安順北椅子山危巖形成機制與防治對策研究

蔡國升，陳志強，鐘焰梨

(貴州大學 國土資源部喀斯特環境與地質災害防治重點實驗室，貴陽 550025)

1 概 述

崩塌類地質災害是我國西南部山地地區常見的災害類型，崩塌的發生是受多種因素的影響而綜合導致的，其破壞模式大體分為以下幾種[1]：落式、傾倒式、滑移式。目前，對于各種不同的破壞類型均有對應的工程防治措施，比較常用的手段有被動網、主動網、錨定支護、嵌固等。因此，分析研究危巖的形成機制能夠為工程防治提供科學的理論依據。

2 危巖區工程地質條件

災害點屬于中亞熱帶高原型濕潤亞熱帶季風氣候區，雨量充沛，區內植被沿陡崖發育，植被長勢良好(主要為灌木叢)，危巖帶臨空面暴露地表，受風化作用強烈，局部陡崖一線及陡坡處的植被具有根劈作用，對危巖的穩定性產生負面影響。該點位于黔中山區麻山腹地，為典型巖溶地貌，以石灰巖峰叢山地為主，山脈縱橫交錯，地勢較為復雜，地表切割深，相對高差大，溝壑縱橫，山高坡陡， 溶蝕現象明顯，區內沒有泉水出露，降雨多靠地表水排泄，地下水不富足。南北兩側山高坡陡，多為陡斜坡和陡崖，最高高程為1 386.4 m，最低高程為1 146.7 m，最大相對高差約239.7 m；區內出露地層為第四系殘坡積層(Qdl+el)及崩塌堆積層(Qcol)，二疊系茅口組(P2m)。工作區內無大型斷裂發育，但受區域構造及溶蝕影響，風化、溶蝕、節理裂隙較發育[2]。根據對工作區節理裂隙調查統計，該區主要發育四組節理裂隙，發育密度為1～3條/m，最密處可達5條/m。其中，一、二組為卸荷裂隙，產狀為123°∠78°、140°∠85°，多傾向坡外，切割巖體成塊狀并形成明顯的外傾結構面，主要控制該區危巖體的危巖類型。三、四組為走向近垂直山體，產狀為350°∠60°、65°∠80°，與前兩組裂隙間互相切割，加劇了巖體的破碎程度，為危巖的形成及危巖創造了有利的條件，主要控制危巖體的塊體大小。另外，受植被根系劈裂作用影響，發育多級雜亂無章的節理裂隙。

3 危巖體特征

勘查區危巖體規模以小型為主，危巖體破壞模式以滑移式和傾倒式為主，危巖體巖性為灰色、淺灰色厚層塊狀灰巖，危巖體形狀多以連體狀、單體狀為主。其變形破壞與巖體風化破碎及植被根系劈裂作用具有較大聯系，同時受節理裂隙與巖層面影響，致使危巖體沿裂隙發育方向脫離母巖，形成危巖體。同時。其斜坡至緩坡處分布的松散零星崩塌堆積體，厚度在2.0 m以內。另外，其頂部有松散的孤石，呈塊狀，巖性為硬質灰巖，粒徑小于2.5 m，有可能發生滑移式 “滾動”危巖。該區段危巖體整體分布范圍較大，威脅對象主要為周邊的居民集中分布區，威脅對象較集中，危害性較大。從圖1、圖2中可以看出，危巖體受豎向節理與水平機理切割，穩定性較差。

圖1 危巖體全貌及陡崖

圖2 危巖體近照

4 危巖體形成機制研究

危巖體的變形破壞受多種因素的影響，如外傾結構面、地層巖性、節理裂隙發育情況、風化程度和外力作用等，但危巖體變形失穩的本質，不外乎結構面或巖體的剪切破壞，以及巖體的張拉破壞等，結構面或巖體抗剪強度不足引起危巖體變形破壞為墜落式或滑移式，巖體抗拉強度不足引起的危巖體變形破壞為傾倒式或拉裂式[3]。該點中的危巖單體及松散危巖堆積體，幾乎不存在支撐點位于破裂面外側的情況，或者危巖體內側陡傾節理裂隙距支撐點很遠而不可能使危巖體發生傾倒式破壞，而多以傾倒式和滑移式破壞為主[4]。

該危巖帶的形成機理是由于在垂直于地層走向方向上節理裂隙較發育，且平行于區域性的陡傾裂隙或外傾結構面，然后由于山體本身風化較破碎，植被較發育，受植被根系劈裂作用較強烈，同時受多組節理裂隙組合切割致使山體上巖體被分割成多個離散的單體，形成危巖體。同時還有該點危巖的誘發因素[5]：①水的作用。水是使危巖體失穩的重要因素，暴雨或持續降雨將造成危巖體及下伏巖組飽水，增大巖體的重度，降低巖土體的抗剪強度，導致危巖體的穩定性降低；同時靜動水壓力對坡體的穩定性影響很大，可能導致坡體的失穩破壞。②地層巖性。疊系茅口組灰巖灰色、淺灰色厚層塊狀灰巖長期遭受溶蝕、風化、剝落、卸荷、植被根系劈裂等作用，在長期雨水沖刷等地質作用下，巖體節理裂隙不斷發展、貫通，在自重和其它內外作用下對巖體產生脫離母巖的可能大于其巖體相對的黏結強度而產生危巖。

以下是該點失穩破壞的影響因素[6]：①地形地貌。危巖帶臨空面為多級陡崖，陡崖坡度多在65°以上，容易發生落石、掉塊等現象。②植被根系劈裂作用。山體植被較發育，且巖質堅硬、性脆，在植被生長過程中，根系劈裂作用致使形成多處大面積危巖分布，大大降低巖體的完整性，隨著時間推移，在垂直和水平方向繼續延伸發育，較硬巖體則容易發生破壞，有利于零星落石、掉快等的發生。③風化作用。危巖帶巖體巖性為厚層塊狀灰巖，質硬、性脆，雖抗風化能力較強，但在冷暖交替、溫差變化作用下巖石易受熱漲冷縮作用下，易于風化破碎，為危巖提供必要的物質基礎[7]。

5 危巖體穩定性分析

通過赤平投影圖分析危巖體的穩定性[8]，根據對區內節理裂隙的調查，結合危巖分布范圍、規模、風化程度、變形破壞特征、破壞模式及已經出現的變形破壞跡象，采用地質類比法對穩定性進行宏觀判斷。即利用赤平極射投影分析方法對邊坡的穩定性分段進行宏觀定性分析，按邊坡穩定分析理論來評價其穩定性，節理裂隙發育與巖體的關系見圖3。

圖3 結構面赤平極射投影圖

由圖3可知，結構面組合交線a、b、c傾向于邊坡坡面相同，且其傾角小于坡角，工作區危巖均處于不穩定狀態，可能沿組合交線方向發生危巖，圖3中afbe、ofad、ocd均為不穩定楔形體。上述評價方法是針對整個工作區危巖地質災害宏觀定性評價方法，加之植被根系劈裂作用減弱巖體的完整性，分化作用的比表面積加大，致使巖體的抗剪強度、抗拉強度降低，從而增加危巖體發生危巖的可能，整個工作區危巖巖體的穩定性較差。

6 危巖體防治對策研究

根據該區危巖體特征，對于零星的堆積體可以采取人工清除的方式進行處理；但是對于體積較大的危巖體，采用人工清理的難度較大，不利于操作，花費工期較長，提高了工程的預算費用，對于大塊危巖體擬采用主動網加被動網加錨桿的工程手段，見圖4。

圖4 危巖體防治剖面圖

本次治理削方工程主要針對7處危巖單體及WD-1和WD-2兩處危巖帶局部削方，由于上述危巖單體及危巖帶節理裂隙較發育，本身巖體的風化程度較破碎，加之植被根系劈裂作用較強烈，且在水平及垂直方向均有較大的位移，若對危巖單體實施錨固或支撐等均不能有效加固危巖體。同時，因對WD-1實施主動防護網進行防護，但主動防護網安裝條件需對安裝面整平后才能發揮防護效能；對WD-2實施被動防護網進行防護，但被動防護網抗沖擊能力有限， 需對危巖帶上危巖方量較大的地段進行清除。削方方法嚴格按照“從上至下、由外到內、層層剝離”的方法進行，原則上采用人工削方，在條件允許的情況下可借以機械輔助削方，如巖石預裂機、風鎬機等輔助機械。單次削方塊體體積不宜超過0.3 m3，建議單次削方塊體尺寸為0.5 m×0.5 m×1.0 m(長×寬×高)，從危巖體上削方剝離下的碎塊應人工搬運至危巖體所在斜坡的最底部。

另外，在整個治理工作區域斜坡處還分布有許多松散零星危巖堆積體，也應該按照同樣方法進行肢解清除。治理區域松散零星危巖堆積體是由于歷史時期危巖體發展變形留下的零星崩落物，因數量較多，本次調查未對其進行編號，施工時對其進行肢解破碎，然后人工搬運至危巖體所在斜坡底部即可。

7 結論與建議

1) 通過赤平投影以及野外調查表明，該區節理發育，將巖體切割成塊狀，外加不利的巖性組合下，導致巖體穩定性較差，大量雨水的沖刷等外部因素，隨時有發生崩塌的可能。

2) 危巖體因失穩而發生破壞的現象是在長時間的孕育中形成的，不是一蹴而就。西南地區雨水充沛，該區鹽酸巖鹽分布廣泛，受溶蝕現象嚴重，巖體上隨處可見溶蝕的痕跡，這些因素都在一定程度上加速了崩塌的進度，所以該區危巖體的形成也受這些因素的控制和影響。

3) 在分析危巖體成因的基礎上，對于該區的危巖體防治主要有以下建議：在坡體的零星堆積體，建議采用人工清除的方式，其余沒有脫離母巖的巖體采用主動網加被動網加錨定支護等綜合手段進行治理。