荔浦市岩质崩塌形成条件及失稳运动特征

张漓黎, 黄邦绍, 何 木, 李隆杰

(广西壮族自治区桂林水文工程地质勘察院，广西 桂林 541002)

0 前言

荔浦市位于广西东北部，“山水甲天下”的桂林市南面，是“广西旅游名县”之一，拥有溶洞奇观——银子岩,“一洞穿九山、暗河漂十里”妙景——丰鱼岩，桂林山水湾——荔江湾3个国家AAAA级景区。所谓“绝美的风景，多在奇险的山川”，占荔浦市面积21%的碳酸盐岩区为世人奉献了绝美的风景，但同时也存在很大的安全隐患。荔浦市碳酸盐岩区岩质崩塌、危岩地质灾害(含历年灾点)共计61处，占地质灾害总数的20%，现存隐患威胁到人口1 487人的安全，威胁到财产2 640万元的安全。银子岩、丰鱼岩、荔江湾景区内都曾发生过岩质崩塌并仍有危岩隐患存在。荔浦市历年地质灾害造成人员1人死亡，4人受伤，均因岩质崩塌所致。

本文根据野外实地调查情况，以荔浦市碳酸盐岩区岩质崩塌、危岩为研究对象，总结其基本发育特征、岩体结构系统以及形成条件[1]，并以一处危岩体为例，用无人机进行三维扫描并分析。由于危岩的发展趋势就是形成岩质崩塌，后文中一般用“岩质崩塌”统称。

1 自然地理与地质环境

荔浦市地势上处于四面环山，周高中低。纯碳酸盐岩区其地貌组合形态有构造溶蚀地貌——峰林谷地、峰丛洼地，为岩质崩塌地质灾害发育的地段。侵蚀堆积地貌——河谷阶地大部分为覆盖型岩溶区，阶地内偶有灰岩孤峰、峰丛矗立，局部形成孤峰平原、峰林平原等岩溶平原地貌，也有岩质崩塌发育。发育地层以泥盆系中上统中厚层-厚层灰岩、白云岩为主，岩溶中等-强烈发育，主要岩溶形态有岩溶洼地、落水洞、溶洞、地下河、伏流、岩溶地面塌陷等，溶洞规模较大，地下水丰富，岩溶垂向发育强烈，洼地、漏斗、落水洞等星罗棋布，地下水以管道流为主系明暗交替出现。大气降雨补给强烈，地下水和地表水之间的转化关系较迅速，地下水动态极不稳定。

荔浦市按构造单元属南华准地台桂中—桂东台陷桂东北凹陷的海洋山断褶带，区内发育多条断裂、褶皱。其中荔浦至平乐断裂、新圩断裂等压性断裂对岩体结构影响最大。受构造影响，调查区内岩石垂直节理裂隙十分发育，山体表面岩体完整性较差。

2 岩质崩塌发育特征

2.1 规模

调查区内共发育岩质崩塌61处，规模为0.045～9 600 m3，绝大多数在500 m3以下虽都属小型，但体量悬殊(图1a)。

图1 岩质崩塌发育基本特征统计

2.2 发育高度

调查范围内山顶标高182.4～426.72 m，地面标高113 m，相对高差70～313 m，岩质崩塌绝大多数发育在碳酸盐岩区自然岩质斜坡山体中上部或靠近山顶的位置，发育高度较高，分布相对集中，多呈群体和面状分布，绝大多数岩石崩塌处常存在大量的不稳定危岩体，在50～100 m范围内最多，占比45.90%(图1b)。

2.3 控制结构面特征

区内碳酸盐岩地层主要发育有3组节理裂隙，即NE-SW，NW-SE，NNE-SSW，2组原生层面裂隙，主要倾向方向有NE、SEE、SE、SW和NW，主要倾角在50°以上，占67%，其中近垂直(70°～90°)的占46%。节理裂隙宽度最大达40 mm，最小1 mm。节理裂隙密度达0.3～4条/m，裂隙较平直，局部有泥质充填，部分裂隙面被红褐色铁氧化物或泥质渲染。受陡倾控制结构面影响，区内岩质崩塌以坠落式为主。

3 岩质崩塌形成条件

3.1 地形地貌

岩质崩塌发育最多的地貌区为侵蚀溶蚀峰丛洼地、峰林谷地地貌区(图2a)，地貌特征以奇峰林立、石壁陡峭著称。微地貌主要为山体陡坡和陡崖的中上部，大多数发育与坡度大于70°的斜坡上(图2b)。坡面形态有凸形、凹形和平直形。其所处陡崖坡面往往有凸起的岩块或裂面存在，形成块状、柱状、楔状、层状、层叠状、倒锥状、三角状、滚石状、孤石状、不规则状、碎块状等状的危岩体，以块状、柱状、层状、层叠状、不规则状为主。

图2 地形地貌对岩质崩塌的影响

3.2 地层岩性

荔浦市岩质崩塌最发育的地层为泥盆系上统桂林组(D3g)，其发育密度及数量均远超其他地层(图3)。其岩性为灰白色中厚层块状灰岩、白云岩，岩溶发育程度强，溶蚀裂隙、溶沟(槽)、层间裂隙十分发育。由于其岩层厚度大，为刚性强的较硬岩，力学模型接近弹性体，受力易脆性形变，产生与岩层面贯通并相互切割的“T”或“X”形剪切结构面。另外，临空面岩体在强烈卸荷作用下，产生新的卸荷裂隙或者原有结构面进一步扩展、扩张，最终贯通。山体在结构面的切割下，完整性受到破坏，形成块裂状结构。

图3 荔浦市岩质崩塌与地层岩性关系

3.3 地质构造

荔浦市经历多期构造发展阶段，形成了境内错综复杂的构造格架，对构造附近岩体完整性影响极大。断层枢纽附近节理(原生构造裂隙或次生构造节理)密度最多达为12条/m，翼部节理密度可达1～3条/m。伴生的次级断裂及构造裂隙也发育，造成构造附近岩体严重破碎，易于形成危岩体。岩质崩塌与断层、褶皱构造关系较为密切，均发育于距离构造行迹5 km以内地带(表1)。

表1 荔浦市危岩地质灾害与地质构造距离关系表

3.4 大气降雨

岩质斜坡的破坏过程是变形积累的过程，降雨是岩质崩塌的重要外部诱发因素之一。降雨入渗使结构面间充填物或胶结物润滑、膨胀，破坏岩体之间的力学联结，使结构面加宽加深；雨水冲刷掏空危岩体底部的泥土、砂石，进一步使与母岩初步脱离接触的危岩体失去支撑；在雷雨、爆破等振动动力因素触发下，失稳崩落[2]。

荔浦市岩质崩塌与降雨关系密切，多发生在每年的5—7月份(图4a)，数量占比50%(图4b)；5—6月份是降雨量最多、暴雨次数最多的月份，与地质灾害高发期吻合[3]。

图4 荔浦市岩质崩塌与各月降雨关系(根据调查到确切日期的岩质崩塌统计)

3.5 生物作用(植物根系)

调查区内的岩溶石峰山体中，一般多生长有草丛、乔灌树木，部分呈半裸露状或全裸露状。灰岩石峰边坡，一般土体较少，植物(榕树较常见)的根系多深入于岩石的裂缝中，通常长在石壁中而成为景观树；根系在树木生长过程中不断增大，裂隙也不断变宽加大，最终导致岩块与母岩分离形成危岩。

危岩形成后，植物根系继续生长胀宽岩石裂缝，且树木本身的重量不断增加引起的对危岩体的荷载不断增加，导致危岩体变形加剧，从而崩塌。

3.6 人为因素

荔浦市内人类工程活动主要有修路、建房、采石施工爆破等。区内部分地段原为采石场，因城镇建设而废弃。采石场和建设工程修路、建房开挖边坡等施工多采用爆破的方法进行，爆破震动使山体中形成新的次生裂隙，同时使原有的裂隙变宽；且采石活动使山体自然边坡的坡度变陡；有利于危岩体发展，不利于岩体平衡，从而产生崩塌。

3.7 地震

地震对岩质崩塌影响主要为：在地震构造力的直接破坏下岩体中结构面增多，岩体由整体状变为块裂、碎裂状，破坏了岩体的原生结构，同时震动使岩体松动，使岩体对控制面的法相压力减弱，增大了下滑；二是为岩质崩塌发生提供大量物源，即松动岩块(危岩体)，在降雨作用下可演变成崩塌。

4 岩质崩塌失稳运动特征

荔浦市岩质崩塌失稳方式有坠落式、倾倒式和滑移式[4]3种，运动方式以坠落、倾倒-滚落和滑移-倾倒-滚落方式居多。区内坠落式48处，占78.69%；滑移式5处，占8.20%，倾倒式8处，占13.11%；坠落式远多于其他两类。

4.1 坠落式

区内坠落式岩质崩塌多从60°以上的陡崖上部或顶部起始，以较大初速度坠落至下方坡脚或斜坡后滚动、跳跃，直至速度为0[5]。岩块崩落运动路径中有一定概率发生与山体相撞，而导致崩塌岩块碎裂成小块并发生弹射，弹射方向有时发生大于90°的改变，并且弹射距离可达300 m以上或大于山体高度。

4.2 滑移式

区内滑移式崩塌多发生在坡面大于50°的陡坡，其软弱结构面倾向与坡向顺向，危岩体在重力作用下向临空面滑移，当重心滑出斜坡后产生崩塌。危岩体的运动起始于下部，沿斜坡以较小的初速度翻滚而下，运动形式为滑移-倾倒-滚落，起始运动形式为滑移。

4.3 倾倒式

区内倾倒式崩塌多发生在山体悬崖位置，危岩体受垂直结构面控制与稳定母岩分离，受倾覆力矩作用，以危岩体下端为支点，从上端开始转动性倾倒运动，岩块沿斜坡滚落，初速度较小，运动距离较其他两类短，运动形式为倾倒-滚落，起始运动形式为倾倒。

5 无人机三维扫描及分析实例

无人机倾斜摄影测量技术是以无人机为飞行平台搭载传感器设备，来获取地面信息的遥感方式。利用无人机倾斜摄影测量采集得到的数据，可以建立全区全景三维模型及分区高精度三维模型，对于地质人员难以攀爬的高陡灰岩山体斜坡上进行的地灾调查有极大的优势[6]。荔浦市岩质崩塌、危岩调查中也运用了这一技术，下面以其中一处为例来阐述。

荔城镇五里村木鱼屯危岩(图5)是构造溶蚀地貌单元典型危岩地质灾害。该地貌单元山体坡度较陡，基岩裸露或覆盖层很薄，建(构)筑物多为依山而建；岩溶发育程度中等-强烈，地下岩溶水水量中等-丰富；距离新圩断裂小于1 km。危岩发育的灰岩山体基座相连，山顶高程410 m，山脚谷地标高160～180 m，高差240 m，山体成锥形，中上部陡崖，中下部斜坡40°～45°，坡向60°～80°。出露为泥盆系中统唐家湾组(D2t)中厚层灰岩，呈微风化，属较硬岩，岩层产状260°∠5°。根据结构面统计结果，该处主要发育：J1：160°∠65°，长度18 m，密度2.00条/m；J2：60°∠85°，长度5～30 m，密度0.20～0.50条/m。山体自山顶延伸到山体下部发育有一条小断裂D1，产状347°∠70°，断裂面张开度0.3～1.0 m。其中J2与山体斜坡顺向，为近直立陡倾结构面，在J1、层理面的共同作用下，岩体被切割成块裂状，形成了破坏形式为倾倒式的危岩①，崩落方向为70°。危岩②在此基础上受小断裂D1的切割，与近直立斜坡上母岩割裂，破坏形式也为倾倒式，崩落方向受斜坡坡度制约，为150°。

图5 荔浦市木鱼屯危岩无人机三维扫描影像

6 结论

通过对荔浦市境内61处岩质崩塌、危岩的调查研究，总结了其规模、发育高度、控制结构面等发育特征，分析了地形地貌、地层岩性、地质构造、大气降雨、生物作用、人为因素、地震等形成条件，及坠落式、滑移式、倾倒式岩质崩塌失稳运动特征；最后，以一处危岩为例，采用无人机进行三维扫描并分析其形成原因及预测其失稳运动特征。