廖家?guī)r危巖體形成機(jī)制及穩(wěn)定性分析

王嘉昆

廖家?guī)r危巖體形成機(jī)制及穩(wěn)定性分析

王嘉昆

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局207地質(zhì)隊(duì)，四川 樂山 614000）

汶川”5.12”地震后，廖家?guī)r山體出現(xiàn)多組裂隙形成危巖帶，并時(shí)常發(fā)生崩落，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)安全。通過現(xiàn)場勘查，危巖帶主要分為三個(gè)危巖體，本文著重分析了危巖體的形成條件及破壞模式，并分別對各種破壞模式進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算，最后評價(jià)了危巖體的穩(wěn)定性。

危巖；破壞模式；穩(wěn)定性；廖家?guī)r

危巖是在地表風(fēng)化作用、卸荷作用、重力、地震、水體等誘發(fā)因素作用下處于不穩(wěn)定、欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)的巖體［1］，一般為高陡邊坡或懸崖峭壁的堅(jiān)硬類巖石，因受到外力作用，巖體失去穩(wěn)定狀態(tài)，在重力作用下突然下落，形成崩塌，是山區(qū)常見的一種地質(zhì)災(zāi)害［2］。

廖家?guī)r危巖帶位于雅安市雨城區(qū)多營鎮(zhèn)大深村6社，受2008年“5.12”地震影響后，每年偶有發(fā)生不同規(guī)模的崩落。該危巖體崖高5～20m，坡度65°～89°，根據(jù)裂隙的組合關(guān)系、連續(xù)性及下部凹腔、巖腔的發(fā)育特征的不同，將該危巖帶劃分為3個(gè)危巖單體。危巖體呈北西-南東向線狀分布，標(biāo)高1 243.2～1 263.5m，自左向右分別編號為WY1-1、WY1-2、WY1-3。危巖體為塊狀體，片狀以及不規(guī)則形態(tài)，四周裂隙均較發(fā)育，單個(gè)危巖體積80.4～535.9m3，總體積約966.2m3。危巖主要威脅斜坡下方15戶58人的生命財(cái)產(chǎn)安全，如形成災(zāi)害，可造成直接經(jīng)濟(jì)損失約180萬元，間接經(jīng)濟(jì)損失600萬元。

圖1　危巖帶全貌

1　危巖形成條件分析

1.1地形地貌

陡峭的斜坡地形是危巖形成的必要條件，勘察區(qū)屬侵構(gòu)造蝕剝中山地貌，地勢總體為北西高南東低，海拔高程740m～1 260m，相對切割深度520m左右，斜坡自然坡度一般45°～70°，坡向143°～180°，由于巖體臨空條件較好，巖體應(yīng)力重新分布后在邊坡卸荷區(qū)形成拉裂變形，隨著變形的加劇，裂隙逐步加深擴(kuò)展，從而形成貫通性的裂隙面。

1.2地層巖性

區(qū)內(nèi)危巖體發(fā)育的陡崖巖性主要為棕紅色、磚紅色砂巖夾薄層泥巖，其中上層為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）厚層狀砂巖，風(fēng)化裂隙發(fā)育，完整性差；危巖底部為蓬萊鎮(zhèn)組薄層泥巖。由于淺表部巖體的差異風(fēng)化，在坡面發(fā)育多處凹槽或巖腔。加之巖體內(nèi)外應(yīng)力的疊加作用，加劇了巖體的破壞。

1.3卸荷作用

危巖體在形成過程中發(fā)育多組裂隙，隨著側(cè)向巖體的松動(dòng)解體，卸荷裂隙沿原有的一些構(gòu)造裂隙、層間裂隙逐漸向深處延伸的同時(shí)，在重力作用下，危巖體逐步向外傾斜，最后發(fā)生崩塌。

表1　WYI危巖體裂隙統(tǒng)計(jì)表

1.4水的作用

主要包括地表水的入滲浸潤和地下水的水壓力作用。一方面地表水沿裂隙入滲到巖體深處，沖蝕裂隙中的充填物，并產(chǎn)生動(dòng)水壓力和靜水壓力，使裂隙張開拓寬；另一方面地下水能軟化巖體軟弱夾層，使其抗剪強(qiáng)度大大降低，加劇巖體的破壞。

表2　WY2危巖體裂隙統(tǒng)計(jì)表

2　危巖體基本特征

該危巖分為WY1，WY2，WY3三個(gè)危巖單體（圖1）。

1）WY1，分布在勘察區(qū)斜坡中部陡崖上，坡向150°，坡度65°～80°；危巖頂部標(biāo)高1 138.8m，底部標(biāo)高1 122.4m。該危巖分布于危巖帶東側(cè)，呈不規(guī)則塊體狀，長、高、厚分別為6.5m、11.4m、3.2m，體積234.2m3。巖石在橫向上被巖層層面切割成相互重疊的塊體，單個(gè)巖塊高1～3m，部分巖塊懸空。危巖體臨空方向?yàn)?60°，巖層產(chǎn)狀為295°∠30°，為切向坡。危巖內(nèi)主要發(fā)育6組裂隙。

2）WY2，分布在勘察區(qū)斜坡中部陡崖上，其坡向150°，坡度65°～80；危巖體頂部標(biāo)高：1 157.4m，底部標(biāo)高1 121.4m。該危巖分布在危巖帶的東側(cè)，呈不規(guī)則塊體狀，長、高、厚分別為9.6m、36m、5m，體積為1 728m3，巖石在橫向上被巖層層面切割成相互重疊的塊體，單個(gè)巖塊高1～2m，部分巖塊懸空。危巖體臨空方向?yàn)?60°，巖層產(chǎn)狀為295°∠30°，為切向坡。危巖內(nèi)主要發(fā)育5組裂隙。

3）WY3，分布在勘察區(qū)斜坡中部陡崖上，坡向150°，坡度65°～80°；危巖體頂部標(biāo)高1 143.5m，底部標(biāo)高1 110.3m，呈不規(guī)則塊體狀，長、高、厚分別為11.2m、33.2m、4.0m，體積為1 487.4m3。該危巖巖石在橫向上被巖層層面切割成相互重疊的塊體，單個(gè)巖塊高2～5m，部分巖塊懸空。危巖體臨空方向?yàn)?60°，巖層產(chǎn)狀為295°∠30°，為切向坡。危巖內(nèi)主要發(fā)育4組裂隙。

表3　WY3危巖體裂隙統(tǒng)計(jì)表

圖2　WYI危巖體赤平投影圖

3　危巖體破壞模式

危巖體的破壞主要表現(xiàn)為失穩(wěn)崩塌。破壞模式可分為滑移式、傾倒式和墜落式三類：

1）當(dāng)軟弱結(jié)構(gòu)面傾向山外，上覆蓋體后緣裂隙與軟弱結(jié)構(gòu)面貫通，在動(dòng)水壓力和自重力作用下，緩慢向前滑移變形，形成滑移式危巖。

2）當(dāng)軟弱夾層形成巖腔后，上覆蓋體重心發(fā)生外移，在動(dòng)水壓力和自重作用下，上覆蓋體失去支撐，拉裂破壞向下傾倒，形成傾倒式危巖。WY2，WY3為此種破壞模式。

3）當(dāng)軟弱夾層形成巖腔后，在自重作用下，上覆蓋體失去支撐，沿主控裂隙面向下墜落，形成墜落式危巖。WY1為此種破壞模式。

圖3　WY2危巖體赤平投影圖

圖4　WY3危巖體赤平投影圖

4　危巖體穩(wěn)定性分析及評價(jià)

4.1危巖穩(wěn)定性定性分析

1）WY1：經(jīng)赤平投影分析，危巖體在L1、L2結(jié)構(gòu)面以及C1層面的切割下形成塊體，由圖2可知，L2結(jié)構(gòu)面與L1結(jié)構(gòu)面相交，交點(diǎn)位于P坡面線之內(nèi)，危巖體穩(wěn)定性主要受L1、L2結(jié)構(gòu)面的影響，該處危巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2）WY2：經(jīng)赤平投影分析：危巖體在L1、L2結(jié)構(gòu)面以及C1層面的切割下形成塊體，由圖3可知，L2結(jié)構(gòu)面與L1結(jié)構(gòu)面相交，交點(diǎn)位于P坡面線之內(nèi)，危巖體穩(wěn)定性主要受L1、L2結(jié)構(gòu)面的影響，該處危巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

3）WY3危巖體：經(jīng)赤平投影分析：危巖體在L1、L2結(jié)構(gòu)面以及C1層面的切割下形成塊體，由圖4可知，L2結(jié)構(gòu)面與L1結(jié)構(gòu)面斜相交，交點(diǎn)位于P坡面線之內(nèi)，危巖體穩(wěn)定性主要受L1、L2結(jié)構(gòu)面的影響，該處危巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2危巖穩(wěn)定性定量分析

根據(jù)本次廖家?guī)r危巖巖石樣品試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)見表（表4）。

計(jì)算參數(shù)的選擇考慮裂隙的貫通程度、裂隙的填充程度及裂隙的結(jié)合情況，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（DB 50/330-2002）表4.5.1結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值來確定裂隙面粘聚力C及內(nèi)摩擦角φ；巖體抗拉強(qiáng)度根據(jù)室內(nèi)巖石抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)值按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001）的折減要求進(jìn)行折減，折減時(shí)考慮陡崖體的裂隙貫通程度。

表4　危巖穩(wěn)定性計(jì)算采用的地質(zhì)參數(shù)

圖5　傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算示意圖

圖6　墜落式危巖穩(wěn)定性計(jì)算示意圖

4.3計(jì)算工況

廖家?guī)r危巖采用以下三種工況進(jìn)行計(jì)算：

1）工況一（天然工況）：自重（天然狀態(tài)）+部分裂隙水壓力，用表4-1中天然狀態(tài)地質(zhì)參數(shù)，裂隙的貫通性好，裂隙充水高度取0。

2）工況二（暴雨工況）：自重（飽和狀態(tài)）+裂隙水壓力，用表4-1中飽和狀態(tài)的地質(zhì)參數(shù)，其中裂隙充水高度取取裂隙深度的1/3。

3）工況三（地下水+地震工況）：自重（天然狀態(tài)）+裂隙水壓力+地震力，用表4-1中天然狀態(tài)的地質(zhì)參數(shù)，其中裂隙充水高度取取裂隙深度的1/3，地震烈度按Ⅵ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.10g。

4.4計(jì)算方法與結(jié)果

式中：h—后緣裂隙深度（m）；wh—后緣裂隙充水高度（m）；H—后緣裂隙上端到未貫通段下端的垂直距離（m）；a—危巖體重心到傾覆點(diǎn)的水平距離（m）；b—后緣裂隙未貫通段下端到傾覆點(diǎn)之間的水平距離（m）；0h—危巖體重心到傾覆點(diǎn)的垂直距離（m）；lkf—危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），根據(jù)巖石抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以0.4折減系數(shù)確定：θ—危巖體與基座接觸面傾角（°），外傾時(shí)取正值，內(nèi)傾時(shí)取負(fù)值；β—后緣裂隙傾角（°）。對后緣有陡傾裂隙的懸挑式危巖按下列二式計(jì)算，穩(wěn)定性系數(shù)取兩種計(jì)算結(jié)果中的較小值。

式中：ζ-危巖抗彎力矩計(jì)算系數(shù)，依據(jù)潛在破壞面形態(tài)取值，一般可取1/12～1/6，當(dāng)潛在破壞面為矩形時(shí)可取1/6；a0-危巖體重心到潛在破壞面的水平距離（m）；b0-危巖體重心到過潛在破壞面形心的鉛垂距離（m）；flk-危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），根據(jù)巖石抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以0.20的折減系數(shù)確定；c-危巖體粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；H-危巖體高度（m）；h-后緣裂隙高度（m）；φ-危巖體內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（°）；W-崩塌危巖體自重（KN/m）；Q-地震力（kN/m），按公式Q=ζeW確定，ζe-地震水平系數(shù)，取0.05。

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0218-2006），防治工程等級一級，滑塌式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.3， 墜落式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.8， 傾倒式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.5，可建立下列評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表5，危巖體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表6。經(jīng)過對危巖體的定性及定量分析，天然情況下：WY1處于基本穩(wěn)定狀態(tài)， WY2、WY3處于穩(wěn)定狀態(tài)。在暴雨工況下：WY1、WY2、WY3均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。在地震工況下：WY2處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，其它危巖體都處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

表5　巖穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表6　廖家?guī)r危巖穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果表

5　結(jié)束語

1）廖家?guī)r危巖體的失穩(wěn)破壞模式為墜落式和傾倒式2種模式。

2）在暴雨工況下，3塊危巖體均處于欠穩(wěn)定狀體，因此相應(yīng)的地表水防滲措施應(yīng)實(shí)施，如對危巖體上部的地表水進(jìn)行攔截，修筑截排水溝；并及時(shí)填補(bǔ)基巖的卸荷裂隙，減少地表水的入滲補(bǔ)給。

3）對局部欠穩(wěn)定的失穩(wěn)塊體，應(yīng)先局部清危，再對危巖體采取支撐、錨固或掛網(wǎng)等措施。

［1］ 陳肇元，崔京浩. 土釘支護(hù)在基坑工程中的應(yīng)用（第二版）［M］. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］ 駱銀輝，胡斌，朱榮華，等. 崩塌的形成機(jī)理與防治方法［J］.西部探礦工程，2008， 12（2）. 1～3.

Genetic Mechanism and Stability of the Liaojiayan Unstable Rock Masses

WANG Jia-kun
（No. 207 Geological Team， BGEEMRSP， Leshan， Sichuan 614000）

Many cracks were formed in the Liaojiayan Mountain Massif after the Wenchuan Earthquake which results in 3 unstable rock masses， seriously threatening to people's life and property. This paper has a discussion on genetic mechanism and failure model of these unstable rock masses and calculates their stability and gives their stability assessment.

unstable rock mass； failure model； stability； Liajiayan

P642.21

A

1006-0995（2015）04-0583-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.024

2015-12-01

王嘉昆（1983-），男，四川樂山人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)相關(guān)工作