潜在蠕动山体对拟建乌江大桥的影响

刘世明,赵存良,霍婷,张寿鑫

(河北工程大学河北省资源勘测研究重点实验室,河北邯郸056038)

岸坡稳定问题一直是工程界和学术界十分关注的研究课题。影响岸坡稳定的因素很多,主要有地形地貌、岩土的物理力学性质、水的作用、地震作用以及人为因素等。不同的边坡,各种影响因素对其稳定性影响不一。目前国内外关于岸坡的研究包括[1-4]：(1)工程地质类比法,(2)极限平衡理论,(3)数值分析法,(4)概率分析法,(5)其它新方法。拟建乌江大桥位于黔中地区,为中低山溶蚀地貌,野外勘测中发现乌江北岸左侧(上游)距拟建桥位中心60～130m处,有一巨大的楔形潜在蠕动山体。应用地质分析法,通过对该区地质结构、岩性、地下水、新构造运动、贯通裂隙等因素的分析,试图判断潜在蠕动山体的稳定性及其对拟建桥位的影响。

1 工程地质概况

研究区位于黔中地区,其构造演化经历了多期构造变革,并在喜马拉雅期最终定格[5]。构造带呈NE向展布,地表以三叠系褶皱变形为主,隐伏构造主要为早古生代地层的断裂和褶皱变形,背斜和向斜总体都比较平缓。拟建乌江大桥桥址区为单斜构造,区内地层倾角较缓,北岸岩层产状为N5°E/15°NW,岩体受构造影响较为严重[5]。构造节理多为陡倾角状,面多呈闭合状,间距0.3～1.0m,延伸长度一般0.5～3.0m,部分大于10m。经过野外测量,确定了3组构造节理：J1：N80°E/ 88°NW,J2：N30°E/75～85°SW,J3：N30°W/75～86° NE。

表1 桥址区地层岩性Tab.1 Formation lithology of sited bridge areas

拟建乌江双线大桥里程号DK262+325.66～DK262+756.34,全长430.68m,最大墩高115m(图1)。桥址区属乌江下蚀地貌,地面高程 605～825m,相对高差220m。拟建大桥横跨乌江,河床呈“V”字型,岸坡陡峭,局部可达70°。两侧坡体基岩大量出露,坡体表面植被较发育。

桥址区出露地层为第四系(Q4),以及三叠系下统茅草铺组四段(T1m4)、三段(T1m3),具体内容见表1。

2 潜在蠕动山体稳定性分析

乌江北岸上游距桥位中心60～130m处,有一巨大的楔形潜在蠕动山体(图2)。其自然状态下基本稳定,局部有崩塌、落石现象,对拟建乌江大桥桥位构成一定的危害。

2.1 地下水对潜在蠕动山体的影响

地下水类型主要为基岩裂隙水、岩溶水,裂隙的渗流及岩溶水的上升是岩石边坡失稳的重要原因之一[2-4]。潜在蠕动山体顶面平整,种有农田,并有渗水出露,表明顶端有裂隙水发育。桥址区为地下水排泄区,通过暗河、岩溶裂隙等形式排泄到乌江,而乌江最低水位为该区域侵蚀基准面,故桥址区地下水位接近乌江水位,井泉较少,且流量较小,通常为0.1～0.2L/s;而雨季时地下出水点较多且流量成倍增加。

降雨及地下水活动是导致楔形体失稳的主要诱发因素：雨季时,雨水大量渗入坡体增加岩土体容重,从而增大其剪应力[6-7];地下水沿着裂隙渗流形成的润滑带抗剪强度大大降低,导致坡体失稳;当地下水大量进入楔形体内,增大地下水压力,造成裂隙水压力作用于楔形体外部的岩块上,也会导致岩块的崩落[8]。工程实践表明随着裂隙水压力的增大,其周围岩体强度下降相当明显[9]。

2.2 新构造运功对潜在蠕动山体的影响

自晚第三纪以来,新构造运动导致该地壳至少经历了3次大的抬升,分别为早、晚第三纪之间的喜山运动,上新世末的翁哨运动以及早更新世末的乌罗运动[10]。其结果是产生各种裂隙、构造节理,破坏了岩体的完整性[4];并且形成构造滑动带,改变地下水的渗透路径和赋存状态,导致应力集中,对楔形体的稳定性造成破坏。

2.3 贯通裂隙对潜在蠕动山体的影响

贯通裂隙位于潜在蠕动山体右侧10～30m,产状为N30°E/75～85°NW,倾角近似于直立;楔形体岩层产状N5°E/15°NW,走向与贯通裂隙的走向角度相交,且都倾向NW。由此可以认为,在新构造运动地壳抬升过程中,潜在蠕动山体由于受力不均衡,会发生向贯通裂隙方向(作用力小的方向)挤压,从而将对造成大桥桥址区受力不均衡。另外在雨季,大量雨水流入贯通裂隙内,会对潜在蠕动山体的稳定产生很大的影响。

3 潜在蠕动山体对拟建乌江大桥的影响

3.1 潜在蠕动山体边界条件分析

潜在蠕动山体的变形、蠕动、滑动会改变拟建桥位附近的应力场,改变桥墩的分布压力,从而造成桥墩的不稳定。因此,在潜在蠕动山体的坡面上,选择A、B、C 3个点来分析楔形体边界的位移规律(图3)。其中A点位于近坡顶的变坡点处,B点位于中部楔形潜在蠕动山体变坡点处,C点位于楔形潜在蠕动山体下部变坡点处。在外部因素或内力的影响下,B点处岩体的运动会导致上部岩体的失稳,造成上部A点也有较大的水平位移;而下部变坡点C附近的岩体水平位移相对较小。

3.2 潜在蠕动山体崩塌落石分析

潜在蠕动山体以厚～巨厚层状灰岩为主,底部含有白云岩夹薄层泥岩,浅红色,“刀砍状”构造,以卸荷裂隙为主[7],发育了两组垂直裂隙及一组水平裂隙(图4)。裂隙使岩体失稳,形成了许多凌空面,造成上部巨厚层状灰岩失稳崩落(表2),对桥基将构成很大的威胁。

表2 巨厚层的落石统计Tab.2 Statistics of very thick bedded rockfall

4 结论

地下水的渗透、新构造运动、贯通裂隙、卸荷裂隙和人为因素会造成失稳,导致楔形山体发生蠕动或造成崩塌、落石,对拟建的乌江大桥桥位产生破坏。其具体破坏程度,有待进一步的勘察,分析。

[1]宁少晨,戚蓝.灰色斜率关联模型在堤防岸坡稳定影响因素分析中的应用[J].江西农业学报,2007,19 (3)：89-90.

[2]王元战,祝振宇.高桩码头岸坡稳定有限元分析[J].海洋工程,2006,24(4)：27-31.

[3]陈敏林.边坡稳定分析中有关问题的研究[J].中国农村水利水电,1997(10)：21-23.

[4]祝传兵.边坡的稳定性分析与评价[D].昆明：昆明理工大学,2005.

[5]汤良杰,郭彤楼.黔中地区多期构造演化、差异变形与油气保存条件[J].地质学报,2008,82(3)：298-307.

[6]铁路工程岩土分类标准.TB10077-2001[S].

[7]祁生文,伍法权.小湾水电站坝基开挖岩体卸荷裂隙发育特征[J].岩石力学与工程学报,2008,27(增1)：2907-2912.

[8]习小华.勉宁高速公路岩质边坡稳定性分析与评价[D].西安：西安科技大学,2004.

[9]朱珍德.地下水对裂隙岩体强度的影响[J].山东科技大学学报(自然科学版),2000,19(1)：18-20.

[10]李明琴,王智勇.新构造运动对贵州西部岩溶石漠化演化的影响[J].贵州大学学报(自然科学版),2007, 24(3)：322-326.