岩屑坡形成机制与变形破坏模式分析

闫晓石

摘 要： 岩屑坡通常由碎石、砾石和砂组成，呈散体结构，对外界扰动非常的敏感，失稳破坏形成崩塌滚石灾害，对沿线的线性交通的安全运行造成严重威胁，因此，对岩屑坡的形成机制、变形破坏模式的研究，对斜坡地质灾害的预测和防治、西部山区的交通运营、人民的生命财产安全等具有不可言喻的理论意义和现实意义。

关键词： 岩屑坡;形成机制;变形破坏模式

【中图分类号】TD824.7 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.024

引言：随着我国经济快速发展，在西部大开发、“一带一路”等经济政策的推动下，人类活动对空间资源的需求和工程地质环境的要求越来越高，人类与空间资源缺乏矛盾越来越突出。在我国川西南地区，尤其是第一阶梯与第二阶梯的过渡地带以及高差起伏较大的第二阶梯山区地带，因岩体在自身岩性、风蚀、冰蚀、冻融循环、热胀冷缩、降雨、地震等内、外因长期共同作用下，岩石易产生裂缝，并不断的扩张、贯通、最后脱离母体，在坡脚堆积形成具有共同特征的散松颗粒堆积体，由这些松散堆积体形成的斜坡称为岩屑坡。岩屑坡主要以砂砾、碎石、块石等粗颗粒为主，颗粒间的粘接力十分的微弱，处于“一盘散沙”的状态，在自重或外力的作用下极易产生不平衡失稳，导致松散颗粒的滑流、滚落、甚至整体“雪崩”的现象，对附近的村庄、公路、桥梁、隧道和江流造成了巨大的威胁。因此，对岩屑坡的形成机制、变形破坏模式、的研究，对散粒体斜坡地质灾害的预测和防治、西部山区的交通运营、人民的生命财产安全等具有不可言喻的理论意义和现实意义。

1 岩屑坡的形成机制

岩屑坡的形成机制主要从形成条件、因素和形成过程两个方面进行分析。

1.1 岩屑坡的形成条件及因素

（1）地形地貌：岩屑坡后缘地形大多陡峭，坡度均在40°以上，甚至局部直立，是崩塌危岩体形成的有利条件。另外，在天然条件下，松散颗粒脱离母岩后，只有当坡度大于松散颗粒的天然休止角时，松散颗粒才能克服自身摩擦力作用在坡表发生滚动，直至能量被耗散。此外岩屑坡的形成还应有足够的堆积区域，如在深切峡谷地带，即使边坡高陡、风化作用强烈，松散颗粒具有足够的能量，但由于在坡脚处不断被河流冲刷、带走，也无法成坡。

（2）地层岩性：产生岩屑坡的岩体大多層厚、坚硬且表现出一定的脆性，大多为板岩、玄武岩、花岗岩和闪长岩，是高陡边坡形成的有利条件，这类岩石在成岩作用、构造作用、风化作用等条件下极易产生节理、裂隙并形成碎块，为岩屑坡的形成提供了物质基础。

（3）地质构造：川西南区位于青藏高原东南缘，处于板块间的挤压碰撞地带，新构造运动强烈，地质构造复杂、断裂、节理、裂隙发育，岩体较为破碎，为岩屑坡的形成奠定了基础条件。

（4）气候条件：岩屑坡是自然风化的产物，故受自然环境的影响十分显著，如降雨、气温、湿度、风、植被等。降雨量随季节变化越显著、气温温差越大、干湿循环、风蚀和冻融作用越强烈、植被稀少的气候条件越容易形成岩屑坡。

（5）地震：由于川西南地区地震频发，导致山体坡面结构面发育，岩体破碎，在山脊、谷坡地带早已堆积了大量的第四系松散堆积物，为岩屑坡的形成提供了丰富的物质条件。

1.2 岩屑坡的形成过程

岩屑坡的形成过程可分为三个阶段：母岩剥离、溜砂运移、堆积成坡。对应不同的形成阶段可将岩屑坡划分为崩落区、溜动区和堆积区三个部分，崩落区的母岩体在物理风化作用下会产生砂砾、碎石、块石等松散颗粒，在高处因自重的作用下松散颗粒崩落、溜移和滚动，在溜动区受摩擦阻力的作用下，能量不断被消耗，动能不断减小，速度逐渐变慢，最后在堆积区静止成坡。

2 岩屑坡的变形破坏模式

通过对岩屑坡松散颗粒的启动机理进行分析可以总结出岩屑坡破坏的形式主要有两种：一是坡表局部的颗粒溜滑，二是岩屑坡整体的溃曲。

2.1 坡表局部颗粒溜滑破坏模式分析

在岩屑坡堆积过程中局部颗粒溜滑是很常见的一种现象，其破坏的机制有两种：

（1）当堆积坡度小于最大休止角时，因后缘补给物质的碰撞或者其他外力的扰动下，某个颗粒失稳而导致的局部联动失稳;

（2）当堆积坡脚达到最大休止角附近时，新增颗粒后恰好不能满足平衡的几何条件，坡体某个部位的关键颗粒失稳后导致局部溜滑，当运动到坡度小于最大休止角后，坡体又会重新进入稳定状态。

局部颗粒的溜滑对岩屑坡的破坏范围较小，对坡体的整体稳定性影响不大。颗粒顺坡表溜滑的过程中会摩擦耗能，最终停歇于低缓位置或者颗粒的间隙处。

2.2 整体溃曲破坏模式分析

岩屑坡坡度在达到最大临界角附近时，其活动性是极其强烈的，在后缘颗粒的不断补给下，坡体除了会出现局部的溜滑现象以外，也很有可能出现整体溃曲。其破坏的机制为：颗粒在自身重力的作用下，坡体发生稍微错动，便会使得坡体前缘隆起，出现临空的现象，在后缘补给颗粒不断的扰动下，颗粒间的应力不断向坡内传递，使得扰动被逐级放大，直到坡脚关键颗粒失去平衡发生滑移后，上部颗粒失去支撑而向下滑落，最后导致坡体的整体溃曲。

这种破坏模式的规模比表面溜滑要大得多，且具有突发性、随机性，对交通、房屋、和人民的生命财产安全造成了巨大的威胁。

结语：通过分析总结岩屑坡的形成机制和变形破坏模式，对研究岩屑坡地质灾害的预测和防治提供一定的理论参考。

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