三峽庫區雲陽 江津段崩塌發育及破壞特徵分析

2022-10-10 21:18:03 字數 5005 閱讀 5367

董好剛張巨集鑫陳州豐

(宜昌地質礦產研究所, 宜昌 443003)

摘要:本文對三峽庫區雲陽—江津段崩滑體的資料進行了統計處理,對崩塌災害發育和破壞特徵進行了分析。得出了一些有益的結論:

雲陽-江津段崩塌形成與地形地貌有關、沿江分布具有不均勻性、所在斜坡以人工形成為主,岸坡結構以緩傾層狀為主;破壞以四種主要模式破壞:風化-崩落型、壓剪滑移-崩落型、拉剪傾倒-崩落型、拉裂墜落型。這些認識對於進一步調查和評價該區崩塌危險性奠定了基礎。

三峽庫區地處我國地勢的第二階梯東緣,奉節以西至江津段位於四川盆地東緣,主要為侏羅系碎屑岩為主組成的低山丘陵寬谷地形,長江蜿蜒其中,河谷相對寬緩。沿江共有11個縣級以上城鎮,面積10000km2,人口1000多萬。其中萬州是重慶第二大城市,是鄂東渝西重要的經濟文化中心。

受特有的地形地貌、地質構造、地層岩性、水文氣象及人類活動等多種因素影響,崩塌是調查區主要的地質災害之一[1~6],近年來,已經有多處崩塌險情、災情發生,不同程度地威脅到城鎮基礎設施建構築物和人民生命財產的安全,成為影響庫區社會穩定和經濟發展的重要制約因素。如2000 年 7月萬州天生城發生了3次危岩失穩崩落,危岩體直徑3.0~6.

0公尺,經歷 3次彈跳後衝入坡腳的水泥路,撞擊路面後彈跳3.2公尺高後衝入福建小學操場。在操場**的砼面上危岩體一破為三,其中一塊彈跳3.

5公尺高後將操場邊教學大樓 32厘公尺厚的磚牆洞穿後進入樓道,迫使近2000人的福建小學關閉轉移;2023年 10月 19日天生城危岩再次發生崩落,其中一塊直徑 4.3公尺左右的危岩體在坡地上經歷 4次彈跳後衝撞陡崖坡腳的水泥路,撞擊路面後向外彈跳30公尺左右進入名亨小區(數 10棟 10~12層高的移民遷建房)的兩棟房屋之間的綠地停留。為此,專案組以人口居住相對集中的城鎮為主,重點對沿江11個城鎮危岩體發育狀況進行了調研。

按照設計書的要求,專案組對人口居住相對集中的11個沿江城鎮的危岩體和高切坡進行了系統調查,主要隱患點共計232個。本文對調查的崩滑體的資料進行了處理分析,得出了一些有益的結論。

1 雲陽-江津段崩塌形成發育特徵

1.1 崩塌危岩發育的地形地貌

調查表明,長期上公升劇烈的分水嶺地區、峽谷地區、岸坡陡立的庫岸地區、高陡的路塹及人工邊坡地區等為危岩崩塌易發區[1~3]。根據雲陽-江津段232個危岩體的調查統計,多數崩塌發生於坡度大於45°的陡峻邊坡上,其中以60-90°範圍最為集中,60°以下邊坡出現崩塌概率較小(圖1);出露高程多在170 m ~500m之間,其中以170~350m高度危岩發育最為集中(圖2)。

1.2 沿江城鎮區崩塌體穩定性特徵及規模

232個隱患點中,只有34%左右的調查點在沒有特殊觸發條件下基本穩定,高達66%左右的調查點不穩定或潛在不穩定(圖3),對當地經濟社會發展和人民生命財產安全構成潛在威脅。

從崩塌體的發育規模來看,小於5000m3的崩塌體占調查數量的78%,其中小於500m3的佔總調查數量的35%左右,超過10000m3的隱患點僅佔調查數量的16%,其中超過100000m3的僅佔3%左右。可見,調查區崩塌體發育和崩塌體規模以小型為主,中型~大型很少(圖4)。

1.3沿江城鎮區崩滑體區域分布特徵

調查結果統計表明,庫區各縣市的崩、滑體分布不均(圖5),數目以涪陵最多(35個),其次為萬州(31個),而北碚區和沙坪壩區最少(各為1個);崩塌體總規模江北區(450000m3)和萬州區(383640m3)最大,而北碚區和沙坪壩區最少。總體來看,重慶市江北區以下城鎮危岩和高切坡數量較多,以上地區主要分布緩傾砂岩、泥岩夾灰岩,長江庫岸相對寬緩,邊坡總體穩定性較好,崩塌和危岩體不多,一般規模不大,地質災害主要表現為庫岸區域性地段的滑坡,偶見順層表層滑動及順層高邊坡變形, 表層土體有一定的膨脹性, 多見殘坡積土層和回填土邊坡擋牆擠垮拉裂現象。雲陽縣、忠縣、石柱縣主要為緩傾砂岩、 泥岩地層,岩石多較為完整,斷裂不甚發育,崩塌和滑坡規模不大且少見,以庫岸滑坡、斜坡變形和區域性崩塌、危岩體為主,邊坡總體較為穩定。

受地表風化作用等影響,區域性有坍塌,部分地區高填方前緣存在變形和滑動破壞問題。豐都縣、萬州區地層主要為中緩傾砂岩、泥岩,以庫岸滑坡為主,一些厚層砂岩地段,人工開挖形成緩傾角岩質高陡邊坡,其垂向裂隙發育,危岩體較多,部分地區岩性軟硬相間,岸坡穩定性較差。圖中江北區所示崩塌數量雖較多,但主要集中在明月峽附近。

需要指出的是,因調查原因,涪陵區統計了一部分滑坡體,所以崩滑體數量較多,而萬州等其他地區統計以危岩為主。石柱縣只統計了長江南岸20平方公里範圍。

1.4 崩塌體所在斜坡成因型別

崩塌危岩的發育受特有環境條件控制,調查表明,峽谷地區、岸坡陡立的庫岸地區、高陡的路塹及人工邊坡地區等為危岩崩塌易發區,據統計多數崩塌發生於坡度大於45°的陡峻邊坡上,這些邊坡以人工形成為主(圖6),自然岩質邊坡只佔15.5%左右。在三峽工程建設中,需要遷建縣城 (城市)12座,集鎮 116 座, 搬遷工礦企業 1629 家, 還有大量公路、電力通訊等專業設施,規劃全庫區需要動遷人口總數達120萬人,復建房屋面積達3688萬m2,長江三峽工程庫區在大規模移民遷建工程建設中,隨著移民新城鎮和居民點的建成,以及移民新址的街道、房屋、基礎設施等和公路、港口等專業設施建設, 由於建設區地形起伏較大,不可避免形成了大量的高切坡,這些高切坡因地質條件複雜,岩石鬆軟破碎,易於風化,所暴露的災害隱患日顯突出[3]。

調查結果表明,人類工程活動正在成為沿江城鎮地質災害主要的誘發因素之一。

1.5 崩塌體所在高陡邊坡(高切坡)型別

高陡邊坡(高切坡)型別按照統一標準劃分[2~3]。調查統計結果表明,在所調查的222個高陡邊坡中,緩傾層狀高邊坡(緩傾層狀順向坡、逆向坡、斜向坡橫向坡、直立切向坡)總共182個,佔高陡邊坡總調查數量的78.4%左右,其他型別總共佔21.

6%左右(圖7),可見,緩傾層狀高邊坡是三峽庫區雲陽以西典型的岸坡結構之一,在雲陽、萬州、忠縣三縣分布比較集中,其他地區也分布較多。該類邊坡岩層總體近於水平,傾角介於5°~20°,隨地段的不同有些差異。緩傾角岩質邊坡地層傾角較小,尤其是緩傾內邊坡,在一般情況下,邊坡的整體穩定性較好。

但由於緩傾角邊坡特殊的岩體結構和地層岩性,多形成高大陡峭或階梯狀斜坡,為小危岩體形成提供極為有利的地形條件;加之受地質構造作用和不同岩層或岩層介面的差異性風化卸荷作用,使緩傾層狀邊坡在區域性坡面上,極易形成眾多深淺不一的凹巖腔。這些凹巖腔的產生和發展,使得凹巖腔上覆岩體逐漸發展為危岩體,並在降雨、**或人工開挖等誘發因素下,發生崩落。

2崩塌及危岩體的破壞特徵分析

由上面分析,緩傾層狀高邊坡是三峽庫區雲陽以西典型的岸坡結構,針對緩傾角層狀岩質邊坡特殊情況,考慮其形成機理,將三峽庫區雲陽-江津段緩傾層狀邊坡典型破壞模式概化為風化-崩落型、壓剪滑移-崩落型、拉剪傾倒-崩落型、拉裂墜落型四種破壞模式。以岩體結構控制論為指導,結合例項分析了四種破壞模式的基本特徵。

2. 1風化-崩落型

風化崩落破壞現象在三峽庫區高邊坡中非常普遍(約佔調查邊坡數量的30%),有均勻風化剝落和差異風化崩落兩種形式。前者主要發生在紫紅色泥質巖為主高邊坡表面,表現為邊坡表面的岩石呈細碎屑狀向下剝落,是對邊坡的一種緩慢、漸進式的破壞,典型代表為雲陽汽修廠後高切坡(圖1-a)。現場調查時發現風化剝落的泥岩在坡角下形成圓錐狀堆積體,風化時有較強的落石聲,堆積在坡腳的剝落碎屑物的大小一般為公釐級。

根據坡腳碎屑堆積的體積、邊坡面積及邊坡開挖時間,估算出邊坡平均的剝落速率(邊坡後退速率)為1-2cm/a。後者主要發生在泥岩和泥質粉砂岩互層的高切坡中,典型代表為103省道雲陽楊沙村高切坡和稻場村高切坡(圖1- b、c、d)。因邊坡出露的地層非均一而存在非常明顯的差異風化現象,使邊坡面凹凸不平,砂質含量高的部位外凸,泥質含量高的部位內凹。

砂岩、泥質粉砂岩厚0.5~3m,常因卸荷和風化作

用形成平行和垂直於崖面的兩組裂隙,節理裂隙往往夾於上下兩層泥岩之間,節理間距0.3~1.5m左右,將相對較硬的粉砂岩切割成短柱狀,被切割的巖塊塊度大小0.

3-2.8m3,極易墜落,威脅行人和交通安全,這種因差異風化而發生的危岩(岩塊)崩落現象本文稱之為風化-崩落模式。

2. 2 壓剪-滑移崩落型

壓剪-滑移崩落型破壞模式是指高邊坡上的危岩沿著主控結構面滑移變形、破壞,呈現壓剪破壞力學機理(圖9a)。此類危岩的主控結構面下部傾角較小,一般在45°以下,為陡崖或陡坡內緩傾角的卸荷拉張結構面或緩傾角地層弱面。危岩體重心在主控結構面內側,當主控結構面剪出口因坡角被切或軟弱夾層風化凹進而出露時,在誘發因素作用下發生滑移崩塌。

滑移-崩落型有三種形式,一是順層滑落,主控結構面是層面,典型代表是萬州魚背山岩塊順層滑落(圖9b);二是切層滑落,主控結構面是切層裂隙,剪出口一般在軟硬岩層介面處,典型代表為重慶彈廣路切層滑移崩落(圖9c);三是楔形滑落,一般有兩組或兩組以上結構面將危岩體切割為楔形,沿兩個以上介面楔形滑落,典型代表為豐都長江大橋頭楔形崩落危岩體(圖9d)。

2. 3拉剪-傾倒崩落型

當緩傾內層狀岩質邊坡的岩層較厚,岩性呈軟硬互層狀產出,且岩層間軟弱夾層較厚時,在相對貫通的陡傾構造節理或風化卸荷裂隙切割下,坡面上常發育有以層面或夾層為底界的突出岩體。此類危岩的主控結構面傾角變化較大,一般大於25°,多為陡崖或陡坡的卸荷張拉結構面,且主控結構面下端部潛存於陡崖或陡坡岩體內。在荷載作用下危岩體通常圍繞主控結構面的下端部或下端部與臨空面的交點旋轉傾倒破壞,危岩體呈現拉剪破壞力學機理,失穩破壞模式可概化為拉剪–傾倒崩落(圖10a)。

典型代表有忠縣石寶寨危岩體等(圖10b)。

2.4拉裂墜落型

當緩傾內邊坡的岩層較薄,岩性均一,且層間結構面力學性質較好時,在陡傾構造節理和風化卸荷裂隙切割下,坡面上也常發育有以層面或夾層為底界的突出岩體。由於這些突出岩體底界岩層面和夾層力學性質較好,所發生的壓縮變形量有限,以致突出岩體難以發生較大轉動而傾倒。但因岩層相對較薄,突出岩體的受力特性可概化為懸臂梁模型。

在懸臂的彎矩作用下,突出岩體上部承受拉張應力,加之岩體自身存在的眾多微觀缺陷,將產生區域性微裂紋,而在微裂紋端部,也隨之發生應力集中現象,並導致微裂紋加寬加深形成巨集觀裂隙。隨時間推移,巨集觀裂隙將進一步加寬加深,形成主控結構面,並最終導致小危岩體拉裂破壞,其模式如圖11a。典型代表有萬州梁吊線178塔危岩等等(圖11b)。

圖7 拉裂墜落型破壞模式

3 結論

本文對三峽庫區雲陽—江津段崩滑體的資料進行了統計處理,對崩塌災害發育和破壞特徵進行了分析。得出了一些有益的結論:雲陽-江津段崩塌形成與地形地貌有關、沿江分布具有不均勻性、所在斜坡以人工形成為主,岸坡結構以緩傾層狀為主;破壞以四種主要模式破壞:

風化-崩落型、壓剪滑移-崩落型、拉剪傾倒-崩落型、拉裂墜落型。這些認識對於進一步調查和評價該區崩塌危險性奠定了基礎。但受專案安排限制,所調查崩塌主要以縣市人口聚居區為主,區域性認識尚待進一步完善。

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