基于環(huán)境治理和公共安全淺析紅石峽景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型與防治措施

摘要：紅石峽是由新元古代早期沉積的紅色石英砂巖在以構(gòu)造控制為主，構(gòu)造與自然侵蝕共同作用形成的線狀峽谷，受近SN和近EW向節(jié)理及水平層理影響，地質(zhì)災(zāi)害以崩塌為主。進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害成因分析并提出了針對(duì)性的防治對(duì)策。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；崩塌；發(fā)育類型；防治對(duì)策

一、地質(zhì)環(huán)境條件

紅石峽是一段由新元古代早期沉積的紅色石英砂巖在以構(gòu)造控制為主，構(gòu)造與自然侵蝕共同作用形成的線狀峽谷。區(qū)域性節(jié)理主要有近SN和近EW向兩組，其中一組走向約350°，另一組走向約280°，兩組區(qū)域性節(jié)理近垂直相交。節(jié)理帶的進(jìn)一步發(fā)育即形成脆性斷裂，造成破碎或破劈理帶。由于南北向地勢(shì)的巨大差異，河流沿近SN向節(jié)理帶深度下切，最終形成長(zhǎng)約1500m近南北向的峽谷，峽谷兩岸丹霞聳立，峽谷內(nèi)水景依勢(shì)而生，或泉、或瀑、或溪、或潭，使紅石峽成為云臺(tái)山景區(qū)的核心景點(diǎn)。從紅石峽平面形態(tài)（圖1）中可以很清楚的看出，近EW向節(jié)理帶在峽谷全長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)育情況大致可分為平橋以南、平橋至龜背石之間、龜背石以北三段。

平橋以南約100m長(zhǎng)度范圍內(nèi)，南北向河谷兩岸峭壁對(duì)峙，幽深狹窄，構(gòu)成“一線天”奇觀，近EW向節(jié)理僅在兩岸峭壁砂巖上有切割裂隙，未形成東西向溝谷。

平橋至龜背石之間約200m長(zhǎng)度范圍內(nèi)近EW向節(jié)理發(fā)育，該段河谷受近SN向和近EW向兩組節(jié)理帶共同控制，大體形成棋盤格式節(jié)理組合，節(jié)理帶破碎巖體在外營(yíng)力的作用下崩落、搬運(yùn)，峽谷開(kāi)闊為甕形，兩側(cè)巖體破碎，東西向溝谷發(fā)育。

龜背石以北至黃龍瀑布段近EW向節(jié)理發(fā)育程度介于上述兩段之間，該段河谷收窄，但較“一線天”開(kāi)闊，且河谷深度不大，兩岸東西向溝谷較為發(fā)育。

二、地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育類型

上述三段不同的構(gòu)造特征、自然外營(yíng)力和旅游通道對(duì)坡腳的破壞等因素決定了不同的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型。

（一）“一線天”段懸臂巖板離層斷裂

平橋以南約100m長(zhǎng)度范圍內(nèi)，河谷兩岸峭壁為砂巖夾薄層泥巖，人行步道開(kāi)鑿于左岸峭壁中下部位置，步道頂板懸空部分寬約2.5～4.0m，厚度5～22m，整體穩(wěn)定性較高。但層狀砂巖夾薄層泥巖結(jié)構(gòu)類似于疊放在一起的多層懸臂板，層間通過(guò)泥巖夾層連結(jié)。當(dāng)最下層砂巖的懸臂長(zhǎng)度過(guò)大時(shí)，外端就會(huì)向下?lián)锨冃?，并由外而?nèi)沿泥巖夾層與上部巖體脫離，最下部巖層離層得不到有效控制時(shí)就會(huì)從根部斷裂，形成墜落式崩塌，見(jiàn)圖2。

（二）平橋至龜背石段危巖體局部墜落式崩塌或整體傾覆式崩塌

該段峽谷開(kāi)闊，巖體受近SN向和近EW向兩組節(jié)理帶共同控制，兩側(cè)巖體破碎，尤其以龜背石西側(cè)危巖體（圖3）最具代表性。

由圖3可以看出步道上部巖體被沿步道方向發(fā)育的裂隙切割為厚度0.3m～1.2m不等的薄層狀，叩擊有“啞聲”，從2013年11月巖壁局部墜落式崩塌后暴露出的裂隙帶看，只有局部未被裂隙切割，形成“巖楔”維持危巖體暫時(shí)穩(wěn)定，大部分位置裂隙被細(xì)粒礦物充填，如圖4。加之冰劈和根劈作用，這些“巖楔”應(yīng)力逐步增大并發(fā)生斷裂，最終導(dǎo)致坡體局部墜落或整體傾覆，直接威脅下方道路游客安全。

（三）龜背石以北坡面危巖體滾動(dòng)墜落

龜背石以北近EW向節(jié)理發(fā)育程度介于“一線天”和雙拱橋甕形開(kāi)闊段之間。該段兩側(cè)東西向溝谷中危巖體脫離母體后在自重和水流等作用下，沿溝谷向下運(yùn)移，最終可能在溝口位置發(fā)生墜落，從而威脅谷底游客安全?？ㄔ邶敱呈髂戏较騼汕捅谥g的“懸石”（圖5）便是眾多順溝落石的“幸存者”，而其一溝所生“同胞兄弟”的或已被流水帶走，或堆積于溝口下部成為亂石灘。

三、地質(zhì)災(zāi)害的防治措施

紅石峽景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的防治有崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治的普遍性，也有其作為景區(qū)災(zāi)害防治的特殊性。紅石峽全長(zhǎng)僅1500m，最窄處不足10m，最寬處也不過(guò)20余m，高峰時(shí)段單日游客數(shù)量超過(guò)5萬(wàn)人，且為單線峽谷型景區(qū)，很多地段不存在避讓災(zāi)害空間和時(shí)間條件，因此，應(yīng)該綜合考慮預(yù)防和治理兩個(gè)方面，因地制宜地采取增加災(zāi)害體的穩(wěn)定性、遷改避讓、防止災(zāi)害體啟動(dòng)或啟動(dòng)后改變其運(yùn)動(dòng)軌跡等措施，確保游客安全。

（一）增加災(zāi)害體的穩(wěn)定性

懸臂巖板離層斷裂或局部片落等危巖體局部墜落式崩塌的潛在崩塌體位于道路人流的正上方且距離很近，一旦災(zāi)害啟動(dòng)就將產(chǎn)生難以預(yù)測(cè)的人員傷亡。因此必需采取下部支撐或串層錨索加固等措施提高危巖體的穩(wěn)定性，防治災(zāi)害啟動(dòng)。

（二）遷改避讓

當(dāng)災(zāi)害規(guī)模較大，治理工程實(shí)施較為困難時(shí)，可采取避讓措施，如圖3和圖4所示的危巖體，體量大治理困難，應(yīng)將旅游步道遷改至災(zāi)害體影響范圍以外。

（三）改變?yōu)暮?dòng)后的運(yùn)動(dòng)軌跡

坡面危巖體滾動(dòng)墜落，一般發(fā)生在縱向坡度不大的東西向溝谷內(nèi)，脫離母體后的危巖體在墜落前一般經(jīng)歷或長(zhǎng)或短的滾動(dòng)過(guò)程。因此，對(duì)于相對(duì)集中的危巖體可采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)限制其啟動(dòng)，對(duì)于相對(duì)分散的危巖體，可在溝口設(shè)置被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)攔截其繼續(xù)滾動(dòng)、墜落成災(zāi)。

上述除懸臂巖板離層斷裂外，其余幾種均是地質(zhì)災(zāi)害治理工程中經(jīng)常遇到且已形成較成熟做法的問(wèn)題。以下就懸臂巖板離層斷裂形成墜落式崩塌體的防治工程進(jìn)行討論。

紅石峽景區(qū)懸臂巖板離層斷裂主要發(fā)生在“一線天”段，該段崖壁陡立，崖壁巖體為層狀砂巖夾薄層狀泥巖。上部砂巖層略厚，單層厚度在200～280mm，平均約250mm；靠近旅游步道頂板的下部砂巖層較薄，單層厚度60～100mm，平均約80mm，如圖6。為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)步道頂板的層狀砂巖厚度d=80mm，砂巖間泥巖的厚度設(shè)為0，懸臂總長(zhǎng)度l=3m。

以步道靠山側(cè)為懸臂起始線，設(shè)巖體重度為27kN/m3，分別計(jì)算1～6層疊層（未發(fā)生離層破壞）巖板不同懸臂長(zhǎng)度位置受拉側(cè)的拉應(yīng)力如圖7。

由圖7可以看出，單層（厚度80mm）巖板由于離層造成懸臂長(zhǎng)度達(dá)到3m時(shí)，巖板上部受拉側(cè)最大拉應(yīng)力為9.112MPa，這遠(yuǎn)超出砂巖的抗拉強(qiáng)度?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果表明，最下層巖板多在由外向內(nèi)離層造成懸臂長(zhǎng)度2m左右斷裂，因此砂巖層的抗拉強(qiáng)度限值應(yīng)為4～5MPa。因此應(yīng)對(duì)最下部巖板施加一定的約束，防治離層發(fā)生。紅石峽景區(qū)開(kāi)業(yè)初期，多采用鋼筋混凝土假樹(shù)對(duì)最下層巖板進(jìn)行支撐，以約束其離層發(fā)展并取得了較好的效果。但是假樹(shù)支撐有以下兩個(gè)缺點(diǎn)：一是假樹(shù)占用旅游步道凈寬，使本就狹窄的步道通行更加困難，節(jié)假日旅游高峰時(shí)段經(jīng)常造成游客擁堵；二是單棵假樹(shù)支撐面積有限，隨著離層面積的增大，需要不斷增設(shè)假樹(shù)，嚴(yán)重破壞景觀。為此，應(yīng)探索新的危巖體控制措施。

圖7中不同層數(shù)疊合板的最大拉應(yīng)力如圖8所示。由圖8可以看出，2層疊合時(shí)巖層最大拉應(yīng)力與砂巖層的抗拉強(qiáng)度限值4～5MPa基本一致，3～6層疊層巖板的最大拉應(yīng)力則遠(yuǎn)小于砂巖層的抗拉強(qiáng)度限值，可采取穿層錨桿將下部薄層砂巖進(jìn)行疊合，即通過(guò)錨桿預(yù)應(yīng)力防止最下層巖板下?lián)献冃卧斐呻x層并最終發(fā)生折斷破壞。

計(jì)算2～6層疊層懸臂巖板（單層厚度80mm，懸臂長(zhǎng)度3m）與中性面不同間距位置的層間剪應(yīng)力繪制成圖9，圖9中縱坐標(biāo)0為疊層巖板厚度中心。由圖9可以看出，懸臂長(zhǎng)度和自身重度一定的懸臂疊合板，在自重作用下產(chǎn)生的層間剪應(yīng)力最大值總出現(xiàn)在疊合板厚度中間，且由嵌固端向懸臂端逐漸減小，最大剪應(yīng)力與疊合板層數(shù)無(wú)關(guān)。

考慮到巖層最大水平拉應(yīng)力與疊層板厚度的關(guān)系和景區(qū)錨桿鉆孔的難度，一線天段離層巖板治理采用1200mm長(zhǎng)M18高強(qiáng)螺桿按間排距1400mm布置，形成串層錨桿。錨桿上部700mm采用植筋膠錨固，下部500mm采用螺母施加10kN預(yù)應(yīng)力后注入聚氨酯封閉防腐。該治理工程于2012年冬進(jìn)行了40m2的試驗(yàn)段，目前該試驗(yàn)段最下部懸臂巖板均未出現(xiàn)新的下?lián)献冃?，治理效果良好?/p>

四、結(jié)論

從環(huán)境治理和公共安全角度來(lái)看，紅石峽“一線天”段步道頂懸臂巖板離層斷裂，平橋至龜背石段危巖體局部墜落式崩塌應(yīng)采用串層錨桿（索）加固或下部支撐提高其穩(wěn)定性；平橋至龜背石間危巖體整體傾覆式崩塌段治理工程實(shí)施困難，應(yīng)將步道遷改至危巖體影響范圍以外；龜背石以北東西向溝谷中危巖體，可采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)限制其啟動(dòng)或采用被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在溝口攔截，防止危巖體墜落至游客區(qū)。串層錨桿可控制最下層巖板下?lián)想x層，治理效果良好。

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