白云质灰岩山体崩塌成因机制及稳定性分析

邹银先， 董建辉， 李海军， 陈 静(.贵州省地质环境监测院， 贵州 贵阳 550004； .成都大学 建筑与土木工程学院， 四川 成都 6006；.成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室， 四川 成都 60059)

0 引 言

我国西南一些地区受地质条件制约.滑坡、崩塌地质灾害发生较为频繁.通常，崩塌不仅会造成的重大人员伤亡或重大经济损失，还会对社会的发展产生不利的影响[1].因此，研究崩塌的形成机理及其防治方案对防灾减灾工作具有重要的现实意义[2]，针对崩塌，科研人员做了大量工作，并取得了一系列成果[3-6].目前，对于白云质灰岩崩塌形成机制与稳定性分析的相关研究报道较少，本研究通过对白云质灰岩崩塌体的基本特征和成因机制进行深入分析，拟为该类型崩塌的防治工作提供可靠依据和借鉴.

1 崩塌区地质环境

1.1 地形地貌

作为分析对象的研究区工程地质平面图如图1所示.就地形地貌而言，研究区域属岩溶洼地，由山峰峰丛封闭形成，底部平坦，顺四周延伸逐步变陡，地形南高北低，北东向较陡，坡度在35°～60°之间，南西向相对较缓，坡度在15°～45°之间，在与陡岩区基岩接触带地表坡度大于60°，场地底部标高为840.9 m，边壁标高在840.9～980.0 m之间，组成一个相对闭合的洼地，标高980.0 m以上不闭合，东、南、西、北四面各有一个垭口，其中东垭口标高为1 095.9 m； 南垭口标高为1 003.1 m， 为该区域主要出入口，与进场地公路相连；西垭口最低，标高为981.2 m.洼地四周共有5个较大山峰，最高峰位于洼地南东东侧，峰顶高程为1 201.2 m，地形最大高差为360.3 m.

图1 研究区工程地质平面图

1.2 地质构造

据调查，研究区域处于扬子准地台黔南台陷贵定南北向构造变形区，南端与广西山字型构造体系的复合部相连.区域地质构造较发育，中心台址处于克渡向斜东翼，褶皱构造不发育，区域上的断层从中心台址中部呈南北向贯穿，断层破碎带宽约30 m，断层产状为270°∠60°，为张性正断层.

1.3 地层岩性

勘探结果表明，研究区域出露地层及其岩性分别为第四系黏土和三叠系中统垄头组(T2l).

1)第四系(Q)：主要为坡、残积红黏土以及冲积砂砾层，厚度一般小于5.0 m.地形陡峻位置、洼地底部以及斜坡地带有成层崩塌块石堆积层分布，厚度变化大.

2)中统垄头组(T2l)：场地出露地层及其岩性分别为三叠系中统凉水井组上、中、下三段，即T2l1白云质灰岩、T2l2泥质灰岩和T2l3白云质灰岩.总体节理裂隙较发育、岩石硬脆，中至微风化.

2 崩塌体基本特征

现场调查发现，研究区域内有6块典型的危岩带、危岩体，其位置与相关编号如图1所示.

2.1 A1危岩体基本发育特征

A1危岩体为区域内自然高陡边坡，坡高约150 m，坡向210°，坡度约为70°，下部近公路陡缓交接处缓坡坡度约30°，为残坡积堆积体，厚约1 m，成分为碎石及黏土，粒径1～10 cm.A1点岩体结构为层状结构，中至微风化，节理裂隙较发育，主要为风化裂隙，受裂隙面及产状控制.危岩体受侧壁结构面及层面产状控制呈楔形体，危岩体由厚层白云岩构成，破坏模式为倾倒式.

2.2 A2危岩体基本特征

A2危岩体为工程建设人工开挖形成，坡体宽50 m、高52 m，坡度75°，坡向256°，岩体结构为层状结构，整体较为完整，中风化，中上部存在软弱夹层，节理裂隙较发育，主要为风化裂隙及溶蚀裂隙，受节理裂隙面及产状控制，坡面上多处形成锲形体，多数锲形体宽0.5 m、高0.5 m、厚0.2 m.此外，A2后缘还存在一条卸荷裂隙，走向与坡体后缘公路平行，裂隙宽3～5 cm，无充填物，破坏模式为倾倒式，在降雨及自身重力等因素作用下可能诱发崩落.

2.3 A3危岩体基本特征

A3危岩体位于公路上方，为工程建设人工开挖形成的高陡边坡，坡体高9 m，坡度75°，坡向235°，岩体结构为层状结构，中至微风化，节理裂隙较发育，主要为风化裂隙，受裂隙面控制，坡面形成一处锲形体，锲形体(WY1)宽3 m、高7 m，厚3 m.另外，坡体顶部有一处松散危岩(WY2)宽1.2 m，高0.3 m，厚1.0 m，破坏模式为坠落式，在降雨及自身重力等因素作用下可能诱发崩落.底部泥质夹层被浸湿风化后形成临空面、凹岩腔，侧壁受节理裂隙控制，总体形成三面临空.

2.4 A4危岩体基本特征

A4危岩体位于公路上方，坡高12 m，坡度75°，坡向235°，岩体结构为层状结构，中至微风化，节理裂隙较发育，主要为风化裂隙，坡面上存在一块危岩，宽8 m、高3 m、厚2 m，岩体侧面受两组垂直裂隙控制，底部泥质夹层通过溶蚀风化后出现凹岩腔，形成三面临空的危岩体，危岩体呈块状，受后缘一组卸荷裂隙控制，切割较深，危岩体破坏模式为坠落式危岩体，在降雨及自身重力等因素作用下可能诱发崩落.

2.5 A5危岩体基本特征

A5危岩体区域东南侧平台上方，为工程建设人工开挖形成，坡体宽35 m、高42 m，坡度75°，坡向256°，岩体结构为层状结构，整体较为完整，局部较为破碎，中至强风化，中上部存在软弱夹层，节理裂隙较发育，主要为风化裂隙，受节理裂隙面及产状控制，坡面上多处形成锲形体，多数锲形体宽0.5 m、高0.5 m、厚0.2 m.此外，A5后缘还存在一条卸荷裂隙，走向与坡体后缘公路平行，裂隙宽3～5 cm，无充填物，目前无变化，破坏模式为倾倒式，在降雨及自身重力等因素作用下可能诱发崩落.

2.6 A6危岩体基本特征

A6危岩体为工程建设人工开挖形成，坡向237°，坡度82°，坡高10 m，宽30 m，岩体结构为层状结构，整体较为完整，中部存在软弱夹层，中至微风化，节理裂隙较发育，坡面中段有软弱夹层，溶蚀风化后局部形成凹岩腔，坡面受结构面及层面产状控制，局部形成锲形体，主要为风化裂隙及溶蚀裂隙，受节理裂隙面及产状控制，坡面上多处形成锲形体，最大锲形体宽0.5 m、高1 m、厚0.2 m，危岩体破坏模式为倾倒式危岩体，在降雨及自身重力等因素作用下可能诱发崩落.

3 崩塌成因机制分析

由于研究区域坡体上部分锲形体存在风化裂隙及卸荷裂隙，岩体在自身重力及长期裂隙水作用下，出现局部失稳现象，部分孤石已产生滚落及垮塌.

3.1 崩塌形成条件

3.1.1 岩体结构.

研究区域岩体结构主要为层状结构，中至微风化，整体较为完整，岩性为浅灰、灰色白云质灰岩，产状8°∠10°，斜坡坡度在45°～78°，坡面形成小块悬挂石、小块悬石及锲形体，方量0.5～50 m3.节理裂隙较发育，主要为风化裂隙，裂隙面延展性小、连续性差，结构面较粗糙，区内主要受两组裂隙面控制，裂隙产状为L1：275°∠75°、L2：185°∠75°，裂隙张开宽度为0.2～10 cm，线密度平均为2 m/条，呈半充填状，充填物以碎石及黏土居多，少量为方解石充填，总体裂隙面延展性差，连续性差.岩石总体硬脆，岩体坚硬程度为较硬岩，整体稳定性较好，岩体基本质量等级为II级.

3.1.2 不利的地形.

研究区域地形北高南低，场地底部较缓，四周较陡峭，坡度从缓向陡变化为5°～82°，地形最大高差为360.3 m，陡峭的坡体给危岩体的形成提供了有利的自然条件，加之区内岩体结构破碎，存在软弱夹层且岩性节理裂隙较发育，受溶蚀裂隙与风化裂隙控制，坡体表面多处形成危岩体.同时危岩体自身存在不利条件，区内坡体较陡峭，岩体结构为层状结构，且多数存在软弱泥质夹层，泥质夹层在溶蚀风化作用下形成凹岩腔，岩体侧壁受节理裂隙控制，容易形成三面临空的危岩体.

3.1.3 工程活动.

为满足工程建设需要，在建设初期，通过人工方式对周围坡体进行了削方处理，削方手段为爆破作业和重型机械开挖，工程切坡改变了坡体的应力结构，使岩体应力释放或调整而形成卸荷裂隙，后又受重力、风化的物理地质作用进一步张开或位移，稳定性变差.

3.1.4 前期强降雨.

降雨是诱发地质灾害的关键因素之一，降雨之后在该区域地表岩土体中具有一定滞后性，数天后才见有雨水排出.在自重力作用下沿软弱面向空面倾斜，如临空面、岩体结构软弱面等.同时，地下水在节理裂隙中还存在静水压力，推动岩体向不稳定一侧倾斜变形.

3.2 崩塌机制分析

本研究认为，研究区域形成危岩体的主要原因为：首先，自身的不利条件，区内坡体较陡峭，岩体结构为层状结构，且多数存在软弱泥质夹层，泥质夹层在溶蚀风化作用下成凹岩腔，岩体侧壁受节理裂隙控制，容易形成三面临空的危岩体.其次，工程建设切坡改变了坡体的应力结构，使岩体应力释放或调整而形成卸荷裂隙，后又受重力与风化等物理地质作用进一步张开或位移，稳定性变差，而工程开挖时爆破作业及机械破坏作用使得岩体内裂隙更为发育，形成危岩体.研究区域内危岩体破坏模式主要为倾倒式和坠落式.

4 崩塌体稳定性分析

4.1 整体稳定性分析

4.2 典型危岩稳定性定性分析

通过现场调查，本研究确定A2为典型危岩体.A2危岩体呈块状，危岩体受侧壁结构面及层面产状控制呈楔形体，危岩体为厚层白云质灰岩构成，目前尚未出现明显变形.A2危岩体赤平投影图如图2所示.

图2 A2危岩体赤平投影图

从图2可见，层理面C为稳定结构，其余结构面L1、L2均属于基本稳定结构面.在两组结构面分析中，组合交棱线L1～L2为不稳定结构.从赤平投影图上可看出受两组结构面控制，坡面存在锲形体，有块石崩落隐患.

4.3 典型危岩稳定性定量分析

现场调查发现，A2危岩体后缘存在一条卸荷裂隙，卸荷裂隙走向与坡体后缘公路平行，完全贯通脱离母体，无充填物，A2危岩体倾角82°.

倾倒式危岩稳定性计算公式为，

式中，w为危岩体的自重(kN)；β为倾角(°)；e为主控结构面贯通段的垂直高度(m)；H为危岩垂直高度(m)；L为危岩沿陡崖走向方向长度(m)，即危岩体宽；flk为危岩体抗拉强度指标值(kPa)；f0k为危岩体与基座间的抗拉强度指标值(kPa)；a为危岩体重心至倾覆点的水平距离(m)；lb为危岩体底部主控结构面尖端至倾覆点的距离(m)；h0为危岩体重心至过倾覆点的水平面的垂直距离(m).

根据对A2危岩体的多次现场调查与分析后，得到危岩体的自重、危岩倾角、主控结构面贯通段的垂直高度、危岩垂直高度、危岩沿陡崖走向方向长度、危岩体重心至倾覆点的水平距离、危岩体底部主控结构面尖端至倾覆点的距离、危岩体重心至过倾覆点的水平面的垂直距离.根据室内试验结果得：白云岩质灰岩重度为27.25 kN/m3，以及危岩体抗拉强度指标值、危岩体与基座间的抗拉强度指标值.A2危岩体参数具体如表1.

表1 A2危岩体参数选取表

通过对A2危岩体稳定性的计算可知，A2危岩体稳定系数FS=23.27.根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)，由危岩体稳定程度等级划分确定：A2危岩体目前整体仍处于稳定状态.

5 结 论

本研究认为，白云质灰岩山体崩塌引发崩塌破坏的主要因素主要为：岩体结构、不利的地形、工程活动和降雨；危岩失稳模式为坠落式危岩和倾倒式危岩；从结构面组合来看，危岩体受两组结构面控制，坡面存在锲形体，有块石崩落隐患.根据现场调查与计算表明，经过前期工程治理，目前该区域内危岩整体处于稳定状态.