陽朔縣巖質(zhì)崩塌形成條件及失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)特征研究

王 斌，張漓黎，江 輝

（廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院，廣西桂林 541002）

陽朔縣位于廣西東北部，桂林市南面，是享譽(yù)中外的廣西旅游名縣，有“桂林山水甲天下，陽朔山水甲桂林”之美譽(yù)。據(jù)陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害詳查資料統(tǒng)計(jì)，歷年來陽朔縣巖質(zhì)崩塌、危巖地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)137處，占整個(gè)縣地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的32.7%，現(xiàn)存隱患點(diǎn)威脅人口2503人，威脅財(cái)產(chǎn)7900萬元。迎賓畫廊、碧蓮峰、白沙鎮(zhèn)燕子巖、高田鎮(zhèn)竹兜寨狀元步道、聚龍?zhí)?、金水巖等旅游景區(qū)內(nèi)都曾發(fā)生過巖質(zhì)崩塌并仍有危巖隱患存在。截止2020年統(tǒng)計(jì)在冊(cè)的陽朔縣巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害已造成7人死亡[3]。

本文以陽朔縣地災(zāi)詳查資料為基礎(chǔ)，以陽朔縣巖質(zhì)崩塌、危巖為研究對(duì)象，對(duì)其發(fā)育特征、巖體結(jié)構(gòu)以及形成條件進(jìn)行總結(jié)[1]，并以陽朔縣鯉魚井社區(qū)涼水井將軍山崩塌無人機(jī)三維掃描點(diǎn)為例進(jìn)行分析。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

陽朔縣巖溶地貌面積837.55km2，占縣域總面積的65.1%。巖溶區(qū)內(nèi)石山林立，海拔200～500m，相對(duì)高差50～300m。石山間溶蝕洼地、峰林谷地、河流沖積平地交錯(cuò)分布，地勢(shì)較平坦，以峰林谷地、峰叢洼地地形為主。境內(nèi)巖溶地貌根據(jù)成因類型可分為剝蝕—溶蝕地貌、構(gòu)造—溶蝕地貌、侵蝕—溶蝕地貌、溶蝕—堆積地貌，河谷階地—侵蝕堆積地貌為覆蓋型巖溶區(qū),均有巖質(zhì)崩塌發(fā)育。發(fā)育地層以泥盆系中上統(tǒng)中厚層—厚層灰?guī)r、白云巖為主，巖溶發(fā)育，主要巖溶形態(tài)有巖溶大泉、落水洞、溶洞、巖溶地面塌陷等，巖溶垂向發(fā)育強(qiáng)烈，灰?guī)r山體表面風(fēng)化裂隙和豎向溶隙發(fā)育。

2 發(fā)育特征

2.1 發(fā)育高度及規(guī)模特征

陽朔縣山體標(biāo)高一般122～605m，坡腳標(biāo)高一般108～406m，相對(duì)高差約3～317m，巖質(zhì)崩塌絕大多數(shù)發(fā)育在碳酸鹽巖區(qū)灰?guī)r山體中上部，分布相對(duì)較集中，多呈群體和面狀分布，絕大多數(shù)原崩塌處現(xiàn)狀仍存在危巖體。危巖體分布高度以大于50m 為主，其中有34%分布高度在50～100m 范圍內(nèi)。巖質(zhì)崩塌、危巖規(guī)模均為小型，最小0.01m3，最大可達(dá)4750m3，絕大多數(shù)在500m3以下，如圖1所示。

圖1 巖質(zhì)崩塌、危巖基本特征統(tǒng)計(jì)

2.2 控制結(jié)構(gòu)面特征

據(jù)陽朔縣地災(zāi)詳查資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌主要為墜落式。碳酸鹽巖巖體走向以北北西為主，節(jié)理裂隙發(fā)育主要傾向?yàn)楸睎|東（NNS）、南西西（SWW）；地層主要傾斜方向以西向?yàn)橹?，原生層理面主要傾向方向?yàn)槟衔魑鳎⊿WW）—北西西（NWW）。傾角大多為60°～80°，僅小部分傾角近90°；層理面較平緩，傾角以10°～40°為主。節(jié)理裂隙長(zhǎng)度一般3～10m，間距一般0.5～5m，寬度一般1～40mm。節(jié)理裂隙較平直，密度約0.2～5條/m，部分裂隙面有紅褐色鐵質(zhì)或泥質(zhì)充填。

3 形成條件

3.1 地形地貌

對(duì)陽朔縣巖質(zhì)崩塌、危巖數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)育最多且發(fā)育密度最大的地貌區(qū)為溶蝕堆積峰林谷地地貌（圖2a），微地貌主要為山體陡坡和陡崖，縣內(nèi)85.4%（117處）的巖質(zhì)崩塌發(fā)育于坡度大于80°的直線形斜坡（陡崖）上（圖2b、2c）。通過對(duì)比分析，緩傾逆向斜坡、近水平逆向斜坡、近水平順向斜坡更利于巖質(zhì)崩塌、危巖形成（圖2d）。

圖2 地形地貌對(duì)巖質(zhì)崩塌的影響

3.2 地層巖性

陽朔縣巖質(zhì)崩塌最發(fā)育的地層為泥盆系中統(tǒng)唐家灣組（D2t），共57 處，唐家灣組面積為164.86km2，占比19.67%，發(fā)育密度為0.35處/km2，巖性為灰—灰黑色厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)夾燧石灰?guī)r，節(jié)理裂隙和巖溶發(fā)育。其巖層厚度大，剛性強(qiáng)，受力易發(fā)生脆性形變，產(chǎn)生與巖層面貫通的剪切結(jié)構(gòu)面，在強(qiáng)烈卸荷作用下，裂隙或者結(jié)構(gòu)面擴(kuò)張或貫通，最終碎裂成塊狀結(jié)構(gòu)。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造

陽朔縣經(jīng)歷多期構(gòu)造發(fā)展階段，形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的構(gòu)造格架，總體構(gòu)造構(gòu)架以南北向?yàn)橹鳎o以南東—北西向構(gòu)造，局部地層扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生次級(jí)東西向斷裂。受構(gòu)造影響，巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，完整性較差，更易形成崩塌和危巖。根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，距離構(gòu)造不大于1km范圍的危巖（巖質(zhì)崩塌）有103處（包括一些性質(zhì)不明斷層），1～3km范圍內(nèi)的有34處，大于3km范圍以外數(shù)量為0。在一定程度上，陽朔縣巖質(zhì)崩塌、危巖的分布趨勢(shì)與構(gòu)造線發(fā)育方向一致程度較高。

3.4 降雨

降雨是巖質(zhì)崩塌的重要外部誘發(fā)因素之一。降雨入滲使結(jié)構(gòu)面間充填物或膠結(jié)物潤(rùn)滑、膨脹，破壞巖體之間的力學(xué)聯(lián)結(jié)，使結(jié)構(gòu)面加寬加深；雨水沖刷掏空危巖體底部的泥土、砂石，進(jìn)一步使與母巖初步脫離接觸的危巖體失去支撐；在雷雨、爆破等振動(dòng)動(dòng)力因素觸發(fā)下，失穩(wěn)崩落[2]。

陽朔縣巖質(zhì)崩塌主要發(fā)生在每年的3～6 月份（圖3a），占全年發(fā)生崩塌數(shù)量的一半（圖3b）；5～6 月份是降雨量最多、暴雨次數(shù)最多的月份，與地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)期吻合[3]。

圖3 陽朔縣巖質(zhì)崩塌與各月降雨關(guān)系

3.5 生物作用

陽朔縣灰?guī)r山體大多生長(zhǎng)灌木，局部巖體裸露，坡體覆蓋層很薄，植物根系多深入于巖石的裂縫中，生長(zhǎng)過程中根系不斷增大，使巖體裂隙不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致巖塊與母巖分離形成危巖。危巖形成后，在自重和其他外界條件下，危巖體從山體墜落，形成崩塌。

3.6 人類活動(dòng)

陽朔縣內(nèi)人類工程活動(dòng)主要有修路、建房、采石施工（現(xiàn)狀大多已關(guān)停）等。修路、切坡建房一般采用爆破施工，爆破產(chǎn)生的震動(dòng)使山體原有裂隙變寬，同時(shí)形成新的次生裂隙，再加上人為切坡使自然坡體變陡，利于危巖體形成；當(dāng)巖體受到振動(dòng)破壞超過巖體平衡力時(shí)，危巖從山體滾落，形成崩塌。

4 失穩(wěn)方式及運(yùn)動(dòng)特征

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，陽朔縣巖質(zhì)崩塌失穩(wěn)方式主要有墜落式、傾倒式和滑移式[4]，運(yùn)動(dòng)方式主要為墜落、滑移—傾倒—滾落和傾倒—滾落。其中墜落式最多，達(dá)111處，占比81.02%；滑移式7 處，占比5.11%，傾倒式19處，占比13.87%。

區(qū)內(nèi)墜落式巖質(zhì)崩塌多從60°以上的陡崖上部或頂部起始，以較大初速度墜落至下方坡腳或斜坡后滾動(dòng)、跳躍，直至速度為0[5]。巖塊崩落過程中可能會(huì)與山體相撞，導(dǎo)致巖塊碎裂成小塊并發(fā)生彈射。

滑移式崩塌多發(fā)生在坡面大于55°的陡坡，其軟弱結(jié)構(gòu)面傾向與坡向相同，在重力作用下危巖體向臨空面滑移，當(dāng)重心滑出斜坡后形成崩塌。運(yùn)動(dòng)形式為滑移—傾倒—滾落，起始運(yùn)動(dòng)形式為滑移。

傾倒式崩塌多發(fā)生在山體陡崖處，危巖體以垂直節(jié)理或裂隙與穩(wěn)定母巖分離，受傾覆力矩作用，以危巖體下部為支點(diǎn)，發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)性傾倒運(yùn)動(dòng)。解體的巖塊沿斜坡翻滾而下，運(yùn)動(dòng)距離較墜落類短，運(yùn)動(dòng)形式為傾倒—滾落，起始運(yùn)動(dòng)形式為傾倒。

5 無人機(jī)三維掃描實(shí)例分析

陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害詳查中對(duì)陽朔縣鯉魚井社區(qū)涼水井將軍山崩塌進(jìn)行無人機(jī)三維掃描，下面以該崩塌為例分析其形成原因及其失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)特征。

該崩塌是溶蝕堆積地貌典型巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害（圖4）。崩塌所在山體坡度較陡，覆蓋層很薄，局部基巖裸露，國(guó)道G321依山而建；巖溶發(fā)育程度中等；西側(cè)0.2km處有一性質(zhì)不明斷裂。山體成錐形，山頂高程約445m，山腳谷地標(biāo)高約150m，高差約295m，坡體上部為陡崖，中、下部斜坡55°～70°，主崩方向205°。出露地層為泥盆系中統(tǒng)巴漆組（D2-3b）深灰色薄—中層狀灰?guī)r，中—微風(fēng)化，屬較硬巖，巖層產(chǎn)狀285°∠16°。根據(jù)結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)結(jié)果，該處主要發(fā)育兩組裂隙，分別為J1：165°∠73°，長(zhǎng)度5～12m；J2：78°∠80°，長(zhǎng)度5～30m。

圖4 陽朔縣鯉魚井社區(qū)涼水井將軍山崩塌無人機(jī)三維掃描影像

該處崩塌巖體溶蝕嚴(yán)重，風(fēng)化程度強(qiáng)烈，又因臨近斷裂帶，節(jié)理裂隙發(fā)育；危巖體半懸空，加上連日降雨，使巖體自重增加，內(nèi)部粘結(jié)力降低，抗剪強(qiáng)度降低，從山體上部墜落形成崩塌。崩塌體墜落后與上部山體撞擊發(fā)生彈跳并碎裂成多塊，最終滾落至山腳，該崩塌的運(yùn)動(dòng)方式為彈跳—滾落式。

6 結(jié)論

通過對(duì)陽朔縣境內(nèi)137處巖質(zhì)崩塌、危巖的調(diào)查研究，總結(jié)了其規(guī)模、發(fā)育高度、控制結(jié)構(gòu)面等發(fā)育特征，分析了地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、降雨、生物作用、人類活動(dòng)等形成條件，及墜落式、滑移式、傾倒式巖質(zhì)崩塌失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)特征；最后以一處巖質(zhì)崩塌為例，進(jìn)行無人機(jī)三維掃描并分析其形成原因及其失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)特征。