三峡库区望霞危岩体地质模式及变形破坏过程

乐琪浪，孙秀娟，蔡玲玲，王洪德，高幼龙，孙向东，史学磊

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051)

危岩体孕育的地质过程、形成条件、诱发因素等具有复杂、隐蔽等特点［1～4］，致使危岩体动态变形信息难以捕捉［5］，预警预报一直是众多学者关注的前沿课题［6～8］。目前危岩体变形分析多数集中于地质要素趋向性分析，缺乏实测数据和观测资料支撑，对危岩体变形预警判据研究较少。本文结合三峡库区望霞危岩体两次变形破坏监测信息分析危岩体动态变形过程，提出经验指标值，为危岩体变形破坏预警预报提供一定的参考。

1 危岩体基本地质特征

望霞危岩体位于巫山县两坪乡同心村长江左岸斜坡上，发育于坡顶陡崖部位，平面上呈不规则四边形;2010年8月21日危岩发生变形，伴随大量掉块现象，2011年危岩体再次发生大面积破坏变形，其过程及变形样貌如图1所示。危岩体变形区陡壁顶高程1 220～1 230 m，坡脚陡岩底部高程1115 m左右，相对高差约70～75 m，长约120 m，厚30～35 m，变形危岩体体积约40×104m3。通过钻孔和探槽揭露，危岩体变形区顶部发育深大风化凹槽，深度最大达到65 m，危岩体变形区后缘发育7处(调查可见)，呈现串珠状并与临空面平行排布，孔隙、溶隙十分发育，多数沿层面和节理面发育;凹槽由碎块石堆积充填，整体呈棕红色，显示强烈的氧化作用，堆积呈现条带状，碎块石主要为燧石块体，灰黑色，平均粒径6～25 cm，占85%以上，呈棱角-次棱角状，为原地风化产物，其间由粉土、黏土充填。风化凹槽为塌陷坑和渗流通道的形成提供了基础条件。危岩体底部有长时期的采煤活动，崖脚从煤层露头线平硐进尺70～800 m，局部地段达到1 200 m，采空区面积约0.24 km2，位于危岩体正下方。据调查走访该区有3处窑口，高约2 m，变形危岩区东侧边界一处，其余两处位于变形区西侧，原开采同一煤层，已废弃。仍在开采的是位于危岩带西侧的东河湾煤矿和东侧的源珍煤矿。危岩体底部大面积采空区使得岩层支撑力削弱，导致崖顶发生地表塌陷，形成多处塌陷坑和宽大裂缝，引起崖顶地表大范围不均匀沉陷，塌陷坑和裂缝不断延伸扩张，与上部风化凹槽贯通，在危岩体后缘形成深大控制性裂缝，其变形直接对望霞危岩体整体滑塌起着关键性作用。

图1 望霞危岩体工程地质剖面及变形样貌图Fig.1 Engineering geology profile and deformation appearance of the Wangxia unstable rock mass

危岩区正下方有大面积的采空区，为分析危岩体后缘变形机理，查清采煤巷道走向、采空范围和边界，采用瞬变电磁、高密度电法对采空区进行勘查。选择2条剖面进行勘测，WT3位于危岩体后缘靠西侧，T9号缝区、WT4位于变形区东侧“七万方”顶部。危岩体西侧底部在标高为1 070～1 085 m出现低阻异常，靠东侧方向更为明显，结合调查认为该区巷道方向为NNE，并且靠近危岩体底部巷道向东侧偏转。在其顶部显示深约45 m的风化凹槽，T9号裂缝沿着凹槽发育延伸，呈现阶梯状，但并未贯通至底部采矿区中，处于延伸扩展阶段。危岩体东侧即T10号缝东段区域底部有明显低阻，显示在1 065～1 075 m高程内，采空区范围较大，为该区主采区，该区顶部发育深度约55 m的风化凹槽，T10号缝沿凹槽扩张已贯通至采空区范围内，呈现陡直状，倾向SSW。该缝为危岩体的渗流通道，控制着危岩体的整体变形。底部采空区对T10号缝的形成及其发展起到了控制作用，为危岩体下挫并向右侧旋转滑移提供了空间和条件。

2010年10月21 日望霞危岩体发生明显破坏，并在后缘形成贯通性控制性裂缝T10，该裂缝平面展布呈现“直角”状，即裂缝东段与西段相交成直角状，长约100 m，具有明显的分段性特点，显示不同的变形程度和变形方式。调查发现，危岩体后缘裂缝的发育和延伸都在老裂缝的基础上形成，并且具有NE向渐进后靠的趋势，呈近直角、台阶状样貌(图2)，显示分级分期的变形作用，这与底部采空区和贯通性主控裂缝的关系极为密切。在2011年10月危岩体再次发生大面积破坏变形后，T10号缝成为危岩体后缘边界，塌陷最大达到8.9 m，前部危岩体已整体垮塌，该缝面成为后缘岩体新的临空面，显示台阶式渐进后靠变形演化。根据T10号缝分布发育及变形特征，将T10号缝划分为3段，各段特点如表1所示。

图2 望霞危岩体控制性裂缝展布及监测要素分布图Fig.2 Monitoring system distribution and extension of the controlling crack of the Wangxia unstable rock

表1 望霞危岩体后缘控制性裂缝T10各分段裂缝地质特征Table 1 Segment features of the controlling crack T10 at the back edge of the Wangxia unstable rock

2 危岩体后缘控制裂缝变形特征

2010年8月30 日望霞危岩体发生较大变形，在2011年10月变形再次加剧。在两次破坏变形过程中，为密切监测危岩体变形过程，在危岩体后缘控制性裂缝T10上布置裂缝位移监测3处、GPS监测点3处，各监测点位布置如图2所示。

望霞危岩体变形具有典型渐进式特点，从危岩体出现变形开始到失稳破坏，分为初始变形、等速变形和加速变形3个阶段，其变形特征见表2。望霞危岩体在两次变形过程中，对危岩体后缘主控裂缝变形采用3阶段分析法，细化、量化变形量和变形速率，为危岩体变形破坏预警预报提供准确依据，限于篇幅仅介绍裂缝位移监测信息曲线分析，如图3所示。

表2 望霞危岩体后缘控制性裂缝变形特征分析Table 2 Deformation features of the controlling crack at the back edge of the Wangxia unstable rock

3 结论与建议

(1)危岩区正下方有大面积的采空区，该区巷道方向为NNE，在靠近危岩体底部巷道向东侧偏转，在其顶部发育深大的风化凹槽。T10号缝东段区域底部为煤层主采区，裂缝贯通至采空区范围内，呈现陡直状，倾向SSW。该缝为危岩体的渗流通道，控制着危岩体的整体变形，并为危岩体下挫并向右侧旋转滑移提供了空间和条件。

(2)望霞危岩体的变形受控于底部采空区、后缘塌陷坑、风化凹槽，并与岩体的节理裂隙关系密切，在2次变形过程中形成的后缘控制性裂缝T10号缝呈直角状，呈现不同性质的3个裂缝段，在变形程度上由东向西减弱，主要以塌陷沉降为主，伴随强烈的扩张，形成阶梯状陷落地貌，显示台阶式渐进后靠变形演化特征。

图3 2010年及2011年望霞危岩后缘控制性裂缝T10变形演化过程Fig.3 Deformation evolution process of the controlling crack T10 at the back edge of the Wangxia unstable rock mass in 2010 and 2011

(3)将望霞危岩体变形分为3个演化阶段，在危岩体初加速变形时其平均速率为30 mm/d，结合宏观地质现象作为危岩体转入加速变形阶段的重要指标值。在危岩体临滑临崩时应以变形加速度急剧增大，并结合裂缝贯通性、掉块、崩落、滚石、塌陷、声响等宏观现象的强烈程度作为预警判据。

［1］ 刘传正.重庆武隆羊角镇工程地质环境初步研究［J］.水文地质工程地质，2013，40(2):1-8.［LIU C Z. Primary research on thegeological environment around Yangjiao town in Wulong County，Chongqing，China［J］.Hydrogeology＆ Engineering Geology，2013，40(2):1-8.(in Chinese)］

［2］ 徐开祥，林坚，潘伟.链子崖危岩体的变形特征、形成机制、变形破坏方式预测及稳定性初步评价［J］.中国地质灾害与防治学报，1991，2(3):16-30.［XU K X，LIN J，PAN W.The improved Nishihara model of loess based on fractional calculus［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，1991，2(3):16-30.(in Chinese)］

［3］ 陈洪凯，唐红梅.长江三峡水库区危岩分类及宏观判据研究［J］.中国地质灾害与防治学报，2005，16(4):53-57.［CHEN H K，TANG H M.Classification and identify of perilous rock in the area of the Three Gorges Reservoir［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2005，16(4):53-57.(in Chinese)］

［4］ 王国章，李滨，冯振，等.重庆武隆鸡冠岭岩质崩滑-碎屑流过程模拟［J］.水文地质工程地质，2014，41(5):101-106.［WANG G Z，LI B，FENG Z，et al．Simulation of the process of the Jiguanling rock avalanche in Wulong of Chongqing［J］.Hydrogeology＆ Engineering Geology，2014，41(5):101-106.(in Chinese)］

［5］ 高伊航，刘之葵，唐克静，等.重庆瀼渡场北崩滑体变形特征及成因分析［J］.水文地质工程地质，2014，41(2):148-152.［GAO Y H，LIU Z K，TANG K J，et al．Deformation characteristics and forming factors of the Chongqing Northern Rangduchang landslide［J］.Hydrogeology ＆Engineering Geology，2014，41(2):148-152.(in Chinese)］

［6］ 王洪德，高幼龙，薛星桥，等.链子崖危岩体防治工程监测预报系统功能及效果［J］.中国地质灾害与防治学报，2001，12(2):59-63.［WANG H D，GAO Y L，XUE X Q，et al.Function and effect of monitoring-forecasting system ofcontrolworksin Lianziya dangerous rock mass ［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2001，12(2):59-63.(in Chinese)］

［7］ 刘传正，王洪德，涂鹏飞，等.长江三峡链子崖危岩体防治工程效果研究［J］.岩石力学与工程学报，2006，25(11):2171-2179.［LIU C Z，WANG H D，TU P F，et al．Study on control engineering effect about Lianziya dangerous rock-body in Three Gorges reservoir of Yangtze River ［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006，25(11):2171-2179.(in Chinese)］

［8］ 乐琪浪，王洪德，薛星桥，等.巫山县望霞危岩体变形监测及破坏机制分析［J］.工程地质学报，2011，19(6):823-830.［LE Q L，WANG H D，XUE X Q，et al．Deformation monitoring and failure mechanism ofWangxiadangerousrock massin Wushan country［J］.Journal of Engineering Geology，2011，19(6):823-830.(in Chinese)］