宜賓市某危巖穩(wěn)定性計算及應用★

王玉平 帥羽亭 張學磊 文 虹

(宜賓學院資源與環(huán)境工程學院,四川 宜賓 644000)

危巖是指由多組巖體結構面切割并位于陡坡或陡崖上的不穩(wěn)定巖體[1],是三峽庫區(qū)典型的地質災害類型之一,根據(jù)失穩(wěn)類型將危巖分為墜落式危巖、滑塌式危巖、傾倒式危巖3類[2]。地震、人類工程活動和暴雨是危巖失穩(wěn)的主要動力因素[3]。常中華等人[4]運用赤平極射投影法分析論證了潛在崩塌的可能性問題,王玉平等人[5,6]通過分析危巖體狀況,對危巖體滑塌提出了綜合治理方案。本文通過地面調繪輔以必要的勘探,查明崩塌及邊坡所在區(qū)域的地質背景,調查地質環(huán)境條件以及合理確定相關邊坡巖體的物理力學參數(shù),探討其穩(wěn)定性,為該地區(qū)危巖破壞機制提供理論參考和工程借鑒。

1 危巖穩(wěn)定性計算和荷載組合

荷載類型：危巖體自重，即危巖體的體積和天然容重的乘積；裂隙水壓力，指土壤或巖石中地下水的壓力,該壓力作用于微粒或孔隙之間。其分為靜孔隙水壓力和超靜孔隙水壓力,主要考慮靜水壓力。天然狀態(tài)取1/3裂隙水柱高,暴雨期間取2/3裂隙水柱高；地震力，又稱地震荷載,是結構物由于地震而受到的慣性力,土壓力和水壓力的總稱。一般只考慮水平地震力,為危巖體自重和地震系數(shù)的乘積。

荷載組合：組合一，自重+裂隙水壓力(天然)；組合二，自重+裂隙水壓力(暴雨)；組合三，自重+裂隙水壓力(天然)+地震力(地震狀態(tài))。三種荷載組合中,計算所得危巖穩(wěn)定系數(shù)最小者為設計荷載。

危巖分類：危巖分為滑塌式危巖、墜落式危巖和傾倒式危巖3類,根據(jù)勘探剖面及現(xiàn)場調查情況分析,該地質災害點可能出現(xiàn)的破壞形式主要為傾倒式危巖(見圖1)。

計算方法(傾倒式危巖)：傾倒式危巖計算模型如圖2所示,按單位長度考慮,危巖體計算剖面應通過危巖塊體重心。

計算公式:

其中，F(xiàn)為穩(wěn)定性系數(shù)；W為危巖體自重,kN/m；V為裂隙水壓力,kN/m；Q為地震力,kN/m；h為后緣裂隙深度,m；hw為后緣裂隙充水高度,m；H為后緣裂隙上端到未貫通段下端的垂直距離,m；a為危巖體重心到傾覆點的水平距離,m；b為后緣裂隙未貫通段下端到傾覆點之間的水平距離,m；h0為危巖體重心到傾覆點的垂直距離,m；ftk為抗拉強度標準值,kPa;α為傾角,(°)；β為后緣裂隙傾角，(°)；F為危巖穩(wěn)定性系數(shù)；Ft為危巖穩(wěn)定性安全系數(shù)。

2 算例分析——以宜賓市龍頭山危巖體為例

2.1 宜賓市龍頭山危巖體概況

工程位于宜賓市臨港經濟技術開發(fā)區(qū),地理坐標為東經104°40′25″、北緯28°45′20″。屬于侵蝕剝蝕構造丘陵緩坡地貌,危巖帶區(qū)域地面高程分布在330 m～380 m之間,相對高差約50 m,坡體上主要微地貌為臺地及斜坡地貌,斜坡地段自然坡度約15°～35°,危巖帶發(fā)育地段成臺地狀,臺地陡坎坡度為70°～85°。區(qū)內對地質環(huán)境有影響的人類工程活動主要為龍頭山景區(qū)建設及房屋建設,公路的建設對山體進行切破,形成高陡臨空面,導致基巖出露,風化嚴重形成崩塌。根據(jù)現(xiàn)場調繪,該崩塌可以分為2個危巖區(qū)(WQ01,WQ02)危巖區(qū)頂部高程約377 m～377.5 m,底部高程為365 m～365.5 m,高差約12 m,平面上呈近似彎鉤狀,長約100.0 m,立面面積約1 400 m2。其中WQ01位于整個危巖區(qū)的西側,長約60 m,高差約6 m～18 m,WQ02位于整個危巖區(qū)的南側,長約40 m,高差約15 m～25 m。崖面陡峻,巖性為變質砂巖與泥巖互層,卸荷強烈,節(jié)理裂隙極為發(fā)育,個別孤懸呈危巖,裂隙拉張明顯,局部貫通,在暴雨、暴曬長期風化作用或地震等外力作用下易形成崩塌或墜石。根據(jù)危巖帶巖體結構面發(fā)育程度及組合特征劃分為5個危巖單體,主要分布在陡崖上部(見表1)。該危巖帶橫向寬度為95.0,縱向長度為3.5 m,坡面斜面面積約350 m2。危巖帶后緣頂部高程377 m～377.5 m,底部高程為365 m～365.5 m,高差約12 m,危巖帶方量0.02×104m3,屬小型巖質崩塌(如圖3所示)。

表1 危巖單體規(guī)模及形態(tài)特征表

危巖體編號空間形態(tài)(長×寬×厚)/m體積/m3巖性主崩方向/(°)破壞模式W11.1×2.2×0.81.94礫巖301傾倒式W21.5×3.2×0.83.84礫巖301傾倒式W32.5×2.0×1.89.00礫巖271傾倒式W41.7×1.6×1.13.00礫巖199傾倒式W53.2×2.0×0.42.56礫巖199傾倒式

2.2 宜賓市龍頭山危巖體穩(wěn)定性計算及分析

2.2.1定性評價

通過現(xiàn)場對危巖的詳細調查,在危巖塊體自重及風化等作用下,危巖體裂隙較發(fā)育,距陡崖邊坡約15 m的后緣形成順坡走向的拉張卸荷裂隙為崩塌體最發(fā)育的裂隙,裂隙已形成0.5 m高的錯臺,豎向已沿地表至強風化礫巖底面基本貫通,平均深度約17 m,裂隙平均寬度約45 cm,目前裂隙可見深度約1.5 m,其下部為泥質、砂質充填,沿后緣呈貫通狀,在陡崖與后緣裂隙之間也發(fā)育多條間斷張拉裂隙,豎向深度6 m～13 m；此外,由于危巖體前部發(fā)生崩塌并向下運動,堆積于坡腳,致使前緣形成高陡的臨空面,從而在危巖體內臨空面附近形成了極大的張拉應力,局部產生了拉應力集中的現(xiàn)象,而由于上部礫巖層的抗拉強度較低,使危巖體內的裂隙持續(xù)發(fā)展,這是危巖塊體的形成和破壞的決定性因素；在地震作用下,巖體卸荷裂隙擴大,巖體松脫,同時受水、樹木的根劈作用以及人類工程活動等多種因素的影響,危巖在地震中加劇變形后,在暴雨工況下變形裂縫有擴展之勢,由此可見,該處危巖一直處于變形階段,危巖體多處于欠穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨及余震等不利因素作用下,易再次出現(xiàn)失穩(wěn)崩塌。

2.2.2定量評價

本文對每個危巖體進行了計算(見表2),計算結果表明,5個危巖體在自重+裂隙水壓力(天然)下都處于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài),在自重+裂隙水壓力(暴雨)下處于穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài),在自重+裂隙水壓力(天然)+地震力(地震狀態(tài))下的穩(wěn)定性要降低,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),危巖體崩塌直接危害對象為斜坡下方景區(qū)游道上過往車輛及游人的生命安全,因此需對危巖體進行治理。

表2 穩(wěn)定性計算結果

3 結語

本文以宜賓市臨港經濟技術開發(fā)區(qū)沙坪街道構莊村五社龍頭山上山公路危巖體為工程背景,首先在工程地質調查的基礎上,查明危巖體的形態(tài)特征及其發(fā)育的特定環(huán)境,通過對其成因進行分析,對其穩(wěn)定性進行評價,基于極限平衡理論和巖體結構理論,建立了傾倒式危巖破壞模式下穩(wěn)定系數(shù)的表達式。其結果表明:WY01危巖在天然狀況下危巖穩(wěn)定系數(shù)為1.43,屬于基本穩(wěn)定巖體,在飽和狀態(tài)下和地震力作用下,屬于欠穩(wěn)定巖體,將計算結果與實際危巖破壞情況比較,發(fā)現(xiàn)計算結果與實情相符,基本反映危巖體的實際穩(wěn)定狀況,研究成果對于科學探索該地區(qū)危巖破壞機制具有積極意義。