安顺城区崩塌地质灾害发育特征分析及其防治建议

段方情

(贵州省地质环境监测院,贵州 贵阳 550001)

0 引言

安顺城区位于贵州省中部,地处黔中喀斯特丘原分布区。随经济的不断发展,城市化的进行,城市向四周扩展,不可避免在溶丘周边进行切坡等人类工程活动,随之可能带来地质灾害加剧,城市地质灾害的防治面临新的形式。地质灾害调查以县域、小流域为单位已经开展了大量的工作[1-3],冯振等对上硬下软水平岩层崩塌受采矿活动的影响,进行相关数值模拟,分析崩塌破坏机制研究[4]。而安顺城区建筑密度大,人口分布多,人类工程活动强烈。其地层岩性主要为水平含软弱夹层碳酸盐岩,地形切割较浅。崩塌规模小,但破坏影响大,隐蔽性强。在山体周边开展工程建设,调查及勘查不容易发现易使不良地质现象变成崩塌地质灾害的隐患。

1 地质环境条件

安顺城区位于乌江水系与盘江水系的分水岭地带,气候属于亚热带季风气候,年平均降雨量1365 mm,4月至9月降水量占全年降量的80%,日最大降水量185.4 mm(1973年9月19日),时最大降水量为26.8 mm。城区及周边为溶蚀地貌,主要为峰丛洼地、峰林谷地、残丘坡地。峰丛洼地主要分布于幺铺镇、宁谷镇一带,峰丛高洼地小,峰顶相对洼地高150～200 m。锥体中常见穿洞,洼地中多落水洞,地下水位埋藏较深。峰林谷地主要分布于宋旗镇、华西办、东关办一带,峰林稀少(局部地段为峰林洼地),锥体浑圆,相对高度100～150 m,谷地宽阔,其间杂有高20～30 m的残丘;残丘坡地分布主城区,其特点是地形平缓,微起波状,有零星残丘。主要分布三叠系中下统地层,主要有三叠系中统关岭组、三叠系中统杨柳井组、三叠系下统嘉陵江组地层、三叠系下统大冶组地层。杨柳井组地层岩性主要为浅灰、灰色中厚层-厚层块状白云岩、角砾白云岩夹泥页岩软弱夹层;关岭组地层岩性上部为深灰色中厚层致密灰岩夹泥质白云质灰岩,下部泥页岩与夹泥质白云岩,形成上硬下软结构;嘉陵江组底层岩性上部主要为黄绿、紫红色砂质粘土岩、薄层泥质砂岩、粉砂岩夹灰色泥晶灰岩、泥灰岩及角砾状灰岩,下部主要为灰色、深灰色薄至中厚层泥晶灰岩;工程岩组主要为硬质岩组及软硬相间岩组。安顺城区主要位于南岭纬向构造带之北,川滇经向构造体系之东,新华夏第三隆起带之西。由于长期地应力的作用,形成了比较复杂的构造。区内所有构造形迹均南北向的动力作用于这一基本运动方式之中,形成了南北向构造,北东向构造以及北西向构造。居民房屋多分布于洼地四周及较平缓区域,随城镇开发,交通设施完善,人类工程活动强烈,这些对地质环境的影响较大。

2 地质灾害分布及发育特征

主城区及周边发育地质灾害50处,3处滑坡,35处崩塌,2处地面塌陷,地质灾害以崩塌为主[5]。地质灾害较为发育的乡镇主要有幺铺镇,地质隐患点15处,华西办13处,宁谷镇12处。崩塌主要发育于软硬相间岩组及硬质岩中(含软弱夹层)分布区陡坡及陡崖部位,主要为小型岩质崩塌,崩塌所在地形坡地在50°～90°之间,上陡下缓,多为硬岩中夹软弱夹层,破坏模式为倾倒式、坠落式、滑移式,以倾倒式为主。崩塌所在斜坡结构多为近水平状坡、横向坡、斜向坡、逆向坡,由于差异风化影响,凹岩腔较为发育。具有小灾害、大危害的特点。

3 典型地质灾害点(龙井村对门坡崩塌)分析

该危岩体位于安顺城区西部幺铺镇龙井村,出露三叠系中统杨柳井组(T2y)地层,岩性为白云岩夹多层泥质白云岩,岩层倾角较缓,斜坡结构为逆向坡,山脚一带分布房屋,在城区具有代表性[6]。形成机理方面国内外做了大量研究,如王根龙采用离散元对我国西南山区含软弱层崩塌进行数值模拟,模拟其破坏过程[7]。冯振等对近水平厚层高陡斜坡崩塌机制进行研究,总结归纳6种地质力学模型[8]。李丽华对保康温泉崩塌成因机理进行分析[9]。

3.1 危岩体地质环境条件

对门坡崩塌所属地貌形态为峰丛洼地地貌,其所在的山体顶部海拨1448 m,南侧山脚最低处海拔1295.3 m,相对高差约152.7 m。危岩体位于山体顶部,海拔1435.6～1442.2 m,居民集中区沿山脚公路内外侧分布。该山体上部坡度一般为45°～70°,发育多个台坎(小平台位置即软弱夹层位置),陡坎坡度较陡,坡度在60°～70°之间,下部坡度一般为10°～45°。

区域构造上,勘查区处于扬子准地台黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区西侧,地质灾害点位于断层线南东盘,属于下降盘,距断层线约2500 m。受构造影响,调查区内岩体节理裂隙发育,根据调查,共存在2组节理面:第一组节理面50°∠85°,线密度2～3条/m;第二组节理面140°∠78°,线密度2～3条/m。

3.2 危岩体基本特征

对门坡危岩带如图1所示,由于地形较陡,呈带状,下部民房沿坡脚及公路呈线性分布。体积较大、较为危险的危岩体主要有1处,其余为零星风化落石。体积较大的危岩体位于测区东侧山体上部(图1、图2)。危岩体高6.6 m,宽5 m,厚4.5 m,体积148.5 m3,规模为小型。主崩方向147°,斜坡为逆向坡。主要发育二组陡倾节理,第一组节理产状140°∠72°,沿这条节理裂隙形成了后缘张拉裂缝,控制危岩体的后缘,后缘张拉裂缝宽度2～4 cm,无填充物体充填;第二组节理产状50°∠78°,切割岩体,构成危岩体的两侧边界,两侧缘已经临空。由于受构造及二组节理裂隙后续风化的影响,竖向裂缝非常发育,形成独立的块体。由于软弱夹层的影响,危岩体下部为泥质白云岩,差异风化软硬接触面形成凹腔,上部硬质岩(白云岩)悬空,坡体应力不断调整,后缘裂隙逐渐扩展,形成危岩体。

图1 危岩体平面分布图

图2 危岩体局部剖面图

3.3 形成机理分析

该危岩体孕育形成是地球内外动力综合作用的结果。由于地质构造作用,形成其一定特点构造及原始山体,在后续岩溶等作用下,节理裂隙不断扩展,结构面相互切割,形成独立的块体。差异风化的影响,软弱夹层(泥质白云岩)抗风化能力较弱,因差异风化软硬岩接触部位已形成了凹腔,随着凹腔不断发育,上覆岩体应力不断调整,后缘裂缝不断扩展,重心不断外移,在降雨条件下,后缘裂隙充水形成静水压力及自身力学参数下降情况下形成倾倒式破坏。局部可形成类似“鹰嘴”岩体,由于沿层面力学强度差异的影响,强度较弱的部位也可能坠落式崩塌。

3.4 危岩破坏后运动计算及治理

落石分析方法有很多种,大体上分为3类:现场试验、模型试验和数值模拟。本文采用数值模拟的方式进行计算,根据斜坡上部危岩体分布特征及已有滚石的运动路径分析,选取典型剖面,采用ROCKFAIL软件进行计算机模拟,坡面根据岩土体性质及植被发育情况选取有关参数,落石大小考虑历史落石及结构面相互切割形成块体的大小,选取危岩体解体后最大体积为2 m3进行落石模拟计算(图3)。地形陡峭且分布多个小台阶,落石在台阶处以跳跃为主,弹跳高度大,运动距离远,危岩体模拟计算最远可超过125 m,测区危岩体下方房屋、公路、云马厂房均在其威胁之下。通过实际调查及访问,该地区曾发生多起落石现象,经访问落石最远的滚动距离可达103 m左右(在公路内侧房屋)。造成模拟运动距离比实际运动距离大,主要模拟未考虑坡脚处房屋的阻挡作用,模拟与实际相对还是比较吻合的。通常崩塌落石运动距离不算太远,主要威胁山脚附近的房屋建筑及居民、公路过往车辆及行人。

图3 危岩体(2 m3)破坏运动轨迹

该崩塌灾害点对于上部较大危岩体采用清理方式,坡面零星落石采用在坡体下方设置RXI-200被动网进行防护综合治理的方案。

4 防治建议

1)安顺主要城区以溶蚀残丘及溶蚀洼地地貌为主,出露地层岩性为含多层软弱夹层的白云岩、灰岩,地层倾角小,差异风化下,逆向坡方向沿软弱夹层位置容易形成凹腔,沿软弱夹层以上位置易孕育倾倒式及坠落式崩塌,威胁下部居民及建筑物安全。根据其产生机制,建议对软弱夹层进行嵌补封填,同时做好排水措施,阻止其凹腔继续发育、上覆岩体产生后续变形破坏。较大的危岩体可适当清除,下部可设置被动网及拦石墙。建议首先调查清除坡体软弱夹层分布及发育情况,是否有成灾条件。

2)对于建新工程,加强对山体软弱夹层的调查及勘查工作,特别是高位的软弱夹层。可采用地面三维激光扫描的方法,可过滤植被,清晰测量凹腔位置,剖面形态,计算危岩体方量,测量节理裂隙产状等。三维激光扫描近年来在危岩体监测、测绘、矿山边坡监测方面运用广泛,取得了较好的效果[10-11]。

3)对于逆向坡山体区域,易孕育崩塌,具有规模较小、危害较大、高位隐蔽等特点。在此区域开展工程活动应因地制宜,采用支护措施与景观设计相结合,如拦石墙与文化墙相互结合等。支护措施主要有拦石墙、主动网、被动网等。

4)加强监测手段,积极运用遥感等新技术如LINSAR、LIDAR,LINSAR可不同时期斜坡影像解译其变形情况,LIDAR在地质灾害早期识别具有较大的利用价值。此类技术在地质灾害监测识别及单点运用得到较好的运用[12-15]。LIDAR,LINSAR结合气象预警及群专结合方法,加强对地质灾害排查、监测,做好临灾预报、警报,将地质灾害造成的损失降到最低。

5)采用开发式治理方式,对于地质灾害较为发育且植被不发育的溶蚀残丘,可考虑将山体整体清除,消除地质灾害隐患,保护有限的耕地资源。

5 结语

1)安顺市城区由于含软弱夹层碳酸盐岩广泛分布,地层倾角较为平缓,差异风化强烈,易孕育小型崩塌地质灾害。山体植被一般较发育,崩塌具有高位、隐蔽性、突发性、小灾害、大危害等特点。

2)提出相应防治建议,前期调查评估工作很重要,前期地质灾害评估工作需要调查软层夹层的分布情况及不利地质条件组合情况,看是否具备成灾条件,建议采用地面三维激光扫描技术配合调查。后期勘察需要考虑选择合适的支护措施,建议将支护措施与景观设计相结合。根据实际条件也可采用开发式治理的方式,将小山包整体清除,节约耕地资源。

3)加强地质灾害排查、监测工作,积极采用新技术、群专结合的方式。如LINSAR、LIDAR技术,可大面积高效开展地质灾害监测及早期识别工作,然后专业人员现场核查。