川中丘陵地區危巖穩定性分析及治理建議

崔寶帥，王學光

（1.四川成渝高速公路股份有限公司，四川 成都 610000；2.北京新橋技術發展有限公司，北京 100088）

0 引言

危巖是指高山陡坡上由多組巖體進行結構表面切割，在自身重力、風化作用和人類活動等因素影響下處于極限平衡狀態、欠穩定或不穩定狀態的巖體[1]。危巖崩塌過程的隨機性和偶然性極強，影響因素也十分復雜[2]，且崩落過程中速度快，能在短時間內造成巨大經濟損失，影響地區經濟發展和社會的穩定。在我國西南地區，高山溝壑縱橫，地質條件復雜，使得該類地質風險分布廣泛，如在高速公路高陡邊坡等[3-5]。因此，對危巖進行研究十分必要。本文以川中某丘陵地區為研究區，采用實地踏勘結合無人機傾斜攝影技術對研究區內的危巖分布進行調查。同時采用定量分析的手段，對區域內危巖的穩定性進行評價，并提出可靠的治理建議。

1 研究區概況

1.1 地理環境及氣象條件

研究區為四川盆地典型的紅色丘陵景觀，沿線大面積分布白堊系（K）、侏羅系（J）紫紅色砂泥巖。巖層產狀平緩，傾角一般小于5°，地形形態受巖性控制，厚層砂巖常形成陡崖、方山或平頂爪狀山梁，黏土巖則形成緩坡、圓丘或平坦坳溝。地面高程250～490 m，相對高差80～140 m，自然坡度10°～35°。

研究區域屬亞熱帶季風氣候。年平均氣溫15～16℃。全年無霜期長，一般可達10個月，但云霧多、濕度大、日照少、年降水量豐沛，夏季降水集中，多暴雨，冬春兩季普遍少雨，在川中丘陵地帶（圖1）容易發生干旱。

圖1 川中丘陵地帶

1.2 不良地質現象

研究區內地質條件復雜多變，外加地震、暴雨等外界因素影響，存在多種不良地質現象，具體表現為泥巖風化剝落和軟質巖層緩傾，受構造影響，區內緩傾軟質巖層巖體多被節理裂隙切割成塊體狀。

2 危巖破壞模式及影響因素

本次研究采用無人機技術結合現場踏勘，查明研究區的危巖位置及形態如表1所示。

表1 研究區的危巖位置及形態

結合野外現場調查和室內分析，研究區的變形破壞模式主要受內因（地形地貌、地層巖性、節理裂隙）和外因（地震、降雨、風化作用、人類工程活動）影響。

（1）內因。地形地貌：該邊坡由于風化作用，山體頂部易形成松動巖塊，易產生滑移式破壞。地層巖性：該斜坡地層巖性單一，為軟質巖，區內緩傾軟質巖層巖體多被節理裂隙切割成塊體狀，易產生掉塊。

（2）外因。降雨：巖體受到雨水以及地下水的軟化作用，力學強度、結構面強度降低，危巖體的穩定性急劇降低，易誘發滑移式崩塌。施工爆破及地震：地震及施工振動易對破碎巖體內部造成損傷，同時也為危巖崩落提供了動力基礎。

結合以上對影響因素的分析，筆者認為該研究區危巖體的主要變形失穩破壞模式主要為傾倒式、滑移式（表2）。

表2 危巖破壞變形模式

3 穩定性分析

3.1 計算模型

由于危巖所處自然地理環境復雜，單一計算自然條件下的穩定性顯然是不合理的，因此分別計算3種工況下的危巖體穩定性系數。工況一：自重+孔隙水壓力（天然狀態）。工況二：自重+孔隙水壓力（暴雨狀態）。工況三：自重+孔隙水壓力（天然狀態）+地震力（地震狀態）。各類型計算模型如圖2所示。工況三計算模型列舉如下。

圖2 各類型危巖計算模型

（1）墜落式危巖。

（2）滑移式危巖。

（3）傾倒式危巖。

式中：W——單位長度危巖體重力，kN；P——單位長度危巖體承受的水平地震力，kN，取水平地震系數為ζ，則地震力為P=ζW；H——危巖體高度，m；β——破裂面傾角，（°）；c0——危巖體的黏聚力，kPa；?0——

內摩擦角，（°）；c1——結構面的黏聚力，kPa；?1——內摩擦角，（°）；c——破裂面的等效黏聚力，kPa；?——內摩擦角，（°）。

3.2 評價標準及結果

對不同變形破壞模式的危巖體，其量化評判指標有所不同。本文參考大量工程實踐經驗，并充分考慮承災體對于危巖落石滾落風險的接受程度，具體量化判斷標準如表3所示。

表3 危巖體穩定狀態的量化判斷標準

將現場調查數據、測繪數據等代入相應的計算模型與公式，得出研究區危巖體穩定性計算結果。對照判斷標準，得出穩定性評價結果為：①危巖1區-孤石6區剖面在工況一、工況二、工況三條件下的穩定性系數K分別為1.14（欠穩定）、0.98（不穩定）、1.16（不穩定）。②孤石1區-孤石3區剖面在工況一、工況二、工況三條件下的穩定性系數K分別為1.28（基本穩定）、1.2（基本穩定）、1.15（欠穩定）。分析可以進一步得出：孤石2、3、4、5號危巖在天然工況及暴雨、施工振動、地震等工況下，處于不穩定狀態；推測其滾落路徑及影響帶，對坡下施工造成的風險較小，而危巖1區和孤石1、6滾落會對施工造成較大影響。

4 治理建議

目前對危巖體的治理措施可大致分為主動防治、被動防護和主被動結合[6]。主動防護技術包括支撐錨固、灌漿、封填、排水及清除等[7]。被動防護包括攔石墻、攔石柵欄及森林防護等[8-9]，主被動防護結合有錨固-攔擋聯合技術和錨固-支撐結合技術等[10]。根據研究區危巖分布及形態，建議對危巖1區選擇局部掛網噴漿方式，該方法適用于裂隙極為發育的坡面危巖體。掛網能有效攔擋小塊危巖體，噴漿能減小巖體的風化作用，減緩裂縫的擴張[9]。建議對尺寸較小危巖直接人工清除，對于不便清除的大體積孤石建議采用底部支撐、被動防護網對其進行防治。對不同類型的危巖采取不同的方式進行加固、支擋，以減少其對下方工程施工的影響。

5 結語

通過對研究區內的危巖的排查，并對其穩定性進行分析，得出以下結論。

（1）研究區內危巖主要包括危巖1區和孤石1、2、3、4、5、6區，其變形破壞模式為傾倒式和滑移式。對其穩定性進行定量分析，發現這些危巖及孤石在暴雨狀態下均不穩定，有墜落的風險，但推測僅危巖1區及孤石1、6區會對坡下施工產生安全隱患。

（2）對于危巖1區的坡面危巖建議采用掛網噴漿的方式防治；小體積孤石建議采用人工清除的方式，大體積孤石建議采用底座支撐、被動防護網的方式進行防治。