上海某島嶼危巖體穩(wěn)定性及治理措施分析

劉寶石，朱寶林，田少杰

（1.中船勘察設計研究院有限公司，上海 200063；2.上海申通地鐵建設集團有限公司，上海 201103）

1 引言

該島嶼地處中亞熱帶北緣，位于強潮型海灣中部，由晚侏羅紀強烈的陸緣火山活動形成。島體坡面覆蓋有典型亞熱帶自然植被常綠闊葉林，山體坡腳處因長期受海浪侵蝕，造成坡腳上覆植物消失，基巖裸露，巖石風化嚴重，巖體受本區(qū)域構造運動的影響，出現(xiàn)臨空面，存在巖體崩塌或滑坡的危險，對邊坡穩(wěn)定及島上生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。因此需要對該地質災害點采取治理措施，為下一階段綜合開發(fā)創(chuàng)造條件。

本文以該島嶼危巖體治理工程為分析實例，對危巖體的穩(wěn)定性進行分析評價，并選擇合理的危巖體防治措施。危巖體的穩(wěn)定性評價較為復雜，宜以定性定量相互驗證[1]。定量計算以極限平衡法及數(shù)值分析法為主[2]。對不同類型的巖體采用不同的計算模型和方法進行定量計算分析，并以此為依據(jù)設計經(jīng)濟、合理的治理方案。

2 工程概況

該島嶼是由晚侏羅紀火山超淺層噴溢而形成的火山地貌，具備火山地貌典型的錐形火山和火山口的特點，同時新老地層構成比較顯著的火山錐外圍呈斜層疊瓦狀的特點，造成北坡陡峻、南坡較緩的地貌特征。

危巖體孕發(fā)過程具有漸進性、失穩(wěn)過程具有突變性、致災過程具有嚴重性[3]。開發(fā)島嶼的工程活動，如修建道路、削坡、道路路塹開挖等已經(jīng)改變了坡體自然形態(tài)，形成多處臨空邊坡，增大了斜坡臨空面，由于巖體節(jié)理裂隙較為發(fā)育，極易引發(fā)崩滑。同時降雨、海水入浸引起地層含水量增大，海水的腐蝕作用以及水流滲入坡體，軟化了土石，增加了巖土體的荷重，消弱了巖土體的抗滑能力，進一步影響了邊坡穩(wěn)定性。目前島北側及東側有崩塌趨勢，坡度陡峭，局部已崩塌，下部堆積有碎石、卵石夾黏性土層。

根據(jù)危巖體分布的地形地貌差異，將島內危巖體分為五處危巖區(qū)（圖1）。其中危巖區(qū)Ⅰ位于島東側下部，長度約139m，平面面積0.0038km2。危巖區(qū)Ⅱ位于島東側下部，長度約305m，平面面積0.0117km2。危巖區(qū)Ⅲ位于島東側下部～上部，長度約244m，平面面積0.012km2。危巖區(qū)Ⅳ位于島東側上部，長度約189m，平面面積0.0091km2。危巖區(qū)Ⅴ位于島東側上部，長度約145m，平面面積0.0056km2。

圖1 危巖區(qū)平面分布圖

3 危巖區(qū)特征分析

上述五處危巖區(qū)內分布規(guī)模較大的危巖體共9處，各危巖區(qū)分布特征及危巖體形態(tài)特征描述如下。

危巖區(qū)Ⅰ（圖2）為斜坡地形，臨空條件發(fā)育，平均坡度65°，上部坡度約60°～70°，下部坡度為55°，中部陡坎發(fā)育，其頂部植被較發(fā)育，東部及陡崖處基巖裸露。本段不良地質條件主要是坡體上部巖體風化嚴重、裂隙發(fā)育，局部巖體呈倒懸。該區(qū)域分布WY1和WY2兩處危巖體，特征參數(shù)見表1所示。

危巖體基本特征 表1

圖2 危巖區(qū)Ⅰ巖土體

危巖區(qū)Ⅱ（圖3）為陡崖地形，臨空條件發(fā)育，平均坡度60°，區(qū)內散布著大量坡面危石。從崖頂邊緣及崖面位置，平面總體呈長條形。崖面陡峻，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，淺表巖體多層塊狀，個別孤懸呈危巖，在暴雨、暴曬長期風化作用或外力作用下易形成崩塌或墜石。該區(qū)域分布WY3、WY4和WY5三處危巖體，特征參數(shù)見表1所示。

圖3 危巖區(qū)Ⅱ巖土體

危巖區(qū)Ⅲ（圖4）內危巖體呈離散分布，且數(shù)量多，并且存在眾多浮石（或松動孤石）。該危巖帶內危巖體基本都以滑移式破壞為主，其中危巖體上個別巖塊為傾倒破壞，巖體結構裂隙發(fā)育，并且出現(xiàn)局部的崩塌或掉塊，形成大小不一的巖腔。該區(qū)域共分布有WY6和WY7兩處危巖體，危巖體特征參數(shù)見表1所示。

圖4 危巖區(qū)Ⅲ巖土體

危巖區(qū)Ⅳ（圖5）局部臨空條件發(fā)育，巖體完整性較差，結構裂隙發(fā)育且多張開。該區(qū)域分布WY8和WY9兩處危巖體。危巖體特征參數(shù)見表1所示。其中WY9巖性為石英斑巖，臨空條件極為發(fā)育。隨著卸荷作用的發(fā)展，后緣陡傾結構面逐漸張大，在自重、水壓力和震動等作用下，巖體向臨空方向發(fā)生較強烈的傾倒變形，直至失穩(wěn)，完全脫離母巖，造成危巖體災害。

圖5 危巖區(qū)Ⅳ巖土體

危巖區(qū)Ⅴ（圖6）為陡崖地形，區(qū)域內無明顯危巖體，地形臨空較發(fā)育，基巖裸露，巖體力學強度低，節(jié)理發(fā)育，巖體后部卸荷裂隙發(fā)育，極易發(fā)生基巖表層剝落。本段邊坡高度較高，主要地質問題是邊坡暴露面風化嚴重，裂隙較為發(fā)育，坡頂存在松動塊石，當前坡腳已進行加固處理。

圖6 危巖區(qū)Ⅴ巖土體

4 穩(wěn)定性分析與評價

危巖體的穩(wěn)定性評價預測主要是對與人類工程活動有關的危巖體的穩(wěn)定性和演化趨勢做出評價預測，并為設計合理的危巖體防治措施提供設計依據(jù)[4]。勘查區(qū)內的危巖體的變形破壞模式主要有傾倒式崩塌、滑移式崩塌以及墜落式崩塌，對于不同類型的塊體采用不同的計算模型和方法進行定量計算分析。

根據(jù)現(xiàn)場調查，邊坡發(fā)生垮塌后等同于開挖后的巖質邊坡，豎向構造裂隙發(fā)育，在多組裂隙的共同作用下，巖體被切割成碎裂狀，危巖的破壞方式主要以傾倒式的零星掉塊為主，再次發(fā)生大規(guī)模崩塌的傾倒式破壞的可能性小，同時由于該巖質邊坡多為小塊狀巖石，因此發(fā)生楔形體破壞的可能性小，破壞形式主要由巖體破裂角控制。

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ T0218－2006)相關規(guī)定，危巖穩(wěn)定性分析計算評價標準見表2所示。

該場地根據(jù)建筑《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330-2013）規(guī)定，巖體內摩擦角可根據(jù)巖石的內摩擦角按巖體的裂隙發(fā)育程度乘以折減系數(shù)確定，本工程巖體裂隙發(fā)育，折減系數(shù)取0.8，巖體折減后的內摩擦角φ=28°。邊坡的破裂角為45+φ/2=59°,邊坡巖體等效內摩擦角標準值建議取42°。

針對每個危巖塊體選取具有代表性的剖面（圖7），根據(jù)各個塊體的計算參數(shù)，采用靜力解析法對危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)進行計算，結果見表3所示。

圖7 典型地質剖面

傾倒式、滑移式、墜落式崩塌破壞塊體穩(wěn)定性計算結果表 表3

由計算結果可知，除WY2處于穩(wěn)定狀態(tài)外，其余危巖體均處于不穩(wěn)定或欠穩(wěn)定狀態(tài)。

5 治理措施及計算分析

5.1 危巖治理措施

該島內共發(fā)育有9處較大危巖體，且坡體上還發(fā)育有多處較小危巖體，因此上述危巖體均需要進行工程治理。根據(jù)現(xiàn)場勘查，結合保護對象及現(xiàn)場施工可行性，治理措施主要采用錨固、清危、裂縫填充。

①對危巖區(qū)后緣卸荷裂隙采用C20灌注處理。

②表面危石等危巖體，多直接分布在坡體表面，僅靠危石與坡面接觸面的摩擦力阻止危石向下滑動，隨著后緣節(jié)理面發(fā)育增大，將失穩(wěn)崩落，危巖方量較小，可做清除處理。

③部分坡體表層風化強烈，巖體破碎，易發(fā)生風化剝落及掉塊，可進行錨固處理。

5.2 危巖治理后穩(wěn)定性計算

施加錨桿后由于未施加預應力，因此僅考慮錨桿切向力作用，不考慮法向力作用，錨桿提供的破裂面切向力取最大錨桿軸向力210kN進行計算：

未施加預應力不考慮錨桿提供的破裂面法向力

加固后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)：

由于WY3、WY5、WY9進行錨固處置，WY1、WY2、WY8采取裂縫填充處置，WY4、WY6、WY7采取清危處置。本次計算對WY3、WY5、WY9處置后增加197kN的抗力，對WY1、WY2、WY8采取裂縫填充處置后的裂縫深度調整為0，同時增加其裂隙黏聚力10kPa。

處置后危巖塊體穩(wěn)定性計算結果表 表4

根據(jù)上述計算結果可知，采用錨桿和裂縫填充進行支護后，由錨桿提供的水平支護力使危巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足規(guī)范要求。

6 結論

本文以上海某島嶼危巖治理工程為實例，根據(jù)危巖體分布的地形地貌差異，將島內危巖劃分為五處危巖區(qū)，對危巖區(qū)內的九處主要危巖體進行特征分析，根據(jù)危巖體的發(fā)育機理及穩(wěn)定性分析，提出合理的治理措施[5]。經(jīng)驗算處理后的危巖體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。