贵州省开阳县寨子组崩塌带基本特征及危险性评价

张家勇　刘黔云　潘鲁生　杜方哥

摘 要：崩塌是一种常见山地灾害，具有隐蔽性高、失稳破坏迅速、致灾后果严重的特点。以贵州省开阳县寨子组崩塌带为例，对该崩塌带的工程地质条件和演化历史进行了分析描述，对6个典型危岩体进行了崩塌类型及稳定性定性分析，结合赤平投影分析得出崩塌区在降雨等外力条件下极易发生崩塌。采用Rockfall软件分析危岩体运动特征，结果表明，危岩W1—W5均有一定概率到达道路，且危岩W1、W5、W6有可能到达村民房屋。最后，根据数值模拟结果绘制了崩塌带危险性区划图，提出在危岩区边界处设置拦石坝的治理方案，为地方的防灾减灾提供了一定的科学依据和技术支撑。

关键词：危岩崩塌;赤平投影;运动特征;危险性评价

中图分类号：P694;P208  文献标志码：A

基金项目：贵州省提升地质灾害监测预警科技能力行动方案项目（GZMC-ZG201910003）

贵州省地处西南腹地，是无平原支撑的省份，地质环境脆弱，地质灾害频发[1-3]。截至2018年10月25日，贵州省已查明地质灾害隐患点12 231处，其中崩塌3 670处，占比高达30%，给人民的生命财产安全造成了严重的威胁。崩塌地质灾害具有突发性，崩落速度快，极易在短时间内造成巨大的损失，因此，研究危岩体崩塌灾害的危险性评价具有重要的意义。

许多学者对崩塌的机理、稳定性方面开展了一系列的研究，并取得了一定的研究成果。在早期，胡厚田[4]曾对各种崩塌落石的运动速度、运动距离和落石轨迹进行了研究。许源华等[5]采用离散元方法，对上硬下软类岩质边坡崩塌破坏发展过程做了深入的研究，总结出了该类边坡崩塌破坏机制。谢宏等[6]研究了贵州采煤塌陷引发的地质灾害及塌陷区的类型。陈筠等[7]对贵州省拉裂式崩塌分布特征及稳定性进行了分析。史文兵等[8]对软弱基座型危岩崩塌进行调查评价后，总结出该类危岩体主要的破坏模式为倾倒破坏、座滑、滑移和坠落。上述研究成果科学地阐述了西南地区崩塌的发育规律和破坏机制等，为崩塌灾害的预测和管理提供了科学依据。

开阳县寨子组崩塌带（研究区）“上硬下软”岩组结构大面积分布，历史上曾多次出现崩塌，受威胁的村民大多密集分布于陡斜坡前方的稍平缓处，崩塌块石最远运移到坡脚附近的居民区，且崩塌的物源区还残留着大量的危岩体，严重威胁着下方80户420个村民的生命财产安全。对研究区开展相应的风险性评估研究具有紧迫性和必要性，本文对该崩塌进行了演化历史分析和基本特征分析，对崩塌岩体进行了赤平投影分析，采用Rockfall对落石运动特征进行模拟，最后对危岩带进行了危险性区划。上述成果可为西南山区岩质崩塌防灾减灾提供技术支撑。

1 研究区概况

研究区地貌类型属浅切割侵蚀溶蚀中山地貌，切割深度小于500 m，总体呈逶迤连绵的陡坡地形。该区域位于洋水河上游靠近源头处，区内相对高差300～500 m，地形坡度陡竣，一般在30～50°，高程在900～1 500 m。

区内出露地层岩性主要是清白口系板溪群（Ptb）板岩，具有波痕构造，震旦系下统南沱组（Ptn）紫红色粉砂质页岩、变余粉砂岩，上统陡山沱组（Ptd）砂岩、褐黄色厚层含磷砂质砾岩，上统灯影组（Pt ∈dy）浅灰、深灰色中厚至厚层白云岩，寒武系下统牛蹄塘组（∈n）黑色碳质泥岩、明心寺组（∈m）金顶山组泥岩夹石英砂岩、砂质泥岩和第四系覆盖层（Q）（图1）。在本地质灾害点附近发育的断层主要以北、东向二个方向为主，对地质灾害发育起控制性作用的断层有F1，区内地质构造復杂（图1）。

2 崩塌演化历史

从2009年以来，研究区发生多次崩塌，本文收集到了近几年该崩塌带一些相关文字、影像资料（包括2012年无人机影像、2014年和2016年Google Earth卫星影像、2018年无人机影像），以及崩塌发生地原住居民的口头传述和照片等资料。以此为基础，对该崩塌带历年的变形特征描述如下：

1）2009—2010年：崩塌单体3所在陡崖两次发生块石滚落，其坡脚上遗留有少量崩落岩块（图2）。块石大小不一，多数为1.0 m×1.0 m×0.5 m，最大块度为5 m×2.0 m×3.0 m，岩性主要为白云岩，总方量约300 m。

2）2011—2012年：在2012年无人机影像图上可以看到，出现了6处规模大小不等的崩塌（图3（a）），崩塌主要发生在山体两侧及正前方，崩塌堆积体主要堆积在陡崖前方的陡斜坡。经过判释，崩塌块石最远滚动到距离启动位置约279 m处。其中崩塌单体3的堆积体掩埋了一条在此通过的耕织道。

3）2013—2014年：2013年7月，由于连日的强降雨作用，在崩塌单体3（BT3）发生较大规模的崩塌（图3（b）），主要为大块状碎石单体及碎石崩落，总方量约6×104 m3，所幸未造成人员的伤亡。

4）2015—2016年：在2016年google earth影像图上可以看到，崩塌单体1、3顶部出现了小型垮塌区（图3（c）），崩塌的堆积物停积在斜坡下部。新发生崩塌堆积体堆积的面积比老崩塌的小。

5）2017—2018年：在 2018年无人机影像图上可以看到，新发生崩塌堆积体堆积的面积明显比老崩塌的小（图3（d）），表明近年未发生大规模崩塌。

根据研究区多年影像的对比，结合现场的调查，对区内历年崩塌的总方量进行了估算，结果如图4所示。从图4可知，崩塌规模呈递减的趋势，发生大规模崩塌的概率在逐渐降低。

3 崩塌源区危岩体调查

根据无人机航拍生成的高分辨率数字地表模型（digital surface model，DSM）解译和现场调查发现，崩塌源区还存在一系列危岩体。危岩体的特征如图5、表1所示。

4 赤平投影分析

崩塌所在山体边坡岩性为震旦系上统灯影组中至厚层白云岩，中至厚层结构，岩层产状134°< 33°，其厚度为0.1～2.0 m，倾向坡内，岩体内主要发育3组优势节理面：①260～280°<50～65°;②310～330°<65～80°;③190～210°<70～80°。崩塌区主要结构面与陡崖临空面的关系见图6。只有裂缝2、裂缝3与层面的组合交棱线交线倾向与坡面倾向不一致，为稳定结构;其余组合交棱线倾向均与坡面倾向一致，倾角小于坡面倾角，为不稳定结构。

5 崩塌影响模拟

采用Rockfall模拟软件对危岩体崩落路径进行分析[9-10]。危岩带所在剖面可分为三段，自上而下依次为基岩→崩积体→植被覆盖土质边坡。各段坡面的参数结合前人学者研究成果综合确定[11-13]，见表2。

根据表1和表2，利用Rockfall软件对上述确定的6块危岩的运动距离、弹跳高度、动能和速度等进行了模拟，结果如图7所示。由图7可知，运动速度和动能分布曲线变化趋势大致相同。W1—W6在距崩塌点100～150 m处运动速度和总动能达到峰值，这是因为该处边坡为陡缓交接的地方，地形由陡逐渐转向平缓。危岩体发生崩塌后，落石与平台发生强烈碰撞弹跳：碰撞前，运动速度和总动能达到最大值;碰撞时，能量发生损耗，运动速度和动能开始降低。W1—W6分别在距崩塌点270、276、218、204、274、205 m处弹跳高度和总动能均减小趋近于0，此时，落石运动到最远距离。

根据Rockfall模拟结果，对危岩体停积位置进行统计，结果如图8所示。从图7和图8可以看出：6个危岩体中，除W6外，W1—W5均有一定概率到达道路，且到达道路时具有巨大的动能和运动速度，在此情况下，人几乎没有抵抗的能力。到达房屋的危岩体有W1、W5、W6，到达概率分别为0.2%、3.4%、0.2%。W1和W6到达房屋的总能量相近，分别为8 800 kJ、5 024 kJ，W5的总能量为16 500 kJ，明显大于W1和W6。

6 危险性区划

根据Rockfall模拟得到的危岩体停积位置统计结果，6个危岩体中能到达房屋的危岩体有W1、W5、W6，到达概率分别为0.2%、3.4%、0.2%，仍有一定滚石运移到房屋。因此，为确保人民的生命财产安全，按照崩塌运动模拟中危岩体最远停积范围结果对寨子村后山崩塌带进行危险性区划，如图9所示。其中，危险性区域总面积为0.23 km2。若发生崩塌，整条上山道路和5户居民将处在危险区范围内，威胁居民生命财产安全。故建议在房屋建筑后方危岩区边界处设置拦石坝，并在危岩带下方种植树木，对滚石起到阻挡拦截作用，同时，还应该减少或杜绝在危岩带附近开山放炮，避免震动使危岩体发生崩塌。

7 结论

通过野外的详细调查和后续的研究分析工作，总结出以下几点结论：

1）基于多年遥感影像图和无人机高分辨率DSM模型，结合现场调查，分析了该崩塌带的演化历史，确定了6个典型危岩体，并对其崩塌类型及稳定性进行了分析。

2）采用赤平投影方法对典型危岩体进行定性分析可知，危岩体处于欠稳定状态，在强降雨等作用下易发生崩塌破坏。

3）采用Rockfall软件分析危岩体运动特征，6个危岩体中，除W6外，W1—W5均有一定概率到达道路，而能到达房屋的危岩体有W1、W5、W6。

4）对该崩塌危岩带进行了危险性区划，根据区划结果提出了在危岩区边界处设置拦石坝的工程措施。参考文献：

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（责任编辑：周晓南）

作者简介：张家勇（1981—），男，高级工程师，硕士，研究方向：地学大数据分析应用与可视化，E-mail： 75766880@qq.com.

通讯作者：张家勇，E-mail：75766880@qq.com.

Basic Characteristics and Risk Assessment of a Collapse Zone

of Zhaizi Formation in Kaiyang County， Guizhou Province

ZHANG Jiayong LIU Qianyun PAN Lusheng DU Fangge

（Guizhou Geological Environment Monitoring Institute， Guiyang 550001， China）

Abstract： Collapse is a typical mountain disaster characterized by high concealment， rapid instability， and serious consequences. Taking the collapse zone of Zhaizi formation in Kaiyang county， Guizhou province， as an example， the engineering geological conditions and evolution history of the collapse zone weredescribed and analyzed. The types and stability of the collapse of six typical dangerous rock masses were qualitatively analyzed. Combined with the horizontal projection analysis， it was concluded that the collapse zone was easy to occur under the conditions of external forces such as rainfall. Rockfall software is used to analyze the movement characteristics of the dangerous rock mass. The results show that dangerous rock mass W1-W5 has a certain probability of perilous road， and perilous rock mass W1， W5， and W6 are dangerous villagers’ houses. Finally， according to the numerical simulation results， the dangerous zoning map of the collapse zone is drawn， and the treatment scheme of setting the rockfill dam at the boundary of the dangerous rock area is proposed. It provides some scientific basis and technical support for local disaster prevention and mitigation.

Key words： rock collapse; stereographic projection; motion characteristics; risk assessment