旺苍县东山村危岩灾害成因机制分析

荀晓慧，贺咏梅，谢晔(1.成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059;2.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059)

旺苍县东山村危岩灾害成因机制分析

荀晓慧1，2，贺咏梅1，2，谢晔1，2
(1.成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059;2.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059)

在现场调查、测量的基础上，对危岩体的分布、规模、形态、分区分带等特征进行了分析，并对危岩地质灾害的成因机制开展研究。分析成果表明：研究区薄厚相间的结构特征、高陡地形下的强卸荷作用、结构面相互切割及组合特点和地震及降雨等外部促发因素是危岩体形成和发展的主控条件。

地质灾害；危岩体；成因机制

1 前言

危岩是较为常见的一种地质灾害，广泛分布在地形高陡、基岩裸露的坚硬岩斜坡上。在地震、降雨等作用下以崩塌落石的方式失稳破坏，破坏后由于块体运动的随机性特点，防控的难度大。同时，由于危岩体形成受多种因素作用，其成因机理也很复杂。较多的学者对危岩体的形成原因开展过研究，如方云等[1]从构造特征和风化、冻融等多种因素上对云冈石窟砂岩中危岩体的发育原因进行了研究;叶四桥[2]、刘传正[3]等结合构造作用、地貌形态、岩性特征、地质结构、降雨等因素，对重庆地区典型危岩体的形成和发生进行过深入研究，并获得了灾害形成链式反应过程的认识；黄达[4]、刘卫华[5]等对水电工程高边坡危岩体的失稳模式和稳定性获得了系统的研究成果。

综上所述，危岩体这一地质灾害受到了众多学者的关注，其形成原因是失稳模式判识、稳定性评价、防治工程设计的基础和依据，对其开展研究，具有较好的理论意义和实际应用价值。本文针对汶川地震灾区旺苍县境内的一处典型危岩体，通过现场调查，对危岩体的形成机制进行研究。

2 危岩灾害基本特征

2.1 地质灾害整体特征

东山村危岩发育于旺苍县双汇镇东山村南东侧顶部山脊处，地形坡度上部陡峻，下部坡度略缓，崩塌发育于山体顶部基岩裸露区，该处地形三面临空，“5.12”地震时坡体上部形成可见长度5～6 m，宽度10～12 cm的拉裂缝，但未产生失稳破坏。后期由于向临空方向卸荷、降雨、余震的反复作用等多方面因素影响，于2008年10月2日晚18时左右发生失稳破坏，形成崩塌落石，落石沿N33°W的方向运动，滚动最远的块石已崩落至东山村，落差近300 m，尽管未引起人员伤亡，但已威胁到了村庄居民的生命财产安全，威胁48户居民，共计202人。危岩体灾害及威胁对象整体特征见图1。

图1 东山村危岩体整体特征及威胁对象

2.2 危岩带规模及形态等发育特征

崩塌发育于山体顶部基岩裸露区，该处地形三面临空，受风化、卸荷及结构面切割等多方面因素影响，该地段岩体较为破碎，呈碎裂结构，单个块体大小多在1m左右，破碎岩体呈带状分布，无法单独划分危岩块。因此为了使分析更加具体，更有针对性，在现场调查的基础上，根据位置、形成原因、变形破坏程度和稳定性现状等因素对危岩体分为3个带，见图2。现分别对各带进行分析。

图2 东山村危岩分区图

Ⅰ号危岩带位于山体近坡顶处，岩性为灰岩，在坡顶主要为互层状结构，夹薄层状结构，至Ⅰ区下部可见厚层状结构。岩层产状为52°∠39°，向临空方向为一逆向坡。“5.12”地震时沿陡倾角结构面产生拉裂缝，但未发生崩塌。于2008年10月2日18时发生崩塌。崩塌在坡体顶部陡崖地形遗留一凹槽地形。凹槽处基岩受层面及裂隙切割，岩体较为破碎，呈碎裂结构，岩体中可见张开结构面，一般长0.5～1.2 m，锯齿状，宽度0.7～1 cm，张开裂隙及层面间可见杂土充填。局部块体失稳后形成空腔，凹腔深度3～3.5 m，高0.7～1.6 m。后缘仍存在拉裂缝，拉裂缝平行发育3条，产状为208°～212°∠63°～70°，宽度3.4～4 cm，长43～50 cm。Ⅰ号危岩带岩体呈互层状结构，所组合的块体规模不大，一般块体长1.5 m，宽1 m，厚0.3 m，局部少量规模较大块体长度可达2 m，宽度2 m，厚度0.5 m，见图3。该区危岩带长6～9 m，宽度在16～19 m，厚度为3～5 m，方量约为520 m3。

图3 东山村危岩体Ⅰ号危岩带特征

Ⅱ号危岩带岩体以互层状结构为主，岩层单层厚度一般为14～22 cm。该区在地形上三面临空，坡体结构在不同临空方向上分别为逆向坡和横向坡，岩质坚硬，上覆岩层厚度较小，无弯曲变形迹象。但岩体中结构面发育，岩体较为破碎。坡表侧面可见拉裂缝，拉裂缝长7～10 m，宽10～15 cm，岩屑及杂土充填。Ⅱ号危岩带结构面发育，岩体较为破碎，块体长度多在1 m左右，宽度在2 m左右，厚度一般为0.4 m，见图4。该危岩带高14～16 m，宽4～6 m，厚度3～6 m，方量约为350 m3。

图4 东山村危岩体Ⅱ号危岩带特征

Ⅲ号危岩体部位坡体结构为横向坡。受卸荷作用影响，沿陡倾角结构面张开，坡体中平行发育5条，外部4条，长度1.5～4.3 m，后缘拉裂缝长大，延伸约15 m左右，张开宽度1～1.4 m，该拉裂缝使危岩体后缘已与母岩脱离。拉裂缝形成较早，架空地段有茂密灌木生长。该组拉裂缝产状为334°∠76°。该区危岩体在“5.12”地震及历次余震中未见变形加剧现象。Ⅲ号危岩带因岩体层厚较大，结构面发育较少，因此块体规模相对较大，一般长度在4 m左右，宽度在2.5 m左右，厚度可达3～4 m。Ⅲ号危岩体形态及规模特征见图5。

图5 东山村危岩体Ⅲ号危岩带特征

Ⅲ号危岩体宽17～24 m，高19～26 m，厚度7～9 m，方量约为3 200 m3。

2.3 崩塌块石运动及堆积特征

崩塌主要由Ⅰ号危岩带失稳破坏后形成，落石总体上沿N33°W方向运动，崩塌堆积物主要散落于坡体上部陡崖之下的斜坡上，仅个别大块石崩落至东山村。

坡体上部散落堆积的块石粒径多在20～60 cm，厚度40～60 cm，宽度9～11 m，长35.5 m，方量约200 m3，见图6。崩落至东山村的块石长2.71 m，宽2.28 m，厚度70 cm(图7)，自山顶弹落5次至坡脚，可见1.98 m×1.40 m×0.5 m的砸坑。东山村危岩坡表散落的崩塌堆积物总方量约为230 m3。

图6 东山村危岩崩塌堆积物特征

图7 崩落至坡脚东山村的块石

调查过程中对东山村危岩产生的崩塌落石进行了详细测量，尤其是对规模较大、运动距离较远的块石，逐一测量了其坐标，并根据实际坐标在平面图中予以标识，据此获得了翔实、准确的崩塌物质运动轨迹。

东山村危岩产生的崩塌首先沿S45°～50°W的方向滚落，落地后受地形控制，按斜坡坡向向下滚动，弹跳过程中因接触面形态等原因发生转向，总体上沿N33°W方向运动。运动距离最大落石滚落至815 m高程，滚落高差近300 m。

3 危岩灾害成因机制分析

现场调查表明，东山村危岩的发育形成，主要是由以下几方面因素控制：

3.1 坚硬岩薄厚相间的结构特征是危岩体形成的物质基础

危岩体形成地段的岩性为灰岩，属坚硬岩，岩体薄层、互层及厚层状结构间隔发育。单层厚度小，呈薄层状结构的岩体，抗风化和侵蚀能力弱，差异侵蚀导致陡坡上形成凹腔，而中-厚层状的坚硬岩岩体中结构面又较为发育，与层面或随机结构面组合，形成块体，降低岩体完整性，在不同部位形成了危岩带。同时，层厚特征也控制了崩塌块石的块体规模，并最终影响落石的运动轨迹和威胁范围。因此，坚硬岩的岩体结构特征是危岩体形成的物质基础和主要内因，并决定了危岩体失稳后的危害程度。

3.2 高陡地形和强烈卸荷是危岩体形成的前提条件

该地段地形上为一三面临空的陡崖，特殊的地形条件，使卸荷作用尤为明显。顶部探槽揭示，卸荷主要沿92°∠81°组及210°∠66°组两组结构面张开，最大开度可达10 cm，一般在3～6 cm之间。强卸荷深度4.2～6 m，弱卸荷深度为9.7～10.8 m。高陡的地形、强烈的卸荷作用，使岩体完整性变差，表部块体稳定性降低，促使了危岩体的形成和发展。卸荷的进一步作用，也决定了危岩体发育的深度和稳定性的状态。

3.3 结构面发育及切割组合特征是危岩体形成的主控因素

该地段岩体中主要发育4组结构面，结构面赤平投影见图8，结构面对危岩体形成的作用分别为：

(1) 334°∠76°，构成Ⅱ区、Ⅲ区危岩体形成的后缘分离面。

(2) 231°∠64°，构成Ⅰ、Ⅱ区危岩块体形成的侧缘分离面。

(3) 170°∠65°，构成Ⅰ、Ⅱ区危岩块体形成的侧缘分离面。

(4) 52°∠39°，层面、坡体结构面为逆向坡或横向坡。

3.4 地震和降雨作用是危岩体破坏的外部促发因素

“5.12”汶川地震过程中，强大的地震力使原本因卸荷作用张开的结构面在深度和长度上发展，坡体上部形成可见长度5～6 m，宽度10～12 cm的拉裂缝，即使未产生失稳破坏，但已经使岩体的完整性和稳定性大幅度降低，后期由于卸荷的持续发展、降雨、余震的反复作用等多方面因素影响，于2008年10月2日晚18时左右发生失稳破坏，形成崩塌落石。

图8 东山村危岩体结构面组合特征

降雨是诱发崩塌的另一个重要因素，水的作用可以使岩体和结构面的强度参数降低，可以在后缘拉裂缝中形成一定的孔隙水压力，导致危岩体最终失稳形成崩塌。

4 结论

通过以上的分析论述可知，研究区薄厚相间的岩体结构条件、高陡地形的强卸荷作用、结构面切割及组合特征等多种因素是危岩体形成的基础条件；地震作用和降雨的渗流及对岩体的弱化是危岩破坏的外部促发条件。这些因素综合作用，导致了研究区危岩体的形成和失稳破坏。

[1] 方云,陈星,刘俊红,等.云冈石窟危岩发育的成因分析[J].现代地质,2011,(1):137-141.

[2] 叶四桥,唐红梅,祝辉.万州地区危岩发育的典型成因[J].水力发电,2007,(2):31-33.

[3] 刘传正.重庆武隆鸡尾山危岩体形成与崩塌成因分析[J].工程地质学报,2010,(3):297-304.

[4] 黄达,黄润秋,周江平,等.雅砻江锦屏一级水电站坝区右岸高位边坡危岩体稳定性研究[J].岩石力学与工程学报,2007,(1):175-181.

[5] 刘卫华,罗倩,黄润秋,等.溪洛渡水电工程坝区高边坡危岩体分类及稳定性评价[J].水利水电科技进展,2008,(4):48-51.

作者简介：荀晓慧(1980- )，女，硕士，实验师，主要从事地质灾害、环境地质方面的研究工作。Email： xunxh@cdut.edu.cn

MECHANISM ANALYSIS ON THE DONGSHAN VILLAGE ROCKFALL IN WANGCANG COUNTY

XUN Xiao-hui1，2,HE Yong-mei1，2,XIE Yie1，2
1.College of Environment and Civil Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059;2.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection
(Chengdu University of Technology),Chengdu 610059)

Based on the field investigation and measurement, the characteristics of potentially unstable rock mass were analyzed, such as size, morphology, distribution and so on. Meanwhile, the research to the formation mechanism of the potentially unstable rock mass was carried out. according to the survey findings, it was find that the rock mass structure characteristics with the thick replaces the thin, the high and steep terrain under the strong unloading function, the structure plane cutting and combination characteristics, earthquake and rainfall external precipitating factor are the main control conditions for the rock formation and development.

geologic hazard； dangerous rock mass； formation mechanism

1006-4362(2016)04-0052-04

2016-09-20改回日期： 2016-11-02

中国博士后科学基金(编号: 2016M590890)

P642.21;TU457

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