云南小江斷裂東支活動(dòng)性分析及工程場地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

王迎法,曲亞明,牟儒,趙鑫,許漢華,吳中海

1) 云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,云南省數(shù)字交通重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,昆明,650041;2) 云南大學(xué)國際河流與生態(tài)安全研究院,昆明,650500;3) 中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,云南省巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,昆明,610059;4) 自然資源部活動(dòng)構(gòu)造與地質(zhì)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京,100081

內(nèi)容提要：小江斷裂延伸長、次生斷裂交錯(cuò)分布多,使得區(qū)域內(nèi)重大工程難以避免活動(dòng)斷裂帶的影響,因此活動(dòng)斷裂的活動(dòng)強(qiáng)弱以及場地穩(wěn)定性是區(qū)域重大工程建設(shè)面臨的主要工程穩(wěn)定性問題。為了查清活動(dòng)斷裂對(duì)公路工程場地的影響,筆者等基于小江斷裂地質(zhì)構(gòu)造背景,充分利用既有研究成果資料,重點(diǎn)研究區(qū)域構(gòu)造環(huán)境和斷裂特征,通過地質(zhì)調(diào)繪、物理探測(cè)、年代學(xué)測(cè)試,結(jié)合對(duì)前人資料的系統(tǒng)梳理,計(jì)算分析了小江斷裂中段東支活動(dòng)速率,初步判定斷裂活動(dòng)程度;并綜合考慮斷裂活動(dòng)性、地震烈度、巖體特性等因素,對(duì)工程場地穩(wěn)定性進(jìn)行分級(jí)。結(jié)果表明,小江斷裂東支平均水平位移速率為6.6 mm/a,判定為強(qiáng)活動(dòng)斷裂,區(qū)域工程場地穩(wěn)定性劃分為極不穩(wěn)定區(qū);認(rèn)為強(qiáng)烈活動(dòng)性斷裂兩側(cè)各10 km區(qū)域內(nèi)對(duì)工程的影響最為嚴(yán)重,為公路工程場地選址和抗震設(shè)計(jì)提供了理論和數(shù)據(jù)支持。

活動(dòng)斷裂帶工程地質(zhì)問題一直是工程地質(zhì)界關(guān)注的難點(diǎn),也是影響工程建設(shè)可行性的重要因素(張永雙等,2019)。云南山區(qū)公路多受地質(zhì)構(gòu)造影響,活動(dòng)斷裂發(fā)育,地質(zhì)條件極為復(fù)雜,場地穩(wěn)定性差;尤其是跨越活動(dòng)斷裂的公路常常因地震及其次生地質(zhì)災(zāi)害造成構(gòu)筑物的破壞,給建設(shè)單位和養(yǎng)護(hù)部門帶來極大的麻煩。公路安全關(guān)系著生命線工程的運(yùn)輸安全,其穩(wěn)定性不僅表現(xiàn)為構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性,還取決于場區(qū)地殼活動(dòng)程度(周春景等,2016);因此查明工程場地?cái)嗔褬?gòu)造特征及活動(dòng)性,并評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)公路工程場地穩(wěn)定性是公路勘察的重要任務(wù)。

筆者等以云南功山至嵩明高速公路為工程背景,以小江活動(dòng)斷裂為主線,采用區(qū)域地質(zhì)調(diào)繪、活動(dòng)斷裂14C測(cè)年、物探測(cè)線等綜合勘察手段,精準(zhǔn)勘察活動(dòng)斷裂邊界位置及影響范圍,分析研究了斷裂的活動(dòng)程度及其構(gòu)造體系特征,并綜合斷裂活動(dòng)性、地震烈度、巖性特征等對(duì)工程場地穩(wěn)定性進(jìn)行分級(jí)(肖盼盼等,2019),同時(shí)評(píng)價(jià)了活動(dòng)斷裂對(duì)區(qū)內(nèi)公路工程的影響程度。

1 項(xiàng)目概況

2 區(qū)域構(gòu)造環(huán)境

2.1 區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

研究區(qū)域地處云貴高原中部,屬揚(yáng)子亞板塊之滇東拗陷帶,其新構(gòu)造的發(fā)展演化主要受印度板塊與歐亞板塊在碰撞過程中藏南和藏北殼幔物質(zhì)流向南南東方向的推擠作用,表現(xiàn)為強(qiáng)烈的垂直差異運(yùn)動(dòng)和斷塊的側(cè)向滑移,及以近南北向斷裂左旋位移和北西向右旋位移為代表的斷裂活動(dòng)(劉峽等,2016;張星宇等,2023)。根據(jù)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育歷史、類型、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、方式及其造成的構(gòu)造變形特征,以及地形地貌、地震活動(dòng)的差異(鐘寧等,2022),研究區(qū)劃分為2個(gè)一級(jí)區(qū),3個(gè)二級(jí)區(qū)和5個(gè)三級(jí)區(qū)(圖1)。自燕山運(yùn)動(dòng)后期至始新世晚期,測(cè)區(qū)基本處于穩(wěn)定的大面積隆起的剝蝕夷平時(shí)期,因而地形上有一級(jí)古夷平面形成,上升幅度一般小于200m,地貌上顯示為寬平的喀斯特曠原。

圖1 云南中部新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分區(qū)圖Fig. 1 Neotectonics zoning map in central Yunnan新構(gòu)造分區(qū)名稱:Ⅰ—青藏高原新構(gòu)造區(qū):Ⅰ1—川滇菱形斷塊差異掀斜隆起區(qū):Ⅰ1.1—會(huì)理—玉溪斷隆;Ⅰ1.2—渡口—姚安斷隆;Ⅰ2—三江強(qiáng)烈擠壓隆起區(qū):Ⅰ2.1—無量山掀斜斷隆; Ⅱ—華南新構(gòu)造區(qū): Ⅱ1—滇黔桂穩(wěn)定隆起區(qū);Ⅱ1.1—滇東北中強(qiáng)掀斜斷隆;Ⅱ1.2—滇東穹隆式斷隆;Ⅱ1.3—滇東南平緩斷隆;Ⅱ1.4—黔中斷隆Name of the neotectonics zoning: Ⅰ—Tibetan Plateau neotectonic region: Ⅰ1—Sichuan—Yunnan rhomboidal fault block differential tilted uplift area: Ⅰ1.1—Huili—Yuxi fault uplift; Ⅰ1.2—Dukou— Yao’an fault uplift; Ⅰ2—Sanjiang strong compressive uplift area: Ⅰ2.1—Wuliang Mountain tilting fault uplift; Ⅱ—South China neotectonic region: Ⅱ1—Yunnan—Guizhou—Guangxi stable uplift area; Ⅱ1.1—Medium—strong tilting fault uplift in sortheast Yunnan; Ⅱ1.2—Dome-type uplift in eastern Yunnan; Ⅱ1.3—Gentle uplift in southeast Yunnan; Ⅱ1.4—Fault uplift in central Guizhou

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造輪廓及構(gòu)造形跡的空間展布和性質(zhì),區(qū)內(nèi)主要受經(jīng)向構(gòu)造體系、新華夏構(gòu)造體系和向西南凸出的“入”字型構(gòu)造體系構(gòu)造帶作用控制。研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,主要有南北向、北西向、北東向3組;現(xiàn)有的GPS觀測(cè)結(jié)果(申重陽等,2002)和地質(zhì)資料表明,小江斷裂是青藏高原東南緣最活躍的一條斷裂帶,它與哀牢山—紅河斷裂帶構(gòu)成了川滇地塊的東、南邊界,該地塊主動(dòng)向SSE方向的運(yùn)動(dòng)是印度與歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)場效應(yīng)(唐文清等2006)。根據(jù)研究區(qū)遙感影像資料的解譯顯示,小江斷裂為控制路線區(qū)域的主要斷裂,總體走向近南北,分為東、西兩支,由一組大體相互平行的斷層組成(圖2)。

2.3 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力

從應(yīng)力場分布來看,研究區(qū)主要分屬我國西南地區(qū)2個(gè)大構(gòu)造應(yīng)力場分區(qū):① 金沙江—紅河斷裂帶以東、小江斷裂帶以西的川滇菱形斷塊中南部,區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方位為NNW—NW,以水平作用為主(萬永魁等,2021);② 小江斷裂帶及其以東,向東直到貴州中部,向南可延伸至越南北部,區(qū)域地震構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力方位應(yīng)為NW—NWW向(Shen Zhengkang et al., 2005 ),以水平作用為主的壓應(yīng)力場。

研究區(qū)主要涉及滇中和滇東地區(qū),云南省地震工程勘察院利用1965年～2021年M≥4.0級(jí)的震源機(jī)制解資料,對(duì)區(qū)內(nèi)24個(gè)震源機(jī)制解、2個(gè)節(jié)面傾角和3個(gè)應(yīng)力主軸仰角作統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明研究區(qū)地震構(gòu)造應(yīng)力場以水平作用為主。

2.4 區(qū)域地震活動(dòng)

小江斷裂帶是一條強(qiáng)震活動(dòng)帶,屬于地殼中上層的淺源地震區(qū)域,地震活動(dòng)強(qiáng)度大、頻度高,屬于云南地區(qū)最顯著的強(qiáng)震控震構(gòu)造帶,最大地震烈度為Ⅸ度。自1494年以來,在本區(qū)共記載M≥8級(jí)地震1次、7.0≤M≤7.9級(jí)地震6次、6.0≤M≤6.9級(jí)地震21次,其中嵩明大地震(8級(jí))是云南地區(qū)歷史上記載的最大震級(jí)地震;這些地震的地表破裂帶已完全覆蓋了整條斷裂帶,近場內(nèi)都具備發(fā)生7級(jí)以上地震的條件。

依據(jù)新一代中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖對(duì)潛在震源區(qū)劃分方案基礎(chǔ)上,筆者等結(jié)合本工作區(qū)地震活動(dòng)和地震地質(zhì)構(gòu)造的研究成果,對(duì)近場區(qū)的潛在震源區(qū)邊界及震級(jí)上限進(jìn)行了校核(毛玉平等,2003),劃分了小江斷裂中段近場區(qū)潛在震源區(qū)(圖3)。有圖可見,小江斷裂帶東支潛在震源區(qū)(V3-2a-09/10)發(fā)生潛源震級(jí)上限為8.0級(jí),區(qū)內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防震減災(zāi)措施。

圖3 近場區(qū)潛在震源區(qū)劃分圖Fig. 3 Regional potential source area division map

3 小江斷裂活動(dòng)性研究

小江斷裂帶按結(jié)構(gòu)特征及新活動(dòng)程度差異,大致可分成北、中、南三大段,中段主要由東、西兩支斷裂構(gòu)成,斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,斷裂之間還發(fā)育一系列近于平行展布的北東向羽狀次級(jí)斷裂(圖2),這種結(jié)構(gòu)類似于剪切帶內(nèi)部的羽狀破裂,其中單條破裂與主斷層之間的夾角一般為35°～40°。此次研究主要先從宏觀的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查開始(圖4),再結(jié)合公路工程的物理探測(cè)、斷層測(cè)年和前期勘探成果,對(duì)小江斷裂東支活動(dòng)性特征進(jìn)行全面分析(盧玉東等,2010)。

圖4 近場區(qū)DEM影像圖Fig. 4 DEM image of near field region

3.1 地形地貌調(diào)查

小江斷裂東支北起蒙姑,向南東經(jīng)東川、尋甸、小新街至宜良,從尋甸盆地向南逐步分散展寬為多條呈辮狀交織分布的次級(jí)斷裂(鄭立龍等,2019),基本上由10條大致呈斜列式排列的斷裂組成,測(cè)區(qū)段走向近SN—N10°E,傾向西,傾角40°～80°。在野外調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn),沿小江斷裂東支存在破碎帶、角礫巖、片理化、次玄武巖侵入等,一般寬達(dá)數(shù)百米,地貌上表現(xiàn)為斷層三角面、斷層槽地和斷層谷等,在功山北附近可見清晰的斷層槽谷(圖5a),槽谷延伸約12 km,地表斷裂密集,溝內(nèi)分布黏土層及砂礫層褶皺并被錯(cuò)斷,東盤玄武巖、角礫巖沖覆在西盤的砂礫之上,斷面上巖石破碎,部分位置可見寬達(dá)20～30 cm的斷層泥(圖5b),證明斷層晚近活動(dòng)性十分明顯。此外斷層西側(cè)的北東向壓性分支斷裂及褶曲構(gòu)成了尋甸—功山入字型構(gòu)造,同時(shí)在該斷層北延的東川市梭山一帶,斷面出現(xiàn)水平方向的擦痕,表明該斷層以壓性為主,兼具扭性(左行扭動(dòng)),斷裂左旋錯(cuò)動(dòng)以三疊—侏羅系地層為核部,二疊系地層為兩翼,長軸呈北東向的向斜構(gòu)造。

調(diào)查發(fā)現(xiàn),在功山南的王家村附近由于當(dāng)?shù)匦拗烽_挖出寬達(dá)160 m以上的橫切層狀地貌面的新鮮剖面(圖6a),剖面方向近東西,剖面中可見發(fā)育有17條橫向斷裂面,斷面走向NNW—NNE,傾向東,傾角陡。在實(shí)測(cè)剖面(圖6b)頂部(YHZ-1/2)、中部(YHZ-5)和底部(YHZ-3/4)的位置依次采集了14C年代樣品進(jìn)行測(cè)年,測(cè)年結(jié)果分別為6.98±0.59 ka BP、6.99±0.11 ka BP、9.30±0.79 ka BP、12.24±0.12 ka BP、16.20±0.38 ka BP(表1);測(cè)試結(jié)果顯示這5個(gè)年代樣品的地層埋藏深度越大,年代越老,這也從側(cè)面證實(shí)了年代樣品測(cè)試結(jié)果的合理性,反應(yīng)了小江斷裂東支活動(dòng)的多期性。

圖6 王家村附近小江斷裂中段地質(zhì)剖面(鏡向N)Fig. 6 A geological profile, neare Wangjia village, in the central section of the Xiaojiang fault (Mirror Direction N)① 棕紅色殘積黏土;② 灰白色粉細(xì)砂;③ 灰白含礫洪積物;④ 灰褐色黏土;⑤ 含礫粗砂;⑥ 中砂;⑦ 灰黑色礫石;⑧ 含礫黏土;⑨ 灰黑色粉砂① brown red residual clay;② gray-white pale silty sand;③ gray-white gritty diluvium;④ peige clay;⑤ sand with gravel;⑥ medium sand;⑦gray-black gravel;⑧ gravel clay layer;⑨ gray-black silty layer

3.2 年代學(xué)測(cè)試

14C測(cè)年法廣泛應(yīng)用于第四紀(jì)地層定年,以分析活動(dòng)斷裂最新活動(dòng)時(shí)代(楊順虎等,2012);本次對(duì)功山北至尋甸南之間的小江斷裂帶進(jìn)行了詳細(xì)的地表調(diào)查,在構(gòu)造破碎帶附近統(tǒng)計(jì)了幾組左旋位移數(shù)據(jù),并采集了相應(yīng)樣品進(jìn)行14C法測(cè)年,隨后將本此結(jié)果及前人獲得的階地年齡進(jìn)行氣候曲線校正(胡萌萌等,2023),取得了相關(guān)的年代測(cè)試成果(表1),進(jìn)而計(jì)算路線附近斷層的滑動(dòng)速率。

經(jīng)野外實(shí)測(cè),在調(diào)查位置統(tǒng)計(jì)的水平位移斷錯(cuò)量為29～136 m,垂直位錯(cuò)量為0.7～2.8 m。通過計(jì)算分析,小江斷裂東支在晚更新世～全新世以來的水平走滑速率集中在4.8～8.4 mm/a,平均水平速率為6.6 mm/a,垂直滑動(dòng)速率集中在0.2～0.9 mm/a,平均為0.55 mm/a,與Shen Zhengkang等(2005)利用GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得小江斷裂中段7.0 mm/a的平均左旋走滑速率具有較好的一致性。

3.3 物理探測(cè)

研究區(qū)地層以灰?guī)r和半成巖(N)為主,由于斷裂活動(dòng)造成了下部基巖的錯(cuò)動(dòng)或明顯破碎,破碎帶和不同巖石之間導(dǎo)電性能存在較大差異,從而引起了不同巖層密度、電阻率等特性的不均勻變化,電阻率的差異在一定程度上可以表征巖體的巖性及其結(jié)構(gòu)特征。為了查明小江斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),本次采用高密度電法進(jìn)行探測(cè);在功山南小江斷裂帶上布設(shè)了A—A'和B—B'測(cè)線(圖2),點(diǎn)距5 m,通過數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)化、地形校正及數(shù)據(jù)軟件處理得到了2條測(cè)線剖面的反演圖像(圖7)。

圖7 功山南附近斷層A—A′測(cè)線(a)和B—B′測(cè)線(b)高密度電法層析反演圖像Fig. 7 High density tomography inversion image of line A—A′(a)and line B—B′(b)of the fault near the south of Gongshan

由于斷層附近巖石破碎且富水,總體電阻率偏低(朱裕振等,2023),高密度電法解疑主要依據(jù)斷層破碎帶與不同巖性地層電阻率差異進(jìn)行分析。由A—A′剖面反演圖像(圖7a)顯示,A—A′測(cè)線里程880～960出現(xiàn)從上而下貫通的低阻條帶,低阻條帶的兩側(cè)電性為連續(xù)的相對(duì)高阻,推測(cè)為斷裂異常帶,斷層傾向西,傾角陡,破碎帶寬度約50～80 m;B—B′剖面反演圖像(圖7b)顯示,在電阻率測(cè)線上出現(xiàn)南北貫通的低阻條帶,低阻率等值線有所起伏,且有下凹趨勢(shì),推測(cè)斷層為近南北延伸的左旋走滑斷層,破碎帶內(nèi)有富水現(xiàn)象。綜合地質(zhì)調(diào)查和勘探成果,推斷小江斷裂東支在工程區(qū)附近為一近南北向的走滑斷層,傾向西、傾角陡,斷層破碎帶影響范圍約為80 m;受斷層影響,工程區(qū)內(nèi)巖體破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,破碎帶內(nèi)富水性強(qiáng)。

3.4 斷層活動(dòng)性分析

為進(jìn)一步細(xì)化全新世活動(dòng)斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度,更好地評(píng)估斷裂的工程影響,筆者結(jié)合斷裂活動(dòng)繼承性和新生性2方面特征以及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn),對(duì)工程場地的斷裂活動(dòng)性強(qiáng)弱進(jìn)行分級(jí);斷裂活動(dòng)強(qiáng)度分級(jí)主要依據(jù)活動(dòng)速率大小,并考慮斷裂所處的構(gòu)造部位、地震活動(dòng)強(qiáng)度等因素進(jìn)行。

周春景等 (2016)通過對(duì)滇中地區(qū)活動(dòng)斷裂的系統(tǒng)梳理,結(jié)合斷裂活動(dòng)的潛在工程影響,根據(jù)速率大小將活動(dòng)斷裂分成如下4個(gè)等級(jí);活動(dòng)速率≥5.0 mm/a為強(qiáng)烈活動(dòng)斷裂;活動(dòng)速率2.0～5.0 mm/a為中強(qiáng)活動(dòng)斷裂;活動(dòng)速率0.5～2.0 mm/a為中等活動(dòng)斷裂,活動(dòng)速率<0.5 mm/a為弱活動(dòng)斷裂。

筆者等計(jì)算所得小江斷裂東支近場區(qū)水平平均滑動(dòng)速率為6.6 mm/a,與前人關(guān)于小江斷裂帶走滑速率的研究成果(沈軍等,1999;張培震等,2008;韓竹軍等,2017)基本吻合;由此判定,小江斷裂東支是一條全新世以來的強(qiáng)烈活動(dòng)斷裂,未來百年內(nèi)斷裂具有發(fā)生8級(jí)地震的可能性。

4 區(qū)域場地穩(wěn)定性分析

由于區(qū)內(nèi)活動(dòng)斷裂延伸長、次生斷裂交錯(cuò)分布多,使得區(qū)域內(nèi)重大工程難以避免活動(dòng)斷裂帶的影響,因此活動(dòng)斷裂的活動(dòng)強(qiáng)弱以及斷裂控制的地震強(qiáng)度是區(qū)域重大工程建設(shè)面臨的主要工程穩(wěn)定性問題;此外斷裂活動(dòng)及地震誘發(fā)的次生災(zāi)害也是工程穩(wěn)定性需要考慮的重要因素。

區(qū)域場地穩(wěn)定性具體評(píng)價(jià)工作主要從區(qū)域地殼穩(wěn)定性影響因素和各因素之間關(guān)系的權(quán)重選擇兩方面開展(周春景等,2016)。本文在前人研究成果(胡海濤,2001;吳中海等,2016)的基礎(chǔ)上,綜合考慮小江斷裂帶內(nèi)的構(gòu)造地震活動(dòng)、巖土體工程特性和表生地質(zhì)災(zāi)害等因素,并結(jié)合構(gòu)造穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、巖土體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和地面穩(wěn)定性評(píng)價(jià),對(duì)小江斷裂東支影響區(qū)域的場地穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)分區(qū)。為了更好的獲得影響場地穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo),筆者等主要從斷裂活動(dòng)性、場地抗震地段類別和地震地質(zhì)災(zāi)害3個(gè)方面解析了活動(dòng)斷裂對(duì)公路場地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的影響程度。

(1)考慮到區(qū)內(nèi)的場地穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為地殼穩(wěn)定性(劉國昌等,1993),而地殼穩(wěn)定性的主要影響因素為活動(dòng)斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度(程佳等,2012),故本次評(píng)價(jià)首先考慮斷裂活動(dòng)性作為場地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的主控因素。

(2)根據(jù)公路勘察資料及現(xiàn)場波速測(cè)試,場地覆蓋層厚度大于5 m,等效剪切波速介于274.41～322.08 m/s,場地地基土卓越周期為0.1933～0.2981 s;判定公路場地地基土類型為中硬土,建筑場地類別屬Ⅱ類,區(qū)域地震峰值加速度為0.40 g,地震設(shè)防烈度分別為Ⅸ度(9度)。小江斷裂近場內(nèi)具備發(fā)生7級(jí)以上地震的條件,劃分為對(duì)建筑抗震不利地段,需考慮抗震影響。

(3)地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)主要是評(píng)價(jià)工程場地易發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流、砂土液化、地震塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的可能性;這些地質(zhì)災(zāi)害與區(qū)內(nèi)巖土體性質(zhì)密切相關(guān),實(shí)際上也是屬于巖土體本身的穩(wěn)定性問題,其中巖土體的巖性、傾向、傾角等因素為主要的影響因素。

綜上,本文的工程區(qū)域場地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)綜合選取了斷裂活動(dòng)性、地震活動(dòng)性和巖土體類型共3個(gè)影響因素評(píng)價(jià)指標(biāo)。

梁明川(1987)在云南區(qū)域穩(wěn)定性圖件的編制中,提出建立研究區(qū)數(shù)值模型、將數(shù)量化理論引入?yún)^(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中;胡海濤(2001)、易明初等(1997)在中國區(qū)域地殼穩(wěn)定性圖編制中總結(jié)出區(qū)域穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的系統(tǒng)內(nèi)容和方法,建立了判別模型,給出指導(dǎo)函數(shù)型式。筆者等依附于前人研究理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合滇中地區(qū)重大項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn),應(yīng)用了殷躍平等(1992)開發(fā)的“智能型”區(qū)域地殼穩(wěn)定性專家系統(tǒng)(CRUSTAB),歸納出適合本區(qū)域的穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)方法,根據(jù)各因素對(duì)地殼穩(wěn)定性的實(shí)際影響情況與專家經(jīng)驗(yàn)打分法相結(jié)合的原則獲得各評(píng)價(jià)因子的權(quán)值(胡海濤,2001),依據(jù)多因子加權(quán)疊加分析初步建立了本區(qū)場地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)計(jì)算模型,其函數(shù)表達(dá)式為:

α(i)=k1×x1+k2×x2+k3×x3

(1)

式中:x1為活動(dòng)斷裂影響因子原始分值,x2為地震烈度響因子原始分值,x3為巖土體影響因子原始分值;k1、k2、k3分別為活動(dòng)斷裂、地震烈度和巖土體性質(zhì)的權(quán)重值;α(i)為場地穩(wěn)定程度。

指標(biāo)權(quán)重的分配依據(jù)場地穩(wěn)定性的主要影響因素分析和評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際穩(wěn)定性分析的契合度綜合確定。通過反復(fù)綜合分析和計(jì)算,3個(gè)主要影響因素評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值和權(quán)重值賦予原則如下:

(1)活動(dòng)斷裂影響因子:小江斷裂東支綜合判定為強(qiáng)烈活動(dòng)斷裂,對(duì)區(qū)內(nèi)工程影響較大;按照工程場地與斷裂的距離分別賦予不同的分值(王愛國等,2005),權(quán)重取值為0.6。根據(jù)云南省地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)將強(qiáng)烈活動(dòng)斷裂兩側(cè)各50km以內(nèi)的區(qū)域分為3個(gè)區(qū),取值標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)的權(quán)重分值詳見表2。

表2 活動(dòng)斷裂影響區(qū)域的分值取值標(biāo)準(zhǔn)一覽表Table 2 Assignment in different regions along the different active faults

(2)地震烈度影響因子: 小江地震帶地震活動(dòng)強(qiáng)烈,對(duì)工程場地穩(wěn)定性影響大,工程構(gòu)造物需考慮抗斷問題;按照按地震烈度等級(jí)分別賦予不同的分值,權(quán)重取值為0.3。取值標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)的權(quán)重分值詳見表3。

表3 不同地震烈度的分值取值標(biāo)準(zhǔn)一覽表Table 3 Assignment for the different areas with different earthquake intensities

(3)巖土體影響因子: 巖土體類型是影響地震地質(zhì)災(zāi)害和場地穩(wěn)定性的基礎(chǔ)因素;巖土體按其力學(xué)強(qiáng)度大致分為第四系覆蓋層土體(Qh)、新近世以來成巖度不高的半成巖 (N)和完整基巖等3類,權(quán)重取值為0.1。取值標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)的權(quán)重分值詳見表4。

表4 不同巖土體的分值取值標(biāo)準(zhǔn)一覽表Table 4 Assignment for different rocks

根據(jù)以上取值標(biāo)準(zhǔn),按照穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)計(jì)算模型,得到功山至嵩明高速公路場地穩(wěn)定性程度計(jì)算值介于0.93～1.0之間。依據(jù)區(qū)域場地穩(wěn)定性程度α(i)的分值,按0.2的間隔值將其分為5個(gè)檔次,得到5種不同的工程場地穩(wěn)定程度區(qū)域: ①0.8<α(i)≤1.0為極不穩(wěn)定區(qū); ②0.6<α(i)≤0.8 為不穩(wěn)定區(qū); ③0.4<α(i)≤0.6為次不穩(wěn)定區(qū); ④0.2<α(i)≤0.4 為次穩(wěn)定區(qū); ⑤α(i)≤0.2為穩(wěn)定區(qū)。參照這個(gè)劃分標(biāo)準(zhǔn),功山至嵩明高速公路工程場地屬于極不穩(wěn)定區(qū);強(qiáng)烈活動(dòng)性斷裂兩側(cè)各10 km區(qū)域內(nèi)對(duì)公路工程的影響最為嚴(yán)重,評(píng)價(jià)結(jié)果相比野外勘察結(jié)果來說還是比較可靠的。

5 結(jié)論與建議

筆者等依據(jù)小江斷裂的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境,通過地質(zhì)調(diào)繪、高密度電法探測(cè)等勘察方法,結(jié)合年代學(xué)測(cè)試,對(duì)小江斷裂東支進(jìn)行研究得出:小江斷裂東支為全新統(tǒng)斷裂,全新世以來的平均水平位移速率為6.6 mm/a;平均垂直滑動(dòng)速率為0.55 mm/a。綜合對(duì)活動(dòng)斷裂特征、地震強(qiáng)度、巖體特性的分析研究,初步判定小江斷裂東支為強(qiáng)活動(dòng)斷裂,斷裂區(qū)域工程場地為“極不穩(wěn)定區(qū)”;認(rèn)為強(qiáng)烈活動(dòng)性斷裂兩側(cè)各10 km區(qū)域內(nèi)對(duì)公路工程的影響最為嚴(yán)重,從而為公路工程的選址和設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

建議:在活動(dòng)斷裂場地進(jìn)行工程建設(shè)時(shí),應(yīng)結(jié)合活動(dòng)斷裂的活動(dòng)特征、場地地質(zhì)條件和建設(shè)工程的重要性,加強(qiáng)斷裂活動(dòng)的監(jiān)測(cè)力度,采取安全的避讓距離和合適的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。

致謝：野外工作得到了云南交發(fā)項(xiàng)目管理有限公司和云南安鑒地震工程有限公司的大力幫助。感謝審稿專家及責(zé)任編輯提出的寶貴意見和建議,使本文得到進(jìn)一步提升。