有人類活動(dòng)地區(qū)危巖治理研究

嚴(yán)爾炳

（云南旅游職業(yè)學(xué)院，云南昆明650221）

有人類活動(dòng)地區(qū)危巖治理研究

嚴(yán)爾炳*

（云南旅游職業(yè)學(xué)院，云南昆明650221）

研究了有人類活動(dòng)生活地區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害的治理方法，對(duì)危巖地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，提出防治建議和治理方案，并對(duì)治理方案進(jìn)行了論證。

危巖；治理；地質(zhì)災(zāi)害；研究

1 概況

1.1 研究任務(wù)由來(lái)

蘭坪縣石登鄉(xiāng)三角河村委會(huì)小箐危巖位于村委會(huì)所在地后山。2007年發(fā)生危巖松動(dòng)，后壁出現(xiàn)裂縫，坡面出現(xiàn)部分巖土體崩落，雖然未發(fā)生大塊危巖的滾落，但是出現(xiàn)了危巖處于不穩(wěn)定的狀況，給當(dāng)?shù)卮迕裨斐蓸O大恐慌，小箐村危巖體下方直接受威脅群眾62戶，共計(jì)274人；資產(chǎn)約550萬(wàn)元。因危巖體至村小組的直線距離較短，地形坡度大，險(xiǎn)情緊迫、危險(xiǎn)程度高，已嚴(yán)重危及著人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，村委會(huì)上報(bào)縣、鄉(xiāng)兩級(jí)相關(guān)政府職能部門申請(qǐng)財(cái)政資金予以治理。

在《云南省蘭坪縣地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃（2011-2020）》中小箐危巖地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)列為當(dāng)期項(xiàng)目，目前上級(jí)下達(dá)的項(xiàng)目治理資金已到位，縣委、縣政府及縣國(guó)土資源局決定啟動(dòng)小箐危巖災(zāi)害點(diǎn)治理工作，這是一項(xiàng)有人類活動(dòng)地區(qū)危巖治理的研究。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的災(zāi)害劃分標(biāo)準(zhǔn)，三角河小箐村危巖的危害等級(jí)為二級(jí)；險(xiǎn)情等級(jí)為小型；防治工程等級(jí)Ⅲ級(jí)。

1.3 可能致災(zāi)范圍

蘭坪縣石登鄉(xiāng)三角河村委會(huì)小箐小組所在地至后山危巖體，長(zhǎng)335m，寬750m范圍。

2 自然條件及地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 自然條件

2.1.1 地理位置

小箐村小組位于蘭坪縣西北方向，瀾滄江左岸，公路里程約95km。行政區(qū)劃隸屬石登鄉(xiāng)三角河村民委員會(huì)管轄。地理坐標(biāo)：東經(jīng)99°08′26″，北緯26°46′。現(xiàn)已有縣城通往石登鄉(xiāng)的柏油路，石凳鄉(xiāng)—三角河村委會(huì)公路也正在改建，交通較為方便。

2.1.2 氣象與水文

該項(xiàng)目地處東西各有南北走向的怒山山脈和縣境內(nèi)云嶺山脈中雪盤山之間，瀾滄江干熱河谷兩岸，屬典型的“兩山夾一谷”，海拔2300m，屬于中山溫涼氣候，年平均氣溫19.40℃，年降水量680mm，年霜期70d。

2.1.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況

石登全鄉(xiāng)轄14個(gè)村民委員會(huì)，110個(gè)自然村，120個(gè)村民小組。土地總面積551.4km2，2006年經(jīng)濟(jì)總收入3443萬(wàn)元，財(cái)政收入386萬(wàn)元。糧食總產(chǎn)量1095× 104kg，人均有糧464kg。

三角河村委會(huì)有農(nóng)戶408戶，有鄉(xiāng)村人口1501人，其中農(nóng)業(yè)人口1472人，勞動(dòng)力1061人。有耕地2551.59畝，其中人均耕地1.73畝；有林地17364.21畝。全村轄6個(gè)村民小組，2012年全村經(jīng)濟(jì)總收入406.54萬(wàn)元，農(nóng)民人均純收入2496.00元。

2.2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.2.1 地形地貌

項(xiàng)目區(qū)位于碧螺雪山的東側(cè)坡面，瀾滄江右岸，屬于半山區(qū)地貌類型，海拔2100～2300m，地形坡度10°～38°之間。小箐村小組位于坡度稍緩的區(qū)域，后部的地形坡度稍大，左右兩側(cè)均有箐溝發(fā)育，箐溝沖蝕程度較輕。

2.2.2 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

（1）地質(zhì)構(gòu)造：該區(qū)位于唐古拉—昌都—思茅地塊中段西緣，瀾滄江構(gòu)造—巖漿帶中段。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，變質(zhì)作用和構(gòu)造變形強(qiáng)烈，主構(gòu)造線呈南北向展布，為一強(qiáng)烈擠壓、逆沖推覆形成之造山帶。

（2）新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：由于該區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，由這些斷裂為邊界形成了若干個(gè)活動(dòng)斷塊，伴隨青藏高原的大規(guī)模強(qiáng)烈隆升，區(qū)內(nèi)及外圍亦大面積整體間歇性急速抬升，在此背景下，上述活動(dòng)斷塊因抬升幅度的差異，造成了塊體間的差異運(yùn)動(dòng)，總體趨勢(shì)由西北向東南塊體抬升由強(qiáng)變?nèi)?。?qiáng)烈地震主要發(fā)生在活動(dòng)塊體的邊界，反映活動(dòng)塊體之間的差異運(yùn)動(dòng)與地震有關(guān)。

（3）地震：據(jù)有關(guān)資料記載，自1948～1995年全縣共發(fā)生地震7次，其中，破壞性地震1次，其余全為5級(jí)以下。據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），工程區(qū)屬抗震設(shè)防烈度7度區(qū)第三組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g。

2.2.3 水文地質(zhì)條件

本區(qū)屬瀾滄江水系，該區(qū)位于瀾滄江右岸的石登-小格拉構(gòu)造帶，周邊分布地層巖性有灰?guī)r、板巖，所賦存的地下水主要為裂隙水，地下水主要接受西部山區(qū)大氣降水的補(bǔ)給，地表水滲入地下后沿山體坡面向東徑流，最后排泄于瀾滄江江內(nèi)。該區(qū)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地表徑流，村民的引用水源主要是從區(qū)外水管引水。

3 地質(zhì)災(zāi)害體（危巖）特征

3.1 W1危巖

W1危巖體外觀尺寸16m×13m×12m，體積約2500m3，距離村莊42m，危巖下部地形坡度分為兩段，由上至下：25°，坡長(zhǎng)14m；18°，坡長(zhǎng)28m，斜坡總體向東傾斜，正對(duì)小箐小組，坡面植物主要為核桃，樹徑15～30cm。危巖體為灰?guī)r，巖體結(jié)構(gòu)完整未發(fā)現(xiàn)節(jié)理、裂隙，巖下部架空，可見10～15cm縫隙。危巖下部有一臺(tái)坎，坎高3m。

3.2 W2危巖

W2危巖體外觀尺寸19m×21m×16m，體積約5000m3；危巖體上發(fā)育有5道裂縫，其中3條為近似東北—南西向。距離村莊約190m，危巖體至村莊的線路分大致為4段，由上至下：65°，18m；36°，92m；28°，40m；15°，40m。危巖體下部懸挑5.5m，懸空高度1～2.2m。據(jù)當(dāng)?shù)卮迕穹从常?年前還可直立進(jìn)入危巖下部的懸空處存放玉米秸稈、稻草，后來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)變形松動(dòng)，現(xiàn)在需爬行方可進(jìn)入。危巖懸空下方出露的巖體為塊石堆積體，塊石粒徑0.5～2.3m，危巖底部集中受力部位為膠結(jié)狀角粒巖，中等風(fēng)化。調(diào)查發(fā)現(xiàn)前部懸崖口巖石縫隙中生長(zhǎng)有一顆植物，根系劈裂巖石可見貫穿裂縫1～1.5mm，不利用坡面巖石穩(wěn)定。危巖體后部為凹字地形，底部為塊石充填，塊石粒徑1.5～2.6m，有7棵喬木樹種，樹徑3～15cm，后壁為一塊體積相當(dāng)?shù)幕規(guī)r，巖體完整。

3.3 W3危巖

W3危巖體外觀尺寸9m×3m×6m，體積約150m3；巖體為灰?guī)r，結(jié)構(gòu)完整，無(wú)裂隙節(jié)理。危巖底部呈18度順坡傾斜，架空結(jié)構(gòu)，可見縫隙10～30cm，危巖前緣為1.3m寬塊石堆積平臺(tái)，危巖體距離村莊約195m，危巖體至村莊的線路分大致為4段，由上至下：60°，23m；36°，92m；28°，40m；15°，40m。

3.4 危巖堆積區(qū)

危巖堆積區(qū)位于W2、W3危巖下方，構(gòu)成危巖體為灰?guī)r，分布面積30m×25m=750m3，危巖呈亂石堆，由粒徑1.5～3.3m，危巖體共8塊，危巖表面光滑，外觀形狀類似橢圓，距離村莊約180m，2007年發(fā)生過(guò)松動(dòng)，但并未發(fā)生滾落。

4 危巖災(zāi)害評(píng)價(jià)

4.1 W1危巖

危巖體完整體積較大，呈不規(guī)整幾何形狀，有2個(gè)近似平面的表面，因此在地震、降雨等外因作用下，危巖的運(yùn)動(dòng)一般而言只會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，幾乎難以翻滾。雖然危巖體距離村莊距離較近，但所處地形坡度較緩（18°），即使發(fā)生地震，危巖運(yùn)動(dòng)距離較小，不會(huì)直接造成對(duì)村莊的威脅，危巖滑移后僅會(huì)阻礙村莊的小路，破壞下部樹木及毀壞村民引水管道，危害程度較小。

4.2 W2危巖

危巖體巨大，約5000m3，危巖體上發(fā)育有裂縫，懸崖頂端。危巖在坡面方向存在約5.5m懸空，而下部支撐懸空部分的巖體為角粒巖，厚度30～60cm，角粒巖中可見粒徑3～8cm，呈鈣質(zhì)膠結(jié)狀，強(qiáng)度較低。危巖下部懸空高度1.0～2.2m，底部為塊石堆，粒徑0.5～2.8m，較為密實(shí)，塊石完整。危巖順坡面正下方巖體為鈣質(zhì)膠結(jié)塊石，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該巖石上生長(zhǎng)有根系發(fā)達(dá)的植物，植物根系已劈裂膠結(jié)巖體，植物根系對(duì)巖石的劈裂作用已危害到坡面巖體的穩(wěn)定。該危巖在地震或持續(xù)重力作用下容易造成懸空部位下角粒巖應(yīng)力集中，受巨大壓力破壞解體。危巖在目前的懸空部位的下落，為危巖提供松動(dòng)的初始動(dòng)能。而危巖下部的危巖松動(dòng)沖積力作用下也可能會(huì)發(fā)生松動(dòng)，無(wú)法支撐危巖的重力，進(jìn)而發(fā)生危巖的滾落。危巖體前方的地形坡度約65°，高差近20m，有利于危巖的初始階段的墜落加速。一旦發(fā)生危巖滾落，其巨大的沖積力將難以阻擋，對(duì)小箐村小組造成危害是毀滅性的。綜合以上分析，存在危巖失穩(wěn)、墜落、翻滾的可能，危害程度巨大。

4.3 W3危巖

該危巖位于坡面頂部，底部架空，下部支撐危巖的巖體呈亂石堆狀，支撐點(diǎn)較多，支撐巖石強(qiáng)度較高，雖然危巖體結(jié)構(gòu)完整，底部超坡面傾斜，但是下部支撐的巖體所在的坡面地形約18°，順坡傾斜。危巖距離斜坡口約1.3m，坡口以下地形坡度約60°，存在危巖翻滾加速的條件。上述條件整體分析，發(fā)生危巖滾落的可能性小，危巖危害程度較小。

4.4 危巖堆積區(qū)

危巖堆積區(qū)的巖體表面光滑，形狀橢圓，多為歷史上危巖崩落，經(jīng)滑落、風(fēng)化等作用形成。危巖區(qū)位于W2、W3危巖體下方，分布范圍約750m3，危巖順坡向大部分臨空，甚至出現(xiàn)危巖疊放在下部完整光滑巖石上的情況，2007年在沒(méi)有地震外力等外力作用的情況下下發(fā)生過(guò)松動(dòng)，造成危巖周邊2處地表垮塌，但未發(fā)生危巖滾落。因危巖區(qū)下部的地形坡度較大（約38°），坡上植被稀疏，且多為灌木，危巖容易發(fā)生順坡面的滾落，綜上所述，危巖區(qū)的危巖失穩(wěn)的可能性較大，坡面有利有危巖的滾落，滾落方向正對(duì)村莊，危害程度較大。

5 災(zāi)害發(fā)展趨勢(shì)及防治建議

5.1 發(fā)展趨勢(shì)

從危害性評(píng)價(jià)分析看，W1、W3危巖體需要較大的外力作用才會(huì)發(fā)生滾落；危巖失穩(wěn)的可能性小，危害小。W3前部地形坡度較大，具備滾落的地形條件，需要考慮進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)。

危巖體和下部的危巖區(qū)在自重作用及地震、降雨等外因影響條件下，發(fā)生危巖失穩(wěn)、滾落的可能性較大，危害程度較大。隨著時(shí)間的推移，隨著降雨沖刷侵蝕坡體，危巖危害勢(shì)必增大。特別是W2危巖體，危巖下部懸空，前面有植物根系劈裂支擋巖體，破壞巖土的結(jié)構(gòu)；后部12m寬的凹陷地帶隨著樹木生長(zhǎng)，樹干的增大對(duì)危巖具有一定的推動(dòng)作用，危巖的發(fā)展趨勢(shì)不利于穩(wěn)定，需重點(diǎn)防護(hù)。

5.2 防治建議

（1）W1、W2、W3危巖體建議采取支撐，防止危巖的發(fā)展，減低危害；對(duì)于危巖區(qū)因不具備原地錨固、支撐條件建議在危巖下方，具備地形平緩條件地段進(jìn)行攔擋。

（2）W2危巖體后部及前部劈裂巖石的樹木應(yīng)盡快砍伐，消除危害。

（3）危巖下方坡面上的植被應(yīng)盡量保護(hù)，嚴(yán)禁砍伐。

（4）嚴(yán)禁在危巖周邊及下方放炮炸石，進(jìn)行大規(guī)模切坡開挖。

（5）維持危巖下方村莊的現(xiàn)有邊界，避免村莊向北部擴(kuò)展，盡量為危巖的滾落提供充足的減速、緩沖地帶。

（6）增加對(duì)村民宣傳教育活動(dòng)，明確疏散路線及其危害影響區(qū)。

（7）組織人員進(jìn)行巡查，加強(qiáng)危巖變形觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)通報(bào)。

6 防治工程的必要性、緊迫性

小箐危巖直接威脅對(duì)象為小箐村小組，村小組為村委會(huì)所在地，現(xiàn)有農(nóng)戶62戶，共計(jì)274人，受威脅群眾資產(chǎn)約550萬(wàn)元。根據(jù)危害對(duì)象劃分標(biāo)準(zhǔn)，小大河危巖的危害等級(jí)為一級(jí)。一旦危巖滾落，對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娙藛T財(cái)產(chǎn)造成重大危害，因此開展地質(zhì)災(zāi)害的防治工程勢(shì)在必行。

小箐危巖災(zāi)害點(diǎn)已列為《云南省蘭坪縣地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃（2011-2020）》2012年度防治項(xiàng)目，自W2危巖下部空間被壓縮變小以及2007發(fā)生發(fā)生危巖松動(dòng)后，危巖對(duì)當(dāng)?shù)卮迕裨斐奢^大的恐慌，村委會(huì)負(fù)責(zé)人曾多次向石登鄉(xiāng)政府及縣國(guó)土所匯報(bào)，要求上級(jí)部門采取相關(guān)處理措施，保證村民的生命財(cái)產(chǎn)安全。該災(zāi)害也引起縣政府及國(guó)土資源管理部門的高度重視，在上報(bào)省廳爭(zhēng)取到相關(guān)治理費(fèi)用后，隨即開展該地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的防治工作，對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娂吧霞?jí)政府部門而言，該地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的防治工程顯得尤為緊迫，防治工程刻不容緩。

7 治理方案的確定

作為治理滑坡、崩塌的方法，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍采用的有錨固、支撐、移除3大類的處理方法。

就該項(xiàng)目而言，錨固因不具備原地錨固的條件，故無(wú)法采用。支擋方案，多數(shù)村民不認(rèn)可，村民認(rèn)為該方案治標(biāo)不治本，沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。治理后尚有較大的安全隱患。

我們通過(guò)實(shí)地踏勘，查閱相關(guān)資料，我們認(rèn)為：W2危巖及W3危巖一旦遇到相當(dāng)?shù)卣穑ò凑諊?guó)家相關(guān)部門批準(zhǔn)蘭坪縣抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本加速度為0.15g，分組為第三組）及暴雨襲擊，極有可能發(fā)生傾倒式崩塌。依據(jù)崩塌的治理應(yīng)以根治為原則，當(dāng)不能清除或根治可采取遮擋，支撐等其它措施。結(jié)合我們以往已經(jīng)實(shí)施危巖項(xiàng)目實(shí)際治理經(jīng)驗(yàn)，采用控制爆破的方法進(jìn)行清除，才是標(biāo)本兼治的方法，實(shí)際實(shí)施也是切實(shí)可行的。

8 控制爆破清除危巖的原則及可行性分析

用控制爆破清除W2危巖及W3危巖，控制主要從3個(gè)方面入手：

（1）控制一次起爆的范圍及炸藥量，這主要解決爆破引起震動(dòng)問(wèn)題，將震動(dòng)控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，我們長(zhǎng)期從事該方面的生產(chǎn)、研究，以目前的技術(shù)手段及我們的技術(shù)力量是有保障的。

（2）控制爆破的孔網(wǎng)參數(shù)，通過(guò)對(duì)孔網(wǎng)參數(shù)的科學(xué)設(shè)計(jì)，控制爆落巖塊方向及大小，盡量控制和減小爆落巖塊的沖擊方向及力量。

（3）微分炸藥控制爆破產(chǎn)生的飛石及減小飛石距離，通過(guò)合理的炮孔參數(shù)及間隔裝藥等措施，通過(guò)微分炸藥的方法，使單位炸藥破碎巖石均等，炸藥爆炸的能量主要用于破碎巖石，從而控制爆破產(chǎn)生的飛石及減小飛石距離。

通過(guò)以上的技術(shù)手段，可以看出，用控制爆破清除該危石達(dá)到治理該地質(zhì)災(zāi)害從技術(shù)上、方法上是完全可行的。

9 爆破清除危巖安全保障措施

除采取以上所述的技術(shù)措施外，因危石下方就是村子。故還應(yīng)進(jìn)一步采取安全措施，其主要內(nèi)容是：

（1）劃定一定范圍的安全警戒區(qū)，在爆破時(shí)人員撤離警戒區(qū)，爆破結(jié)束，安全檢查結(jié)束后人員方可返回家中。

（2）設(shè)置安全防護(hù)措施，防止?jié)L石造成危害。

10 危巖主要?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)計(jì)算

結(jié)合防治工程可行性研究結(jié)論，危巖在發(fā)生失穩(wěn)后在坡面上的運(yùn)動(dòng)形式為滾落式，在危巖至攔石墻之間的坡面為直線型，坡面沒(méi)有突起的孤石等障礙物阻擋，具有一定厚度的表土土壤，植被多以灌木叢為主。因此可以判定危巖發(fā)生滾落時(shí)，危巖基本不會(huì)發(fā)生跳躍，因此相關(guān)危巖動(dòng)力參數(shù)計(jì)算中無(wú)需進(jìn)行最大水平偏離距離及彈跳高度計(jì)算，只需進(jìn)行落石速度及撞擊力計(jì)算。

10.1 落石速度

從危巖的滾落路線來(lái)看，滾落坡面屬于直線型坡，巖塊從陡崖上墜落至坡腳的速度計(jì)算公式為：

式中：α——陡坡坡角H為石塊墜落高度；

g——重力加速度；

k——石塊沿山坡運(yùn)動(dòng)所受阻力特性系數(shù),按下列條件取值。

山坡坡度角α=0°～30°，k=0.41～0.54

α=30°～60°，k=0.54～0.84

α=60°～90°，k=0.84～1.74

實(shí)際地形坡度38°，計(jì)算取α=40°，k=0.64，H= 45m。經(jīng)計(jì)算，滾石到達(dá)攔石墻位置處的速度V= 14.5m/s。

10.2 撞擊力

單塊落石的最大撞擊力按下式計(jì)算：

式中：F——單塊落石的撞擊力，kN；

m——滾石質(zhì)量，t；

v——大石塊的落地速度，m/s；

t——落石撞作用時(shí)間，s，因設(shè)0.8m片石緩沖層，取0.35s；

選取最大完整危巖體5.83m3，質(zhì)量15.7t，滾落最大速度14.5m/s進(jìn)行計(jì)算，采用上式計(jì)算的撞擊力650.8kN。

11 研究結(jié)論

終上所述，用控制爆破清除該危石達(dá)到治理該地質(zhì)災(zāi)害從技術(shù)上、方法上是完全可行的，也是本地質(zhì)災(zāi)害治理最徹底最有效的方法。

P642.22

A

1004-5716(2015)12-0148-04

2015-11-10

嚴(yán)爾炳（1962-），男（漢族），云南宣威人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事拆除爆破及各種特種爆破的生產(chǎn)及地質(zhì)災(zāi)害治理的研究工作。