1.1.1 崩塌的形成条件和影响因素
崩塌是长期地壳运动和地质作用的结果,崩塌的形成,受各种条件的控制。崩塌的形成条件和影响因素很多,主要有地形地貌条件、岩性条件、地质构造条件以及风化作用的影响、降雨和地下水的影响,还有地震的影响等,现说明如下。
1.1.1.1 地形地貌条件
(1)崩塌一般发生在江河湖海、冲沟岸坡、高陡的山坡和人工斜坡上,地形坡度往往大于45°,尤其是大于60°的陡坡。
(2)峡谷陡坡是崩塌密集发生的地段,因为峡谷岸坡陡峻,卸荷裂隙发育,易于崩塌。
(3)山区河谷凹岸也是崩塌较集中分布的地段,因河曲凹岸遭受侵蚀,易于造成崩塌。
(4)冲沟岸坡和山坡陡崖岩体直立,不稳定岩体较多,时有崩塌发生。
(5)丘陵和分水岭地段崩塌较少,原因是地形相对平缓,高差较小,如果开挖高边坡也会产生崩塌。
表1.1所列为宝成铁路凤州工务段辖区57个崩塌落石工点的边坡坡度的统计结果。
表1.1 崩塌落石与边坡坡度统计表
1.1.1.2 岩性条件
崩塌多发生在厚层坚硬脆性岩体中。石灰岩、砂岩、石英岩等厚层硬脆性岩石易形成高陡斜坡,其前缘由于卸荷裂隙的发育,形成陡而深的张裂缝,并与其他结构面组合,逐渐发展贯通,在触发因素作用下发生崩塌(见图1.4)。由缓倾角软硬相间岩层组合而成的陡坡,软弱岩层易风化剥蚀而内凹,坚硬岩层抗风化能力强而凸出,失去支撑的部分常发生崩塌(见图1.5)。岩浆岩构成的坡体常常被多组节理、裂隙、片理所切割,或被后期的岩墙、岩脉所穿插,容易发生崩塌。变质岩构成的坡体往往节理、劈理极为发育,容易发生崩塌。
图1.4 坚硬岩层高陡斜坡卸荷裂隙导致崩塌
①—石灰岩;②—页岩;③—砂岩
图1.5 软硬岩层互层陡坡崩塌
①—砂岩;②—页岩
如果按沉积岩、岩浆岩、变质岩三大岩类考虑,岩性对崩塌落石的控制规律如下:
1.沉积岩
如河谷陡坡由软硬相间岩层组成且较软岩层分布高度与水位变化相一致时,软岩易于被河水冲刷破坏,上部岩体常发生大规模崩塌。
河岸坡脚由可溶性岩石(石灰岩)组成时,由于河流长期的冲蚀和溶解作用,可溶岩常被掏空,易于形成岸边大崩塌。
巨厚的完整岩层如夹有薄层页岩,当岩层倾向临空面时,陡峻的边坡可能发生大规模的滑移式崩塌。
产状水平的软硬相间岩石组成的陡边坡,因差异性的风化,可能发生小型崩塌和落石。
2.岩浆岩
当垂直节理(如柱状节理)发育并有倾向线路的构造裂面时,易产生大型崩塌。
岩浆岩中有晚期的岩脉、岩墙穿插时,岩体中形成不规则的接触面,这些接触面往往是岩体中的薄弱面,它们和其他结构面组合在一起,为崩塌落石提供了有利条件。
3.变质岩
正变质岩的情况与岩浆岩类似。对副变质岩,在动力变质的片岩、板岩和千枚岩组成的边坡上常有褶曲发育,故弧形结构面较多,当其倾向临空面时,多发生沿弧形结构面的滑移式崩塌。此类岩石片理面及构造结构面很发育,把岩石切割成大小不等的岩块,故常发生大小各异的崩塌落石。表1.2所列为某铁路边坡100个崩塌工点的岩性统计。
表1.2 岩性与崩塌落石的关系
1.1.1.3 地质构造条件
(1)构造节理和成岩节理对崩塌的形成影响很大。硬脆性岩体中往往发育两组或两组以上的陡倾节理,其中与坡面平行的一组节理常演化为拉张裂缝。裂缝的切割密度对崩塌块体的大小起着控制作用。坡体岩石被稀疏但贯通性较好的裂隙切割时,常能形成较大规模的崩塌,具有更大的危险性。岩石裂隙密集而极度破碎时,仅能形成小岩块,在坡脚形成倒石堆。构造节理与崩塌落石的关系:①崩塌多沿节理面发生,且多属于滑移式崩塌和落石;②构造节理面以上的潜在崩塌体的稳定性与节理面倾角、粗糙度和节理的充填物有关;③当构造节理面中有黏土或其他风化物充填时,易受雨水浸润而软化,更有利于崩塌。
(2)断裂构造对崩塌落石的控制作用:①当开挖方向与地质构造线平行时易产生崩塌落石;②在几组断裂线交汇的峡谷区,往往形成大型崩塌;③断层密集分布区岩层破碎,高边坡地段崩塌落石频频发生。
(3)褶曲对崩塌落石的控制作用:褶皱核部岩层常强烈弯曲,岩层破碎,形成各种潜在崩塌体,它们在重力或其他外力作用下,可能产生各种类型的崩塌落石,其规模主要取决于褶皱轴向与临空面坡向的夹角。当褶皱轴向垂直于坡面方向,多产生落石或小型崩塌。当褶皱轴向与临空面平行时,高陡边坡可能产生大崩塌,褶皱两翼为单斜岩层,当岩层倾向临空面时,易产生滑移式崩塌,特别是岩层内有软弱夹层,岩体两侧又有构造节理切割时,陡边坡可能产生大型崩塌。褶皱核部由于岩层强烈弯曲,岩石破碎,地表水渗入,易于产生崩塌,其规模主要取决于褶皱轴向与临空面走向的夹角。
(4)当建筑物的延伸方向和区域构造线一致,而且采用深挖方案时,崩塌较多。
1.1.1.4 风化作用对崩塌的影响
由于风化作用能使斜坡前缘各种成因的裂隙加深、加宽,对崩塌的发生起着催化作用。此外,在干旱、半干旱气候区,由于物理风化强烈,导致岩石机械破碎而发生崩塌。高寒山区的冰劈作用也有利于崩塌的形成。
1.1.1.5 降雨和地下水对崩塌的影响
(1)崩塌有80%发生在雨季,特别是雨中和雨后不久;连续降雨时间越长,暴雨强度越大,崩塌次数就越多;阴雨连绵天气比短促的暴雨天气崩塌数量多;长期大雨比连绵细雨时崩塌数量多。
(2)边坡和山坡中的地下水往往可以直接从大气降水中得到补给,使其流量大大增加,地下水和雨水联合作用,进一步促进了崩塌的发生。
1.1.1.6 温度对崩塌的影响
温度变化对崩塌的发育有特殊的作用,主要有以下3点:
(1)构成坡体的地层都是由不同的导热性和膨胀系数的各种矿物所组成,这些矿物晶体的膨胀系数各有差异,引起温度变化的热源也不同。例如,由太阳辐射引起的日温变化、季节温差变化,以及年温差变化,主要是作用在坡的坡面上,而火山、地下煤层自燃等热源主要是作用于坡体的内部。这些作用的差异,都会使坡体处于受热不均匀状态,尤其是收缩应力的交替作用,更加快了坡体的风化过程,这种作用对软质岩体和裂缝中的充填特别显著。
(2)处在坡体上的块体,在温度变化过程中所产生的热胀冷缩效应,始终保持朝着坡下位移的总体趋势。
(3)温度变化对裂缝中水的影响非常明显。水由液态变为固态,其体积将增大9.1%,1L水所产生的膨胀力可达6MPa。充满裂缝的水凝结成冰之后,会对坡体产生“冰劈作用”,这无疑加快了崩塌的发育。
1.1.1.7 地震对崩塌的影响
地震时由于地壳强烈震动,边坡岩体各种结构面的强度会降低;同时,因有水平地震力作用,边坡岩体的稳定性会大大降低,导致崩塌的发生。山区的大地震都伴随有大量崩塌的产生,汶川地震就诱发了大量崩塌,毁坏了房屋和公路。