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貴州甲定村后龍山危巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及成因分析

2024-01-11 11:01:34姚佳興
現(xiàn)代礦業(yè) 2023年11期
關(guān)鍵詞:危巖坡度裂隙

姚佳興

(貴州省煤田地質(zhì)局水源隊(duì))

貴州省貴陽(yáng)市高坡鄉(xiāng)甲定村后龍山頂發(fā)育有1塊危巖,危巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育,巖體因長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)化剝蝕底部形成凹巖腔,且下方陡崖坡度較大,接近直立,存在崩塌的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)山體下方村民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成較大威脅[1-10]。為了查清危巖體現(xiàn)狀及成因,技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采用詳細(xì)勘查、工程地質(zhì)測(cè)繪等手段查清該崩塌隱患點(diǎn)的發(fā)育特征。根據(jù)定性分析及定量計(jì)算方式綜合評(píng)價(jià)該危巖體的穩(wěn)定性,結(jié)合內(nèi)外部條件分析其形成因素。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

調(diào)查區(qū)位于黔中盆地東南部,屬高原臺(tái)地地貌。調(diào)查區(qū)地勢(shì)總體為中部高、四周低,最高點(diǎn)海拔1 396.71 m,位于后龍山頂,最低點(diǎn)海拔1 210 m,位于北西側(cè)耕地,地形坡度較陡,一般為30°~70°,局部陡崖處坡度近直立,斜坡上第四系覆蓋層厚度0.3~3 m,植被生長(zhǎng)較茂密,以灌木為主。

1.2 地層巖性

調(diào)查區(qū)及周邊出露的地層有第四系、石炭系下統(tǒng)大塘組。第四系(Q)以堆積土層為主,為碎石黏土,呈黃褐色、可塑狀,厚度0.3~3.0 m,主要分布在緩坡及地勢(shì)低洼地帶;石炭系下統(tǒng)大塘組(C1d)為灰色厚層狀灰?guī)r夾泥灰?guī)r,厚200~500 m,一般厚度為350 m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

調(diào)查區(qū)位于黔南坳陷區(qū)(江南造山帶),為都勻南北向的構(gòu)造變形區(qū),區(qū)域內(nèi)經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),各構(gòu)造體系之間發(fā)生斜接、交切,形成了較復(fù)雜的構(gòu)造格局。此外,調(diào)查區(qū)也位于許家大坡背斜東翼,研究區(qū)無(wú)斷層發(fā)育,為單斜構(gòu)造,巖層呈單斜產(chǎn)出,地層產(chǎn)狀120°∠19°。

1.4 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)的巖體,可分為硬質(zhì)巖組、松散巖組2類工程地質(zhì)巖組。硬質(zhì)巖組位于石炭系大塘組(C1d)地層,為灰色厚層塊狀石灰?guī)r,巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、堅(jiān)硬、力學(xué)性質(zhì)較好,但裸露在地表的巖體溶蝕現(xiàn)象較為強(qiáng)烈,溶蝕裂隙發(fā)育。松散巖組為第四系殘坡積物(Q),巖性主要為含碎石黏土,該巖組結(jié)構(gòu)松散,工程地質(zhì)性質(zhì)差。

1.5 水文地質(zhì)條件

巖溶裂隙水主要賦存于石炭系下統(tǒng)大塘組(C1d)灰?guī)r節(jié)理裂隙中,靠大氣降水補(bǔ)給,以巖溶管為徑流通道。第四系松散孔隙水主要賦存于第四系覆蓋含碎石塊石粉質(zhì)黏土的松散孔隙中。

2 崩塌危巖體的發(fā)育特征

崩塌危巖體位于貴陽(yáng)市高坡鄉(xiāng)甲定村后龍山頂部陡崖一帶,植被發(fā)育,隱患點(diǎn)下部斜坡坡度30°~50°,陡崖處地形坡度接近直立,坡腳為村民居住區(qū)(圖1)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查,該危巖體屬于傾倒式崩塌危巖類型(圖2),其高約11.5 m,寬約2.5 m,厚度約5.5 m,總方量約158.1 m3。危巖體周圍及斜坡中部零星分布有小型石塊,石塊大小不一,受極端天氣影響,容易發(fā)生滾落,雖然塊體較小,但也會(huì)對(duì)下方村民造成威脅。

巖層節(jié)理裂隙非常發(fā)育,有3 條方向不同的裂隙,其中1#裂隙高約8 m,平均寬度0.1 m,延伸方向210°,呈豎直方向發(fā)育;2#裂隙高約6 m,平均寬度0.15 m,延伸方向350°;3#裂隙高約11.5 m,平均寬度0.1 m,延伸方向350°,向危巖體深部延伸。危巖底部發(fā)育有1 處凹巖腔,凹巖腔寬6.5 m,平均高度3 m,深3.5 m,凹巖腔內(nèi)部堆積較多石塊,石塊大小不一,為0.1~0.5 m3。

3 危巖穩(wěn)定性分析

3.1 定性分析

本次研究的崩塌點(diǎn)地貌形態(tài)為構(gòu)造侵蝕中低山地貌類型,斜坡整體坡度約45°,局部為陡坎。崩塌整體坡向?yàn)?90°,巖性為灰?guī)r,巖層產(chǎn)狀120°∠19°。危巖體發(fā)育有3 組裂隙,產(chǎn)狀分別為210°∠70°,350°∠65°,350°∠62°,且有裂隙被第四系殘坡積物充填,使得其均向危巖體深部發(fā)育,即將貫穿巖體。通過(guò)赤平投影計(jì)算分析,危巖穩(wěn)定性較差,評(píng)價(jià)結(jié)果為可能滑動(dòng)。

3.2 定量計(jì)算分析評(píng)價(jià)

3.2.1 巖土物理力學(xué)參數(shù)的確定

本次勘查工作,現(xiàn)場(chǎng)采集9件巖樣做巖土力學(xué)試驗(yàn),用于分析評(píng)價(jià)危巖穩(wěn)定性。巖體物理力學(xué)指標(biāo)計(jì)算見(jiàn)表1。

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根據(jù)試驗(yàn)值,石灰?guī)r飽和密度標(biāo)準(zhǔn)值為2.68 g/cm3,故取石灰?guī)r飽和容重γ=26.8 kN/m3,石灰?guī)r巖體飽和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值為59.81 MPa,抗拉強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值flk=4.26 MPa。

3.2.2 計(jì)算模型與工況

因長(zhǎng)期風(fēng)化作用,危巖體底部泥質(zhì)含量較重的軟弱層逐漸剝蝕,形成凹巖腔,巖體下部失去承載力,加之巖體溶蝕裂隙發(fā)育,形成較長(zhǎng)縱向不利結(jié)構(gòu)面,不利結(jié)構(gòu)面貫穿,形成傾倒式危巖。

研究區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s,地震基本烈度Ⅵ度,不考慮地震荷載。根據(jù)危巖體特征及其荷載情況,選定天然狀態(tài)(工況Ⅰ:自重)、持續(xù)降雨(工況Ⅱ:自重+暴雨)2 種工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,參考《崩塌防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》(T/CAGHP032—2018),穩(wěn)定性安全系數(shù)按表3選取。

加強(qiáng)部隊(duì)官兵實(shí)戰(zhàn)意識(shí)的培養(yǎng),熟練掌握現(xiàn)代化指揮手段。改善培訓(xùn)設(shè)施,優(yōu)化培訓(xùn)內(nèi)容,豐富培訓(xùn)手段,提高對(duì)維和人員的培訓(xùn)能力。在培訓(xùn)中注重實(shí)戰(zhàn)模擬和訓(xùn)練,強(qiáng)化作戰(zhàn)運(yùn)用實(shí)踐,熟練掌握現(xiàn)代化作戰(zhàn)方式。增強(qiáng)快速軍事部署能力,提高應(yīng)對(duì)多種安全威脅、遂行多樣化軍事任務(wù)的響應(yīng)能力。

3.2.3 計(jì)算公式的選取

本次崩塌危巖計(jì)算公式參考《崩塌防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》(T/CAGHP032—2018),危巖體為傾倒式危巖,危巖體破壞形式由后緣抗拉強(qiáng)度控制,故該隱患點(diǎn)危巖計(jì)算模型及計(jì)算公式選取如下:

式中,F(xiàn)為危巖穩(wěn)定性系數(shù);W為危巖體自重,N;V為裂隙水壓力,kN/m,按1/2(γw·hw2)計(jì)算,γw為水的容重,通常取10 kN/m3;H為危巖體高度,m;h為后緣裂隙深度,m;hw為后緣裂隙充水高度,m;a為危巖體重心到傾覆點(diǎn)的水平距離,m;b為后緣裂隙未貫通段下端到傾覆點(diǎn)之間的水平距離,m;h0為危巖體重心到傾覆點(diǎn)的垂直距離,m;α為危巖體與基座接觸面傾角,(°),外傾時(shí)取正值,內(nèi)傾時(shí)取負(fù)值;β為后緣裂隙傾角,(°)。

3.2.4 危巖穩(wěn)定性情況

根據(jù)《崩塌防治工程勘查規(guī)范(試行)》(T/CAGHP 011—2018)中的危巖穩(wěn)定狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)區(qū)內(nèi)危巖體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),詳見(jiàn)表3。

通過(guò)對(duì)危巖穩(wěn)定性詳細(xì)計(jì)算,得出自然工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.08,暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.05,均屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

4 危巖成因分析

4.1 軟弱帶形成的凹巖腔

軟弱帶的出現(xiàn)和變形是造成研究區(qū)及周邊地區(qū)巖質(zhì)邊坡崩塌災(zāi)害高發(fā)的主要內(nèi)在因素。本次研究的危巖體發(fā)育于石炭系大塘組(C1d),巖性為灰?guī)r,中部夾有薄層的泥質(zhì)條帶軟弱層,該軟弱層上下部的灰?guī)r含泥質(zhì)成分較高,抗風(fēng)化能力弱,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化剝蝕作用,巖體逐漸破碎,加之裂縫的切割,破碎巖體失去荷載與支撐,逐漸脫離母巖掉落形成凹巖腔。凹巖腔上部巖體失去支撐,加上巖溶裂隙發(fā)育,逐漸失穩(wěn)崩落,崩落石塊逐漸增多,凹巖腔不斷擴(kuò)大,最后形成規(guī)模較大的形似鷹嘴的危巖體,具體變化過(guò)程如圖3所示。

4.2 自然形成的高陡地形

從危巖體地形上看,下部斜坡坡度30°~50°,陡崖處地形坡度接近直立,當(dāng)危巖體下部松散層受雨水沖刷或淺表小塊巖石掉落后,便造成稍大的危巖體臨空面。在自身和外界物理因素影響下,平衡失穩(wěn)誘發(fā)崩塌散落,危巖體接近斜坡頂部,距下部居民區(qū)垂直高度近90 m,當(dāng)危巖體脫離母巖后,受重力影響,將沿斜坡面發(fā)生滾動(dòng)。研究區(qū)位于貴州中部山區(qū),地勢(shì)起伏及山體坡度較大,都是崩塌危巖體形成重要的外部條件。

4.3 大地構(gòu)造作用

貴州高山地區(qū)大多發(fā)育有古崩塌、古滑坡,這些地質(zhì)現(xiàn)象的形成主要是因?yàn)楣爬系刭|(zhì)構(gòu)造作用、震動(dòng)、推覆等,使巖體原有的性質(zhì)及完整性遭到破壞,巖體開(kāi)始出現(xiàn)節(jié)理裂隙,在多次構(gòu)造作用下,該現(xiàn)象和規(guī)模在變大,不利結(jié)構(gòu)面也隨著發(fā)育擴(kuò)大,最終形成完整性及穩(wěn)定性均較差的巖體,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn),該危巖體發(fā)育有3條較大裂隙。

4.4 人類工程活動(dòng)影響

人類工程活動(dòng)是崩塌地質(zhì)災(zāi)害形成的另一個(gè)重要外在因素,如人工切坡修橋、修路造成斜坡原有地形地貌破壞,進(jìn)而破壞巖體原有穩(wěn)定狀態(tài),從而形成崩塌隱患。另外,人類采礦、爆破等工程活動(dòng)對(duì)原有地質(zhì)特征影響極大,震動(dòng)使巖土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞,黏聚力減小,發(fā)生破碎,形成落石和危巖。本次研究的危巖體下部為村寨,修建有房屋、道路,人類工程活動(dòng)跡象明顯。

4.5 極端天氣的影響

連續(xù)強(qiáng)降雨天氣是地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的原因,崩塌地質(zhì)災(zāi)害也不例外。雨水會(huì)沿著巖體的節(jié)理和裂隙滲入巖體內(nèi),增加巖體的自重,且山坡的土層經(jīng)過(guò)雨水的浸泡,會(huì)逐漸松軟,最后被雨水沖刷帶走,形成大面積裸露的巖體,巖體底部土層被雨水帶走后也會(huì)導(dǎo)致巖體局部失穩(wěn),形成危巖。

5 結(jié) 論

(1)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后確認(rèn),該危巖體屬于傾倒式崩塌危巖類型,其高約11.5 m,寬約2.5 m,厚度約5.5 m,總方量約158.1 m3,坡度70°,巖體完整性較差,節(jié)理裂隙發(fā)育,底部均發(fā)育有凹巖腔。

(2)通過(guò)赤平投影計(jì)算分析,危巖穩(wěn)定性較差,評(píng)價(jià)結(jié)果為可能滑動(dòng);經(jīng)過(guò)危巖穩(wěn)定性定量計(jì)算,該危巖體在自然工況及暴雨工況下都處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合2 種評(píng)價(jià)方式,綜合分析得到,危巖體穩(wěn)定性較差,發(fā)生崩塌可能性較大。

(3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查及資料收集分析得出,研究區(qū)內(nèi)地勢(shì)陡崖、山體坡度較大,提供了巖體崩落的重力條件;巖體作為典型的碳酸鹽巖,受古地質(zhì)構(gòu)造作用、人類工程活動(dòng)等多重影響,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,容易發(fā)生溶蝕變形,形成裂隙。加之巖體底部發(fā)育的軟弱層在長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化剝蝕作用以及降雨影響下逐漸脫離,形成凹巖腔,凹巖腔規(guī)模不斷擴(kuò)大,最后與后緣裂縫交匯,經(jīng)重力卸荷作用,形成崩塌。

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