陈家湾崩塌形成演化过程与成因机制分析

莫春雷，易春瑶，常亮（湖北省地质环境总站，湖北 武汉430034）

陈家湾崩塌形成演化过程与成因机制分析

莫春雷，易春瑶，常亮（湖北省地质环境总站，湖北 武汉430034）

崩塌是山区地质灾害中的一种类型，也是一种自然动力地质现象。通过对陈家湾崩塌基本特征进行调查，综合分析了陈家湾崩塌的形成演化过程和形成条件，为陈家湾崩塌的治理方案设计提供参考。

崩塌；演化过程；成因机制

前言

陈家湾崩塌危岩体位于湖北省保康县马桥镇横溪村三组山体北侧坡，斜坡坡度较陡，略向北西倾斜，高差约120多米，坡脚为人工采空区，对坡体进行了一定程度的开挖，对坡形破坏较大。据调查，2008年10月该崩塌体发生变形，后缘出现宽10～20cm的拉张裂缝，并出现0.2m的垂直错距。2015年2月因保康地震再次变形，垂向裂缝贯穿山顶，远处清晰可见。位于后缘的3根监测桩完全滑落，现已重新安装。

崩塌体基本特征表现为：整体坡向350°，坡形呈凹形，上陡下缓，在高程1330～1360m处形成高约30m的危岩体，危岩体宽40m，长10m，危岩体向外凸出，自然地形近直线倾斜状，潜在崩塌危岩体总体积12000m3，为一错断式中型崩塌。崩塌体岩性为神农架群大岩坪组白云岩，岩层产状62°∠42°，根据产状与坡向的组合关系，斜坡为横向坡（见图1）。

1 崩塌危岩体形成演化过程

陈家湾崩塌形成条件复杂，根据对崩塌危岩体和崩塌堆积物的现场调查，高陡斜坡是此崩塌发生的必要条件，不均一的岩层为其形成提供了物质条件，采矿活动改变了斜坡的应力分布，局部出现应力集中产生裂隙，在降雨和地震外界影响因素作用下，随着裂隙的扩展、延伸直至连通，岩体变形增大，脱离母体的危岩体向临空面方向位移，岩体抗力不断减少，局部岩体失稳产生崩塌，最后发生此渐进性破坏，形成崩塌堆积体。该崩塌堆积体的形成机制分为以下三个阶段：

图1 陈家湾崩塌全景

1.1 应力重分布卸荷回弹阶段

斜坡在形成过程中，应力发生重分布。表现为主应力迹线发生偏转，最大主应力迹线平行于临空面，最小主应力迹线则与临空面正交，导致在坡脚和坡顶相应的出现应力集中现象。斜坡在卸荷阶段，临空面附近产生拉应力集中带，坡脚附近剪应力增高。坡体向临空方向卸荷回弹，并与坡体上部形成自上而下的卸荷裂隙带，使原有岩体在应力集中和卸荷双重作用下，结构变得破碎。

1.2 裂隙发展及潜在崩塌体形成阶段

主要为风化、剥蚀、降雨冲刷等外部自然营力下产生形成现今崩塌形态特征的过程。岩体受日照、降雨等风化作用下，发生差异性风化，促使结构面不断的扩展、延伸，同时又为后期风化提供了条件。加之地震、人类工程活动的扰动等特殊外力作用，岩体结构变得更加破碎，岩体的稳定性显著降低。由于岩层的不均一性，坡面岩层经过长期的差异风化而出现凹岩腔，从而在坡面上出现局部倒悬坡。倒悬坡坡体内部与边缘的应力分布十分不均匀，斜坡的眉峰两面临空，处于极不稳定的状态，此处的岩土块体也就成了潜在危岩体。

1.3 渐进性破坏崩塌阶段

当在强降雨或者地震等敏感性因素作用下，导致局部岩体失稳产生崩塌，在重力的作用下，经过滚动、碰撞，最后堆积于坡脚。软硬相间的结构导致其形成许多大大小小的凹岩腔，为岩体的进一步崩塌提供了条件，其又会接着（1）（2）阶段产生渐进性破坏，发生崩塌。

陈家湾崩塌所在山体下部为采矿矿洞，地下采矿活动诱发山体斜坡内部岩体应力变化，导致岩体工程地质条件改变，随着开采工作面的推进，导致其上部岩层局部失去支撑。采空区上覆岩体在垂直方向和水平方向上均会受到先拉后压的应力应变作用，在上覆岩体自重力作用下产生压缩及塑性变形，使陡倾角卸荷裂隙带的拉裂扩张随时间累进性发展，在坡体的后缘产生张性裂缝。受采空区影响，岩体卸荷裂隙发育，裂隙面不断扩展贯通，造成岩层逐渐错断形成倒悬危岩体 （图2～3），陈家湾崩塌现正处于渐进性破坏崩塌阶段。

图2 陈家湾崩塌剖面示意图

图3 陈家湾崩塌平面示意图

2 崩塌形成条件

崩塌是斜坡体系统在外部因素作用下，部分岩土块体脱离斜坡母体而形成的。陈家湾崩塌的形成条件主要有人类工程活动、地震、构造、地层岩性、地形地貌、气象水文等。

2.1 人类工程活动

人为活动会引起斜坡体系统外部环境的变化，为崩塌的发生创造了激发条件。采矿时，地下坑道洞室开挖，采空区周围一定范围内的应力发生变化，应力场出现新的分布，破坏原来的平衡状态，使山体开裂，贯穿的裂缝切割岩体，造成了危岩体的形成失稳。此外，采矿的爆破震动，使岩层松动，卸荷裂隙发育。

2.2 地震及构造活动

地震引起的山体震动可引起斜坡体在垂直方向和水平方向上的急剧、反复的应力变化，破坏坡体内部和临空面原有的脆弱力学平衡，导致危岩体失去重心。地震甚至可以使一些原本较稳定的岩土块体也发生崩塌。2015年2月陈家湾崩塌因保康地震变形，致使垂向裂缝贯穿山顶。因此，地震是崩塌发生频率和规模最大的一种外在激发因素。

而构造对崩塌形成的影响表现为：构造作用形成的各向节理面，对坡体产生切割、分离，使岩体破碎，其中沿一组外倾陡节理327°∠87°最为发育，为采空区变形裂缝延伸、卸荷裂隙追踪扩容及地下水渗流创造了条件。

2.3 地层岩性

灾害体发育岩层为中厚层坚硬的白云岩，因岩石强度较大，裂隙发育时，岩石常呈块体，块体之间分离面摩擦力也较大，块体之间相互铰合，形成高而陡的坡形。由于岩层的不均一性，岩石的差异性风化，在陡坡上形成凹岩腔，使上部块体岩层悬空，当岩层自身重力超出岩层间的摩擦力及相互的铰合力时，岩层即崩落失稳。

2.4 地形地貌

崩塌危岩体位于自然斜坡坡顶的陡立面上，断面近于直立，略向北西倾斜，高差约120多米，坡形呈凹型，上陡下缓，崩塌危岩体呈块状悬空，岩体下方的凹槽腔及凹形地形使危岩体部分临空，为卸荷裂隙形成及剪出提供了有利条件。

2.5 气象水文

降水入渗可增大岩石裂隙网络中的动水压力，提高坡体向临空面方向的推力；同时雨水的浸润使裂隙分离面两侧的岩土软化，或减小分离面的抗滑阻力。此外，昼夜温差变化也会对崩塌发育造成不同程度影响，使暂时稳定的危岩体可能在某一时刻突然失稳。

3 变形破坏模式

根据崩塌现今变形迹象及地形地质条件综合分析，陈家湾崩塌危岩体变形破坏模式为错断式崩塌。错断式崩塌形成于斜坡体上部陡立岩体，受控于岩体中主要发育的3组节理裂隙面，L1：327°∠87°，为主控裂隙面，使山体岩层垂向错断，山顶后缘可见缝宽0.2m；L2：88°∠49°；L3：62°∠24°，为岩层的层面裂隙。各节理裂隙斜交切割岩层，将岩层分割成大的块体，卸荷裂隙沿3组节理面追踪破坏，在岩体自重下沿某一岩面产生最大剪应力超过岩体抗减强度时，危岩易沿节理面错断崩塌。

[1]蔡美峰.岩石力学与工程[M]．科学出版社，2002.

[2]骆银辉.崩塌的形成机理与防治方法[J].西部探矿工程，2008（12）：1～3.

[3]马宏宇.四川茂县维城乡前山危岩体变形机理研究[J]，地质灾害与环境保护，2009（3）.

P642.22

A

2095-2066（2016）22-0061-02

2016-7-12

莫春雷（1987-），男，助理工程师，硕士研究生，主要从事水工环工作。