较大的下沉空间。而泥岩发育有两组陡倾节理面，一组大角度斜交坡面，一组近平行于坡面。崩塌体外倾，则在坡体内由外及内产生拉应力分布，从而沿节理形成拉裂缝。当裂缝发育一定深度，在重力作用下剪破下部岩体，从而失稳。小垛口及东西侧崩塌，具有类似特征。

2.2 崩塌的失稳模式

小垛口崩塌岩层层面以小角度内倾坡内。对于内倾岩层，一般易产生陡倾边坡，形成陡峭断崖，也是较易形成崩塌的地形条件之一。根据现场地质调查，崩塌体上部为厚层灰岩厚度约10米、下部为厚度约140米的砂泥岩和碳质页岩，呈上硬下软的特征；灰岩和砂泥岩都有两组近竖直节理面发育的裂隙，对坡体切割、分离，为崩塌的形成提供脱离体（山体）的边界条件。两种岩体的节理产状并不一致，但是走向方向以小角度相交，两种岩体都有一组与坡体延伸方向相近的陡倾角构造面，且两种岩体的第二组节理走向都以小角度与坡面走向相交。岩体的两组节理的构造特征，有利于崩塌体后缘和侧缘裂隙或冲沟的产生。小垛口崩塌在其两侧发育有两条方向相交的冲沟，冲沟的发育与岩体节理有一定的关系，冲沟的存在使小垛口崩塌三面临空。其下为采空区，陡崖下有两个煤洞，以大角度向崖底采进，受采空区影响，崩塌体向坡外倾倒。崩塌体受采空区影响，其破坏模式是拉裂-倾倒型。

3 结束语

（1）该崩塌的变形破坏方式为拉裂-倾倒。边坡属于上硬下软型层状结构边坡，开阔的临空面以及上硬下软型的边坡结构都极易孕育崩塌灾害，是小垛口崩塌形成的重要原因。（2）地下采矿的扰动对危岩的形成起到了决定性的影响，提供了上部巖体一个下挫变形的空间，加速了上部岩体拉裂缝的形成和扩展。（3）在顶部两处大裂缝处安装了拉绳式位移传感器，实时监测顶部裂缝位移。

参考文献

[1]刘传正，郭强，陈红旗.贵州省纳雍县岩脚寨危岩崩塌灾害成因初步分析[J].中国地质灾害与防治学报，2004（4）：123+144.

[2]吴彩燕，等.贵州省纳雍县鬃岭镇“12·3”大型崩塌灾害分析[J].水土保持研究，2006（6）.

[3]陈泽富，孔纪名，王成华.贵州纳雍崩塌式滑坡成灾特征及其避灾警示作用[J].中国地质灾害与防治学报，2006（3）：32-35.

[4]牟勇忠.贵州省纳雍县良子田煤矿地质灾害现状特征及其防治措施[J].四川水泥，2014（7）：293-294.

作者简介：申太奇（1990-），男，广西人，硕士研究生，研究方向：地质灾害监测与预警。