某危巖體的成因機(jī)制與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張 恒1 ，張井美

(1．四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九0九水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽 621000；2.四川省地礦局四0三地質(zhì)隊(duì)，四川 峨眉 614200)

·建筑與土木工程·

某危巖體的成因機(jī)制與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張 恒1，張井美2

(1．四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九0九水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽 621000；2.四川省地礦局四0三地質(zhì)隊(duì)，四川 峨眉 614200)

以某處危巖體為例，結(jié)合賦存環(huán)境和結(jié)構(gòu)面特征分析危巖體成因機(jī)制，從定性分析和定量計(jì)算2方面對(duì)危巖體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。該研究對(duì)更好地保障高陡山區(qū)居民人身財(cái)產(chǎn)安全，具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

危巖體；形成機(jī)制；定性分析；定量計(jì)算

危巖體位于四川省峨邊縣官料河左岸一斜坡上，危巖體(群)共計(jì)發(fā)育3處，土石方量6 069.1 m3，主要破壞形式為傾倒、滑塌，主要威脅對(duì)象為溝口居民。災(zāi)害體最近的崩塌活動(dòng)發(fā)生在2012年3月28日，發(fā)生塊徑約0.5 m的塊石滾落，砸毀2戶村民的房屋。由此可見，研究該地區(qū)危巖體成因機(jī)制和穩(wěn)定性對(duì)于危巖體的防治和保護(hù)人民人身財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

1 物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

危巖處于侵蝕深切河谷地貌區(qū)[1]，斜坡縱向呈陡-緩狀，上部為基巖陡坡，中部為緩坡，下部為平臺(tái)，平面形態(tài)呈倒三角狀。斜坡后緣高程約1 380 m，前緣高程為1 100 m，高程約280 m，坡向?yàn)?50°～60°，坡度為15°～70°，斜坡縱向長約460 m，平均寬約230 m，屬逆向坡。危巖帶主要發(fā)育在斜坡中上部，危巖帶下方為崩塌堆積體，堆積體上部為灌木林地，堆積體前緣為一季節(jié)性沖溝，為村民主要生活區(qū)及耕種地區(qū)，地形相對(duì)平緩，坡度為15°～20°(見圖1)。

危巖區(qū)內(nèi)出露地層上覆為第四系堆積物，厚度較薄，為淺灰黃色粉質(zhì)黏土、塊碎石，分布于斜坡體淺部；下伏基巖為二疊系下統(tǒng)陽新組灰、淺灰色灰?guī)rP1y，其巖性構(gòu)成陡崖巖體，產(chǎn)狀200°∠31°(j2)，巖層為薄層～厚層狀，厚度0.1～1 m，主要發(fā)育2組產(chǎn)狀分別為成15°～50°∠60°～75°(j3)和310°～340°∠65°～75°(j1)的節(jié)理裂隙，見圖2。

圖1 邊坡全貌

圖2 結(jié)構(gòu)面組合赤平投影

2 變形破壞特征

該區(qū)發(fā)育危巖包含一處單體危巖WY1及2處危巖帶(WYD1和WYD2)，具體規(guī)模見表1。

表1 危巖規(guī)模統(tǒng)計(jì)

各危巖變形破壞特征分述如下：

1)WY1危巖體整體完整，為基巖凸出地段，除后緣未裸露外，其余側(cè)壁完全裸露，主要受3組裂隙控制。后壁卸荷裂隙：產(chǎn)狀35°∠79°，切割深度3.5 m(可見深度)，張開度8～30 cm，裂隙底部有粉質(zhì)黏土和腐蝕植物根莖充填；底部裂隙為反傾結(jié)構(gòu)面：產(chǎn)狀200°∠31°，張開度0.5～3 cm，無充填物；側(cè)緣裂隙垂直坡向切割：產(chǎn)狀300°∠77°，切割深度1.5 m(可見深度)，張開度1～5 cm，無充填物。危巖底部出現(xiàn)凹腔面，在降雨及地震作用下有傾倒的可能，見圖3。

圖3 WY1發(fā)育情況

2)WYD1為巖體破碎區(qū)為邊坡中部基巖裸露地段，主要受3組裂隙控制，后緣裂隙拉張與坡面形成不利結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀35°∠73°，切割深度1.6 m(可見深度)，張開度1～10 cm，有少量腐蝕植物根莖充填，裂隙密度約1條/m2。側(cè)緣裂隙產(chǎn)狀310°∠75°，切割深度1.0 m(可見深度)，張開度0.5～3 cm，有少量腐蝕植物根莖充填，裂隙密度約1條/m2。層間裂隙(j3)產(chǎn)狀200°∠31°，裂隙密度約3條/m2。由于巖體賦存位置高陡，晝夜溫差大，風(fēng)化強(qiáng)烈，表層風(fēng)化破碎明顯，破壞模式以表層風(fēng)化剝落和零星掉塊為主，見圖4。

圖4 WYD1發(fā)育情況

3)WYD2巖體破碎帶為基巖凸出地段，呈帶狀展布，主要受3組節(jié)理切割，其中后壁裂隙面(卸荷裂隙)產(chǎn)狀320°∠75°，切割深度2.6 m(可見深度)，張開度2～8 cm，泥質(zhì)和腐蝕植物根莖半充填，裂隙密度約1條/m2。側(cè)面裂隙：50°∠79°，切割深度1.1 m(可見深度)，張開度1～4 cm，少量泥質(zhì)半充填，裂隙密度約2條/m2。層間裂隙產(chǎn)狀200°∠31°，裂隙密度約3～4條/m2。3組裂隙有機(jī)組合將巖體切割成塊體狀堆積，見圖5。

圖5 WYD2發(fā)育情況

3 形成機(jī)制分析

危巖的發(fā)育和失穩(wěn)破壞與坡體形態(tài)特征和巖體結(jié)構(gòu)特征關(guān)系密切。該區(qū)危巖所處斜坡整體地形高陡，受內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用造成巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，表層巖土體結(jié)構(gòu)變得松散，部分基巖陡壁[5]發(fā)生崩塌破壞，造成了嚴(yán)重的危害。危巖破壞類型分類如下：

1)巖體沿強(qiáng)風(fēng)化帶不利結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)組合面發(fā)生崩塌破壞[6]。斜坡上基巖陡壁的破壞就是巖體沿強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)不利結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)組合面發(fā)生崩塌破壞。巖體在自重作用和地震搖篩作用下，沿不利結(jié)構(gòu)面或組合結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移、傾倒、墜落破壞。前緣巖體崩塌破壞后，后緣巖體臨空面加大，受前緣巖體的牽引和自重的影響，卸荷變形加劇，形成了新的不穩(wěn)定塊體，在外動(dòng)力及自重作用下，將會(huì)產(chǎn)生崩塌破壞。根據(jù)現(xiàn)場觀察得知該邊坡危巖的形成破壞機(jī)制均屬于該種類型，其主要破壞模式以傾倒式為主。

2)原始坡面危巖體脫離母巖支撐產(chǎn)生滑移或滾動(dòng)。原始坡面殘存的少量危巖體，在地震的篩搖及降雨沖刷影響下，底部摩阻減小，塊體產(chǎn)生位移加速度并產(chǎn)生移動(dòng)，沿陡傾坡面產(chǎn)生滾動(dòng)，造成危害。

4 穩(wěn)定性分析

4.1穩(wěn)定性定性分析

WY1危巖體后壁裂隙已完全貫通，同時(shí)危巖下部存在臨空面凹巖腔，地震或暴雨導(dǎo)致巖體抗折強(qiáng)度降低，巖體將以底部巖體為基點(diǎn)發(fā)生傾倒式破壞，定性判斷危巖處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。

WYD1處巖體破碎區(qū)位于山脊基巖裸露地帶，節(jié)理裂隙發(fā)育，表層破碎。在外界營力及重力的作用下，巖體重心發(fā)生外偏導(dǎo)致后緣裂隙迅速擴(kuò)張并貫通加劇了危巖失穩(wěn)變形，定性判斷危巖帶現(xiàn)處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。

WYD2巖體帶處基巖裸露帶，危巖體邊坡結(jié)構(gòu)面發(fā)育，被切割為塊裂～散體結(jié)構(gòu)的巖體在重力以及風(fēng)化營力等長期作用下卸荷松弛，巖塊間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，裂隙張開，松動(dòng)巖體在荷載作用下突然失穩(wěn)崩落。定性判斷危巖帶現(xiàn)處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2穩(wěn)定性定量分析

根據(jù)危巖結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征及發(fā)育分布規(guī)律分析判定危巖破壞模式均為傾倒破壞。本文采用極限平衡法分別對(duì)單體危巖及群體危巖中較為典型個(gè)體進(jìn)行定量計(jì)算。

4.2.1 計(jì)算參數(shù)

巖石計(jì)算參數(shù)主要根據(jù)試驗(yàn)成果，并結(jié)合工程地質(zhì)類比來綜合確定。結(jié)構(gòu)面抗剪力學(xué)參數(shù)，有明顯破壞現(xiàn)象的可通過反算求得，若無明顯破壞現(xiàn)象的主要通過試驗(yàn)成果取值。裂隙水壓力由裂隙蓄水能力和降雨情況確定[2]。

灰?guī)r危巖體天然密度2.29 g/cm3，飽和密度2.34 g/cm3，飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值32.43 MPa，天然抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值10.8 MPa，天然抗剪強(qiáng)度C值為65 kPa，φ值為35°，飽和抗剪強(qiáng)度C值為60 kPa，φ值為25°。

4.2.2 計(jì)算工況

計(jì)算工況選取如下：

1)天然狀態(tài)(自重+ 裂隙水壓力，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/5～1/2)；

2)暴雨?duì)顟B(tài)(飽和自重+ 裂隙水壓力，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3)；

3)地震狀態(tài)(自重+ 裂隙水壓力+ 地震力, 其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3)。

4.2.3 計(jì)算模型

計(jì)算模型如圖6所示。

圖6 計(jì)算模型

崩塌危巖體穩(wěn)定系數(shù)為

式中：K為危巖體穩(wěn)定性系數(shù)；W為危巖體自重(kN)；Q為地震力(kN)，Q=WKH；h0為后緣裂隙深度(m)；H為后緣裂隙上端到未貫通下端的垂直距離(m)；f0k為危巖與基座之間的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；a為危巖重心至傾覆點(diǎn)的水平距離(m)；lb為危巖底部主控結(jié)構(gòu)面尖端至傾覆點(diǎn)的距離(m)。

4.2.4 計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果得知3處危巖天然狀態(tài)下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨和地震工況下均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

5 結(jié)論

1)邊坡為一逆向坡，地形上陡下緩，底部主要物質(zhì)組成為崩坡積堆積體，頂部基巖出露較好也是危巖集中發(fā)育地段，基巖為淺灰色灰?guī)rP1y。

2)危巖發(fā)育相對(duì)集中，呈帶狀展布，發(fā)育規(guī)模較大。區(qū)域巖體受3組結(jié)構(gòu)面控制：其中基巖產(chǎn)狀200°∠31°，2組節(jié)理裂隙產(chǎn)狀分別為 15°～50°∠60°～75°和310°～340°∠65°～75°。

3)危巖破壞類型大致分為2類：危巖體沿強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)不利結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)組合面發(fā)生崩塌破壞及原始坡面危巖體脫離母巖支撐產(chǎn)生滑移或滾動(dòng)。

4)綜合定性和定量分析得知：WY1、WYD1及WYD2在天然狀態(tài)下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨或地震將引起巖體失穩(wěn)，并發(fā)生傾倒式破壞。

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(編校：葉超)

FormationMechanismandStabilityEvaluationofDangerousRock-masses

ZHANG Heng1，ZHANG Jing-mei2

(1.MineralExplorationDevelopmentBureau-909HydrogeologyandEngineeringGeologyTeam,Mianyang621000China；2.403Brigade,SichuanGeologyandMineraResourcesExplorationandDevelopmentBureau,Emei614200China)

In order to preferably ensure the personal safety and property of the native inhabitants in hills, we analyze formation mechanism of dangerous rock mass with the environment and characteristics of the structure surface. And the stability evaluation of dangerous rock mass are researched from aspects of qualitative analysis and quantitative calculation.

unstable rock masses；formation mechanism；qualitative analysis ；quantitative calculation

2014-01-16

張恒(1987—)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害防治和預(yù)測。

TU457

：A

：1673-159X(2015)06-0109-04

10.3969/j.issn.1673-159X.2015.06.023