危巖崩塌地質災害防治措施

廣東省地質災害應急搶險技術中心 廣東廣州 510000

摘要：地質崩塌災害突發性強、且危害性，給我國許多地區的經濟建設和人民生命財產的安全造成了嚴重威脅。為降低災害破壞性，本文介紹了崩塌地質災害的概念及種類，指出了其治理原則及方法，并研究了防治方法的安全性，最后提出了可行有效的工程應對措施，以期對崩塌地質災害治理做出一點借鑒和參考。

關鍵詞：崩塌；地質災害；防治；原則方法；工程；安全性；措施

我國地質條件復雜，山體眾多，加上大量的工程地質活動，導致地質環境惡化，以致各類地質災害不斷發生，直接威脅著人民生命財產的安全。對地質災害的防治既是經濟問題又是社會問題，關系到經濟發展和社會穩定，越來越受到黨和政府高度重視。由此可見，崩塌地質災害防治工作具有十分重要的現實意義。鑒于地質災害防治是一項復雜的系統工程，我們需要采取科學有效安全的措施進行防治。

1 崩塌地質災害的概念及種類

1.1 崩塌地質災害的概念

這里所說的崩塌地質災害主要指通常滑坡和崩塌中的崩塌地質災害。一般情況下崩塌多產生在陡峻的陡坡地段，坡度大于55°，高度大于30m以上，坡面多不平整，上陡下緩。從巖石性質及構造條件來說，只有堅硬巖才能組成高陡山坡，在這種條件下若巖體節理裂隙發育，巖石破碎易產生崩塌地質災害。從地質構造方面來看，當巖體各種軟弱結構面的組合情況處于以下情況時也易于發生崩塌地質災害：（1）當巖層傾向山坡，傾角大于45°而小于自然坡度時；（2）當巖層2組與山坡走向斜交的節理，組成傾向坡腳的楔形體時；（3）當巖層發育有多組節理，且一組節理傾向山坡，傾角為25°～65°時；（4）當節理面呈弧形彎曲的光滑面；（5）山坡上方有斷層破碎帶存在時。特別須要注意的是：強烈地震以及工程施工中的爆破作業、邊坡開挖的不當、雨季的地表水的沖刷匯集都易引發崩塌地質災害的發生。

1.2 崩塌地質災害的分類

1.2.1 失穩傾倒型崩塌

失穩傾倒型崩塌是典型的崩塌地質災害類型，失穩傾倒型崩塌的基本形式如圖1所示。

圖1 失穩傾倒型崩塌

自然狀態下所形成這一類危石理論上都是處于平衡狀態的，也就是通常說的安全系數大于或等于1。這一類危石失穩有幾種情況：（1）雨季雨水沖刷匯集使之失穩傾倒；（2）地震作用使之失穩傾倒；（3）雨季雨水沖刷匯集與地震聯合作用使之失穩傾倒。當然，也還可能巖石風化強度降低使之失穩傾倒。下面我們就以最不利組合雨季雨水沖刷匯集與地震聯合作用使之失穩傾倒進行研究，此時，危石所受力有3個：

（1）是危石本身重力G；

（2）是雨季危石后裂隙充水時產生靜水壓力T，其大小為T=zγh20（h0為裂隙中水的高度，γ為水的重度）；

（3）是地震產生的水平力F，其大小為F=（a為地震加速度，γ0為巖石天然重度，h為危石的高度，g為重力加速度）。

由此可見，危巖抗傾倒力矩為：

MR=Gb

裂隙充水和地震作用產生力矩：

MT=γh20+

崩塌體的抗傾覆穩定性系數K可按下式計算：

K>1表示巖體處于穩定狀態；K=1表示巖體處于臨界狀態；K<1的情況不存在表示危巖已經崩塌。

1.2.2 過載型壓裂崩塌

這類崩塌巖體下通常有一定厚度的軟弱巖體，常為斷層破碎帶、風化破碎巖體等。在風化和雨水作用下，這些軟弱巖石首先軟化。當上部巖體傳來的壓力大于軟弱巖層的無側限抗壓強度時，軟弱巖層被壓碎同時部分補擠出，發生鼓脹，上部巖石隨即發生下沉、移動，超過一定臨界量后突然發生崩塌。這類崩塌災害的評價可用下面的穩定系數來進行評價：

K=[σ壓]A/W

式中：W——上部巖體質量；

[σ壓]——O點附近軟巖的無側限抗壓強度；

A——上部巖體的底面積。

K>1表示巖體處于穩定狀態；K=1表示巖體處于臨界狀態；K<1的情況不存在表示危巖已經崩塌。

1.2.3 拉裂型崩塌

圖2 拉裂型崩塌

拉裂型崩塌如圖2所示，可以把突出的巖體當作懸臂梁看待，在AC面上承受最大的彎矩和剪力，AC面上半部分受拉下半部分受壓，由于巖石受壓強度遠大于受拉強度，我們只研究拉裂破壞的情況。在圖示情況，A點拉應力最大。在長期重力和風化作用下，A點應力一旦超過巖石的抗拉強度就會產生破壞的裂隙，隨著裂隙逐步擴大并向深部發展到一定時刻，上部懸出的巖體就會崩塌。這類崩塌的評估是看最大彎矩截面AC面上的拉應力是否超過巖石的抗拉強度，當AC面上尚未出現裂縫，則A點的拉應力為：

σ=

式中：M——AC面上的彎矩，M=b2γh；

I——AC面的慣性矩；

γ——巖石的重度。

在這種情況下穩定性系數可用下式計算：

如果A點處已有裂縫，裂縫深度為a，裂縫最低點為B，則截面BC上的慣性矩，，彎矩，M=b2rh；則B點所受的拉應力為：

K>1表示巖體處于穩定狀態；K=1表示巖體處于臨界狀態；K<1的情況不存在表示危巖已經拉斷崩塌。

需要注意的是，在實際工作中，情況往往要復雜得多，實際情況往往是上述分析的多種情況的組合，同時也不會是簡單軸心受拉壓的情況，極有可能是偏心情況，所受力就多出彎矩，相應力系也就復雜得多，這時就要分析哪種類型起主導作用，同時要考慮其它類型對主導類型的影響。

2 崩塌地質災害的防治原則及方法

崩塌地質災害的防治原則以根治為首選，這是因為根治是最徹底的治理方法，能做到一勞永逸，一次根治，永除后患。而根治最常用方法就是用爆破或工程的手段將災害隱患進行排除（或移除）。

除此之外，還可采用如下一些方法進行處理：

（1）支撐加固：一般適用于小型崩塌，就是在危巖下部修筑支柱（樁）、抗壓擋墻等；

（2）遮擋：適用于小型崩塌，這一方法主要就通行道路而言，可修筑明洞、棚硐等遮擋構筑物使鐵路或公路安全通過；

（3）設落石平臺：適用于中小型崩塌，當建筑物與坡腳有足夠距離時，可在坡腳或半坡設置落石平臺；

（4）設擋石墻、攔石網：適用于小型崩塌，就是在坡腳或半坡設擋石墻或攔石網，當前在高速公路或是鐵路被大量采用；

（5）錨固：就是利用錨桿、錨索對崩塌災害體進行錨固；

（6）刷坡：在可能產生崩塌災害的危石突出的山嘴以及巖層表面風化破碎不穩定的山坡地段，可以刷緩山坡減小崩塌的可能性；

（7）鑲補：適用于小型崩塌，對可能產生崩塌的巖體中的空洞、裂隙用片石填補，混凝土灌注；

（8）護面、排水：護面就是對易風化的軟弱巖層用瀝青、砂漿或漿砌片石等防水材料進行護面，排水就是設排水工程用以攔截疏導坡面地表水及地下水。

3 崩塌地質災害防治方法的安全性研究

下面我們以一工程實例來說明防治方法的安全性研究：

3.1 工程概況

某辦公樓后山為花崗巖，高山峽谷地形，地勢陡峭，巖石節理裂隙發育。如圖3所示。辦公樓地面標高為1330m，危石所處標高1455m，辦公樓地面距危石垂直高差約125m，危石距鄉政府辦公樓水平距離約85m，危石大小約為8m×6m×3m，在長期的雨水沖刷和風化剝離作用下，危石與后面巖體已經完全分離，屬于典型的失穩傾倒型和過載型壓裂崩塌復合地質災害隱患，該隱患嚴重威脅到該政府辦公樓、住宿區及相關住戶的安全，需要盡快將其清除。

圖3 危石示意圖

3.2 防治方法的選擇及研究

防治這類災害可選方法很多，但針對具體工程適用的方法卻不多，很適宜的方法就更少，就這一工程來說，支撐加固顯然不可能，因現場找不到合適支撐的地方。遮擋也不可行，需要保護的建筑范圍太大，加之遮擋也不是徹底解決問題的辦法，所以遮擋也不可行。設落石平臺在這一工程找不到合適的位置，故也不可用。設擋石墻、攔石網，一方面沒有合適的地點，加之也不是徹底解決問題的辦法，也不可行。錨固，施工無法進行，也無法采用。鑲補，在這一工程中還基本適用。但因治理不徹底，治理質量也不好評價，地方政府不同意采用這一方法。其它方法，刷坡、護面、排水明顯不適合這一工程。由此考量，結合我們多年研究的相關成果經驗，綜合目前國內外對危巖的處治方成功方法，在綜合考慮施工安全、施工工期、施工成本等因素的基礎上，決定采用一次性就地爆破破碎，向下自由塌落，由西向東多段微差起爆，再輔以人工清理的爆破處治方案。此方案最大優點就是一次治理，永除后患。這一方案也得到了地方政府的充分肯定。

3.3 地質災害爆破防治的安全問題

本次災害防治的安全問題主要表現在下例3方面：

（1）滾石難以控制。由前示意圖可見，危石處65m高的懸崖絕壁，之后是一32m長的41°陡坡，隨后是一8m高陡坎，隨后又是一68m的27°陡坡，爆破后滾石一旦形成，在自身重力作用下將加速滾動，滾落的方向將會朝勢能減小最大的方向，就當地地形來看滾石將呈扇形向下滾落，滾石滾落的方向范圍基本不可控，所以滾石難以控制。

（2）飛石不易控制。危石距鄉政府建筑群垂直高差約125m，水平距離約85m，爆破一旦產生飛石其危害將無法控制。

（3）危石處于高達65m的懸崖絕壁，施工條件極差，施工安全保障為一大難點。

3.4 防治方法安全性研究

崩塌地質災害防治方法的安全性研究主要從滾石和飛石2個方面的安全性進行研究。

3.4.1 防治所產生的滾石安全性分析研究

這一類地災處理，爆破后滾石一旦形成，如在光滑山坡上在自身重力作用下將加速滾動，滾落的方向將會朝勢能減小最大的方向，就當地地形來看滾石將呈扇形向下滾落，在實際滾落過程中，因山坡上還有一些灌木會阻擋滾石滾動，動能（1/2MV2，其中，M為滾石質量，V為滾石的速度）小的滾石就會被阻擋停留下來，而動能大的滾石沖破阻擋后在斜坡上又不斷獲得能量加速下行，如地形地貌無足夠緩沖或阻擋，其動能就會越來越大。而滾石滾落的方向、范圍依據地形實際基本不可控制，所以滾石難以控制。而其產生危害能力大小與滾石的動能成正比。滾石的動能與滾石質量及速度的平方成正比。也就是說，滾石的危害大小與滾石的大小與滾動速度成正比，在具體項目中滾石的速度取決于滾石的落差和坡度，落差、坡度大則速度大，反之則速度小。就是說具體某一項目，滾石的速度也是不可控制，所能控制的就是滾石的大小。

就崩塌地質災害防治方法的安全性，控制和減小滾石產生的危害就是將滾石的動能控制在一定的范圍，在確定防治方法及技術方案時，有效的方法就是控制滾石的大小，就這一項目來看，為保證爆破下來的巖石塊度比較小，減少滾石的動能，降低對下部建筑物及設施的威脅，炮眼采用梅花形布置。根據現場的施工情況，應盡量鉆鑿垂直炮眼，有利于降低勞動強度，提高鉆眼速度，縮短施工周期；若條件不允許，可采用上部打垂直眼，下部打水平或傾斜炮眼的綜合布孔方式。

根據研究的成果及經驗，保證爆破塊度均勻，且所產生的滾石大小符合要求，除控制炮眼的平面布置尺寸外，還需控制炮眼空間的裝藥間距，以達到控制滾石大小的目的。還需考慮提高裝藥系數，決定采用軸向炮泥間隔裝藥結構。

其炮孔參數：炮眼間距a=600mm，炮眼排距b=400mm，炮眼傾角α=90°，最小抵抗線W=500mm，炮眼深度L=2～4m。

通過以上的設計可確保滾石最大不超過300kg。從而保證災害防治的安全性。

3.4.2 防治所產生的飛石安全性研究

爆破危巖產生飛石是客觀存在和不可避免的，如何減小其危卻是我們需要研究的，我們可以把飛石簡化為平拋來進行研究。飛石距離等于拋出時的速度與在空中飛行的時間的乘積，在這一項目中飛石空中飛行時間約為2.5s（石塊作自由落體到達地面的時間）。由此推測，只要拋出時石塊速度達到34m/s，飛石就會落到鄉政府的辦公區。為減小飛石危害，我們研究通過微分化藥包的手段，使危巖體能破碎又不過度用藥形成較大的平拋速度，多年研究表明，在這一類爆破作業中，大塊石塊不會有較大的平拋速度，而在爆破瞬間，由于應力集中一些小塊會產生較大的平拋速度，而小塊飛石對建筑物的損壞一般較輕微，所以對飛石的安全性考慮我們認為主要是劃定人員撤離合理的警戒區。總之，通過合理的孔網參數、微分小炸藥包及合理微差爆破，在控制單位炸藥消耗量的前提下，使危巖充分破碎又不過分爆破形成以初速度較大的飛石，就能解決飛石的安全性問題。

4 崩塌地質災害防治的施工應對措施

對于危石處于高達65m的懸崖絕壁，施工條件極其困難，施工安全保障措施為一大難題。通過考察調研，當地產竹子，我們采取因地治宜的辦法，用竹子搭建作業平臺，作業平臺的搭建一定要支撐捆扎牢固，打眼作業因振動引起的松動要及時修復。實際施工時，因有了安全的作業平臺，布置了部分水平炮眼，優化了孔網參數，從而保證了爆破效果，也確保了施工的邊全。

通過以上的研究及采取的措施，本次地質災害的治理取得了圓滿成功，沒有遺留或造成次生的災害隱患，處理后的巖壁完整穩固。飛石完全控制在設計范圍。滾石僅有5塊200kg以內的石塊滾到鄉政府辦公樓后排水溝，其中一塊沖壞一間辦公室的一面墻，由于事先進行了人員撤離，沒有任何的人員傷亡。實踐證實研究和防治取得了圓滿成功。

5結束語

總之，地質崩塌災害，嚴重威脅著人類生命財產和安全，制約了地區的經濟建設和發展。對地質災害治理是利國利民的民生工程，我們必須予以充分的認識，引起足夠的重視，加大防治力度，避免崩塌地質災害的發生，減少不必要的人員傷亡和經濟損失，促進現代社會主義社會的和諧發展。

參考文獻：

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