彝良县大石盘组崩塌机理及防治对策

徐 伟，冯文凯，郭少文，李浩宾

(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059；2.中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 610081；3.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056；4.四川省地质环境监测总站，四川 成都 610081)

崩塌落石是山区常见的地质灾害现象。崩塌灾害因发生时间不确定、崩落速度极快、主要沿垂直方向坠落的特点，一旦发生可在较短的时间内造成巨大的危害。随着山区城镇建设的快速发展，因修路建房缺乏科学的规划与指导，出现了许多不合理开挖边坡、切坡的现象，边坡的变形破坏引发了崩塌、滑坡等地质灾害，造成了无法挽回的生命及财产损失。近年来，国内外许多学者对典型的崩塌落石的成因及形成机理进行了研究[1-8]，对崩塌的破坏模式[9-15]、区域上的崩塌规律和影响因素[16-20]进行了总结，并对崩塌的稳定性[21]、安全评价[22]、防治措施[23]等方面进行了分析与探讨。前人的研究已取得了许多新进展和成果，积累了丰富的经验。

云南省彝良县大石盘组崩塌是彝良县2016年新发生的一处地质灾害点，本文首先在对该崩塌体开展详细现场应急调查和测量的基础上，描述了崩塌体的地质背景和崩塌灾害的基本特征，并采用赤平投影法分析了崩塌体节理裂隙的组合特征；然后从大气降雨、地震作用、人类工程活动三个方面对崩塌形成条件进行了分析，并指出崩塌的破坏模式为拉裂-滑移式，崩塌的破坏过程分为初始震裂变形阶段、累积变形阶段、启动破坏阶段、稳定与堆积阶段4个阶段；最后提出了崩塌灾害的工程治理措施及防治对策。上述认识可为软硬相间类型的崩塌机理及防治研究提供一定的参考，为彝良县的地质灾害防治工作提供一定的科学依据和技术支持，以增强防灾减灾应用服务的针对性和直接性。

1 研究区地质环境条件

1.1 地形地貌条件

彝良县位于云南省东北部云、贵、川三省结合部的乌蒙山区，地处云贵高原北东部边缘斜坡地带，境内山高谷深，沟壑纵横。崩塌所在的牛街镇位于彝良县城的东北部，距县城78 km，介于川滇边界，交通便利，是彝良的“北大门”。

1.2 气象水文条件

彝良县地处康滇温带暖温带半湿润气候区和华中亚热带湿润气候区之间，具有高原季风立体气候特征。牛街镇属于亚热带湿润气候，气候类型多样，干雨季分明，气候明显受地形影响，具有南干北湿的特点。区内多年平均降雨量为967.68 mm，北部地区平均降雨量为1 120 mm，南部地区平均降雨量为892.4 mm；雨量集中于雨季(5～10月份)，占全年降雨量的93.6%以上，24 h最大降雨量高达235.4 mm(1992年7月13日)，10 min雨强高达13.36 mm(1990年6月28日)。

彝良县内河流均属金沙江水系横江支流，发育大小河流150多条，其中较大的河流有洛泽河和白水江。崩塌即位于白水江左岸。白水江的平均坡降为59‰，天然落差为160 m，河床平均宽度为80 m，河流径流面积为953.6 km2，平均流量为78 m3/s。

1.3 地层岩性

崩塌所在边坡出露地层岩性为三叠系关岭组(T2g)的灰岩夹暗紫红色及灰绿色泥页岩，属软硬相间地层，岩层层面产状为335°∠26°，层面形态为近直线型，多为泥质充填，隙宽约0.5～3 mm，灰岩层厚约30～50 cm，泥页岩层厚约2～4 cm。崩塌剖面图见图1。

1.4 地质构造条件

彝良县位于扬子准地台滇东北拗褶带昭通镇雄拗褶区，构造形迹以褶皱为主，构造纲要图见图2。崩塌所在的牛街环状构造由内陡外缓的9个次级背斜及2个次级向斜环列组成，中心为新月形牛街向斜，经多期构造应力作用，此环状构造区裂隙极为发育，为地质灾害的孕育创造了有利条件。

1.5 地震作用

彝良县地处大关—马边地震活动带，地震活动频繁，震级大。1900年以来共发生5级以上地震8次，最大地震为1948年10月9日贵州和1948年10月10日大关2次5.8级地震。2012年9月7日11时19分40秒，彝良县(北纬27.5°、东经104.0°)发生5.7级地震，震源深度为14.0 km；12时16分29秒，彝良县(北纬27.6°、东经104.0°)再次发生5.6级地震。

2 崩塌灾害的特征

2016年6月16日上午11点04分，彝良县牛街镇南厂村大石盘组发生一起崩塌，造成3栋房屋倒塌、1人死亡、1人受伤。崩塌发生于大石盘组柿凤公路内侧，彝良二中至盐津县方向200 m处，地理坐标为27°51′52.30″N、104°28′9.83″E。崩塌撞向距离崩塌点最近的一栋五层房屋，该居民楼向西侧倾倒并砸毁临近的两栋三层房屋，造成1死1伤的悲剧。

2.1 崩塌所在危岩带的特征

崩塌所在危岩带为基岩边坡(见图3)，位于白水江河谷左岸斜坡下部，该边坡陡峭近直立，临空面坡向为40°，坡脚高程为570 m，坡顶高程为596 m，高差为26 m；该危岩带长约250 m，临空面面积约为5 000 m2，岩层层面产状为335°∠26°，斜坡结构为横向坡，紧邻柿凤公路，其潜在危害极大。

崩塌所在危岩带坡顶表层为残坡积黄褐色粉质黏土混碎块石，层厚较薄约0.4～2 m，植被覆盖率达90%左右，地面无裂缝等变形迹象，但可见多处灰岩裸露于地表，且灰岩的风化作用及溶蚀作用强烈，形成多处凹岩腔及小型溶洞，地表水沿灰岩节理裂隙、溶洞下渗。

2.2 崩塌的特征

崩塌发生于该高陡边坡段东侧的中上部，崩塌体特征详见图4。由于该高陡边坡岩体的岩性差异性较大，导致岩体的物理力学性质、抗风化能力、透水性、富水性不同，易发生差异风化，且坡体内泥页岩夹层在地下水等地质营力作用下易发育为潜在滑移面；同时，边坡岩体节理裂隙发育，且多处裂隙张开度大，接近贯通，并可见地表水由表层土下渗至结构面中，使结构面湿润软化；开挖面坡向为330°，岩层层面产状为335°∠26°，主要发育两组控制性节理，其层面产状分别为115°∠70°、55°∠84°，崩塌体沿泥页岩夹层层面发生了顺向滑移，从而形成了滑坡崩塌灾害。

图4 崩塌体特征图Fig.4 Area statistics of slope within different formation lithology

崩塌堆积体可见的最大堆积块体尺寸为7 m×3 m×4 m(见图5)，崩塌体方量约为500 m3，属小型崩塌。

图5 崩塌最大堆积块体Fig.5 Biggest accumulation rock of the collapse

图6 崩塌体赤平投影分析图Fig.6 Stereographic projection of the collapse

本文采用赤平投影法对崩塌体节理裂隙的组合特征进行了分析。由赤平投影分析图(见图6)可见，岩层层面倾向与开挖面坡向相近，层面倾角比临空面倾角小得多，崩塌处斜坡结构为顺向，该组合形式属最不稳定的类型；同时，层面与节理1、层面与节理2的交点A、B位于开挖边坡面投影大圆外，表明层面与节理1、层面与节理2的交线L1、L2的倾角比坡面的倾角小，且为顺坡向，节理1和节理2对岩体的切割作用加剧了顺层边坡的破坏。

3 崩塌灾害的形成条件和破坏模式分析

3.1 崩塌灾害的形成条件

3.1.1 大气降雨

通过县气象局收集的气象资料，牛街镇三合雨量站显示，2016年6月1日至16日，累计降雨量达215.9 mm；2016年进入雨季以来，5月至6月份的日降雨量统计见图7。

图7 牛街镇5月至6月份的日降雨量统计Fig.7 Statistics of rainfall in May and June of Niujie Town

2016年6月3日至15日，该地区发生持续性降雨，6月7日降雨量达到最大值，日降雨量为63.5 mm，6月15日崩塌灾害发生前一天也有一次日降雨量达28.9 mm的降雨，经历了多次暴雨后，地表雨水下渗通过地表洼地、天窗、小型溶洞等路径至该边坡岩体的结构面及裂缝中，节理裂隙充水，产生较大的静水压力，同时泥页岩软弱夹层受裂隙水浸润强度降低，造成阻滑段支撑力下降。

3.1.2 地震作用

崩塌所在危岩带经历了多次地震作用后，岩体中发育的卸荷裂隙、节理裂隙在地震力作用下隙宽变大，连通率增大，延伸变长，岩体变得更加破碎。

3.1.3 人类工程活动

损毁的3栋房屋在修建前，对该边坡原临空面进行了大面积的开挖、切坡，说明人类工程活动造成的影响极大，改变了边坡原有的应力状态，崩塌处产生了适合的临空面和剪出口，为崩塌体的启动和滑移解体提供了充足的空间，见图8。

图8 边坡开挖前后示意图Fig.8 Schematic diagram before and after slope excavation

3.2 崩塌的破坏模式及破坏过程

本文通过对彝良县大石盘组崩塌的工程地质条件和破坏机制分析，认为该崩塌的破坏模式为拉裂-滑移式，其破坏过程可分为以下4个阶段。

3.2.1 初始震裂变形阶段

大石盘组崩塌初始震裂变形阶段主要表现为岩体的震裂损伤和拉张裂缝的形成。该边坡在经历了2012年9月7日彝良5.6级、5.7级两次地震之后，由于卸荷作用引起山体内部应力重分布，坡顶形成应力张拉区，岩体产生多处拉张裂缝；加之修房切坡，进一步改变了原有的应力状态，岩层层面及另两组控制性节理进一步发育延伸，见图9。

图9 “6.16”大石盘组崩塌初始震裂变形阶段示意图Fig.9 Schematic diagram of the initial shock fission defor- mation stage of the “6.16” Dashipan Group collapse

3.2.2 累积变形阶段

大石盘组崩塌累积变形阶段主要表现为拉张裂缝的拓展贯通和泥页岩软弱夹层的软化。由于长期的降雨、风化及溶蚀作用，地下水灌入结构面中，产生较大的静水压力，造成后缘拉张裂缝张开度增大，连通率提高，延伸长度增加，最终贯通至下部泥页岩层面处；薄层状泥页岩在裂隙水浸润、岩溶、温差变化、风化等作用下，结构面抗剪强度降低，阻滑段支撑力下降，见图10。

图10 “6.16”大石盘组崩塌累积变形阶段示意图Fig.10 Schematic diagram of the cumulative deformation stage of the “6.16” Dashipan Group collapse

3.2.3 启动破坏阶段

大石盘组崩塌启动破坏阶段主要表现为泥页岩层面的贯通与崩塌体的整体滑移坠落解体。后缘拉张裂缝贯通后，形成了孤立的危岩体，随着时间的推移，软岩层面的抗剪强度进一步降低，阻滑段的支撑力小于危岩体的下滑力，造成了软岩层面的贯通，危岩体在重力作用下沿软岩层面由剪出口发生剪切滑移，见图11。

图11 “6.16”大石盘组崩塌启动破坏阶段示意图Fig.11 Schematic diagram of the startup and destruction stage of the “6.16” Dashipan Group collapse

3.2.4 稳定与堆积阶段

由于有利的地形条件，危岩体携带着上覆残坡积土层整体滑移下错，崩塌体在坠落过程中沿控制性节理面进一步拉裂解体，并撞向距离不到10 m远的五层房屋，造成房屋向右侧倾倒，砸毁了临近的两栋两层房屋，最终崩塌体堆积在边坡坡脚处趋于稳定，见图12。

图12 “6.16”大石盘组崩塌稳定与堆积阶段示意图Fig.12 Schematic diagram of the stability and accumulation stage of the “6.16” Dashipan Group collapse

4 崩塌灾害的工程治理措施及防治对策

虽然崩塌体已部分崩落，但是该危岩带稳定性较差，仍然存在进一步失稳发生崩塌的可能性，对于坡脚处房屋和居民以及过往人员车辆均存在极大的安全隐患和风险。经过对该崩塌灾害进行现场详细的工程地质调查后，本文提出了如下工程治理措施及防治对策。

4.1 危石清理

对危险程度高、规模小的危岩孤石等建议予以清除，采用人工辅之以简易机械进行解小、撬动、搬运[见图13(a)]；对规模较大且稳定性较差的危岩孤石等建议采用嵌补支顶的治理措施[见图13(b)]；对危岩带临空面裸露的薄层碎裂状岩体进行清除，以防小块石继续掉落。

图13 小块孤石清除和大块孤石嵌补支顶示意图Fig.13 Schematic diagram of clearing small boulders and inlaying large boulders

4.2 危岩体锚杆锚固和主动柔性防护网加固

危岩带长度约250 m，且为横向坡，临空面岩体强风化，卸荷裂隙沿临空面方向垂直发育，易发生局部的零星剥落和落石，因此建议沿危岩带展布方向采用锚杆锚固和主动柔性防护网进行综合治理，见图14。

图14 危岩体锚杆锚固和主动柔性防护网加固示意图Fig.14 Schematic diagram of anchor reinforcement and active flexible protective net for dangerous rock

利用锚杆对有可能失稳的危岩体进行锚固，通过锚固力提供抵抗危岩体下滑力力矩，从而保证危岩体的稳定。建议采用砂浆锚杆，通过合理设置锚杆间距、锚固段长度等措施，达到提高危岩体稳定系数的目的。

考虑到避免危岩体对柿凤公路可能会造成不良影响，建议通过布设由高强度钢丝格栅、钢绳锚杆与肋骨状锚垫片构成的主动柔性防护网对坡体上的危岩体进行加固，旨在阻止其启动，并限制其运动范围。

4.3 修建截排水沟

危岩带顶部的雨水下渗是造成此次崩塌的触发因素，因此修建危岩带的截排水工程是非常必要的。建议在坡顶沿危岩带长度方向及坡面雨水汇流方向修建截排水沟系统，将雨水汇集进排水沟里及时排走，防止雨水下渗入岩体内。

4.4 纳入群测群防体系

建议将该崩塌点纳入地质灾害隐患点，纳入群测群防体系，建立应急预案。此外，发放“两卡”给高陡边坡段两侧和坡顶的危险房屋内的居民；设立监测员，按崩塌巡查的技术要求进行监测；在高陡边坡段两侧设地质灾害警示牌，提醒过往车辆及行人观察通行。

4.5 加强房屋建设规划与管理

房屋建设应事先开展科学选址、危险性评估与崩塌防治等工作，在未对危岩体进行治理的情况下，危岩带内正在修建的房屋应立即停止修建。

5 结 论

云南省彝良县大石盘组崩塌是由降雨诱发的小型拉裂-滑移式崩塌，在详细的工程地质调查的基础上，对崩塌以及崩塌所在危岩带的特征进行了归纳，并开展了以下研究：

(1) 运用赤平投影法对崩塌体结构面的组合特征进行了分析，可知岩层层面倾向与开挖面坡向相近，崩塌处的斜坡结构为顺向，节理1和节理2对岩体的切割作用加剧了顺层边坡的破坏。

(2) 从人类工程活动、地震作用、降雨三个方面对崩塌形成条件进行了分析，认为不合理的开挖和切坡、地震震裂崩塌体造成累积损伤、多次暴雨是此次崩塌的触发因素，并指出崩塌的破坏模式为拉裂-滑移式,崩塌的破坏过程可分为为初始震裂变形阶段、累积变形阶段、启动破坏阶段、稳定与堆积阶段4个阶段。

(3) 针对崩塌灾害，提出了有针对性的工程治理措施及防治对策，即危石清理、危岩体的锚杆锚固和主动柔性防护网加固、修建截排水沟、纳入群测群防体系、加强房屋建设规划与管理。

通讯作者：冯文凯(1974—)，男，博士，教授，主要从事岩土体稳定性评价和地质灾害防治等方面的研究与教学工作。E-mail:fengwenkai@cdut.cn