地質(zhì)構(gòu)造對斜坡穩(wěn)定性的影響分析

■程 弘

（福建省林業(yè)勘察設(shè)計院，福州 350001）

地質(zhì)構(gòu)造作用是山坡、人工斜坡發(fā)生滑坡和崩塌的重要影響因素，對斜坡穩(wěn)定性的影響是多方面的，國內(nèi)外已對此開展較多的研究。 本研究在收集相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上， 結(jié)合福建省道路滑坡、崩塌的工程實例，再次進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造對斜坡穩(wěn)定性影響的分析和探討，以供同行們借鑒和參考。

層（片）理是沉積巖、變質(zhì)巖成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)面， 雖然傳統(tǒng)意義上不屬于地質(zhì)構(gòu)造的范疇，但其對巖體工程性質(zhì)、特別是巖體穩(wěn)定性有著重要的影響，所以工程研究中通常將層（片）理作為重要的構(gòu)造面進(jìn)行分析，故本研究也將層理列入地質(zhì)構(gòu)造范疇進(jìn)行分析。

1 地質(zhì)構(gòu)造對巖體的作用簡述

地質(zhì)構(gòu)造類型主要有斷層、褶皺和節(jié)理、劈理、層（片）理等結(jié)構(gòu)面。 地質(zhì)構(gòu)造對巖體的破壞作用一般表現(xiàn)為以下幾個方面。

1.1 導(dǎo)致巖體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)面

（1）斷層活動錯斷巖體，斷層面本身就是巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面， 并可能導(dǎo)致周邊巖體出現(xiàn)裂隙，破壞巖體完整性。 （2）褶皺作用導(dǎo)致巖層彎曲，層理強(qiáng)度降低甚至脫開，褶皺軸部產(chǎn)生節(jié)理，導(dǎo)致巖體被切割成不連續(xù)狀態(tài)。 （3）節(jié)理、劈理、層理、片理為巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面，相對于巖石本身，其強(qiáng)度相對較低；其中節(jié)理使得巖體斷裂，導(dǎo)致巖體被切割成不連續(xù)狀態(tài)。

1.2 致使巖體破碎

在地質(zhì)構(gòu)造力的作用下，巖石發(fā)生變形或破裂，從而破壞巖體的連續(xù)性，使巖體破碎。 （1）斷層一般會形成一定寬度的斷層破碎帶（圖1），帶內(nèi)巖石一般較為破碎，構(gòu)造作用還致使沉積巖、沉積變質(zhì)巖產(chǎn)生層間破碎帶。 多數(shù)斷層上盤由于多組節(jié)理發(fā)育，導(dǎo)致巖體較為破碎。 （2）褶皺、褶曲的軸部一般有多組節(jié)理發(fā)育，并有擠壓或脫空現(xiàn)象，導(dǎo)致巖體破碎。 （3）節(jié)理帶、劈理帶由于節(jié)理、劈理的密集發(fā)育，導(dǎo)致帶內(nèi)巖石破碎。

圖1 滲水構(gòu)造破碎帶（泉上互通滑坡）

1.3 增加巖體透水性和含水量

由于地質(zhì)構(gòu)造作用導(dǎo)致巖體破碎化，從而為巖體中地下水的滲流提供通道，為地下水的儲存提供空間（圖1）。

1.4 產(chǎn)生親水次生礦物

地質(zhì)構(gòu)造作用是地殼活動的表現(xiàn)，作用過程中的能量一般會導(dǎo)致次生礦物的產(chǎn)生，多數(shù)次生礦物為親水泥狀物質(zhì)，如高嶺土（圖2）、水云母、綠泥石、葉臘石等，從而降低巖石和結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，增加巖體含水量。

圖2 高嶺土化（莆炎高速公路泉上互通滑坡）

1.5 增強(qiáng)巖石的風(fēng)化程度

由于巖石在地質(zhì)構(gòu)造作用下巖體較為破碎、產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)面和親水次生礦物，從而導(dǎo)致巖石風(fēng)化作用的加快和增強(qiáng)， 形成風(fēng)化凹槽等特殊地質(zhì)現(xiàn)象。 如莆炎高速公路泉上互通受斷層影響，殘積土和全、強(qiáng)風(fēng)化巖層的總厚度大于50 m（圖3）。

圖3 莆炎高速公路泉上互通滑坡

2 地質(zhì)構(gòu)造對斜坡穩(wěn)定性的影響分析

影響斜坡穩(wěn)定性的因素主要為地質(zhì)環(huán)境條件和誘發(fā)因素，地質(zhì)環(huán)境條件包括地形地貌、巖土結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造和地下水特征，誘發(fā)因素包括降雨、河（洪）流沖刷、海浪侵蝕、地震和人為工程活動（坡腳開挖、坡面堆載、水利工程、工程爆破等）。 其中，地質(zhì)構(gòu)造作用對斜坡穩(wěn)定性的影響是多方面的，現(xiàn)結(jié)合工程實例，按照斜坡失穩(wěn)類型探討、分析地質(zhì)構(gòu)造對斜坡穩(wěn)定性的影響。

2.1 對崩塌的影響分析

幾乎所有巖質(zhì)崩塌都與巖體結(jié)構(gòu)面或軟弱巖層、破碎帶的發(fā)育有關(guān)[1]。 巖質(zhì)崩塌一般是由于巖體被多組結(jié)構(gòu)面切割成危巖（崖）后產(chǎn)生的。 一般說，結(jié)構(gòu)面平直、延伸長度大、張開度大時影響大；裂面具有泥化、蝕變礦物充填的影響也大。

2.1.1 剝落型巖崩

一般發(fā)生于巖崖或陡開挖邊坡上，受2 組陡傾軟弱結(jié)構(gòu)面（節(jié)理、劈理等）控制，或者是破碎、極破碎巖體（如強(qiáng)風(fēng)化巖石、構(gòu)造破碎帶），為錯落式巖崩，系自重作用引起的結(jié)構(gòu)面剪切破壞，如寧德公路旁邊坡崩塌（圖4，圖片中崩落體多已清除）。

圖4 寧德公路錯落式巖崩

2.1.2 傾倒式巖崩

大多發(fā)生于巖崖或陡開挖邊坡上，受陡傾軟弱結(jié)構(gòu)面（節(jié)理、劈理等）和緩傾結(jié)構(gòu)面（節(jié)理、層理）的組合控制，為傾覆力矩作用下的傾倒破壞（圖5）。圖6 為美國科羅拉多州公路上的傾倒式巖崩[2]。

圖5 傾倒破壞示意圖

圖6 美國科羅拉多州公路傾倒式巖崩

2.1.3 滑移式崩塌

一般發(fā)生于坡腳有相對臨空面的陡坡上，沿順傾的軟弱結(jié)構(gòu)面（斷層面、節(jié)理面、軟弱夾層等）產(chǎn)生的滑移式崩塌，巖質(zhì)斜坡和類土質(zhì)（風(fēng)化殼）斜坡均可發(fā)生，系軟弱結(jié)構(gòu)面受剪切破壞所致。

圖7 為G534 公路三明市三元服務(wù)區(qū)邊坡上的巖崩， 系邊坡上巖石楔體沿一傾角約43°節(jié)理產(chǎn)生的滑移式巖崩。 圖8 為巖石受構(gòu)造影響形成的厚層風(fēng)化殼，導(dǎo)致陡坡巖土體抗剪強(qiáng)度降低，沿殘留節(jié)理面產(chǎn)生的滑移式類土質(zhì)崩塌。

圖7 G534 公路三元服務(wù)區(qū)巖崩

圖8 上杭鄉(xiāng)村道路邊坡上的類土質(zhì)崩塌

2.1.4 鼓脹式巖崩

大多發(fā)生于巖崖或陡開挖邊坡上，一般受上部陡傾節(jié)理和下部近水平軟弱巖層（軟巖、極軟巖、層間破碎帶等）控制，為下部軟弱巖層受擠壓作用產(chǎn)生鼓脹、傾斜或下沉、傾倒，導(dǎo)致上部巖體崩塌。

2.1.5 拉裂式巖崩

大多發(fā)生于突出的危崖上， 一般受陡傾節(jié)理、劈理控制，為巖崖上的危石沿節(jié)理、劈理受拉張作用而導(dǎo)致的拉裂破壞。 圖9 是發(fā)生于連江江松皋海岸上的拉裂式巖崩。

圖9 連江縣松皋海岸上的拉裂式巖崩

2.2 對滑坡的影響分析

地質(zhì)構(gòu)造是滑坡的重要影響因素，而且影響是多方面的。 滑坡按滑動面的形態(tài)可分為平面型、弧型或折線型滑坡[3]，地質(zhì)構(gòu)造對不同類型滑坡的影響有一定的差異性。

2.2.1 對平面型滑坡影響的分析

地質(zhì)構(gòu)造對平面型滑坡的影響，直觀體現(xiàn)在滑體沿地質(zhì)構(gòu)造作用形成的各類結(jié)構(gòu)面、 軟弱帶下滑，如順傾的層（片）理、節(jié)（劈）理、基巖面、斷層面或軟弱夾層、層間破碎帶、斷層破碎帶等。 同時，結(jié)構(gòu)面上由于構(gòu)造作用產(chǎn)生的親水蝕變礦物如綠泥石、水云母、葉臘石、高嶺土等（圖10），潤滑了結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度降低；構(gòu)造作用導(dǎo)致巖體破碎，透水性增強(qiáng)，利于雨水下滲和地下水滲流，從而增加滑體自重和地下水的滲透破壞及其動水壓力。 這些都極大地影響了斜坡的穩(wěn)定性，促進(jìn)平面型滑坡的形成。且構(gòu)造作用導(dǎo)致巖體破碎、風(fēng)化加強(qiáng)，透水性增強(qiáng)，利于雨水下滲和地下水滲流，從而增加滑體自重和地下水的滲透破壞及其動水壓力（圖1）；這些都極大地影響了斜坡的穩(wěn)定性，促進(jìn)滑坡的形成。 莆炎高速公路泉上互通滑坡（圖3、12）和上杭城蛟高速公路古石互通滑坡（圖11）就是此類滑坡的實例。

圖10 武夷新區(qū)快速通道邊坡上的滑坡

圖11 上杭城蛟高速公路古石互通滑坡

圖12 莆炎高速公路泉上互通滑坡軸線剖面

3 結(jié)語

地質(zhì)構(gòu)造是斜坡穩(wěn)定性的重要影響因素，不同的地質(zhì)構(gòu)造作用易導(dǎo)致不同類型的斜坡失穩(wěn)。 所以，在斜坡地帶進(jìn)行工程建設(shè)時，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造的調(diào)查和勘探。 （1）地質(zhì)構(gòu)造作用大多數(shù)表現(xiàn)為巖體產(chǎn)生軟弱結(jié)構(gòu)面、巖體破碎、風(fēng)化作用增強(qiáng)、產(chǎn)生親水礦物（蝕變作用）、巖體透水性增強(qiáng)等。 這些結(jié)構(gòu)面包括節(jié)（劈）理、層（片）理、巖土界面、層間破碎帶、斷層面等。 （2）巖崩主要受構(gòu)造作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面控制， 結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及其與斜坡位置關(guān)系的不同、結(jié)構(gòu)面組數(shù)及其組合的差異，導(dǎo)致巖崩的形式不同。 對于巖質(zhì)陡坡，應(yīng)加強(qiáng)這些結(jié)構(gòu)面的觀測，包括結(jié)構(gòu)面密度、延伸長度、張開度、粗糙程度、平直度、充填情況和結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、含水特征等。 （3）地質(zhì)構(gòu)造是滑坡的重要影響因素。 大型順傾結(jié)構(gòu)面是平面型巖質(zhì)滑坡的控制性因素；而地質(zhì)構(gòu)造對弧型或折線型滑坡的影響，則主要體現(xiàn)在類土質(zhì)（風(fēng)化殼）滑坡上。

對于滑坡的治理工程，或者在易形成滑坡的斜坡地帶進(jìn)行工程建設(shè)時，加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造的調(diào)查是必須的。 不但要查明地質(zhì)構(gòu)造類型、產(chǎn)狀、規(guī)模，還要查明地質(zhì)構(gòu)造作用后的巖體破碎程度、風(fēng)化程度和各種結(jié)構(gòu)面特征、親水礦物發(fā)育情況、地下水特征等。