高 健， 陳 浩， 邱志剛， 李冬冬， 王寺響， 高志林

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010; 2.巫山縣三峽水庫生態(tài)建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 巫山 404700； 3.長江巖土工程有限公司，湖北 武漢 430010)

2015年6月，三峽庫區(qū)某庫岸斜坡發(fā)生較大規(guī)?；?。該滑坡位于三峽庫區(qū)核心部位，規(guī)模屬中型，滑坡產(chǎn)生涌浪造成了人員傷亡，產(chǎn)生了較大社會影響，同時也受到地質(zhì)工作者的關(guān)注。在對其成因機理、穩(wěn)定性分析等研究中，存在著對原有斜坡物質(zhì)組成認(rèn)識上的差異，特別是有關(guān)深厚破碎物質(zhì)的認(rèn)識。部分學(xué)者認(rèn)為其由三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)灰?guī)r溶蝕風(fēng)化而成的殘坡積與崩坡積層組成，因此該滑坡為土質(zhì)滑坡；部分學(xué)者則認(rèn)為其是由灰?guī)r受構(gòu)造與溶蝕影響形成的破碎巖體，為溶塌型巖質(zhì)滑坡。

在該滑坡區(qū)域，已存在不同性質(zhì)不同規(guī)模的各類滑坡，如秀峰寺[1]、王家屋場[2]、玉皇閣[3]、翠屏小區(qū)[4]、二郎廟[5]、神女小區(qū)[6]及鄧家屋場[7]等。張家桂[1]認(rèn)為秀峰寺、王家屋場、翠屏小區(qū)及二郎廟等滑坡主要由灰?guī)r、泥灰?guī)r在溶蝕作用下碎化、泥化而形成；而玉皇閣崩滑變形體則為崩坡積碎塊石土與碎塊石組成，為崩滑型土質(zhì)滑坡。此外，蘇愛軍等[8]將分布于滑坡區(qū)域的三疊系中統(tǒng)巴東組(T2b)與三疊系下統(tǒng)嘉陵江組第四段(T1j4)散體狀、碎裂狀巖體統(tǒng)稱為破碎巖體。

為了查明該滑坡的物質(zhì)組成，筆者從該破碎巖體(由于尚未明確該物質(zhì)的成分，暫以破碎巖體定名，以下同)的微觀與宏觀特性上入手，分析其巖性、性狀特征及其成因，對三峽庫區(qū)嘉陵江組巖溶角礫巖有了較深入的認(rèn)識，可為三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考。

1 基本地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

該滑坡位于長江左岸(北岸)，為Ⅰ級階地與低山過渡地帶，整體上陡下緩，地面高程120～330 m，高差約210 m?；虑熬墳棰窦夒A地，位于庫水位以下，地面高程120～135 m，地形坡度一般<15°，相對平緩；中后緣為一北西傾向的斜坡，地形坡度一般33°～52°，高程260 m以上略緩。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)主要分布有第四系沖坡積層(Qal+dl)、滑坡堆積層(Qdel)、崩坡堆積層(Qcol+dl)、殘坡堆積層(Qel+dl)及嘉陵江組第四段。第四系覆蓋層巖性主要為碎塊石土、碎石土及黏性土夾碎石，厚度變化大，一般為2～15 m。嘉陵江組第四段基巖為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r，厚約200 m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)以褶皺構(gòu)造為主，位于Ⅱ級構(gòu)造復(fù)式向斜核部與南翼的轉(zhuǎn)折部位，即長梁子側(cè)轉(zhuǎn)背斜核部偏北西翼，分布巖層為嘉陵江組第四段碳酸鹽巖，地層產(chǎn)狀310°～350°∠30°～70°，傾角變化較大(圖1)。

1.4 水文地質(zhì)

滑坡區(qū)地下水類型主要為松散介質(zhì)孔隙水與巖溶水，其中松散介質(zhì)孔隙水主要賦存于滑坡體、崩坡積層、殘坡積層中,巖溶水賦存于三疊系下統(tǒng)嘉陵江組第四段灰?guī)r溶蝕孔隙、裂隙及巖溶通道中。地下水具交替快、水位變化大的特點。地下水主要來自大氣降雨，沿低凹坡面及土體孔隙及巖溶孔洞、溶隙下滲，最終匯入三峽水庫，庫水位為該區(qū)最低排泄基準(zhǔn)面。

1.5 巖溶

滑坡區(qū)分布的地層為嘉陵江組第四段灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等可溶巖，根據(jù)鉆孔揭示，灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r中分布有大量溶蝕洞隙，洞隙鉛直高度一般為0.1～1.2 m，大者達(dá)4.9 m，洞隙面多起伏不平，充填以粉質(zhì)黏土為主，少量為粉質(zhì)黏土夾碎石與碎石土，局部充填鈣華或方解石脈。鉆孔遇洞率為43.3%，線巖溶率為12.7%，指示該區(qū)為強巖溶發(fā)育區(qū)[9]。

2 破碎巖體宏觀與微觀特征

2.1 宏觀特征

滑坡區(qū)主要為灰—黃灰色破碎巖體，局部分布少量粉晶與細(xì)晶灰?guī)r，整層厚約120 m(圖2)。

破碎巖體多呈散體結(jié)構(gòu)，均不成層，根據(jù)膠結(jié)程度分為膠結(jié)差與膠結(jié)好兩類。膠結(jié)差一類呈黃灰色，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，鉆孔巖芯多呈碎塊狀、碎碴狀，局部具塑性(圖3-a)。膠結(jié)好一類呈灰—黃灰色，以泥鈣質(zhì)膠結(jié)為主，鉆孔巖芯多呈碎塊狀、短柱狀(圖3-b)。破碎巖體整體厚度大，單層一般為2～12 m不等，局部厚達(dá)49 m，分布不連續(xù)，變化大，局部呈透鏡狀，多夾灰?guī)r夾層。

直到現(xiàn)在我仍無法理解，村里人還有我的父輩們，為什么會在大刀揮向那兩棵古樟?xí)r選擇點頭？也許它們當(dāng)初賣了個好價錢，也許根本就沒有。

圖1 滑坡區(qū)褶皺構(gòu)造剖面圖Fig.1 Profile of fold structure in landslide area

圖2 滑坡物質(zhì)典型斷面圖Fig.2 Typical section diagram of landslide substances

圖3 破碎巖體鉆孔巖芯照片F(xiàn)ig.3 Rock core photos of broken rock mass

根據(jù)孔內(nèi)電視成像與巖石成分分析，兩類破碎巖體具有不同的特征。膠結(jié)差一類為泥晶結(jié)構(gòu)，角礫狀構(gòu)造，角礫含量約55%～75%，礫徑2～25 cm不等，呈棱角狀；基質(zhì)主要為泥質(zhì)，含量約20%～40%，變化大，其余為鐵泥質(zhì)與石英(圖4)。膠結(jié)好一類為礫屑結(jié)構(gòu)，角礫狀構(gòu)造,角礫成分主要為泥晶灰?guī)r，含量約60%～80%，礫徑2～20 cm不等，呈棱角狀；基質(zhì)主要為亮晶方解石，含量約10%～30%，其余為鐵泥質(zhì)與溶蝕孔洞(圖5)。

圖4 膠結(jié)差破碎巖體孔內(nèi)電視成像照片F(xiàn)ig.4 TV imaging photos in the drilling of broken rock mass with poor cementation

圖5 膠結(jié)好破碎巖體孔內(nèi)電視成像照片F(xiàn)ig.5 TV imaging photos in the drilling of broken rock mass with well cementation

2.2 微觀特征

為研究其微觀特征，對滑坡區(qū)破碎巖體進(jìn)行了巖石礦物鏡鑒，部分成果照片見圖6。通過鏡鑒成果分析，破碎巖體具微晶結(jié)構(gòu)，溶蝕角礫狀構(gòu)造，溶蝕多孔狀，可見碎屑角礫。

碎屑角礫由灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r角礫與粗晶屑組成。灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r角礫含量約20%,角礫大小2～5 mm，呈次棱角狀—棱角狀，少量次圓狀，角礫由粒徑0.005～0.02 mm之間的微晶白云石組成。白云石具高級白干涉色，晶粒間緊密鑲嵌接觸，零散均勻分布。此外，角礫邊緣多見淺褐色鐵泥質(zhì)分布。粗晶屑含量約4%，大小2～6 mm，呈半自形粗粒狀，具高級白干涉色，解理發(fā)育，多聚集呈礫屑零散分布，微裂隙中可見方解石細(xì)脈分布。

圖6 破碎巖體巖礦鑒定照片F(xiàn)ig.6 Mineral identification photo of broken rock mass

基質(zhì)具微晶結(jié)構(gòu)、礫屑結(jié)構(gòu)和溶蝕角礫狀構(gòu)造，主要由微粉晶方解石、微晶白云石、熱液石英、鐵泥質(zhì)組成。微粉晶方解石含量約40%，粒徑大小0.01～0.05 mm，呈他形微細(xì)粒狀，具高級白干涉色，遇茜素紅試劑染紅色，零散分布在白云石晶粒間隙中，或呈集合體細(xì)脈狀分布在白云石集合體微裂隙中，或沿白云石粗晶屑裂隙分布，可呈團(tuán)粒狀充填分布在溶蝕空洞中。微晶白云石含量約30%，粒徑大小0.005～0.03 mm，呈不規(guī)則微細(xì)粒狀，具高級白干涉色，零散分布在角礫屑間隙中，白云石集合體中常見溶蝕空洞。熱液石英含量約1%，粒徑大小0.02～0.10 mm，呈半自形或他形細(xì)粒狀，具一級灰白干涉色，具溶蝕港灣狀邊緣，零星分布在白云石集合體空隙中。鐵泥質(zhì)含量約5%，粒徑大小0.001～0.02 mm，呈不規(guī)則微細(xì)粒狀或粉塵狀，淺褐色，或呈不規(guī)則紋帶狀分布，或圍繞礫屑邊緣分布。

2.3 綜合判定

巖溶角礫巖是在成因上與碳酸鹽巖密切相關(guān)的一種角礫巖，是碳酸鹽巖在地表或近地表次生作用的產(chǎn)物。當(dāng)碳酸鹽巖出露于地表或近地表時，受地表水或地下水溶解淋失，其頂?shù)装逡蚴ブ味?、崩解、碎裂，往往?jīng)再度膠結(jié)形成巖溶角礫巖。通過以上對滑坡區(qū)破碎巖體的分析，認(rèn)為該破碎巖體整體厚度大、規(guī)律性差、存在泥鈣質(zhì)膠結(jié)，宏觀和微觀特征與烏江某電站嘉陵江組第四段巖溶角礫巖[10]、鄂西清江下游古巖溶角礫巖[11]相近，應(yīng)為巖溶角礫巖，而非崩坡積或殘坡積土體，因此該滑坡為巖質(zhì)滑坡。

3 巖溶角礫巖性狀特征

3.1 化學(xué)成分

根據(jù)滑坡區(qū)巖溶角礫巖化學(xué)成分分析結(jié)果(表1)來看,巖溶角礫巖成分以CaO為主，含量34.32%～43.22%，次為MgO(含量10.97%～18.32%)和SiO2(含量12.75%～17.75%)。

3.2 礦物成分

根據(jù)滑坡區(qū)巖溶角礫巖礦物成分分析結(jié)果(表2)來看,巖溶角礫巖中角礫以泥晶灰?guī)r內(nèi)碎屑或方解石為主，含量50%～75%；次為白云巖角礫，含量約20%；基質(zhì)(膠結(jié)物)以微粉晶方解石或白云石為主，含量30%～40%；部分以泥質(zhì)為主，含量約18%；部分存在溶蝕孔洞，一般占3%。

表1 某滑坡巖溶角礫巖化學(xué)成分分析成果表(%)Table 1 Results of chemical composition of a karst breccia in a landslide

表2 某滑坡巖溶角礫巖礦物成分分析成果表(%)Table 2 Results of mineral composition of karst breccia in a landslide

3.3 膠結(jié)程度

3.4 巖體完整性

該滑坡區(qū)巖溶角礫巖多呈散體結(jié)構(gòu)或碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體完整性差，一般為破碎—較破碎。膠結(jié)差一類巖溶角礫巖的波速值一般為1 400～2 000 m/s；電阻率低，多為50～160 Ω·m；一般完整性系數(shù)Kv<0.15，巖體完整性等級為破碎[12]。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)[13]，巖體類型為Ⅳ類。膠結(jié)好一類巖溶角礫巖的波速值一般為1 900～3 200 m/s；電阻率低，多為160～220 Ω·m；一般完整性系數(shù)Kv=0.10～0.30，巖體完整性等級為破碎—較破碎。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)[13]，巖體類型為Ⅳ-Ⅲ類。

3.5 物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場原位大容重試驗、剪切試驗、動探試驗及注水試驗結(jié)果，巖溶角礫巖的物理力學(xué)性質(zhì)差異大。

膠結(jié)差一類巖溶角礫巖的天然含水率為5.85%～6.23%，天然重度為23.9～24.1 kN/m3，孔隙率為15.20%～15.74%，天然單軸抗壓強度為2～3 MPa，飽和抗壓強度為1～2 MPa，軟化系數(shù)為0.57～0.58，天然抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為2 MPa，飽和抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為1 MPa，飽和內(nèi)摩擦角φ=27°，內(nèi)聚力c=57 kPa，巖體破碎，為極軟巖。

膠結(jié)好一類巖溶角礫巖的天然含水率為4.34%～4.75%，天然重度為24.4～24.6 kN/m3，孔隙率為12.09%～12.81%，天然單軸抗壓強度為8～10 MPa，飽和抗壓強度為5～7 MPa，軟化系數(shù)為0.64～0.65，天然抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為9 MPa，飽和抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為6 MPa，飽和內(nèi)摩擦角φ=33°，內(nèi)聚力c=110 kPa，巖體破碎—較破碎，為軟巖。

巖溶角礫巖滲透系數(shù)一般為1.15×10-4～3.70×10-2cm/s，具中等透水性。

3.6 影響因素

一般來說，多期次的強烈構(gòu)造運動是巖溶角礫巖形成的決定因素。破碎巖體形成后，卸荷松動、風(fēng)化作用與溶蝕作用加大了破碎巖體的破碎程度，同時使破碎巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)更差[8]。巖溶發(fā)育程度決定了巖體溶蝕與膠結(jié)程度，并決定了塌陷的規(guī)模，而巖性決定了原巖體的CaO含量，從而對原巖體的可溶性產(chǎn)生影響。

本滑坡區(qū)處于川鄂湘黔隆起褶皺帶之西北部，西臨川東褶皺帶東緣，具有兩大構(gòu)造體系交接帶的復(fù)合特征，構(gòu)造復(fù)雜，受多期構(gòu)造影響，原巖體受擠壓、褶曲，結(jié)構(gòu)受到不同程度的破壞，完整性較差且差異大。嘉陵江組第四段灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)rCaO含量38.19%～53.32%，MgO含量0.98%～3.91%，CaO與MgO含量之比為9.8～54.4，CaO與MgO含量相差較大，CaO含量高，巖石易溶，可溶性較強；但局部夾泥灰?guī)r或泥質(zhì)灰?guī)r，泥質(zhì)含量高，方解石含量相對較低，其可溶性較差。因此，本滑坡區(qū)巖溶角礫巖呈現(xiàn)完整性、膠結(jié)物質(zhì)、礦物成分、工程性質(zhì)差異大的特點。

4 巖溶角礫巖成因分析

巖溶角礫巖主要由可溶巖在構(gòu)造破碎、巖蝕塌陷、淋濾或滲流膠結(jié)等作用下形成。

燕山運動期間，以SN向水平擠壓為主的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力使三峽庫區(qū)沉積蓋層沿基底發(fā)生滑移，導(dǎo)致沉積蓋層大面積褶皺和破裂。嘉陵江組第四段薄—中層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、泥灰?guī)r強度差異大，且夾持于上部巴東組第二段軟巖與下部嘉陵江組第三段—二疊系硬巖(能干層)之間，構(gòu)成了由嘉陵江組第四段和巴東組第一段組成的區(qū)域上的主滑脫層位，使巖體變得非常破碎。挽近期以來，包括三峽庫區(qū)在內(nèi)的川東鄂西廣大地區(qū)主要表現(xiàn)為區(qū)域性間歇式整體隆升，斷裂、裂隙普遍表現(xiàn)為張性特征，斜坡卸荷裂隙極為發(fā)育。

當(dāng)長江與支流河道在滑坡區(qū)交匯，進(jìn)入峽谷侵蝕時，地層逐漸暴露地表并產(chǎn)生卸荷松動，節(jié)理裂隙逐漸張開，巖體風(fēng)化作用加劇，地下水循環(huán)加快，且伴隨巖溶作用。隨著地殼階段性抬升，長江不斷下切，風(fēng)化及碳酸鹽巖的溶蝕更加強烈，巖體更加破碎。

滑坡區(qū)嘉陵江組第四段可溶巖受多期構(gòu)造、風(fēng)化及溶蝕作用影響，巖體破碎、滲透性強?；聟^(qū)為低山斜坡，距地面高程120～330 m，與蓄水前長江水位高差大，地下水水位較低、滲流快，因此巖溶發(fā)育，溶蝕強烈，形成溶蝕孔洞，帶走部分可溶物。當(dāng)孔洞發(fā)育到一定規(guī)模后，頂部失去支撐，產(chǎn)生塌陷，破碎角礫與地表土體松散堆積于溶蝕孔洞內(nèi)。地下水淋濾下滲，將地表泥質(zhì)、泥灰?guī)r中的泥質(zhì)及可溶巖鈣質(zhì)帶入溶蝕孔洞內(nèi)，對溶塌角礫產(chǎn)生反復(fù)膠結(jié)，從而形成了具滑坡區(qū)特征的巖溶角礫巖。因此，滑坡區(qū)的巖溶角礫巖除受構(gòu)造作用外，主要受巖溶塌陷與淋濾膠結(jié)綜合作用形成。

5 結(jié)論

(1) 該滑坡破碎巖體為巖溶角礫巖，化學(xué)成分以CaO為主，次為MgO或SiO2；角礫以泥晶灰?guī)r內(nèi)碎屑或方解石為主，基質(zhì)(膠結(jié)物)以微粉晶方解石或白云石為主，部分以泥質(zhì)為主。

(2) 巖體整體膠結(jié)程度較差，部分呈未膠結(jié)狀。

(3) 巖體完整性差，一般為破碎—較破碎，邊坡巖體類型為Ⅳ-Ⅲ類。

(4) 巖體多為軟巖—較軟巖，一般具中等透水性。巖溶角礫巖的不均一特征與多期構(gòu)造作用、巖溶作用及巖性有關(guān)，除受多期構(gòu)造作用影響外，主要受溶塌與淋濾共同作用的影響。