淺談廣西碳酸鹽巖山區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害成因及防治方案

周智慧

（廣西地礦建設(shè)集團(tuán)有限公司 530023）

淺談廣西碳酸鹽巖山區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害成因及防治方案

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碳酸鹽巖在廣西分布范圍占全區(qū)面積40.72%，危巖是廣西碳酸鹽巖山區(qū)頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害之一。本文從碳酸鹽山區(qū)危巖的成因、破壞模式等作淺要分析，簡(jiǎn)單概括危巖地質(zhì)災(zāi)害的防治方案。

危巖成因；破壞模式；防治方案

引言

危巖地質(zhì)災(zāi)害具分布廣、隱蔽性、突發(fā)性和破壞性強(qiáng)，監(jiān)測(cè)和防治難度大的特點(diǎn)。根據(jù)各縣市國(guó)土資源局管理部門(mén)不完全統(tǒng)計(jì)，危巖地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)在廣西碳酸鹽山區(qū)分布數(shù)以萬(wàn)計(jì)，災(zāi)害給當(dāng)?shù)鼐用瘛⒔煌ň€(xiàn)路、學(xué)校等造成了嚴(yán)重威脅和損害，危巖災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失呈上升趨勢(shì)。筆者通過(guò)多年從事危巖地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)，危巖防治工程勘查、設(shè)計(jì)積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從危巖的成因、破壞模式等作簡(jiǎn)要分析論述，對(duì)危巖地質(zhì)災(zāi)害的防治談?wù)剛€(gè)人淺見(jiàn)，旨在拋磚引玉。

1 危巖的基本概念

危巖是指陡坡或陡崖上被裂隙分割可能離開(kāi)母巖崩落的巖體。陡坡或陡崖上的危巖可以由單個(gè)或多個(gè)危巖體組成，巖體在受兩組或兩組以上節(jié)理裂隙相互切割形成趨于脫離母巖的巖塊，與母巖完全分離的為孤石，危巖在自重、降雨、爆破震動(dòng)或地震等因素作用下，發(fā)生滑移、傾倒、墜落的現(xiàn)象。

2 危巖形成機(jī)制及影響因素

2.1 成因機(jī)制

碳酸鹽山區(qū)危巖的形成是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和后期的內(nèi)外營(yíng)力長(zhǎng)期作用的結(jié)果。一方面巖體受斷裂構(gòu)造擠壓、張扭作用，巖體受兩組或兩組以上的裂隙相互交割，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。另一方面在長(zhǎng)期溶蝕風(fēng)化及自重作用下，致使巖體卸荷回彈，發(fā)生拉裂、變形，隨著變形時(shí)間增長(zhǎng)，張裂隙逐漸向深部擴(kuò)展、延伸，當(dāng)切割巖體的裂隙貫通后，局部巖塊脫離母巖，在外界因素作用下巖塊向臨空面發(fā)生傾斜，最終形成危巖。

2.2 影響因素

危巖是地質(zhì)構(gòu)造、巖體風(fēng)化及卸荷等共同作用的產(chǎn)物，其形成條件和影響因素很多，地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造是危巖形成的內(nèi)在條件，大氣降水、生物作用和人類(lèi)工程活動(dòng)是危巖形成和發(fā)展的重要因素。

（1）地形地貌危巖一般發(fā)育于巖溶峰叢地貌的斜坡或陡崖上，地形陡峻，陡崖作為危巖形成的基本條件之一，一方面促進(jìn)了裂隙的發(fā)展；另一方面陡崖或陡坡加大了危巖崩塌產(chǎn)生的破壞力。

（2）地層巖性危巖在廣西碳酸鹽山區(qū)發(fā)育的地層主要為泥盆系至三疊系，其巖性由灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r，硅質(zhì)灰?guī)r等組成，巖溶中等～強(qiáng)烈發(fā)育。

（3）地質(zhì)構(gòu)造危巖在受斷裂構(gòu)造帶的擠壓、張扭影響，巖體受兩組或兩組以上的節(jié)理裂隙相互交割，被分割成不同規(guī)模的塊體，局部破碎，完整性差，這為危巖及崩塌的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。

柳江帶給柳州最重要的，也是柳州現(xiàn)在得以立足的，便是工業(yè)化。談及柳州，便免不了“工業(yè)重鎮(zhèn)”的標(biāo)簽。水抱城流，山清水秀的柳州，其工業(yè)經(jīng)濟(jì)總量占到了廣西全區(qū)的1/8，是全國(guó)唯一一座擁有一汽、東風(fēng)、上汽和重汽四大汽車(chē)集團(tuán)整車(chē)生產(chǎn)企業(yè)的城市。是名副其實(shí)的西南地區(qū)工業(yè)重鎮(zhèn)。

（4）大氣降水危巖節(jié)理裂隙發(fā)育，貫通性好，大氣降水滲入裂隙內(nèi)，溶解可溶物質(zhì)，加速了裂隙的擴(kuò)展與貫通；暴雨期，雨水沿裂隙滲入巖體，不僅降低了巖體裂隙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，而且還產(chǎn)生暫時(shí)性水壓效應(yīng)，促進(jìn)危巖體崩塌。

（5）生物作用斜坡或陡崖植被發(fā)育，長(zhǎng)有小灌木，樹(shù)根對(duì)危巖崩塌影響主要表現(xiàn)在兩方面：①生長(zhǎng)在巖體裂隙中的植物根系具有根劈作用，使裂隙加寬加深，使小的危巖塊體向坡外移動(dòng)，移距可達(dá)30～100mm。②灌木本身的重量加大了巖體的荷載，并向巖體傳遞風(fēng)的動(dòng)力荷載。

（6）人類(lèi)工程活動(dòng)表現(xiàn)為采石場(chǎng)炸山采石，修建民房、修建公路等對(duì)溶蝕山峰坡腳開(kāi)挖取石，局部陡坡底部形成凹腔。人類(lèi)工程活動(dòng)通常是誘發(fā)危巖體崩落的重要因素。

3 危巖的破壞模式

危巖分類(lèi)系統(tǒng)多樣，按危巖離開(kāi)母巖的方式，可將危巖破壞方式概化為滑移式、傾倒式和墜落式三類(lèi)。

（1）滑移式厚層狀灰?guī)r受地質(zhì)構(gòu)造作用的影響，在陡坡或陡崖上形成傾向與陡坡同向的結(jié)構(gòu)面或破碎帶，危巖在自重、動(dòng)水壓力等外因作用下，沿該結(jié)構(gòu)面或破碎帶滑移（圖1）。

（2）傾倒式陡坡或陡崖上的危巖由陡傾角傾向坡內(nèi)或垂向裂隙厚層狀灰?guī)r組成，在受自重、強(qiáng)爆破震動(dòng)或地震作用下，危巖重心發(fā)生外移，并向臨空面產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)傾倒塌落（圖2）。

（3）墜落式灰?guī)r陡坡或陡崖受人類(lèi)工程改造或坡壞，或長(zhǎng)期溶蝕作用下，底部形成凹腔，上部巖體在自重、強(qiáng)爆破震動(dòng)或地震作用下，沿未完全貫通溶蝕裂隙、節(jié)理裂隙面錯(cuò)斷塌落（圖3）。

圖1 滑移式危巖

圖2 傾倒式危巖

圖3 墜落式危巖

4 危巖的防治方案

危巖防治方法有多種，最常見(jiàn)的有爆破拆除法、加固法，防治方法主要有搬遷避讓。

（1）爆破拆除法爆破拆除可以通過(guò)動(dòng)態(tài)爆破、靜態(tài)破碎、鐵釬開(kāi)裂等方法進(jìn)行，由于爆破拆除會(huì)產(chǎn)生飛石、滾石，動(dòng)態(tài)爆破還會(huì)產(chǎn)生地震波、沖擊波，勢(shì)必會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生影響。爆破拆除法一般適用于危巖體破碎，施工過(guò)程易于控制危石崩落對(duì)周?chē)ㄖ铩⑿腥塑?chē)輛、居民點(diǎn)等敏感點(diǎn)的影響。故具體采用何種爆破方法，應(yīng)著重從安全方面考慮。

（2）加固法該方法以錨固、支撐為主，并配合攔石網(wǎng)、種植竹林，噴射混凝土護(hù)面，SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等使用。加固法適用于巖體相對(duì)完整、裂隙發(fā)育相對(duì)較弱的危巖體。該方法僅對(duì)現(xiàn)有的危巖體進(jìn)行了加固，卻難以查明危巖發(fā)育的具體深度及潛在的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，對(duì)整個(gè)陡坡或陡崖可以發(fā)生新的地質(zhì)災(zāi)害的可能性仍難以預(yù)測(cè)，達(dá)不到根治的目的。

（3）搬遷避讓即對(duì)危巖體下方或受危巖影響范圍的建（構(gòu)）物、居民、學(xué)校等進(jìn)行搬遷、繞道避讓?zhuān)⒔乖谖r體下方或受危巖影響范圍內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)。搬遷避讓具有安全可靠性大、可最大限度地杜絕財(cái)產(chǎn)、人身傷亡事故的發(fā)生，但搬遷避讓首期資金投入相對(duì)較大，實(shí)施有一定難度，存在一定的局限性。

5 應(yīng)用實(shí)例

以筆者在廣西碳酸鹽巖山區(qū)負(fù)責(zé)承擔(dān)完成的《憑祥市蓮塘新洞口附近危巖勘查報(bào)告》為例。

（1）危巖體特征危巖分布標(biāo)高268～283.5m，距民房、公路水平距離約20m，危巖體呈不規(guī)則狀，上凸下凹，底部臨空。危巖體高約15.5m、寬約7.2m、厚0.5～3.5m，中部較厚，向頂和底部逐漸變薄，體積約200m3。巖性為二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）白云質(zhì)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀為115°∠50°，主要受三組節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面切割，裂隙可見(jiàn)長(zhǎng)3～15m，寬1～3cm，個(gè)別裂隙張開(kāi)達(dá)10cm以上，發(fā)育間距3～5m，一般無(wú)充填物，裂隙并未完全相互貫通，危巖體部分斜靠在母巖上，尚受到母巖約束，但無(wú)基座巖體支撐（見(jiàn)圖4地質(zhì)剖面圖）。

（2）危巖成因?yàn)樾聵?gòu)造運(yùn)動(dòng)和后期的內(nèi)外營(yíng)力長(zhǎng)期作用的結(jié)果。一方面受一系列仰沖斷裂組成弧形狀斷裂影響，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖體受三組裂隙（產(chǎn)狀分別為：①65°∠70°；②310°∠70°；③25°∠70）的相互交割形成。人類(lèi)工程活動(dòng)主要為陡崖坡腳采石和建房，爆破、底部掏空式采石等是誘發(fā)危巖體崩落的主導(dǎo)因素。

（3）危巖的破壞模式和穩(wěn)定性分析

通過(guò)對(duì)陡崖上巖體受三組裂隙相互切形成的切割體在陡崖上的分布情況，裂隙貫通率，危巖體所在的陡崖底部因采石被掏空，危巖體呈懸掛狀態(tài)，危巖體尚受母巖的側(cè)向約束，但無(wú)基座巖體支撐。通過(guò)對(duì)危石力學(xué)分解得出經(jīng)過(guò)危巖體重心的鉛垂線(xiàn)與坡腳無(wú)相交點(diǎn)，即危巖體無(wú)基座巖體支撐，呈懸掛狀，確定其破壞形式為墜落式。危巖的穩(wěn)定性分析通過(guò)定性評(píng)價(jià)和定量分析相結(jié)合，定量分析采用赤平投影，結(jié)合《重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》（DB50/143-2003）中有關(guān)墜落式危巖破壞計(jì)算公式進(jìn)行，計(jì)算過(guò)程此處略。

圖4 地質(zhì)剖面圖

（4）防治方案

勘查報(bào)告對(duì)該危巖治理提出了兩種比較方案：①爆破拆除法，在清理表面浮石或破碎帶的基礎(chǔ)上，采用靜態(tài)爆破。②加固法，即對(duì)原采石場(chǎng)采坡后緣條帶狀破碎帶的巖塊清除后，對(duì)危巖體采用預(yù)應(yīng)力錨桿，外掛鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土進(jìn)行加固（見(jiàn)圖5～6）。

圖5 預(yù)應(yīng)力錨桿受力分析圖

圖6 錨孔分布示意圖

通過(guò)兩種治理方案從多角度比選，報(bào)告推薦采用“搬遷避讓+爆破拆除”的綜合防治方法，即先對(duì)陡崖下方危巖崩落可能危及的居民和民房進(jìn)行搬遷，然后采用靜態(tài)爆破對(duì)危巖體進(jìn)行拆除。該勘查報(bào)告經(jīng)地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)家組評(píng)審認(rèn)為，推薦方案具較強(qiáng)的針對(duì)性，符合該危巖治理?xiàng)l件，并建議國(guó)土管理部門(mén)采納推薦方案指導(dǎo)該危巖治理施工圖設(shè)計(jì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

碳酸鹽山區(qū)危巖的成因復(fù)雜多樣，其破壞方式在不同地質(zhì)條件下也不盡相同，危巖評(píng)價(jià)和防治方案較多，任何技術(shù)規(guī)范和方法都不是通用的。防治方案的最終選取應(yīng)在查明危巖所處的地質(zhì)環(huán)境條件、基本特征，防治要求和治理目標(biāo)的基礎(chǔ)上，滿(mǎn)足“安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理”原則。

[1]廣西壯族自治區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)工程地質(zhì)志.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1993.

[2]主編：劉傳正.地質(zhì)災(zāi)害勘查指南.2000，1.

[3]《重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》（DB50/143-2003）.

[4]《地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB50/5029-2004）.重慶市地方標(biāo)準(zhǔn).

[5]編寫(xiě)人：周智慧.《憑祥市蓮塘新洞口附近危巖勘查報(bào)告》.2010.

P642.2

A

1004-7344（2016）07-0170-02

2015-12-26