四川省乐山市铜鼓危岩带危险性分析

蔡向阳,谢 伟

(1.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610052;2.四川省冶金地质勘查局六〇四大队，四川 成都 628000)

0 前 言

在我国西南红层地区可见有软硬岩互层坡体，由于明显的差异风化作用形成凹岩腔，导致上部硬岩产生拉裂并逐渐贯通，岩体节理裂隙发育，多形成崩塌落石。2017年6月24日，四川省茂县突发山体高位崩塌灾害，造成60余户120余人被掩埋[1]。随着我国山区城镇脱贫攻坚工作的持续推进等人类工程活动将诱发越来越多的崩塌灾害，因此危险性评价对地方防灾减灾尤为紧迫。唐红梅等[2-4]对危岩的稳定性计算及危险性评价做了相应的研究。许强等[5]在危岩失稳概率和落石运动轨迹分析的基础上对危岩单体的风险评价方法做了系统的研究。韩振华等[6]以单体崩塌实例从威胁范围和年发生概率等方面对该崩塌进行了量化评价。何虎军等[7]基于未确知测度方法选取了15个评价因子，建立评价模型对崩塌危险性进行判别。高买燕等[8]使用集对-层次耦合法崩塌危险性进行了分级评价。尽管在研究人员的不断努力下，取得了风险评价的一些进展，但由于崩塌自身运动的复杂性、边界条件多样性，评价结果仍然具有一定局限性。铜鼓危岩带历史上曾发生过数次崩塌灾害，野外调查发现其物源区分布着大量典型危岩体，有较为明显的物源区和堆积物，结合历史崩落堆积区域采用理论计算的方法确定潜在崩落范围，为危险性提供可靠的依据。沿S103线从沐川县利店镇到马边县劳动乡这一区域内，受马边河强烈的切割侵蚀加之活跃的第四纪运动，导致其发育了大量的危岩带，部分已形成崩塌并造成财产损失与人员伤亡。铜鼓危岩带有较大的落差，变形破坏明显，临近崩塌，威胁近150人的生命财产安全，很具有代表性，因而选择其进行危险性分析。

1 铜鼓危岩带概况

铜鼓危岩带地理位置E103.587364，N28.961117，为川南地震活动较为活跃的地区，地质背景复杂，具有强烈的第四纪活动性。同时受到马边断层的控制，位于马边向斜轴部，为南北向，切断白垩系地层，断面倾向南，走向东西，倾角50°，挤压破碎很窄，为剪切性质的断层，控制着铜鼓危岩带的一组陡倾节理22°∠78°。

铜鼓危岩带在地貌上属于中低山河谷地貌，位于马边河右岸，受到马边河强烈的侵蚀切割作用。地势上整体为南高北低，最高海拔约为1 180 m，最低海拔约为465 m。该崩塌堆积区前缘相对较缓，是居民的主要聚集区，物源区位于斜坡后部陡崖，与堆积区高差近550 m，坡度约86°，局部近直立。

目前该危岩带主要威胁裕坪村3组居民共35户146人，主要的人类活动为耕种及房屋、水渠等基础设施。坡体中部道路为裕坪村通往外界的唯一道路，正好从崩塌潜在堆积区穿过。

铜鼓危岩带于2004、2008、2010、2015、2017年发生过数次崩塌，所幸均未造成太大损失。现场调查结果表明，在村民聚集地附近可见较多大粒径块石，造成了不同程度的损失，有时甚至威胁到当地村民的生命财产安全。

2 铜鼓危岩带特征分析

崩塌物源区岩性为白垩系下统窝头山组(K1w)浅灰色中厚层细粒长石石英砂岩夹紫红色薄层泥岩，属于典型的红层，其出露面积较大，地层产状228°∠9°，岩体节理裂隙，间距变化大，延伸贯通较长、节理面较为平直，主要发育两组陡倾节理L1:22°∠78°,L2:92°∠82°。赤平投影分析如图1所示。

图1 铜鼓危岩带赤平投影图

由图1可知，层面和L1的交线位于坡面大圆外，表面这两组结构面交线的倾角比坡面的倾角缓；层面和L2的交线位于坡面大圆内，表面这两组结构面交线的倾角比坡面的倾角陡；在层面、L1和L2的共同作用下将岩体切割为楔形体，属于不稳定状态，在降雨、地震作用下极易发生崩塌。

铜鼓危岩带崖壁长730～780 m，危岩体遍布崖壁及其下部，分布高程1 120～1 060 m，相对高差45～60 m，走向335°～0°，厚度约2～8 m，主崩方向约为348°，初步估计崩塌体规模约为2×104m3，为中型崩塌。在调查中发现物源区为巨厚层石英砂岩夹厚约5 cm的泥岩，在差异风化的作用下，形成较多的凹岩腔，多呈悬臂式，同时岩体中发育两组陡倾节理，与岩层层面组合切割作用下，形成了以两个凹岩腔、一组陡倾节理为边界的三级危岩带，总长约58 m，宽约46 m，厚约6 m；危岩带裂隙已发育贯通，上部呈锯齿状，最宽者可达60 cm,下部裂隙呈平直形态，宽者约20 cm。物源区出露较大面积的危岩体，且临空面较陡、面广，稳定性较差。物源区距离居民点高差近550 m，一旦滚落落石，后果不堪设想。由于落石自身运动的复杂性，会经历下落、跳跃、滚动、滑动等形式中的一种或几种复合沿坡面向下快速运动。

3 铜鼓危岩带危险性分析

3.1 发生机理

高陡边坡的变形或破坏取决于岩体的结构特点，起决定作用的是软弱结构面的特征、强度及其相互之间的组合与力的关系[4]，是其岩层组合、地貌特征、地震及水作用下等因素耦合的结果。根据陈洪凯等对[4，10-11]危岩的分类，结合铜鼓危岩带的实际孕育环境，分析认为铜鼓危岩带属于坠落式危岩。铜鼓危岩带地层岩性为白垩系窝头山组(K1w)的浅灰色中厚层细粒长石石英砂岩夹泥岩，可见软弱结构面，长石等矿物或可溶盐容易被水溶蚀形成粒间孔隙，降低其强度，雨水不断入渗直接影响着斜坡的稳定性；同时抗风化能力较强的厚层砂岩往往形成陡坎或陡崖，泥岩与砂岩结合部位往往是剪应力高度集中的部位，在风化作用或人工扰动等外界影响因素下，引起岩体应力释放促使岩体发生卸荷作用，在较硬岩层中发育卸荷裂隙，在外部应力作用下逐渐扩展，加之下部软弱泥岩风化形成的凹岩腔使得岩体呈悬空状态，加速岩体变形，使上部砂岩形成危岩，在长期重力作用下，节理逐渐扩展一旦拉应力超过连接处岩石的抗拉强度，即产生崩塌，接着又出现新的临空面，产生新的贯通卸荷裂隙，在内外因素作用下可能再次发生崩塌，如此周而复始造成累进式破坏[12-13]。

3.2 半定量危险性评价

本文拟采用文献[13]提出的一套针对公路崩塌落石风险评估准则，考虑地形特征、气象水文、危岩特征、人类活动、崩塌历史等因子对公路崩塌落石风险进行操作简便的危险性评价，在此基础上结合铜鼓危岩带实际孕育环境对参考因子进行了调整，以期得到较为合理的半定量评价结果。依据落石灾害特征及相应影响因素条件,对各项影响因素进行定量分值评价见表1。

表1 落石到达威胁区域可能性影响因子量化评分[13]

落石到达威胁对象区域可能性因子为IP，则其可按下式计算出:

式中，IPi为第i个影响因子量化评分值；n为影响因子个数。求出IP值后，将其转换成危岩发生崩落灾害的经验概率(P)，与危岩稳定性系数对应，具体见表2。

表2 落石到达威胁区域可能性概率[13]

按照上述方法，得到铜鼓危岩带IP=(27+9+27+9+9+27+9+9+3+9+9)/11=13.3，按内插法计算可得P=0.92，表明其处于欠稳定状态，具有较大的危险性。

4 结 论

1)铜鼓危岩带历史上曾多次发生崩塌现象，岩性为白垩系窝口山组(K1w)石英砂岩夹泥岩；从为危岩类型来看，其属于坠落式危岩。危岩带所处地形高陡，且陡倾节理22°∠78°为其主控结构面与层面共同作用切割并破碎岩体。

2)铜鼓危岩带多于每年雨季出现崩落现象，通过赤平投影分析可以发现有不利结构面，结合半定量的危险性评价认为铜鼓危岩带处于不稳定状态，在暴雨和地震作用下极易发生崩塌。

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