易縣橋家河鄉杏樹臺村危巖體崩塌災害特征分析

劉其龍，焦子軍，湯滿興，李偉光

（河北省地礦局第四水文工程地質大隊，河北滄州061000）

易縣橋家河鄉杏樹臺村危巖體崩塌災害特征分析

劉其龍*，焦子軍，湯滿興，李偉光

（河北省地礦局第四水文工程地質大隊，河北滄州061000）

易縣地處河北省西部太行山東麓，在地質構造、地層巖性、地形地貌、氣象水文等多種自然因素和人為因素的綜合作用下，形成了不同程度的地質災害或地質災害隱患。其中，橋家河鄉杏樹臺村北部山體就是此地區的典型代表之一。本工作在實地考查該區域地質環境特征的基礎上，確定了巖體崩塌的分布范圍、規模以及變形特征；通過物理和力學實驗，并結合各地質層的工程地質特性，標定了主要巖層材料的力學特性；進而對斜坡上典型巖體進行了穩定性分析與評價，為該地區此類地質災害治理的可行性研究和工程設計提供依據。

地質災害；巖體崩塌；影響因素；穩定性分析與評價

本工作研究區域位于河北省西部太行山東麓，地貌形態為低山地貌，山腳海拔高度620m，山頂海拔1035m，南北向坡形按坡度形態可分上（緩）、中（陡）、下（緩）3級，上窄下寬，下部受兩側山脊影響略呈簸箕形狀，其間發育2條北東—南、北西—南西向弧形沖溝。山坡表層巖體裸露，風化破碎、切割嚴重，覆蓋少，植被不發育。

地層巖性方面，易縣境內地層主要有太古界阜平群片麻巖、元古界長城系白云巖和新生界第四系河相沉積層，其出露面積分別占全縣面積的25.2%、35%和23%。地質構造方面，主要由前元古代阜平—呂梁時期和中生代燕山期兩次大規模的地殼運動而形成的，其中燕山運動最為強烈。由阜平—呂梁運動在西部以強烈的褶皺造山運動為主，在東部以褶皺為主，斷裂為輔，并伴有區域巖層變質和巖漿活動。褶皺主要發育在元古界地層中，斷裂大部被脈巖充填。燕山運動在西部以大規模的斷裂為主，伴有大規模的巖漿活動及地層褶皺，在東部產生強烈的褶皺、斷裂構造，使境內前中生代地層支離破碎，并伴有火山噴發和多次巖漿侵入。新生代喜馬拉雅運動主要表現為地殼上升，遭受剝蝕，使河床下蝕，致使現代河床比中生代舊河床低于10m以上，從而奠定了境內地質構造的面貌，使西部成為太行山隆起區北端的一部分，東部成為華北平原坳陷區的邊緣，區內地下水類型主要為裂隙水和孔隙水。裂隙水主要賦存于太古界阜平群片麻巖風化帶中，片麻巖風化裂隙發育，排泄滯緩。工作區內坡體下部溝谷中有泉眼出露。孔隙水主要賦存于溝谷間殘坡積土中，地下水補給以大氣降水入滲為主。地下水的運動，部分沿裂隙下滲補給地下水，再沿溝谷向山前徑流。除沿裂隙入滲外，部分降水以坡面低洼處匯集沿溝徑流，難以形成面流。

研究區域在上述地質構造、地層巖性、地形地貌等多種自然因素和人為因素的綜合作用下，形成了不同程度的地質災害或地質災害隱患。其中，橋家河鄉杏樹臺村北部山體在某一次強降雨作用下，以及隨后數天的降雨過程中發生部分危巖崩塌脫落的現象。為了消除地質災害隱患，確保人民生命財產的安全，本工作在實地考查的基礎上，確定了巖體崩塌的分布范圍、規模以及變形特征；標定了主要巖層材料的力學特性；對斜坡上的危巖體進行了分類以及穩定性分析與評價，為該地區此類地質災害治理的可行性研究和工程設計提供依據。

1　巖層材料的物理力學性質

橋家河鄉杏樹臺村位于巖漿巖帶西部，基巖為太古界阜平群片麻巖，在區內普遍出露，第四系松散堆積主要處于半坡低洼地帶及坡腳形，根據巖性分布特征及物理力學性質，將其劃分為礫砂和片麻巖2個工程地質層，對2個地質層分別采樣，進行物理力學實驗，結合各工程地質層的工程地質特性，參照地區經驗，得到地質參數，如表1所示。

表1　地質材料物理力學性能參數

2　危巖形成機制及破壞方式分析

崩塌是在特定的自然條件下形成的。地形地貌、地層巖性和地質構造是崩塌的物質基礎；降雨、地震、風化作用、人類活動對崩塌的形成和發展起著重要作用。工作區危巖體的形成主要有2類，一種是原巖位于陡峻山坡上，裂隙發育，在差異風化作用下，形成了部分巖體的突出，風化的加重，在雨水切割、凍融等作用下，形成與母巖聯接脆弱的危巖體，如遇暴雨或地震，不穩定危巖體將發生向下滾落。在重力作用下，掉落的巖體在坡面上滑動，跳躍，如巖塊形狀趨于圓形，在較長的運行距離、較高的落差下，下落速度很快，形成較大的沖積力，將給山坡坡腳處的居民房屋造成極大的危險和破壞。另一種是早期滾落的巖石在運動過程中，受各種條件影響，堆積在半坡上，底部承載物質為松散的堆積物，在重力作用和承托作用下處于靜力平衡狀態，如遇暴雨或地震，底部承載物質發生蠕動、雨水沖刷下滑或破壞，平衡狀態將被打破，危巖在重力作用下重新啟動向下的動力，再次進入運動狀態，對下部民居構成威脅和破壞。根據對工作區內崩塌危巖總體形態、發育規模、基底和底界層特征及空間分布特征分析，危巖體失穩方式主要有3種，即墜落式、傾倒式和滑塌式。

（1）墜落式：受裂隙切割和下部巖腔影響，高懸于陡巖上端和巖腔頂部的危巖體，隨卸荷裂隙不斷加深加寬，一旦裂隙發育切割整個危巖體，使其脫離母體，危巖在重力作用下從母體突然脫離失穩產生崩塌，如圖1所示。

（2）傾倒式：巖體基座的差異風化和裂隙的切割使危巖體局部懸空，危巖體底界臨空條件好，在變形破壞時，危巖體的頂部首先脫離母體，然后沿基座支點轉動，從而發生傾倒式破壞，如圖2所示。

（3）滑移式：危巖體本身已經與母體脫離，受下部巖層支撐。一旦下部巖層受外部作用失去支撐力，上部巖體將發生向下滑移、滾落。如圖3所示。

圖1　墜落式危巖體

圖2　傾倒式危巖體

圖3　滑移式危巖體

3　危巖穩定性分析及評價

3.1危巖穩定性分析模型

在本次勘查過程中，進行了現場坡體整體穩定性勘查、分析、評價、判斷，山坡整體處于基本穩定狀態，因此穩定性計算中以典型不穩定塊體或可能失穩崩落的塊石為計算目標，而不考慮發育這些碎塊體的母巖（或危巖帶）本身整體的穩定性。根據相關規范［1］，危巖崩塌按現狀、暴雨和地震3種工況條件進行穩定性評價，各工況條件下的荷載組合為：工況1——危巖自重；工況2——危巖自重+暴雨；工況3——危巖自重+地震。根據危巖體的受力情況及最可能的破壞形式，在野外調查和室內定性分析的基礎上，對危巖分別采用傾倒式模型、滑移式模型和墜落式模型進行計算評價［2-4］。

傾倒式穩定性計算，模型見圖4。

圖4　傾倒式危巖計算模型

計算公式為：

式中：F——危巖穩定性系數；

flk——危巖體抗拉強度標準值，kPa，根據巖石的抗拉強度標準值乘以0.4的折減系數確定；

H——后緣裂隙上端到未貫通段的下端的垂直距離，m；

h——后緣裂隙深度，m；

hw——后緣裂隙充水高度，m；

β——后緣裂隙傾角，（°）；

W——危巖體自重，kN/m；

a——危巖體重心到傾覆點的水平距離，m；

b——后緣裂隙未貫通段下端到傾覆點之間的水平距離，m；

V——后緣裂隙水壓力，kN/m，V=rw·h2w/2；

rw——水的重度，取10kN/m3；

Q——地震力，kN/m，Q=ξW，其方向可視為水平；ξ為地震系數，本工程取0.10；

h0——危巖體重心到倒覆點的垂直距離，m。滑移式穩定性計算，模型見圖5。

圖5　滑移式危巖計算模型

計算公式為：

式中：c——后緣裂隙粘聚力標準值，kPa；

φ——后緣裂隙內摩擦角標準值，（°）；當裂隙未貫通時，取貫通段和未貫通段內摩擦角標準值按長度加權的加權平均值，未貫通段內摩擦角標準值取巖石內摩擦角標準值的0.95倍；

α——滑面傾角，（°）；

l——滑面長度，m；

U——滑面水壓力，U=rw·l·hw/2；

其他符號含義同式（1）。

墜落式穩定性計算，模型見圖6。

圖6　墜落式危巖計算模型

計算公式按下列二式計算，穩定性系數取2種計算結果中的較小值：

式中：ζ——危巖抗彎力矩計算系數，依據潛在破壞面形態取值，一般可取1/12～1/6，當潛在破壞面為矩形時可取1/6；

a0——危巖體重心到潛在破壞面的水平距離，m；

b0——危巖體重心到潛在破壞面形心的鉛垂距離，m；

其他符號含義同式（1）、式（2）。

3.2穩定性評價標準

根據危巖體的危害對象，按《滑坡防治工程設計與施工技術規范》DZ/T0219-2006中的防治工程分級標準，該危巖治理工程等級劃分為3級［1］。穩定性評價標準見表2。

表2　危巖穩定狀態評價標準

3.3穩定性評價結果

本工作中選取研究區域中部主坡體上的6塊危巖體進行研究，危巖體特征說明見表3，穩定性計算結果見表4。

表3　危巖體基本特征匯總表

以上穩定性分析和計算結果表明：各危巖體現狀處于基本穩定狀態，但是在暴雨、地震等狀態下處于欠穩定—不穩定狀態，而危巖體崩塌會對斜坡前緣居民房屋及部分耕地會造成潛在威脅，對其進行工程治理是必要的和急迫的。

4　結論

本工作在對河北省易縣橋家河鄉杏樹臺村北部山體進行實地考察的基礎上，確定了坡體危巖的分布范圍、規模以及變形特征，對斜坡上的危巖體進行了分類以及穩定性分析與評價，分析結果表明：各危巖體現狀仍處于基本穩定狀態，但是在暴雨、地震等災害的誘發下，會變為欠穩定乃至不穩定狀態，因此，必須對此類危巖體進行必要的工程治理，以防止災害事故的發生。本文工作也為該地區此類地質災害的調查、研究和治理工作提供了依據和參照。

表4　危巖體穩定性等級定量分析評價表

［1］DZ/T0219-2006滑坡防治工程設計與施工技術規范［S］.

［2］涂懷奎.中國地質災害類型及其分布特征［J］.礦產與地質，2000，14（2）.

［3］陶連金，黃潤秋，許強，等.地質災害過程模擬和過程控制研究［M］.北京：科學出版社，2002.

［4］焦子軍，湯滿興.易縣橋家河鄉杏樹臺村崩塌勘察報告［R］.2013.

P642.21

A

1004-5716（2016）10-0141-04

2015-10-28

2015-11-02

劉其龍（1973-），男（漢族），河北滄州人，工程師，現從事巖土工程、地質災害治理等工作。