重庆武隆鸡尾山危岩体形成与崩塌成因分析.pdf

J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g G e o l o g y 工程地质 学报 1 0 0 4 9 6 6 5 ／ 2 0 1 0 ／ 1 8 3 ． 0 2 9 7 ． 0 8 重庆武 隆鸡尾 山危岩体形成 与崩塌成 因分析 刘传正 中国地质环境监测院北京1 0 0 0 8 1 摘要鸡尾山事件是一次巨型滑移式岩体崩塌 体积大于 1 0 0 x 1 0 i n ， 也是一次特大型地质灾害 死亡／ 失踪人数超过 3 0 人 。鸡尾山层状石灰岩地质结构 、 近南北向和近东西向裂隙组合以及软弱夹层的存在是山体开裂滑移的物质结构基础。长 期的降雨渗流和岩溶作用使软层强度弱化、 裂隙带扩大是层状山体易于拉开的前提。类 比分析认为， 鸡尾山地形上高陡临 空 、 山下铁矿大面积采空形成的“ 悬板张拉效应” 是山体拉裂形成大规模危岩体的主要原因。视滑力分析计算得出， 层状岩体 向外的视滑力是逐渐克服危岩体底面摩擦力和前缘抗剪力， 使危岩体蠕滑发展成崩塌的主要驱动力。鸡尾山崩塌灾害是铁 矿采空和视滑力共同主导作用下的一个“ 山体拉裂 ～弱面蠕滑 ～剪出崩塌 一碎屑流冲击 ～灾难形成” 的链式反应过程。文章 为应急管理决策解释了此次事件的动力来源问题， 也为类似事件应急响应技术支撑提供了一种简便方法。 关键词鸡尾山崩塌铁矿开采软弱界面脆弱带视滑力分析 中图分类号 P 6 9 4 文献标识码 A M ECHANI S M ANALYS I S ON THE j I W EI S HAN RoCKF ALL DI S AS T ER HA P P E NE D I N WUL ONG， CHONGQI NG， J UN E 5， 2 0 0 9 LI U Ch u a n z h e n g C h i n a I n s t i t u t e f o r C , e o E n v i r o n m e n t Mo n i t o r i n g， B e ij i n g 1 0 0 0 8 1 Ab s t r a c t T h e J i we i s h a n e v e n t h a p p e n e d a t J u n e 5，2 0 0 9 i n Wu l o n g c o u n t y o f C h o n g q i n g mu n i c i p a l i t y o f C h i n a ． I t i s a m e g a s l i d i n g r o c k f a l l v o l u me i s l a r g e r t h a n 1 0 0 x 1 0 i n ， a n d a n o v e r s i z e g e o l o g i c a l d i s a s t e r t h e n u mb e r o f mi s s i n g a n d d e a t h i s g r e a t e r t h a n 3 0 i n C h i n e s e r u l e ．I t i s a b a s i c c o n d i t i o n i n s u b s t a n c e a n d s t r u c t u r e t h a t J i w e i s h a n r o c k ma s s i s o f l a y e r e d l i me s t o n e， we a k i n t e r l a y e r s a nd f i s s u r e s a p p r o x i ma t e l y i n SN a n d EW d i r e c t i o n．Ra i n i n g s e e p a g e a n d k a r s t i fi c a t i o n i n a l o ng p e rio d ma y d e c r e a s e s t r e n g t h o f we a k l a y e r s i n t h e b o t t o m o f t h e r o c k ma s s a n d e n l a r g e fi s s u r e s i n t h e mo u n t a i n t o p， S O t h a t l a y e r e d r o c k ma s s i s p u l l e d o u t e a s i l y ．B a s e d a n a l o g i c a l a n a l y s i s ， J i w e i s - b a n da n g e r o us r o c k ma s s ma y b e r e s u l t f r o m p ul l c r a c k s i n t he mo un t a i n t o p p r o d uc e d b y “c a n t i l e v e r p l a t e e f f e c t ” wh i c h d e r i v e s fro m g r e a t i r o n o r e mi n e d o u t a r e a u n d e r mo u n t a i n．I t i s o b t a i ne d f r o m t he s l i d i n g f o r c e a n a l y s i s i n a p p a r e n t d i r e c t i o n t ha t o u t wa r d a p p a r e n t s l i d i ng f o r c e ma k e s r o c k ma s s i n c r a wl i n g i n t o r o c k f a l l g r a d u a l l y b y t h r o u g h t o o v e r c o me a f r i c t i o n f o r c e fr o m i t s b o t t o m a n d a r e s i s t a n t s h e a r i n g f o r c e o n i t s f r o n t e n d ．T h e J i we i s h a n r o c k f a l l d i s a s t e r i s i n d u c e d b y i r o n o r e mi n e d o u t a r e a a n d t h e a p p a r e n t d i r e c t i o n s l i d i n g f o r c e t o g e t h e r ，I t i s a p r o c e s s i n c h a i n r e a c t i o n t h a t c o n s i s t s o f“ r o c k ma s s c r a c k s～c r e e p s l i di ng a l o n g we a k l a y e r～b u r s t i ng r o c k f a l l～d e b r i s i mp a c t ～c o me i n t o b e i ng d i s a s t e r ”． T he d y na mi c a l s o u r c e o f t h e e v e n t i s e x p l a i n e d f o r e me r g e n c y ma n a g e me n t d e c i s i o n 女 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 0 9 ；收到修改稿 日期 2 0 1 0 0 5 2 5 ． 基金项 目 国家科技支撑计划重大项 目 2 0 0 6 B A K 0 1 A1 0 ． 第一作者简介 刘传正 ， 主要从事地质灾害防治 、 工程地质评价等方面的研究工作． E m a il l i u c z ma i l ． c i g e m ． g o v ． 12 1 1 2 9 8 J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报2 0 1 0 a n d a s i mp l e me t h o d i n t e c h n i c a l s u p p o f o r s i mi l a r p r o b l e ms i s p u t f o r wa M i n t h i s pa p e r ． Ke y wo r d s J i we i s h a n r o c k f a l l ，I r o n o r e mi n i n g ，We a k i n t e r f a c e，F r a g i l e z o n e ，S l i d i n g f o r c e a n a l y s i s i n a p p a r e n t d i r e c t i o n 1 引 言 2 0 0 9年 6月 5日 1 5时许 ， 重庆市武隆县铁矿 乡鸡尾山发生大规模山体崩塌 ， 掩埋了 l 2户 民房以 及山下 4 0 0 m外 的铁矿矿井人 口， 造成 l 0人死亡 ， 6 4人失踪 含矿井内 2 7名矿工 ， 8人受伤的特大 型地质灾害， 也是一 次巨型滑移式 崩塌地质事件。 事件发生后的紧急应对和分析论证过程 中， 有关专 家做了细致的调查研究工作 ， 山崩的地表地质环境 条件是基本清楚 的 。 鉴于重庆武隆“ 6 ． 5 ” 鸡尾山山体崩塌灾害事件 重大， 政府 、 社会和新闻舆论非常关心这次事件的引 发原因或成因机理 ， 科学解答这个问题就成为工程 地质界无法回避 的社会责任。因此 ， 作者基于现有 的事实材料 ， 提 出鸡尾 山危岩体 的形成与发生崩塌 的动力来源 ， 对“ 6 ． 5 ” 鸡尾山崩塌 灾害进行成 因分 析研判 ， 以求强化对政府应急管理决策 的快速技术 支撑 ， 回应社会舆论的关注 ， 增强防灾减灾应用服务 的针对性和直接性。 2 基本事实 鸡尾山山体变形 已具有较长 的历史。1 9 6 0年 代发现张开裂缝 ，1 9 9 8年危岩裂缝最大宽度达 2 m， 2 0 0 1 年以来 多次发生小 规模崩塌 ， 新增裂缝 最长 5 0 0 m， 并有多处纵向裂缝 。2 0 0 5年 7月 1 8日， 鸡尾 山发生山体崩塌 1 ． 1 1 0 m 。2 0 0 9年 6月 2日滑源 区前缘发生局部崩塌 ， 6月 4日同一位置再次发生 崩塌 ， 并向中下部岩体转移， 崩塌范 围扩大。6月 5 日下午 1 5时许 ， 长约 7 2 0 m、 宽约 1 4 0 m、 厚约 6 0 m， 总体积约 4 8 0 1 0 m 的危岩体沿下伏软弱层产生 快速滑动破坏 ， 在跃下前缘约 7 0 m高的陡坎后迅速 解体撒开， 沿途发生高速冲击 、 刨蚀和铲刮作用 ， 碎 屑流堆积长度达 2 ． 2 k m。整个过程历时约 1 分钟。 根据许强等发表 的技术报告和专家组报告， 可 以提炼出鸡尾山崩塌危岩体的基本地质事实 。 崩塌体发生于单斜构造二叠纪地层中， 岩层产状 3 4 5 。 ／_ 2 1 。 。山体陡崖临空面走向为南北， 倾向东。 岩体内主要发育两组陡倾破裂面 ， 一组为近南北 向， 另一组为近东西向。崩塌体西侧壁主要追踪近南北 向破裂面发育 ， 向北 到“ 楔形 区” 段后 ， 边界产状转 为 N 3 5 。 E ／ S E A7 0 。 。 专 家 组 报告 为 N 2 1 。 E ／ S E ／_7 0 。 [ 3 3 。崩塌体 的底 滑面为炭质和沥青质 页岩 软弱夹层 ， 厚约 3 0 c m。山体蠕动滑移 的底界面 滑 床 显示 出磨光现象 ， 触摸之可使手变黑 ， 可见一组 清晰的滑动擦痕 图 1 。 图 1 鸡尾山滑源区地层分布 据许强等， 2 0 0 9 F i g ．1 T h e s t r a t u ms d i s t r i b u t i o n i n J i w e i s h a n r o c k f a l l s s o u r c e a ft e r X u Q i a n g ， e t ． a 1 ．2 0 0 9 石灰岩体除经受岩层面、 两组陡倾破裂面切割 外 ， 长期强烈的降雨渗流和岩溶作用沿陡倾破裂面 形成了溶蚀裂缝 、 岩溶管道和落水洞等 ， 山体的完整 性进一步遭到破坏。长期断续的鸡尾山铁矿开采始 于 1 9 2 4年 ， 开采层位二叠系梁 山组 P ， 1 中的铁矿 层厚度约 1 ． 2 m， 采空区顶板与危岩体底界面的垂直 距离约 1 5 0 m 图 2 。1 9 6 0年代至此次崩塌灾害发 生前的采矿活动主要位于滑源区北东侧下方。2 0 0 4 图2 鸡尾山崩塌山体剖面图 视倾角方向 据许强等 ， 2 0 0 9 F i g ．2 C r o s s s e c t i o n o f J i we i s h a n l a n d s l i d e a f t e r X u Q i a n g ， e t ． a 1 ．2 0 0 9 1 8 3 刘传 正 重庆 武隆鸡尾 山危岩体形成 与崩塌成 因分析 年以后的开采恰位于滑源区前缘之下 ， 采空 区面积 累计超过 5 X 1 0 m [ 。 3 成因分析 3 ． 1 因素分析 1 山体结构上南北 向和东西向破裂 面的存在 容易使山体向临空方向拉开， 形成孤立危岩体。西 侧为拉开断裂边界 ， 北侧为挤压剪切边界 。在危岩 体形成过程中， 西部边界为追踪近南北向原生裂隙 拉裂 ， 逐渐成为 自由边界。北部“ 楔形 区” 西边界是 迁就近东西 向和南 北 向裂 隙与 岩溶化脆 弱带形 成 的， 滑后显示 的“ 黄泥 巴壁” 是岩溶孔 隙、 岩溶管 道 或洞穴内黄泥沉淀 、 浸染现象 ， 说明软层阻隔面以上 大气降雨产生地表水向下排泄强烈 ， 岩溶作用活跃 。 2 层问软弱带炭质和沥青质页岩软弱夹 层孕育形成危岩体蠕动变形 、 逐渐剪切 滑出的底 界 面， 同时构成各种切割、 溶蚀作用孕育 的“ 岩柱集合 体” 的底界 。铁矿采空区至 山顶 的所有软弱夹层都 有可能形成强度弱化蠕变滑移的“ 关键界面” ， 至于 哪一层成为“ 木桶的短板” ， 既取决于它的强度是否 最低 ， 也取决于其上岩体的结构和应力作用状态。 3 向东临空 的陡崖走 向近南北 ， 是沿南北 向 裂隙逐渐崩塌后退 的产物。对于岩层倾 向 3 4 5 。 、 走 向 N 7 5 。 E的裂隙化层状岩体 ， 3 6 0 。 ／ 0 。～ 7 5 。 之间的 7 5 。 倾向范围是指向山体外的， 这是山体开裂， 特别 是产生顺层滑移的基本空间几何条件 ， 是持续降雨 、 岩溶、 采矿乃至地震 能够引发或加剧开裂 滑动作用 的地质基础 。否则 ， 山体的基本破坏模式将是倾倒 式崩塌 ， 而非顺层的滑移式崩塌 。 4 岩溶 、 大气 降雨 逐渐弱化损 伤岩体 的完整 性和坚 固性 ， 使原生构造裂 隙缓慢扩大。岩溶作用 主要发生在二叠系茅 口组 P m ， 也 即发生崩塌 的 主体岩层内 图 1 。在北部“ 楔形区” 西侧 ， 岩溶作 用使原生裂隙扩展 ， 沿裂隙形成 串珠状落水洞、 岩溶 管道和溶蚀槽 ， 类似 “ 邮票边界” 的排孔 。这种裂隙 化 、 岩溶化岩体具备 “ 架空结构” 特征 ， 形成岩体 强 度脆弱带 ， 其抗剪性显著 降低 ， 就像 “ 邮票 的边界” 容易被剪断或撕 裂。采矿 主巷道方 向 2 4 5 。 平行 于岩层外倾方 向。长期断续 的采矿作用及大面积采 空区的存在改变了上部山体的应力状态， 造成山顶 拉应力集中 ， 山体开裂变形逐渐增大 ， 追踪近南北向 裂隙逐渐拉开成为西侧 的 自由边界。单纯 的岩溶 、 大气降雨作用一般 是时间缓慢 的、 规模小 型的。采 矿作用产生的“ 悬板张拉效应” 则是相对剧烈、 快速 和具有“ 激发性” 的。 5 山体 高 陡临空是 产生 崩塌 的重要 地形 条 件 ， 具备 自由空间才能使高位势能转化为动能并形 成强烈冲击作用 。 3 ． 2 山体滑移的视滑力 层状 山体 的变形破坏或发生显著位移一般都是 沿一个 明显的软弱界面或带进行 的， 最大下 滑作用 力一般沿着界面 带 的真倾角方 向， 即沿真倾 向发 生破坏作用。由于不同区域地 质作用 的复杂性、 地 质地貌环境的特殊性和人为改造作用 的不 同， 完全 意义上顺岩层真倾 向滑动破坏 的变形型式极少 ， 而 或多或少地发生偏离 ， 在视倾向方向发生破坏滑动。 滑动作用力 自然不是最 大的下滑力 ， 而是最大下滑 力在视倾 向方 向上 的分量 ， 作者称 之为 “ 视滑力 ” ， 并基于刚体极限平衡原理提出了“ 视滑力” 分析计 算方法 ， 可简单地定量研究这类破坏模式 ] 。 真倾向对应真倾角 ， 是唯一的， 最大下滑力及其 作用方 向也是 唯一的。视倾 向是在 1 8 0 。 范 围内变 化 的， 对应 的视滑 力作用 方 向也 在 1 8 0 。 范 围内变 化 。因此 ， 在层状岩体结构 的顺 向或斜 向斜坡滑移 式崩塌破坏研究 中， 视滑力作用 的提 出具有普遍意 义 。 3 ． 2 ． 1 视滑力计算原理 理论上 ， 沿真倾 向方向的下滑力最大 ， 其线密度 为 P 。 ， 而视倾 向上 的视 滑力线密度 P p 。 c o s 0 ， 是个 变量 图 3 。对于完整半空间 ， 下滑力 r 子 FJ P 0 c o s 0 d 0 2 p 0 1 一 于 而 F Ws i n O L 故 ， 真倾 向上的单位宽下滑力 ， 即线密度 s i n O L po 一 显然 ， 走向上的下滑力为零 。 ， 『 、 图 3 视滑力分析 图解 Fi g．3 S c h e me O I l s l i d i n g f o r c e a n a l y s i s i n a pp a r e n t d i p d i r e c t i o n J o u r n a l o fE n g i n e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报2 0 1 0 对于非完整半空间， 某扇形区域 A上的总视滑力 f c o s O d O J 即 Ws i n ．s i n／ 3 ， 、 - s i n T 2 式中， 为岩层真倾角 。 ； 0 为真倾向与视倾向在 滑面投影夹角 。 ； 卢 、 y为某扇形 区域的视倾角范 围 。 ； W为危岩体重量 t 。 3 ． 2 ． 2 鸡尾 山危岩体滑移的视滑力 考虑到确定块体的均一性， 可以把鸡尾山危岩 体作为一个整体考虑。当滑动软层确定 ， 危岩体 的 重量、 底滑面的产状和各界面的岩石力学参数确定 时 ， 则视滑力的变化主要取决于岩层视倾 向与真倾 向之间的夹角 0 ， 危 岩体 沿某 视倾 向范 围的“ 视 滑 力” 是关于 0的数学积分。 使用公式 2 可以恢复鸡尾 山崩塌前危岩体受 到的作用力系。根据危岩体的空间几何特征和各个 作用力的方向， 可以做 出鸡尾 山危岩体立体几何 和 平面力系作用矢量图解 图 4 ， 图 5 。 图4 鸡尾山危岩体立体几何与受力图解 F i g 4 S o l i d g e o me t r y o f J i we i s h a n d a n g e r o u s r o c k b o d y a n d b e a ti n gf o r c e s i n i t 1 沿视倾向向外的“ 视滑力” 是沿真倾 向的下 滑力关于 0 在 1 5 。 ～ 9 O 。 之间的积分 ， 计算出作用方 向为 N 2 4 。 E， 是指向山体外的。 外Ws i n a 1一s i n l 5 。 ／ 2 2 沿视倾 向向内的“ 视滑力 ” 是沿真倾 向的下 走向／7 5 * 图5 鸡尾山危岩体滑动的力系平衡图解 F i g ．5 E q u i l i b r i u m s c h e me a mo n g s l i d i n g f o r c e s y s t e m i n J i w e i s h a n d a n g e r o u s r o c k b o d y 滑力关于 0在一 9 0 。 ～l 5 。 之间的积分 ， 计算出作用方 向为 N 3 7 。 W， 是指向山体内的。 F 视 内Ws i n a 1s i n l 5 。 ／ 2 3 危岩体底界软层的抗滑力 F底抗 Wc o s at a n b 1A1 Cl 4 北部“ 楔形区” 西侧边界的抗滑力 F侧抗 F内正t a n b 2 2 C2 Ws i n a 1s i n l 5 。 c o s l 8 。 t a n b 2 ／ 2 A 2 5 北部“ 楔形区” 西侧边界的滑动力 F 侧 滑 F 视 内 s i n l 8 。 Ws i n a 1十s i n l 5 。 s i n l 8 ／ 2 式中， W r V r 为石灰岩平均容重 t m ； V为危岩体的 体积 m 。 ； 0 为岩层视倾向与真倾向之间的夹角 。 ； C 为危岩体底界面的内聚力 t m ； 为 危岩体底界面的内摩擦角 。 ； C 为“ 楔形区” 西边 界 的内聚力 t m ； 为“ 楔形 区” 西边界 的内 摩擦角 。 ； A 。 为危岩体底界面 滑床 面积 m ； A 为“ 楔形区” 西边界 滑壁 面积 m 。 根据危岩体的边界条件 ， F 视 外 是滑动的主要力 源。 内 的作用取决于脆弱带／面存在的状态与方 位 ， 既有推挤抗剪作用 F 俩 抗 ， 又有一定剪切滑移 作用 F 侧 滑 。F 底 抗的作用是被动的 ， 它随着滑动作 用的增大而增大 ， 直至达到所在软弱夹层的峰值抗 剪强度 、 C 值。降雨渗流软化与持续外滑作用逐 渐降低底界面的抗滑力， 使 、 C ， 成为残余值。 1 8 3 ， 刘传正 重庆武隆鸡尾 山危岩 体形成与崩塌成 因分析 F 侧 抗 与 F 侧 滑 作用 的北部 “ 楔形 区”西侧边界不 是一 个简单的界面， 而是一个裂隙化、 岩溶化脆弱带或称 “ 邮票边界 ” ， 其力学指标 、 C 是一个综合值 ， 不是 简单的岩块试验 能够确 定 的。 山体平衡 就体现 为 F 视 外、 F 侧 滑 与 F 底 抗、 F 侧 抗之问的力学平衡变化关系。 由于四者的方向不一致， 甚至随着危岩体的发展产 生变化 ， 力矩作用也在变化 ， 从而使危岩体显示滑 动兼有转动 的特征 。 考虑到只是为了说 明问题 ， 而不是防治工程设 计， 为了简化计算， 这里把力学的“ 矢量平衡” 近似 地按“ 标量平衡” 处理。由于危岩体 已经发生崩塌 ， 取刚体力学极限平衡状态， 令 F 底 抗 F 侧 抗 F 视 外 F 侧 滑 3 把 F 底 抗、 F 侧 抗与 F 视 外、 F 侧 滑的值代入 3 式 ， 并 取 0 c 2 1 。 ；r 2 ． 7 t ／ m ；V4 ． 8 0 X 1 0 m ； A 1 8 ． 1 5 1 0 m2；A2 1 ．6 3 1 0 r n ； t a n b 1 ； t a n b 2 ， 得到 1 2 0 9． 9 4 5 6 1 0 8 ． 1 5 1 0 C1- I-2 7 8 ． 0 51 9 l 0 1 ． 6 31 0 C 22 6 2 ． 4 7 4 11 0 4 考虑 到危岩体历经数 十年 的蠕动变形 并 已崩 塌 ， 参照 已有经验 ， 底界炭质页岩软弱夹层取残余强 度 7 。 ， 0 ． 1 2 2 8 ， C 4 t m～， 4 式可写成 2 7 8 ． 0 5 1 91 0 n21 ． 6 31 0 C 2 8 1 ． 2 9 2 81 0 5 考虑到北部 “ 楔形 区” 西侧边界岩体 被严重裂 隙化、 岩溶化“ 架空” ， 连结性差 ， A 断面是很不完整 的， 导致 、 C 值大为折减 。若取 C I t m～， 则 0． 28 6 5， 2 1 6。 底界面的 、 c 明显低于一般软弱夹层 的抗剪 强度指标。北部“ 楔形区” 西边界 的 则只有一般 石灰岩体垂直层理抗剪强度指标 的三分之一 ， 而 c 的值更低。说明前者是 “ 木桶 的短板” ， 后者是 “ 邮 票的边界 ” 。同时计算 出， 底界 面的抗 滑力 F 底 抗 1 8 1 ． 1 8 1 3 X 1 0 t ， “ 楔 形 区” 西 边 界 抗 剪 力 F 侧 抗 8 1 ． 2 9 2 8 1 0 t ， 前者远大于后者 ， 虽然前者的力学参 数选取 的很低 。实际上 ， 可能更高一些 ， 可能 更低一些 ， 也是 可 以接受 的。 当然 ， 当底界面倾 角 增大时， 、 C 会相应提高 ， 但 力学作用性质不 变 。 3 ． 3 鸡尾 山崩塌成因分析 当危岩体西侧、 南侧拉开之后， 抗滑作用主要源 于底界面和北部“ 楔形 区” 西侧边界 ， 二者共同构成 控制整体稳定的“ 关键界面” 。显而易见 ， 危岩体底 界软层是主要的抗滑力量。随着底界面抗滑作用逐 渐减小， 自然选择北部 “ 楔形区 ” 西侧最脆弱 、 结构 最不完整地 段产生类似于快速撕裂 “ 邮票边界 ” 的 效应。应该清楚认识 的是 ， 危岩体北部“ 楔形 区” 西 边界的抗剪 断 力是在向内的视滑力 F 柳 内 的推 动下产生的， 是作为危岩体整体的组成部分起作用 的 ， 并非作为一个单独的“ 关键块体” 起阻挡作用。 崩塌的危岩体是 一个 “ 大长板 ” 。崩塌危岩 体 的底界是滑 床或基座 ， 是软弱 带 ， 是完 整 的控制 性 的 ， 它的失效是危 岩体发生崩 塌的关 键。北 部“ 楔 形区” 西边界是滑壁 ， 初始时是脆弱带 ， 是推挤 压碎 带 ， 发生“ 邮票边界” 的撕裂后逐渐转化为剪断摩 阻 边界 ， 其阻挡作用是辅助性的。概略计算得 出， 前者 面积是后者“ 完整” 面积的 5倍 ；前者抗滑力是后者 的 2倍 以上， 且后者 尚不足以抵抗 F 视 内 在该 界面的 滑动力分量 F 侧 滑9 0 ． 3 3 5 5 1 0 t ；前者 向外 的视 滑力 F 视 外1 7 2 ． 1 3 8 7 1 0 t 也是后者边 界滑动力 的约 2倍 。因此 ， 后者不足 以成为阻挡整体滑移 的 “ 关键块体” [ ， 。 鸡尾山危岩体崩塌的成 因机理是 ， 东部陡崖 为 自由边界 ， 层状岩体南部和西侧沿裂隙追踪式张拉 与撕裂断开后 ， 在 向外的视滑力作用下 ， 危岩体逐渐 选择克服最适宜的底部 软层 “ 木桶 的短板 ” 的抗 滑作用 ， 随着底 部抗 滑力 的逐 渐减小 ， 北 部 “ 楔形 区” 西侧逐渐产生推挤 式压扭作用 ， 并沿裂隙化岩 溶化脆弱带 “ 邮票的边界” 剪断形成先滑后崩 ， 最 后跃下悬崖 ， 势能转化 为动能 ， 直冲而下 ， 形成散体 碎屑流冲击 。视滑力作用是鸡尾山危岩体克服底界 面摩阻力产生整体蠕滑和前缘推挤剪出 断 的主 要动力来源 ， 是大规模先滑后崩形成滑移式崩塌 的 内在驱动力 。当然 ， 在冲出发生时 ， 应有部分残余应 变能或变形能积累 的释放 ， 它形成危岩体剪出或跃 下的初速度 。 鸡尾山危岩体本身的成因则是复杂的。一般在 层状原生构造和岩溶作用等纯 自然因素作用下 ， 自 然陡坡演化会产生断续 的、 缓慢 的崩塌或小规模 先 滑后崩， 且是一个长期的作用过程。陡崖带小规模 错落式崩塌是其 因， 也是其果 ， 而不会出现大规模滑 移式崩塌 ， 除非地震或人类外力作用足够强烈 、 影响 范 围足够大 。因为 ， 层状岩体 向外 的视滑力能够 克 服某软弱层面的抗剪阻力引起滑移 ， 但一般不 足以 造成大规模的山体拉裂。危岩体的抗拉强度取决于 岩石完整性 、 原生节理和后期岩溶化程度 ， 岩体拉裂 J o u r n a l o fE n g i n e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报 t 2 0 1 0 也一般追踪裂隙和岩溶作用造就的岩体强度脆弱带 逐渐发展。因此， 鸡尾山危岩体南侧和西侧拉裂边 界的形成与山下长时期、 大面积铁矿采空 区产生的 “ 悬板张拉效应” 的关系 自然是不能忽略的。 4 采矿引发山体开裂崩滑类比分析 山下铁矿开采对于鸡尾山危岩体的形成与崩滑 作用是一个难以回避的问题。鉴于鸡尾山铁矿地下 井巷被掩埋 ， 相关资料几乎完全缺乏 ， 有关资料只提 到5号井巷 内铁轨 出现变形现象 J 。这里采用类 比 分析方法作一判断。 关于高陡临空地形条件下深部采矿的影响是个 复杂问题 ， 它涉及上部岩体厚度 、 岩层组合 、 裂隙化 岩体抗拉强度、 物理／ 水理／ 力学性质 、 矿层产状、 采 矿位置、 采矿深度、 采矿高度、 采矿工艺、 顶板管理、 采矿方式、 采矿速度、 采空面积和悬顶时间以及所处 地质环境等 ’ “ ’ J 。 表 1给出了相似地形条件下地下采矿空区影响 高 度 和 山 体 开 裂 深 度 或 崩 滑 体 高 度 的统 计 数 据 【 6 引。在这些事例 中， 有开裂到一定深度就发生 崩滑或崩塌破坏灾害的 湖北远安盐池河、 重庆巫 溪中阳村、 重庆武隆鸡冠岭和重庆武隆鸡尾山 ， 也 有形成危岩体而不断发展而被人为控制的 湖北秭 归链子崖、 陕西韩城坑 口电厂、 湖北黄石板岩山 或 等待治理的 贵州盘县朝 阳村 。至于危岩体的形 成时间、 规模大小和发展结局 ， 既取决于岩体结构 ， 更取决于采空作用。例如， 链子崖危岩体从下至上 拥有一系列软层， 它们分别构成不同规模危岩体的 底界面， 其中， R ∞ 。 煤层采空区 关系到整体 2 5 0 1 0 m。 稳 定、 R 撇控 制 “ 五万 方 ” 、 R 。 控制 “ 五 千 方” 、 R 柏 ， 控制表层整体 ， R 埘控制“ 七千方” 等 ] 。 这些实例中的采矿空区普遍存在地表水渗入、 “ 黄泥” 沉积、 顶板下沉、 爆裂 岩爆 、 木支撑压断或 扭转、 衬砌片帮或开裂和底板隆起等高地压、 大变形 现象。此次鸡尾山铁矿采空区对二叠纪石灰岩影响 高度 2 1 0 m， 开裂滑移剪出深度 6 0 m。因此 ， 鸡尾 山 铁矿采空区也是应该存在类似的地压反应和变形现 象 的。 一 般在高陡临空地形条件和地下采空区面积足 够大的情况下 ， 采矿影 响高度主要取决于上覆岩层 的综合抗拉强度和岩层产状。当存在竖直的贯通性 裂隙／ 节理或断层构造时 ， 山体的综合抗拉强度将急 剧降低 ， 采空区的“ 悬板张拉效应 ” 可直达 山顶 ， 并 在山顶形成最大作用力。据统计 ， 高陡临空地形条 件下山体开裂的发生发展一般滞后于地下矿山开采 时间 1 0～ 2 0 a ， 个别可达 3 0 a ， 最短不超过 5 a ， 甚至更 短 ’ ” 。这种高陡 临空地形条件 下采矿对 山体 稳 定性影响的评价预测采用 “ 三下” 采煤的有关规定 并不是很合适的 。 地下开采活动会改变上覆山体的应力场状态 ， 从而影响其整体稳定性。综合分析发现 ， 采矿引发 山体开裂形成危岩体或崩滑地质灾害主要取决于三 个 因素 1 在地形上高陡临空， 地表相对高度一般大 于 5 0 m， 具备开裂倾倒或发生大规模滑移崩塌的 自 由空 间。 2 一般发生在厚层状沉积岩 ， 特别是碳酸盐 岩地层 中。层状岩体结构具备地质历史过程中形成 的贯通性竖直节理体系乃至断层。 3 山体崖脚 或地下存 在着平行 于岩层 的矿 层 ， 一般具有小规模且持久的采矿历史 ， 形成了一定 范围的采矿空区。 这些因素的综合作用体现为地下采空区在 山顶 造成的“ 悬板 张拉效应” 。高陡临空与大面积采空 是形成“ 悬板” 的两个根本 因素。没有高陡临空 ， 就 表 1 山体 开裂崩滑与地 下采矿的关 系 T a b l e l Ro c k b o d y f a i l u r e s O r s l i d i n g a n d u n d e r g r o u n d mi n i n g l 8 3 刘传正 重庆武隆鸡尾 山危岩体 形成与崩塌成 因分析 没有变形 开裂位移 的空 间；没 有矿层采 空 ， “ 厚板 状” 岩体就不能“ 悬” 起来。岩体内节理或断层切割 是岩体易于拉裂张开 的内在 因素 ， 它与前两者共 同 孕育了大规模危岩体的形成。因此， 高陡临空地形 条件下层状岩体地下大面积矿层采空产生的“ 悬板 张拉效应” 是导致 山体地表开裂倾倒 乃至发展形成 崩滑灾害等“ 链式反应 ” 动态过程的起 因。 可 以认 为 ， 鸡尾 山大规模开裂形成危岩体是起 源于其山下大面积的铁矿采空产生 的“ 悬板张拉效 应 ”。 5 结论与问题 5 ． 1 基本结论 综合现有事实 、 理论分析和类似实例 比较 ， 可以 得出鸡尾山危岩体形成与崩塌成因的基本认识 1 鸡尾山 山体层状地质 结构、 近南北 向和近 东西向裂隙组合以及软弱夹层的存在是 山体开裂滑 移的物质结构基础 。 2 地形上高陡临空 ， 山下铁矿 大面积采空形 成的“ 悬板张拉效应” ， 是鸡尾山山体拉裂形成大规 模危岩体的主要原因。 3 长期 的降雨渗流和岩溶作用使软层强度弱 化 、 裂隙带扩大是层状 山体易于拉开 的前提。岩层 部分外倾造就的视滑力是逐渐