危巖破壞概率統計論文范文第1篇
此類危巖在廣大的碳酸鹽巖分布區、特別是西南地區的城鎮、工礦、交通線路兩側廣為分布, 因此, 認識此類危巖的形成機制和變形破壞特征對該地區城市規劃及工程建設具有較大的指導意義。
1 地質背景
1.1 氣象水文
武隆縣屬典型的亞熱帶濕潤季風氣候區, 其特點是氣候溫和, 降雨充沛, 晴少陰多, 云霧多, 霜雪少。多年平均氣溫17.9℃, 極端最低氣溫-1.8℃, 極端最高氣溫42.8℃ (2006年8月) 。降雨多集中在5~10月, 多年平均降水量1100.1mm, 多年平均最大日降水量100.5mm, 年平均相對濕度78%, 主導風向NW, 年平均最大風速2.01m/s, 極端最大風速。
1.2 地形地貌
調查區屬低~中山構造溶蝕、侵蝕地貌, 海拔高程一般500m~1500m, 相對高差500m~700m, 周邊陡峻, 較四周聳起, 頂面形成相互迭置的單面山, 展布方向與構造線基本一致, 呈北東—南西向條帶狀分布, 橫向沖溝發育。陡崖處地形80°~90°, 下方斜坡地形50°~65°。
1.3 地質構造
調查區位于長壩向斜南東揚起端, 巖層產狀315°~359°∠13°~33°, 發育有2組構造裂隙和平行于陡崖走向的卸荷裂隙, 構造裂隙L1:110°~35°∠78°~82°, 裂隙面較平直, 間距一般3m~5m, 延伸15m~50m, 裂隙寬度一般10cm~50cm, 裂隙中方解石脈充填或粘土半充填, 局部地段寬度較大, 可達50cm~100cm, 粘土、樹枝枯葉充填。構造裂隙L2:210°~235°∠75°~83°, 裂隙面較平直, 間距一般2m~3m, 延伸10m~30m, 裂隙寬度一般0.5cm~1.5cm, 裂隙中方解石脈充填或粘土半充填, 局部地段寬度較大, 可達15cm~30cm, 粘土、樹枝枯葉充填。
卸荷裂隙:陡崖頂部存在卸荷裂隙, 沿陡崖帶斷續延伸, 大佛巖陡崖所形成的卸荷帶寬度30m~59m, 連續延伸長度一般30m~100m, 垂直發育深度20m~90m。
1.4 地層巖性
調查區出露地層有第四系全新統殘坡積層 (Q4el+dl) 、崩坡積層 (Q4col+dl) , 二疊系中統茅口組 (P2m) 灰巖、棲霞組 (P2q) 灰巖、二疊系下統梁山組 (P1l) 鋁土巖, 志留系中統韓家店組 (S2h) 頁巖。
1.5 巖溶發育特征
大佛巖可溶巖地層主要是二疊系中統茅口組灰巖及棲霞組灰巖。陡崖腳斜坡地段為梁山組、韓家店組地層, 屬非可溶巖地層。因此, 巖溶現象主要分布在陡崖地段。由于陡崖段地勢高, 為地下水補給區, 目前巖溶現象多以地表溶溝、溝槽、溶蝕裂隙為主, 未見溶洞、落水洞、巖溶漏斗、穿洞、天窗等比較強烈的巖溶現象。地表溶溝、溝槽、溶蝕裂隙發育方向與構造裂隙走向基本一致。構造裂隙為巖溶作用提供了前提條件, 同時, 由于溶蝕作用的存在, 構造裂隙得以向縱深方向發展, 使構造裂隙在原有基礎上不斷加寬加深, 兩者相輔相成, 為大佛巖危巖體的形成起到了不可缺少自然條件。
1.6 水文地質條件
按照地下水的賦存介質類型劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水、巖溶水三種。地下水接受大氣降水補給, 向地形低處排泄, 坡體上覆第四系松散堆積層孔隙度大, 透水性好, 厚度小, 賦水性差, 地下水量小。
裂隙水接受大氣降水補給, 雨季在裂隙中含有一定量的地下水, 形成短時間水流, 沿裂隙發育方向逕流, 由于地下水逕流沿途對周圍介質起侵蝕、溶蝕作用, 致使裂隙不斷加寬加深。
2 危巖的基本特征
2.1 危巖帶特征
大佛巖危巖帶按其走向分為三大段。根據各段危巖帶結構特征、卸荷裂隙發育程度差異、順層臨空條件等進一步將第三段分成了三個小段:3-1段、3-2段、3-3段 (詳見圖1大佛巖危巖帶分段示意圖) 。
2.2 危巖體特征
整個危巖體空間分布與陡崖帶一致呈帶狀分布, 其巖性為灰巖。單個危巖體受裂隙切割及溶蝕作用的差異, 在空間幾何形態上目前形態各異, 體積大小不一, 表現為柱狀、板狀、帽沿狀。共發現20處危巖單體, 單個危巖體積0.80×104m3~69.87×104m3, 總體積342×104m3。根據危巖體分布發育情況分析, 調查區危巖均屬高位大型危巖。
2.3 基座特征
危巖體基座主要為梁山組地層和韓家店組地層為主, 與上部巖性強度差異較大, 基座巖體破碎, 頁理發育, 巖質極軟, 遇水易軟化, 壓致變形后多呈餅狀, 由于差異風化, 在危巖底部多處形成巖腔, 巖腔的形成, 致使危巖體懸空, 為危巖體失穩提供了有利地形條件。
3 危巖成因機制分析
3.1 基本條件
根據危巖所處的地質環境分析, 調查區危巖的形成發展有其內在條件和外在條件, 主要包括地層巖性、坡體結構特征、降雨和風化、溶蝕作用等。坡體物質組成及結構特征是危巖形成的內在條件, 降雨和風化溶蝕作用是危巖形成的直接外在條件。
3.2 形成演化過程
危巖形成演化過程大致經過陡崖形成階段、時效變形破壞階段、崩塌破壞階段三個階段, 其形成過程簡述如下 (詳見圖2危巖形成演化示意圖) 。
(1) 陡崖形成階段。
構造運動及沖溝的侵蝕切割形成斜坡陡崖帶, 改變了陡崖巖體內的應力平衡, 引起陡崖巖體應力重分布, 導致巖體結構面的表生改造, 陡崖巖體產生卸荷回彈, 在陡崖頂部附近形成張性應力分布帶, 由于卸荷作用, 陡崖巖體產生卸荷回彈效應, 陡傾裂隙進一步張開擴大, 形成卸荷裂隙帶, 卸荷帶沿陡崖走向分布。陡崖帶外緣臨空面附近是是坡體應力分布與集中部位, 其主應力產生重力拉張裂隙。 (見圖2中a、b)
(2) 時效變形破壞階段。
陡崖帶卸荷裂隙的形成為其進入時效變形破壞創造了條件, 此過程是一個緩慢的塑~彈~塑變形破壞過程, 其主要特征為受降雨、風化溶蝕作用等因素影響, 陡崖基底泥質灰巖、頁巖、粘土巖的風化、軟化、崩解, 形成風化巖腔, 軟弱基座在上覆堅硬巖體自重力作用下及風化作用下發生壓縮流變及向臨空方向的剪切流變, 同時也導致上覆較堅硬的巖體進一步拉裂、解體, 局部鎖固段破壞。此階段是變形加劇過程。陡崖逐漸演變成危巖, 形成危巖體。 (見圖2中c) 。
(3) 崩塌破壞階段。
陡崖帶巖體在經歷上述兩個階段的變形破壞后, 若遭受暴雨、地震等因素觸發, 即可發生崩塌。由于危巖體分布位置、形態、邊界條件發育程度及基座或底界面的差異, 其崩塌破壞方式和機理各異, 可能會發生傾倒、墜落、滑移破壞。 (見圖2中d)
4 危巖變形破壞特征
調查時對各個危巖體從空間分布及形態、裂隙發育特征、巖溶發育特征等方面進行了詳細的調查和分析, 經綜合分析認為大佛巖危巖單體可能的失穩破壞模式主要是傾倒式和墜落式。危巖帶局部存在臨空條件, 隨著卸荷裂隙不斷發展擴大, 該部位有可能存在順層滑移破壞模式。
4.1 傾倒式
調查區有些危巖體底部已形成巖腔, 危巖體后緣陡傾角裂隙帶有可能進一步擴張, 重心逐漸向臨空側偏離, 靠底部或后緣巖體拉力阻止其傾覆, 此類主要形成傾倒式崩塌。
4.2 墜落式
調查區有些危巖體巖腔向崖內有進一步風化擴展, 塊體重心逐漸偏移, 失去支撐, 在重力作用下與母巖突然脫離, 此類主要形成墜落式崩塌。據此認為, 調查區危巖單體在目前條件下可能的失穩破壞方式主要為傾倒式和墜落式兩種基本類型。
4.3 順層滑移式
危巖帶沿走向局部地段存在臨空現象, 今后隨著地質環境條件的改變卸荷裂隙也將不斷發展擴大, 該段存在順層滑移破壞的可能性。
(a) 陡崖形成; (b) 應力重分布 (裂隙、變形出現) ; (c) 變形加劇形成危巖體; (d) 在暴雨、震動下崩塌產生
主要依據是根據分析, 3-2段危巖帶與巖層關系為切向內傾, 其前緣向北西凹進, 使危巖帶前緣有臨空條件, 地形坡度陡, 裂隙發育, 并且裂隙在今后風化溶蝕作用下將不斷加寬加深, 使危巖帶進一步脫離山體, 更有利于降雨時地表水下滲, 危巖帶中薄層泥質灰巖及瀝青質灰巖為相對隔水層, 地下水在此匯集, 地下水的作用一方面對基底有侵蝕軟化作用, 降低其強度, 一方面形成空隙水壓力, 對危巖帶的穩定性造成極不利影響。危巖帶向北傾斜, 其前緣危巖體特別是危巖W17長期受擠壓, 危巖體目前處于欠穩定狀態, 當其首先發生崩塌后, 可造成危巖帶前緣具備更好的臨空條件, 此時, 該段危巖帶若遭受特大暴雨、強烈震動等不利工況下就有可能產生順層滑移破壞。
曾有與此地質環境條件相似的危巖 (如雞尾山) 最終發生了順層滑移崩塌破壞。因此, 根據工程地質類比分析認為, 大佛巖危巖帶北側第三段中的3-2段在今后隨著自然因素的時效作用造成地質環境的改變有可能會發生順層滑移崩塌破壞模式。
以往地質工作大多都是只注重危巖單體的調查, 而往往對危巖帶整體穩定性的分析判斷不夠。其實, 若危巖帶不穩定, 其破壞性相對來說更強, 影響規模更大, 危害范圍更廣, 損失更慘重。雞尾山發生山體滑塌給我們敲響了警鐘。
5 結語
(1) 危巖位于石灰巖地區, 危巖帶順層存在局部臨空現象, 構造裂隙、溶蝕裂隙、卸荷裂隙發育。 (2) 危巖的形成發展有其內在條件和外在條件, 主要包括地層巖性、坡體結構特征、降雨和風化、溶蝕作用等。坡體物質組成及結構特征是危巖形成的內在條件, 降雨和風化溶蝕作用是危巖形成的直接外在條件。 (3) 危巖的結構特征決定其破壞模式, 危巖單位一般會發生傾倒式、墜落式破壞, 危巖帶若順層有臨空條件, 卸荷裂隙發育程度高則可能發生順層滑移式崩塌破壞。相對于危巖單體而言, 危巖帶破壞性更強, 影響規模更大, 危害范圍更廣。因此, 要加強對危巖帶結構特征的調查分析工作, 尤其對順層臨空條件、卸荷裂隙發育程度的調查, 認清其發育、發展階段是工作中的一個重點內容。 (4) 此類危巖在廣大的碳酸鹽巖分布區、特別是西南地區的城鎮、工礦、交通線路兩側廣為分布, 因此, 城市規劃或工程建設前應充分認識所處地段地質環境尤為重要, 事先采取防范措施處理, 可預防此類災害的發生, 避免造成重大損失。
摘要：通過對重慶市武隆縣鐵礦鄉大佛巖危巖地質背景、基本特征的分析, 歸結出碳酸鹽巖地區危巖的形成機制和變形破壞特征。分析表明:此類危巖大多為高位大型危巖, 降雨、風化、溶蝕作用是危巖形成的重要外部條件, 其結構特征決定其破壞模式, 強降雨是其發生崩塌的關鍵因素, 同時地震也可以在瞬間誘發危巖的崩塌、破壞。危巖帶存在順層滑塌的危險, 比危巖單體有更強的破壞性, 影響規模更大, 危害范圍更廣。此類危巖在廣大的碳酸鹽巖分布區, 特別是西南地區的城市規劃或工程建設中具有較強的代表性, 對此類危巖的成因機制和變形破壞特征的研究可以為預防、治理此類危巖災害提供地質依據。
關鍵詞：碳酸鹽巖,結構特征,破壞模式,危巖帶,順層滑塌
參考文獻
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