小堡乡花岗岩开采区危岩体基本特征及诱因分析

2014-05-28刘自强孙书勤

湖南交通科技 2014年4期

刘自强，孙书勤

(1.四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川成都 610041;2.地质灾害防治和地质环境保护国家重点实验室，成都理工大学，四川成都 610059)

1 工程概况

雅泸高速沿大渡河右岸山地斜坡坡脚逆流而上，前进方向由 S36°W 折向 S49°W，与山地斜坡走向近于一致。路线经过小堡乡早期花岗岩开采区岩质高边坡坡脚，开采区受人工爆破影响，花岗岩开采区上部(崖顶)开采高程940～1 010 m，下部开采高程820～860 m，人工岩质高切坡坡高一般20～90 m不等，最高达 200 m 以上，坡度一般 65°～85°，局部直立或为倒坡，坡面起伏较大，开采区上部存在大量危岩体，且节理裂隙发育，危岩体在重力作用与水压力作用下失稳、崩落，砸毁坡面被动网后滚落至路基，对雅泸高速运营存在相当大的潜在危险。见图1。

图1 花岗岩开采区危岩(正面远景)

2 危岩区工程地质条件

雅泸高速公路沿线地形与地貌复杂，地质构造较复杂，岩性、岩相变化大，岩土体工程地质性质较差，水文地质、工程地质条件一般，破坏地质环境的人类工程活动较强烈［1］。

小堡乡花岗岩开采区处于川西高原与四川盆地之间的剥蚀、侵蚀构造中高山区，区域上无褶皱通过，但有尖顶山断裂、宰羊断裂、金坪断裂、相家沟断裂等区域性断裂通过，其中金坪断裂属活动性断裂［2］。根据调查该区处于四川盆地与川西高原过渡的较强活动断裂区，晚近期断裂活动与地震活动性均较强，区域稳定性一般～较差。

3 危岩体的分布和基本特征

3.1 危岩体的分布

花岗岩开采区危岩体所处自然坡度较陡，一般为65°～85°，局部直立或倒坡。由于爆破开采造成坡面花岗岩体基本裸露，呈带状分布。为便于分别对危岩体认识和分析，根据危岩的危害性、规模、数量等危岩的危害性，将其分为A、B、C 3 个分区。

3.1.1 A 区危岩体的分布情况

A 区位于 K98+200～K98+400 段。危岩段边坡高 30～110 m，坡度一般 35°～85°，为两级陡崖，分布有危岩 W1～W8 共8 处。W1～W5 危岩分布于下部陡崖，崖高约40 m，坡度30°～70°，危岩单体体积一般0.5～12 m3，属小型中低位危岩(体)带。坡体中部为较缓的斜坡，坡度约35°～45°，堆积原开采的不稳定花岗岩块石，块石粒径最大可达3～5 m，松散易坠落，分布于 G1、G2 滚石区。W6～W8危岩分布于上部陡崖，崖高约70～140 m，坡度70°～85°，局部直立或为倒坡、凹腔，危岩体顶端距路面高差65～140 m，危岩单体体积一般2～5 m ，W6 属小型高位危体，W7、W8 属高～特高位大型危岩(体)带。见图2。

图2 A 区危岩分布图

3.1.2 B 区危岩体的分布情况

B 区位于K98+530～K98+750 之间。危岩段边坡高 140～200 m，坡度一般 35°～85°，为两级陡崖，分布有危岩体(带)W9～W15 共 7 处。W9～W11 危岩分布于中下部陡崖，崖高15～100 m，危岩单体体积一般0.5～30 m3，属中～大型中高位危岩(体)带。中部为较缓的斜坡，坡度约 35°～50°，堆积原开采的不稳定花岗岩块石，块石粒径最大可达1～3 m，松散易坠落，分布于 G3 滚石区。W12～W15 危岩分布于上部陡崖，崖高150～200 m，坡度75°～85°，局部直立或为倒坡、凹腔，危岩体顶端距路面高差 100～210 m，危岩单体体积一般 2～30 m3，属大型特高位危岩(体)带。如图3。

3.1.3 C 区危岩体的分布情况

C 区位于K98+750～K99+300。危岩段边坡高30～250 m，坡度一般30°～88°，危岩体(带)顶端距崖底高度为0～250 m，地形起伏变化较大，陡崖及缓坡并存，分布有危岩带(体)W16～W30 共15处。局部段堆积分布有原开采的不稳定花岗岩块石，分布于G4～G6 滚石区，块石粒径最大可达1～4 m，松散易坠落。危岩体带体积100～6 000 m3不等，属小～特大型、中低～特高位危岩(体)带。如图4。

图3 B 区危岩分布图

图4 C 区危岩分布图

3.2 危岩体基本特征

通过对A、B、C 区危岩调查，每个区域危岩单体、规模、距路线相对高度、危岩类型和危害性都有所差异，具体见表1。

通过上述危岩体调查，结合相应岩体三维激光扫描，危岩体呈多种块体形状，80%～90%危岩单块块径通常小于2.5 m，2～2.5 m 块径多出现在中低位崩塌中，高位崩塌岩体块径也在2 m。另外，危岩分布高度不同，规模巨大，危害程度高。

表1 各片区危岩基本特征表

续表1 各片区危岩基本特征表

4 危岩体的诱因分析

关于危岩的定义和解释多种多样，是指由多组岩体结构面切割并位于陡崖或陡坡上稳定性较差的岩石块体及其组合［3］。另有学者认为，危岩体一般存在于高陡边坡及陡崖，其失稳、运动而形成崩塌，是山区常见的地质灾害之一［4］。在充分理解危岩含义的基础上才能更好分析其诱发因素。

4.1 地形地貌

花岗岩开采区处于剥蚀、侵蚀构造中高山区，为人工高切割边坡陡崖，坡度陡，崖顶底高差大，临空面大，风化严重，卸荷裂隙发育，岩体松动变形，地形地貌条件易于形成危岩体，高陡边促进了裂隙的发展，加大了危岩产生的破坏力。

4.2 地层岩性

开采区岩性由晋宁期花岗岩组成，属于坚硬岩，卸荷裂隙发育，且多为贯穿性裂隙，裂隙一般延伸长度大，切割深度较大，多数张开，局部裂隙达1～10 cm，面多粗糙平直;局部形成不同程度的凹腔，岩体悬空，失去支持，岩体逐渐演变为不稳定危岩。

4.3 地质构造

开采区地质历史上构造运动强烈地区，区域性大断裂发育，距场地较近，场地还有次级小断层发育，致使岩体中裂隙发育，危岩体发育多组结构面，岩体受结构面切割形成多种结构形态。其中，倾坡外的结构面构成滑移面或倾倒控制面，其它结构面对危岩起侧向控制，岩体被切割成块状、碎块状结构而形成危岩。如图5～图8。

4.4 环境气候和降水

环境温差大，季节温度突变，裂隙水的冻胀作用，也是危岩产生的条件［5］。同时大气降水沿裂隙渗入坡体，增大对边坡岩体的动水压力和静水压力，掏蚀裂隙中的充填物，从而加剧危岩体产生。

4.5 人类工程活动(人工开采花岗岩)

从人为活动分析，花岗岩受到人为爆破开采，破坏原有岩体质量和完整性，岩体爆破过程中在动荷载作用下岩体发生变形，爆破中心一带岩石承受巨大径向压力，并出现巨大压缩使之形成切向压力，岩石遭受挤压剪断破坏，破碎成碎屑或岩粉，外围区径向压力衰减，径向压缩减小，切向压力也降低或消失，可产生径向压致拉裂裂隙，由于压力波卸荷及应力波的反射机制，可造成环绕爆破中心的环向张裂隙，但分布范围较径向裂隙小，因此震动可使岩体突然受荷而丧失稳定，岩体均发生了不同程度的卸荷变形、破坏，加剧并恶化了危岩稳定性和完整性。由于开采区花岗岩节理裂隙非常发育，加之人为爆破开采和自然差异风化，岩体受裂隙和结构面切割母岩，导致坡体危岩体凹岩腔发育深度加大，进而脱落形成危岩。

图5 节理裂隙

图6 爆破拉裂面特征

图7 构造切割岩体

图8 节理玫瑰花图

总之，危岩体的发育过程是内因与外因耦合破坏作用的结果，如地质类型、岩体结构、自身重力、风化、水体、地震及人为扰动等因素［6］。从整体来看，该区域岩体节理裂隙非常发育，危岩裂隙的变化受多因素影响的[7]，造成花岗岩危岩体这些表征，除了受区域构造运动强烈，致使岩体中裂隙发育，主要受人为采石爆破使岩体裂隙延伸扩展，切割深度变大，贯通，局部形成不同程度的凹腔，岩体悬空，失去支持，岩体逐渐演变为不稳定危岩。因此开采花岗岩为该危岩形成的主要诱发因素。