长江三峡链子崖危岩体概况.docx

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长江三峡链子崖危岩体概况

长江三峡链子崖危岩体概况

摘录自《长江三峡链子崖危岩体稳定分析》（天津大学水利水电工程专业李萍硕士论文）

第四章链子崖危岩体的发育特征

4.1长江三峡工程库区崩塌滑坡发育概况

长江三峡工程库区崩塌滑坡发育。

经历年调查，在1380km长的干流库岸和31条主要支流约1651km长的库岸，发现残体大于10×104m3的崩塌滑坡及危岩变形体共428个，总体积达276576.19×104m3；支流126个，体积145024×104m3。

今后，随着人类活动的不断加剧，三峡工程的蓄水和移民迁建地质工作的深入，崩塌滑坡的数量和体积还将增加。

长江三峡崩塌坡发育，崩、滑、流等地质灾害频繁。

长江三峡工程库区崩塌、滑坡的分布具有明显的地带性，主要受地层岩性、地质构造、河谷地貌和岸坡结构类型的控制。

地质构造对崩塌，滑坡的控制主要表现为：

多个构造体系交接复合部位、褶皱和断裂发育部位、紧密褶皱轴部及其转折部位、背斜倾伏端和向斜杨起端崩塌、滑坡较多。

崩塌、滑坡的分布，很大程度上决定于河谷段的顺向岸坡段，滑坡密集，如奉节的李家坝至故陵、云阳的大河沟至兴隆滩等段。

当河流横穿背斜峡谷时，崩塌、滑坡主要发生在背斜两翼，即峡谷的进、出口段，如兵书宝剑峡出口的新滩至庙河、巫峡出口的官渡口至作揖沱等段。

位于秭归县新滩滑坡对岸的链子崖危岩体（体积约314×104m3），近年变形活动持续不断。

逐年有加剧发展势头，存在发生大规模崩塌滑波的危险征兆。

若任其发展，一旦发生大规模崩塌滑坡灾害事件，我国的黄金水道——长江将有可能严重碍航，甚至断航，危及附近城镇居民生命财产安全，影响三峡工程建设和沿江地区国民经济的发展和社会稳定。

预报防灾重点首推链子崖危岩体和黄腊石滑坡。

4.2链子崖危岩体

链子崖危体位于长江西陵峡的兵书定剑峡出口处南岸，与北岸新滩滑坡隔江对峙，紧扼川江航道咽喉；下距正在兴建的三峡水利枢纽工程26.5km，上距秭归县城15.5km，地处西陵峡新滩崩塌、滑坡频发区。

历史上曾发生崩塌、滑坡14次。

1985年6月新滩滑坡将千年古镇新滩镇——摧毁入江，被迫停航12d。

列为重大地质灾害专项治理工程，现即完成危岩体防治工程任务。

4.2.1危岩区地质环境

4.2.1.1地层岩性

链子崖地段，自东至西依次出露志留系至二叠系地层，第四系松散堆积物仅在局部地段分布。

其中，志留系、泥盆系砂页岩构成猴子岭堆积层斜坡的滑床，堆积物为崩积块石；二叠系以厚层石灰岩为主，其间夹数十层薄层炭岩页岩，构成陡崖与危岩体；二叠系底部（马鞍段）1.6～4.2m厚的煤系地图4-2-1链子崖危岩体剖面图层组成危岩体的软弱基座；软基座下为石炭系黄龙灰岩。

4.2.1.2地质构造与地震

链子崖危岩区位于黄陵背斜西翼，地层呈单斜构造，挟持于北北东向仙女山和北北西向九湾溪两活动性断裂之间，构造裂隙发育。

频繁的微弱地震是本区的地震特点。

4.2.1.3水文地质

区内地下水主要有碳酸盐岩岩溶水和碎屑岩裂隙水两大类。

含水层与隔水层相间分布，构成多层状水文地质结构。

栖霞灰岩为强透水体。

地下水主要靠大气降水补给。

地表水顺裂缝下渗，以管道岩溶裂隙水为主。

链子崖地处鄂西暴雨区内，雨量充沛，具多久雨，暴雨的特点。

第四章链子崖危岩体的发育特征

4.3危岩体工程地质特征

4.3.1链子崖基本特征

链子崖地形陡峻，岩体软硬相间，主要由下二叠统坚硬栖霞灰岩夹薄层页岩组成，坐落于1．6～4．2m厚的马鞍山煤系软弱地层之上，岩层走向为北30°～50°东，倾向北西，倾角27°～35°。

崖体总体呈南北向展布，北宽南窄，南高北低，俯视长江，崖顶面向北西倾斜，分布高程为180～495m之间。

崖下东侧展布着与其平行的猴子岭斜坡；崖上西侧筲箕洼至雷劈石滑坡毗邻。

链子崖在长约700m、宽30～180m范围内发育有58条裂缝，将岩体切割成3个危岩区。

Ⅰ区——T0——T6缝危岩区：

位于链子崖南部，其南、西分别以T0和T6缝为界，北东侧临空，高约110m，底部以煤层为界，呈不规则菱形块体；南北向长220m，体积86.5×104m3。

T1、T2、T3、T4及T5缝组。

Ⅱ区——T7缝危岩区：

以T7缝切割出一南北向长50m，东西宽约5～15m、高73m的上宽下窄的楔形岩体体积约2×104m3，斜贴于陡崖之上。

Ⅲ区——T8——T12缝危岩区。

危岩区西以T12缝和F3断层为界，南以T8-1-1缝为界，东、北两面为陡崖，底部为马鞍山组煤系。

危岩体平面似扇形，北西向长约200m，北东向宽100m，陡崖高山60～90m，体积约226×104m3。

后者习惯称“5万方”危岩。

此外，受T11、T14、T15号缝围限的一表层滑移体俗称“7千方”滑体。

4.3.2岩体结构特征

链子崖危岩体由岩石块体、各种结构面（软弱夹层、裂隙、断层等）及块体之间的空隙、空区所组成。

其结构特征主要受地层岩性、地质构造和外动力因素所制约。

底部为煤层，其上为中厚层状灰岩夹岩干层薄层状炭质页岩，总体为二元结构。

危岩区内发育两个独立的岩溶系统。

危岩下煤层老采区内采空率为68%～90%，部分用矿渣回填。

4.3.3危岩体裂缝发育特征

裂缝是链子崖危岩的主要特征。

经多年详细勘察证实，链子崖危岩被58条裂缝肢解。

其中，规模较大的T0——T13号缝，长25～160m，张开宽0.1～5.2m，

表5-1软弱夹层特征表

切深49～148m,T1、T2、T3、T4、T5、T6、T8、T9、T11、T12等缝均下延至煤系的R001软层（表1-2-3）。

裂缝大我追踪构造结构面发育，如T6、T8、T9、T1缝，分别追踪F7、F26、F9、F3断层发育，T0——T5缝明显追踪构造裂隙呈“之”字形转析。

表5-2链子崖危岩体主要断层表

4.4危岩体形成机制

危岩体形成机制比较复杂，有地质与人类工程活动等多方面的影响因素，其中以追踪构造裂隙的崖壁卸荷开裂和崖下挖煤采空诱发的地面变形占主导地位。

（1）危岩体岩石上硬下软，底部由软弱煤系地层形成软基座。

在此岩层组合条下，底部煤系层及炭质页岩等软层在上覆岩体重力作用下，易产生塑性变形，并导致上部易产生脆性破裂的坚硬岩层开裂。

（2）危岩体裂缝的形成和发展，明显受构造的控制，主裂缝追踪断层和裂隙发育。

构造断裂的切割，为岩体形破坏提供了有利的边界条件。

（3）自第四纪以来，三峡地区整体抬升，江水迅速下切，形成高陡临空面，并在此过程中产生较强的卸荷作用，使坡体产生卸荷裂隙，且大多追踪构造面发育，逐渐形成地表裂缝。

（4）底部煤层采空是形成链子崖大规模山体开裂和变形的最大、最直接的原因。

其它还有水的作用、岩体的重力作用、江水掏蚀作用、地震作用、爆破振动作用和温差效应等内外营力作用等。

4.4.1危岩体防治工程方案和监测

危岩体防治工程包括：

（1）煤层采空区承重阻滑工程

（2）危岩体预应力锚索加固工程

（3）危岩体喷锚支护工程

（4）危岩体地表防排水工程

（5）防冲拦石坝工程

危岩体变形监测：

先后在链子崖危岩区选用了9种监测，即：

①岩体位移监测；②裂缝变形监测；③一号平硐位移监测；④裂缝变化自动记录监测；⑤岩体声发射活动监测；⑥地面倾斜监测；⑦地下水动态监测；⑧核桃背应力变化监测；⑨环境因素（降雨量、气温、长江水位）监测。

4.4.2危岩体变形特征

综上分析，链子崖危岩区裂缝及其分割岩体有以下变形特征[49]：

（1）T0—T6缝区变形规律是：

裂缝作相对张开、合拢、位错及不均匀下沉变化，南、西边界T2、T6张开，缝内充填物下沉；T2—T6缝北东侧岩体有下沉变化，并朝北东向（临空陡壁）累进位移，处于匀速变形向加速变形发展的状态，尤以T5-3—T6缝割裂岩体变形为甚，有率先倾倒崩塌之势。

（2）T8—T12缝区变形发展趋势是：

裂缝做相对张开、闭合、位错及下沉变化，T8缝以张开为主，T9缝闭合，T12缝位错、下沉，T15缝张开。

总体处于不均匀沉陷和局部蠕动滑移的匀速变形阶段。

近陡崖处地面与前缘的块体变形活跃；崖下PD1和PD6探硐内变化显示山压加强；前缘5万方危岩和7知方滑体宏观变形强烈，有向加速变形发展的趋势，抓住有利时机，及早防治，很有必要。

（3）从T5-3—T6缝间危岩和5万方危岩所处地质条件、地貌特征及变形迹象、位移速率、发展势态与崩塌历史综合分析，预测前者较后者先发生失稳破不。

但因后者临近江边，危害严重，事关重大，故应予高度重视。

（4）T7缝区危岩和雷劈石古滑坡有位移显示，但还不明显，有待继续观测。

核桃背山体处于稳定状态，对倾伏于其上的T8—T12缝危岩体起了支撑阻滑作危岩体变形的主要影响因素链子崖危岩区山体裂变形，有自然地质与人为活动等多主面的影响因素，如岩层组合、构造切割、临空卸荷、岩体重力、地震、大气降雨和挖煤采空、坑槽硐探、钻探、暴破震动等。

其中，以陡崖卸荷开裂和挖煤采空诱发的地面变形占主导地位。

链子崖地形、地质条件复杂，监测环境恶劣，现今岩体变形的主要影响因素是挖煤采空和不适当的人类工程活动（坑槽硐、钻探施工）以及雨水的作用。

摘录自:

岩石力学与工程学报1999.10.第18卷15期

长江三峡链子崖危岩体防治工程研究

刘传正张明霞（国土资源部环境地质研究所,北京）

1　引　言

链子崖危岩体位于长江三峡西陵峡段的南岸,与江北的新滩大滑坡（1985年6月12日发生）隔江对峙,下距三峡大坝27km。

该危岩体被发现于1964年,随后开始了长达近30年的勘察监测工作。

1992年,中国政府正式批准进行工程治理,1995年5月开工。

链子崖由南部的T0～6缝区（体积约8.0×105m3）,中部的T7缝区（体积约2×104m3）和北部的T8～T12缝区（体积约2.5×106m3）三部分组成,其崖顶尚有雷劈石古滑坡,崖东有猴子岭崩积体,崖西发育了鸡公岭座滑体（图1）。

T8～T12缝区是链子崖危岩体的主体部分,它紧临长江,成为直接威胁长江航运和三峡大坝安全的重大地质灾害,是工程防治的重点,也是我们研究的重点[1～4]。

2　危岩体地质特征

2.1　结构特征

链子崖危岩体T8～T12缝段东、北两面临空,均为高近百米的陡崖,东壁近南北向展布,北壁呈北西西向,与长江近于平行。

西部以T12缝为界靠在稳定山体核桃背上,南界是拉开的T8缝组,底界为煤层采空区。

二迭纪石灰岩构成链子崖的主体,其基座为石炭纪石灰岩。

危岩体为层状倾斜岩体,走向N40E,倾向310°,倾角30°。

使危岩体未发生滑移破坏的力有两个来源,一是其底部的煤层采空区（R001）的支撑,二是T12缝面的抵挡和摩阻作用（T12的产状N5°W∠65°）。

在竖向上,岩体被一系列软弱岩层所隔,起控制作用者自下而上依次编为R001,R202,R301和R401。

在南北方向上,岩体被T8-1-1,T8-1-2,T9和T11等一系列宽大裂缝所切割,裂缝宽度0.3～1.5m,深度150m左右,止于R001。

如以R001的界线作为恢复该山体原貌的标准界线,则从下到上各主要层面控制的岩体依次减少,即R202控制的范围已减少了约三分之一,R301控制的范围约减少二分之一,而R401控制的范围则减少了三分之二。

一个普遍的规律是:

R001,R202,R301和R401等控制的岩体,只在东和北两个方向发生崩滑破坏,即在真倾向与NE方向之间发生,且以正北方向为主,而非以真倾向为主,破坏的结果反映在岩体的东北部。

该岩体切割到煤层采空区（R001）的裂缝都是上宽下窄。

整个缝群呈东部撒开,西部收敛的“扫帚状”或“扇形”。

由于向南是上山方向,向西有核桃背阻挡,链子崖危岩体实现了向北的比较典型的“视滑力作用”,形成了今日的“扇形”开裂变形图象。

PD4平硐内的开裂落石说明,T12缝南端与T8缝的连接处已是拉应力作用区,且沿T8缝组整体都是拉应力作用区,其东段拉力作用较大（视滑力作用的表现形式）,裂缝开度较大;其西段拉力较小,裂缝开度也较小。

平面上,核桃背的抵挡抗滑作用是通过T12缝北段的摩阻约束来实现的,即较长的北段为压应力作用区,而较短的南段则是拉应力作用区。

2.2　煤层采空区（R001）

据历史文献记载和民间传说,链子崖危岩体底部的煤层开采约起于1542年（明嘉靖年间）,1967年政府禁采崖下煤矿,前后断续人工开采时间长达443a,其间多次停采又开采。

到1967年,采空区已遍布T8～T12缝区,其高度为1.5～8.m,平均约4m。

采空区之间和采空区与上部岩体开裂缝之间多是连通的,且山顶裂缝的展布范围和煤层采空区的分布是对应的。

降雨时,雨水沿裂缝进入采空区,并顺倾向流向采空区的最低处,汇集于水洞子（PD2附近,也是采空区与核桃背岩壁的相交处）向长江排泄。

链子崖煤层采空区是由煤渣填充区、煤渣与“黄泥”（灌入的雨水携带泥沙沉积而成）混合填充区和空顶区等多种区段组成。

在治理工程实施前的自然状态下,采空区的地压分布是中部高（PD6—PD1地段）,东西两侧低（PD2工区和PM工区）,其中,PD6、PD1地段顶板上的泥膜擦痕反映了危岩体沿压密的煤渣或“黄泥”顶面一直在碾压滑动,总体滑动方向指向北或北偏西（即指向长江）。

PD6、PD1地段和核桃背的共同支撑抗滑是链子崖危岩体尚未发生崩滑入江的根本原因。

在长江三峡水库蓄水和水位变动过程中,采空区的煤渣将会自行压缩,从而扩大空顶区面积;疏松但接顶的煤渣会压密而出现新的空顶区;较密实的煤渣在水的长期浸泡下也会进一步压密致使顶板下沉。

2.3　形变特性

1968～1998年的监测资料证明,链子崖T8～T12块体上的长大裂缝都是东端张开,西端闭合,在平面上呈反时针旋转运动,平均速率2mm/a,合成运动矢量方向为北或N6.5°W,这与该危岩体目前宏观的“扇形”破裂图象也是一致的。

PD1洞内由7个监测点组成130m长的顶板位移测线证明,从里向外,顶板的下沉速率依次增大,平均值为2～3mm/a,反映了煤层采空区在南北方向上仍有较强的悬板作用。

在煤层采空区施工开挖量过大的情况下,山顶T8缝的最大开裂速率可达10mm/月，且整个岩体呈现加速开裂变形迹象,说明整个岩体的稳定储备确实很低[4]。

3　危岩体变形机制与稳定性评价

3.1　开裂变形机制

从采空区的分布、变形开裂特点和近期监测资料可以分析出,链子崖具有南北方向的强悬板力学效应,东西方向的弱悬板力学效应,平面上以T12为支点（面）的反时针转动效应,是一种立体破坏模式[1,2]。

链子崖危岩体的形成与发展主要取决于3个因素:

（1）地形上向长江高陡临空,

（2）其底部大面积煤系采空,（3）地质结构上具备易于拉开的竖直节理或断层（如T9,T12等）。

高陡临空与大面积煤系采空是形成“悬板”或“悬臂梁”的两个根本因素。

没有高陡临空,就没有开裂位移的空间;没有煤系采空,岩体就不能被“悬”起来并处于拉张状态;节理体系或断层的切割,使岩体易于拉开。

长期的降雨、风化作用和江水侵蚀等因素则起了促进作用。

3.2　稳定性评价

根据破坏机制的分析,作者推导了相应的计算公式,对链子崖T8～T12块体进行了3方面的计算:

（1）采用极限平衡法（准三维）计算危岩体的抗滑稳定性,

（2）计算其倾倒稳定性，（3）计算其平面反时针转动力矩作用区的位置。

不考虑核桃背支撑抗滑作用情况下（二维或平面状态）,稳定系数K=0.901,岩体是不稳定的。

考虑核桃背的阻挡作用（准三维）,K=1.062,岩体处于临界稳定;迭加三峡水库蓄水作用（H=175m）,K=1.026,接近极限状态;迭加地震或蓄水与地震联合作用,K值分别为0.941和0.908,两种情况下岩体都会发生整体滑动失稳,治理工程必须从整体出发进行论证。

在自重或Ⅶ度地震作用下,T8～T12和T9～T12块体的倾覆稳定性系数F都大于1.5,说明二者都不会直接倾崩入江。

问题在于危岩体正在发生蠕变滑移和差异下沉,当滑移到一定程度,就可能出现难以整治的局面。

计算表明,当滑动面倾角达真倾角Α=30°以上时,发生倾覆的极限滑出距∃L即急剧减小。

所以,治理不但要防滑,更要防止危岩体北侧差异下沉过大。

链子崖的视滑力作用主要表现在T8缝东端与T12缝北端连线以北区段,滑移面为R001,转动轴心概化为T12缝北端。

向北方向视滑力矩综合作用点位置的计算可表示为一个数学积分公式,得出力臂L0=156.1m。

这个位置基本对应于T9前缘陡壁上的T10缝群破裂区,防止平面转动的加固工程应在此附近布置。

4　防治工程研究

4.1　工程方案

经反复研究比选,选定并实施的工程方案包括如下3个方面:

（1）综合工程措施

根据危岩体的变形特点,采用锚索加固临空面岩体和混凝土承重阻滑键（其接触顶底板处加锚杆）回填支撑煤层采空区,两项工程措施中均考虑了防腐蚀等技术性问题。

关于混凝土承重阻滑键对危岩体的承重抗滑和抗倾倒作用论证,受本文篇幅所限,作者将另撰文阐述。

（2）地表排水在危岩体山顶后山雷劈石古滑坡区修建排水沟,对T8～T12缝

区的裂缝进行混凝土盖板被覆,完善R301和R401软层露头处的排水沟,防止雨水灌入。

（3）地下排水在治理煤层采空区的混凝土键体内设计排水涵洞,随键体格架形成地下排水体系,预防地下水滞留加重对混凝土的侵蚀。

4.2工程量确定……；……；……；……。

4.3　工程布置

根据地质灾害防治工程设计原则，针对危岩体开裂变形破坏机制,链子崖防治工程的布置采用中间防御,两翼攻击的战略。

中间防御是在煤层采空区主要地段用混凝土承重阻滑键置换煤渣或空顶区,它是被动受力防御的工程方法,包括PD2,PD6,PD1和PM四个工区组成平面受力格架体系。

两翼攻击是在危岩体东西两端设计1#,2#和3#锚固工程区强化岩体的自身稳定性,且不扰动不破坏岩体的结构,预应力锚索工程是主动加力的工程方法。

1#锚固区（PT）穿过T12缝锚在核桃背上（锚固方向210°）。

2#和3#锚固区（Pb穿过煤层采空区锁定在黄龙灰岩上,锚固方向均为180°）,后二者以3#锚固区为主,2#锚固区起辅助作用（图2）。

混凝土键体工程分为4个工区,即PD2,PD6,PD1和PM工区,每个工区分为若干个工点,如PD61是PD6工区的工点之一,每个工点细分为施工单元。

工程开挖充分考虑了利用原勘探平硐作为施工主巷以减少开挖扰动。

考虑到键体格架的整体稳定,承重阻滑键的方向按4种情况进行布置。

第一种是顺岩层倾向,方位310°左右,PD6的大部分与PM工区属此类。

第二种是270°方位,PD1工区属于此类,它与第一种构成格架主体,这个方位利于在东部抗滑承压，第三种布置方位在270°～330°之间变动。

如PD64布置了宽达11m的键体,一是减少开挖扰动,适应地应力分布;二是增强键体自身抗倾倒、抗转动的稳定性,取得好的承压效果;三是加强崖脚（采空区外缘）的抗压抗滑力。

第四种情况是利用原有平硐PD2,PD6和PD1,以及新施工的PM01和PM02,在前三种情况下施工时，它们作为施工通道。

最后用高位置平硐处理低位置平硐,以保证平巷中的混凝土浇满,并接顶承压。

各方向的键体可构成一个格架体系,保证较好的整体性,形成一个完整的承压平面。

除PM02平巷预备作监测硐外,各工区均实现了下山充填,保证在混凝土自重作用下充满接顶,形成规整的承压键体。

目前,煤层采空区的键体工程已完成PD2工区、PD6工区和PD1工区以及PM工区的大部分,1999年上半年可以完成剩余部分。

已完成的锚固工程是危岩体西部穿过T12缝的

1#锚固区,共68根锚索,设计锚固力15.3×104kN,锁定锚固力6.9×104kN。

拟实施的锚固工程是:

2#锚固区,总锚固力4×104kN,锚索20根,单根吨位2000kN;3#锚固区,总锚固力12×104kN,锚索40根,单根吨位3000kN。

链子崖危岩体地质图

链子崖T8-T12缝区煤层采空区混凝土承重阻滑键与主要裂缝分布图

链子崖危岩体剖面图