黟县Y027公路溪下村段崩塌变形破坏机理分析

张泰丽,孙强,黄金玉,伍建波

(南京地质调查中心,南京 210016)

黟县Y027公路溪下村段崩塌变形破坏机理分析

张泰丽,孙强,黄金玉,伍建波

(南京地质调查中心,南京 210016)

地质体作为地质灾害的载体，控制地质灾害的类型、规模、方向、变形破坏的方式等。本文以黟县Y027公路溪下村段崩塌为例，从构造、节理裂隙、工程特性等方面分析总结了该崩塌的三种结构破坏模式，其中，节理裂隙的密度、产状，决定危岩体的块度、变形破坏的结构面等；构造褶皱等活动强度决定了岩体的破碎程度，也即灾害的规模；岩体的工程特性反映了岩土体的力学机制及吸水能力，也即抗滑能力的强度。地质体孕育了斜坡变形的主体，在人类工程活动及降雨等外力因素激发下，形成地质灾害。

地质灾害；地质体；响应机制；崩塌；黟县

1 前言

地质灾害的形成与地质环境条件密切相关，受多种要素的综合控制，这些要素包括地形地貌、植被、地层岩性、地质构造、岩土体类型等，其中地形地貌为地质灾害提供了势能条件，而岩土体为地质灾害的形成提供了物质来源，是地质灾害形成的基础。岩土体作为特殊的地质材料，受岩性、风化、构造、产状、节理裂隙等众多因素的影响[1]，形成了其不同的力学水理性质，导致岩土体工程特性及结构的差异明显，地质灾害易发程度也不同。因此，充分认识地质体在地质灾害形成过程中的作用，对野外地质灾害的识别具重要意义[2]。

本文以黟县Y027公路溪下村段崩塌为例，详细分析地质体各类因素对斜坡变形破坏的响应机制。

2 黟县Y027公路溪下村段崩塌概述

2.1 崩塌概况

该崩塌地理上位于黟县宏潭乡溪下村Y027(杨刘路)公路西北侧，溪下村与田畈组之间，溪下河左岸，东经117°49′17.7″，北纬30°09′37.2″(图1)。地貌上位于山体坡脚部位，山体坡脚高程173 m，坡顶高程365 m，高差192 m。而崩塌位于山体海拔187 m处，原山体呈直线坡，坡度32°，坡向117°，现由于公路开挖，基岩裸露，形成近似直立的高陡边坡，发生多处岩体崩塌。坡体上部植被主要为灌木、竹林，基岩裸露区局部可见茅草。

2.2 崩塌地质条件

该崩塌位于呈北东东向柯村-张家坑逆断层带上，断层走向44°，倾向134°，上盘地层岩性为早志留世霞乡组(S1x)中厚层粉砂岩，层厚0.2～0.8 m，灰色，表层弱风化-强风化，产状330°∠18°，地层与坡体呈斜向坡，下盘岩性主要为晚奥陶世新岭组(O3x)中薄层泥质粉砂岩夹泥岩，灰色，层厚5～30 cm，产状216°∠67°，弱风化，地层与坡体呈顺向坡。受构造控制，下盘岩体破碎、风化较严重，构造裂隙发育，呈锯齿状。上盘岩体较完整，一般发育两组“X”型节理。该崩塌从西南向东北30 m为背斜核部，轴线79°，亦为断层核部，上盘为北翼，下盘为南翼①南京地质调查中心.皖南黟县地质灾害详细调查.2013。

区域内构造裂隙、风化裂隙、节理裂隙、层理裂隙相互交织切割，为崩塌的形成提供了基础条件。

2.3 崩塌基本特征

据野外实测，该崩塌主要属于沿层理面和节理裂隙结构面发生的滑移式崩塌，崩塌处为公路削坡形成的陡崖，陡崖高3～44 m，坡宽约312 m，不稳定段厚度约6 m，预计体积1.35×104m3，规模属于中型；坡体两侧呈直线坡，中部呈凸形坡，坡度65°～85°。斜坡受多种结构面的控制发生多处崩塌，背斜西南翼受挤压破碎岩体沿层理面发生滑移式崩塌，发生时间2012年4月26日，崩塌堆积体长51 m，宽25 m，厚约3 m，规模约2 869 m3，崩塌体碎石块度一般5～10 cm；背斜东北翼受节理裂隙、风化裂隙控制，主要以滑移式、倾倒式、错断式崩塌为主，经常性发生小型崩塌，规模一般50～200 m3，块度一般约1 m左右，最大块度达2 m，该处崩塌造成约120 m路面受损，直接经济损失达5万元。

3 地质体产生破坏的响应机制及特征

3.1 构造

区域内断层的错动、背斜的挤压使斜坡西南侧岩体变形破坏，形成两组呈“X”型的节理裂隙，节理裂隙呈锯齿状，并发生错动，裂隙间距约0.2 m，裂隙宽约5～10 cm，无充填，裂隙面粗糙，中部地段产状分别为143°∠58°、315°∠31°，岩体破碎，呈碎裂结构；岩体的完整性被破坏，破碎岩体呈独立单元，显示出各向异性，在筑路开挖后，坡脚失去支撑，在重力作用下，坡体上部发生拉裂，在顺向坡的有利结构面下，破碎岩体沿层里面216°∠67°发生滑移式崩塌(图3、图4) 。

构造运动导致岩体破碎，岩体之间力学平衡被打破，在地形坡度提供势能条件下，下滑力增加，在外力不利因素的触发条件下，斜坡极易形成崩塌、滑坡，在沟谷区为泥石流的物质来源。这类地质灾害具有发生频率低、概率高、规模大的特点，但灾体块度往往较小，多以碎块石为主，灾体的滑距一般较长，影响范围大。

3.2 节理裂隙

区域内背斜东北翼岩体相对较完整，主要为较坚硬-坚硬的粉砂岩，层理面平缓，岩体与坡体呈斜向坡，一般发育两组呈“X”的垂直节理，不同地段节理裂隙产状、间距等发育也不同，中间段发育两组节理裂隙分别为60°∠82°和10°∠73°；节理间距0.3～0.5 m，裂隙面光滑，与层理面组成三角短柱状的危岩体，块度约0.1～0.5 m不等。坡脚由于公路切坡，形成陡立坡面，基岩裸露，由于节理切割形成的岩体在重力拉裂、降雨顺裂隙入渗形成的动静水作用下，沿节理面发生滑移式崩塌，坡体下部局部岩体沿层里面发生剥落，形成临空面,此类岩体易形成拉裂-错断式[3](图5)。斜坡东北部地区岩体节理产状分别为130°∠69°和270°∠75°，其中130°∠69°的一组为面向斜坡节理，与坡体呈顺向坡，由节理切割的危岩体多沿此类节理发生滑移式崩塌(图6)；此组节理密度大，间距一般小于20 cm，因此该类斜坡切割的危岩体，多呈板块状，少数块度达2 m以上。

在硬质岩区，一般发育两组以上节理裂隙，由节理裂隙切割的危岩体在围岩被破坏后，失去支撑，将在重力作用下沿节理面发生滑移，产生崩塌，这类崩塌往往规模较小，多点发生，发生频率高，逐级产生崩塌，逐渐向斜坡内扩展，并且滑距一般较小，多以垂直崩落为主。灾体的块度一般较大，一般约0.2～1m。这类崩塌的破坏模式多以滑移、错断、拉裂、倾倒的耦合模式为主。

3.到目的 岩层工程特性

区域内岩体主要为岩质较坚硬-坚硬的粉砂岩，风化程度低，岩层较完整，工程条件较好。Swanson[4]，Crouch[5]，田利勇[6]等研究了粉砂岩的卸围压试验，试验结果表明：在围压卸载到一定程度时，岩体将突然发生脆性崩溃式破坏，产生沿最大主应力方向的裂纹[6]。因此，在公路开挖施工的扰动状态下，原有地层中新鲜的粉砂岩暴露，围岩被卸载，岩层原有的平衡状态被打破，将引起岩层内的应力重分布，促使其内在裂纹(裂隙)不断累积和发展，进而产生宏观的实效断裂，产生了卸载效益，导致岩体发生破坏失稳(图7)。这类岩层工程性质的变化主要对崩塌起铺助催化的作用，往往在重力作用下发生倾倒式的崩塌。

4 结论

黟县Y027公路溪下村段崩塌从岩性、构造、节理裂隙、工程特性等方面充分反映了地质体在斜坡变形破坏过程中的的响应机制。

(1) 黟县Y027公路溪下村段崩塌主要由三种崩塌模式组成，①构造切割破碎的岩体在重力作用下产生在坡体后缘产生拉长裂隙，裂隙贯通后，沿层里面发生滑移式崩；②节理裂隙和层里切割的危岩体在坡体开挖形成陡坡的状态下，在重力作用下沿节理面发生滑移、倾倒、拉裂、错断式崩；③具脆性特征的砂岩在围岩卸载后形成垂直不规则的裂隙，逐渐联通后发生倾倒式崩塌。

(2) 构造运动过程中使岩体受力挤压变形，形成多组节理裂隙切割岩体，导致岩体破碎，呈碎裂结构，使岩体失去完整性。破碎的岩体形成独立个体，表现各向异性，重力增加，在坡脚失去支撑或降雨扰动作用下，将发生地质灾害。

(3) 节理裂隙和层里面切割岩体，形成独立块体，同时为块体运动提供了有利结构面，在围岩被卸载情况下，独立块体将成规模发生地质灾害。

(4) 地层本身工程特性差异明显，在施加外力作用下，较坚硬-坚硬岩类具脆性，易产生裂纹；较软-软弱岩性，泥质成分的高低，决定了岩体风化程度，同时反映了吸水能力，风化程度越高，吸水能力越强，重力越大，岩体下滑力越大,崩解能力越剧烈[2]。

[1] 侯俊琳,庄晓玲,刘怡敏.内蒙古自治区地质灾害与地质环境的关系分析[J].灾害学,2013,28(3)：66-72.

[2] 马保成,田伟平,高婷，等.公路地质灾害的灾前识别方法研究[J].公路, 20011,(6)：1-4.

[3] 范宏喜. 加强地质灾害易发区致灾机理模式研究——西部复杂山体重大地质灾害学术论坛综述[J].中国地质灾害与防治学报,2010,(3)：140-142.

[4] SWANSON R S,BROWN W S.An Observation of Loading Path Independence of Fracture Rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,1971,8(3): 277-281．

[5] CROUCH S L.A Note on Post-Failure Stress-Strain Path Dependence of Fracture Rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,1972,9 (2):197-204．

[6] 田利勇,朱珍德,朱姝，等.粉砂岩卸荷变形破坏特征试验研究[J].长江科学院院报,2013,30(4):44-47.

RESPONSE MECHANISM OF GEOLOGICAL BODY ON THE GEOLOGICAL DISASTER-AN EXAMPLE FROM Y027 ROAD COLLAPSE IN XIXIAVILLAGE OF YIXIAN COUNTY, ANHUI PROVINCE

ZHANG Tai-li,SUN Qiang,HUANG Jin-yu,WU Jian-bo

(Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing Jiangsu 210016,China)

The geological body as the carrier of geological disasters, controls the type, size, direction, deformation and failure way of geological disaster, etc.Based on Y027 Road Collapse in XixiaVillage of Yixian County, Anhui Province, the paper has analyzed and summarized three kinds of structure failure mode.The Density and occurrence of the Joint fissure determine the block size, deformation and failure structural planes of rock mass, etc.Activity intensity of structural folds determines the degree of fragmentation of rock mass and the scale of the disaster.The engineering characteristics of rock mass reflect the mechanics mechanism and water absorbing capacity of rock and soil mass, which is the strength of the sliding resistance.The main body of slope deformation with the eological body , has formed the geological disasters which was stimulated by the human engineering activity and rainfall.

geological disasters；geological body；response mechanism；collapse；Yixian County

1006-4362(2015)04-0033-04

2015-06-20改回日期：2015-08-17

《皖南黟县地质灾害详细调查》(编号：1212011140010)

P642.21

A

张泰丽(1980- )，女，山西长治人，高级工程师，主要研究方向为环境地质。Email：zhangtaili@126.com