云南省魯?shù)榭h石丫口崩塌穩(wěn)定性分析與治理研究

王柱，曹廣祝，覃榮高，胡逸仙

(昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院， 昆明 650093)

2014年8月3日下午4時30分，云南省魯?shù)榈貐^(qū)發(fā)生6.5級強烈地震，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。石丫口崩塌于“8.03”地震時發(fā)生，滾石直徑大多3 m左右，大者約6 m×6 m×4 m，大部分崩塌塊石堆積于斜坡中部地形較緩的地帶，有少量塊石滾動較遠(yuǎn)(分布如圖1所示)，穿過鄉(xiāng)村道路砸毀民房，并致使人員受傷。崩塌威脅下方住戶、鄉(xiāng)村公路及行人共計60人的生命財產(chǎn)安全。因此，對石丫口崩塌的基本特征和穩(wěn)定性進行分析，提出合理工程措施，以保障人民生命財產(chǎn)安全。

圖1 崩塌區(qū)危巖體分布示意圖

1 崩塌區(qū)基本地質(zhì)條件及特性

1.1 地質(zhì)構(gòu)造、地震及結(jié)構(gòu)面

崩塌區(qū)處于南北向構(gòu)造中藥山構(gòu)造帶與北東向構(gòu)造中騾馬口構(gòu)造帶的交接復(fù)合部位，構(gòu)造作用強烈；魯?shù)榭h抗震設(shè)防烈度為7度區(qū)，設(shè)計基本地震加速度為0.10 g，設(shè)計地震分組為第三組；龍頭山鎮(zhèn)抗震設(shè)防基本烈度提高至8度，地震動峰值加速度提高至0.20 g，構(gòu)造節(jié)理裂隙為后期構(gòu)造形成，主要為∈1c地層，節(jié)理裂隙共發(fā)育兩組，①組150°∠88°、②組88°∠78°。風(fēng)化帶接觸帶主要為寒武系白云巖(∈1c)組成的中厚層狀結(jié)構(gòu)堅硬巖體，強風(fēng)化層厚度3～8 m，為碎裂結(jié)構(gòu)，中等風(fēng)化帶厚大于10 m，為塊狀結(jié)構(gòu)。

1.2 地形地貌

石丫口崩塌區(qū)屬于云貴高原烏蒙山系西緣，為牛欄江構(gòu)成的河間地塊北側(cè)斜坡區(qū)，地勢總體北高南低，由北向南成階梯狀遞降，屬于構(gòu)造溶蝕侵蝕高中山峽谷地貌，河谷呈“V”型。災(zāi)害點所在區(qū)為陡坡地貌，其平均地形坡度約為35°～45°，坡頂發(fā)育有一陡崖，高度為15～20 m。災(zāi)害點所在斜坡坡頂高程為1 717 m，坡腳高程為1 605 m，相對最大高差為112 m。斜坡上分布有崩塌堆積體，由于人類陡坡耕植、道路修建等活動，坡面侵蝕、水土流失較重，山坡物質(zhì)易向山下轉(zhuǎn)移，屬地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的地形地貌。

1.3 地層巖性

1.4 水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)的地下水類型主要為松散堆積層孔隙水、巖溶水及基巖裂隙水3類。松散堆積層孔隙水零星分布于崩塌區(qū)第四系堆積物中，含水層巖性主要為碎塊石土，富水性弱、透水性弱。碳酸巖巖溶水主要賦存于寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)白云巖中，含水不均一，富水性強，為區(qū)內(nèi)主要含水層。裂隙水含水介質(zhì)為寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)白云巖，由于受構(gòu)造擠壓，地層多破碎，風(fēng)化、節(jié)理裂隙為地下水的賦存及運移通道，該類地下水動態(tài)變化相對穩(wěn)定。主要接受大氣降水及松散層孔隙水補給，透水性弱-中等，富水性較差，在勘查區(qū)未見泉水出露，勘查探井未揭露地下水位。

大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的補給來源，地下水受季節(jié)及地形制約，逕流途徑一般較短，多在牛欄江河谷等地形有利地段以片流形式溢出，局部以泉點排泄，流量變化受大氣降水影響，隨季節(jié)發(fā)生改變，旱季流量減小。在降雨的情況下經(jīng)過地表下滲補給。

1.5 人類工程活動

崩塌區(qū)坡腳地段人類工程活動較強烈，主要表現(xiàn)為坡腳公路的修建切坡及斜坡頂部耕種等現(xiàn)象對地質(zhì)環(huán)境也有著一定影響。由于坡腳公路為銀屏村多個村民小組至銀屏、翠屏及龍頭山鎮(zhèn)的必經(jīng)之路，災(zāi)害體對坡腳村民及公路過往車輛和行人的危害極大，因此，對危巖體及時進行勘查和治理顯得尤為必要。

2 崩塌危巖體特征與穩(wěn)定性分析

2.1 危巖體特征

各危巖體特征如表1所列。

利用赤平投影圖分析可知，危巖體穩(wěn)定性較差。由于W2、W5為孤石，故W1、W3、W4危巖體，潛在的危巖體主要分布在W3、W4危巖體后側(cè)塌陷坑內(nèi)(TX1)的獨立巖塊(崩塌體分布如圖1所示)，塊體多數(shù)為2 m×2 m×1 m，估計規(guī)模約120 m3,垂向節(jié)理裂隙發(fā)育，無充填，裂隙面10 cm～30 cm不等，未見新鮮裂隙面，現(xiàn)場調(diào)查分析巖體切割形成時間較長。由于W3、W4危巖體在前緣的攔擋作用，塌陷坑區(qū)巖體現(xiàn)還保持穩(wěn)定狀態(tài)，如果W3、W4危巖體失穩(wěn)，后面的潛在危巖體發(fā)生崩塌的可能性極大，因此對W3、W4危巖體采取工程冶理措施勢在必行。

2.2 穩(wěn)定性分析

滑移式危巖指沿軟弱面滑動而產(chǎn)生滑塌，滑移式危巖計算模型見圖2-a、b，按單位寬度考慮。

圖2 滑移式危巖穩(wěn)定性計算模型

編號W1W2W3W4W5位置坡頂東側(cè)W1東南側(cè)50 mW1西北側(cè),距離W1約20 mW3西南側(cè),距離W3約11 mW5危巖體位于斜坡陡崖西側(cè)分布高程1 688～1 6981 679～1 6891 686～1 7001 672～1 6861 688～1 693地層巖性∈1c白云巖∈1c白云巖∈1c白云巖∈1c白云巖∈1c白云巖危巖特征形態(tài)特征及規(guī)模裂隙發(fā)育特征危巖體高約6 m,平均厚約8 m,平均寬約9 m,估計體積432 m3。裂隙L1產(chǎn)狀88°∠78°,節(jié)理產(chǎn)出間距為1～3 m,延伸長度為2～7 m,裂隙呈閉合狀裂隙L2為該危巖的節(jié)理裂隙,產(chǎn)狀為150°∠88°,裂隙呈上窄下寬狀,裂隙面彎曲,裂縫底部有碎塊石充填裂隙L3為巖層層面的裂隙,產(chǎn)狀為220°∠25°,裂隙呈閉合狀危巖體高約8.6 m,平均厚約8.4 m,平均寬約5 m,估計體積361 m3孤石該塊危巖體高約12.7 m,平均厚約6 m,平均寬約5 m,估計體積381 m3裂隙L1產(chǎn)狀為150°∠88°,裂隙呈閉合狀裂隙L2產(chǎn)狀88°∠78°,為側(cè)向構(gòu)造裂隙,節(jié)理產(chǎn)出間距為1～3 m,延伸長度為2～7 m,裂隙呈閉合狀裂隙L3為巖層層面的節(jié)理裂隙,產(chǎn)狀為220°∠25°,裂隙呈閉合狀危巖體高約10 m,平均厚約8 m,平均寬約6 m,估計體積480 m3裂隙L1為該危巖的后緣卸荷裂隙,產(chǎn)狀為150°∠88°,節(jié)理產(chǎn)出間距為1.5～3 m,呈上寬下窄狀,裂隙面彎曲,未貫通裂隙L2為該危巖的控制裂隙,產(chǎn)狀88°∠78°,為側(cè)向構(gòu)造裂隙,節(jié)理產(chǎn)出間距為1.5～3.0 m,延伸長度為1.0～2.2 m,裂隙面平直,無充填裂隙L3為巖層層面的節(jié)理裂隙,產(chǎn)狀為220°∠25°,裂隙呈閉合狀該危巖體孤懸于陡坡頂部,由4塊約3 m×3 m×2 m的孤立石塊堆疊而成。估計體積72 m3孤石穩(wěn)定性分析及治理方案該危巖體順層產(chǎn)出,層面及層面與兩組節(jié)理的交線組合不利于穩(wěn)定,目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但在降雨、地震等外力作用即可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。治理方式為清除該危巖目前處于穩(wěn)定狀態(tài),但在降雨、地震等外力作用即可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。治理方式為清除該危巖該危巖體順層產(chǎn)出,層面及層面與節(jié)理4的交線組合不利于斜坡穩(wěn)定。目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但在降雨、地震等外力作用即可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。治理方式為支撐等主動措施該危巖體順層產(chǎn)出,層面及層面與兩組節(jié)理交線組合不利于斜坡穩(wěn)定。目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但在降雨、地震等外力作用即可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。治理方式為支撐等主動方式目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài),但在降雨、地震等外力作用即可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。治理方式為清除該危巖剖面圖赤平投影圖

對于后緣有陡傾裂隙的危巖體,其計算公式為：

(1)

對于后緣無陡傾裂隙的危巖體,其計算公式為：

(2)

根據(jù)邊坡規(guī)范、工程類比及白云質(zhì)灰?guī)r危巖體物理力學(xué)試驗結(jié)果[1]，確定了3種不同工況下危巖體物理力學(xué)參數(shù)(表2)。

表2 危巖體物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)，防治工程等級Ⅲ級，各類危巖可建立下列評價標(biāo)準(zhǔn)(表3)。

表3 危巖穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)

危巖體穩(wěn)定性計算結(jié)果見表4。

表4 危巖穩(wěn)定性系數(shù)及穩(wěn)定性評價

從表4可知，3個危巖體在天然狀態(tài)下都處于穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨、連續(xù)降雨及地震條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3 崩塌體處理措施研究

3.1 危巖清理

嚴(yán)禁在危險區(qū)范圍內(nèi)建造新民房，對坡腳下方兩戶村民進行永久搬遷，針對危巖體以及坡面崩塌堆積體采用：爆破清理孤立的危巖體以及人工清除分布于整個坡面的不穩(wěn)定危石。危巖清理分為兩部分，第一部分對穩(wěn)定性差、孤懸于斜坡頂部的W1、W2、W5采用爆破方式清除；第二部分為對分布于整個坡面除防護部分以外的零星不穩(wěn)定堆積體進行人工清除。由于斜坡坡度較大，平均地形坡度為35°～45°，且威脅對象集中分布于坡腳位置，一旦巖塊滾落，將直接對坡腳村民及公路造成威脅。因此，危巖體清理工程實施之前，首先采用鋼管腳手架結(jié)合竹膠板于公路內(nèi)側(cè)搭設(shè)安全防護擋板，擋板高度不應(yīng)低于4 m ，施工期間應(yīng)將危巖下方村民進行搬遷避讓，公路采用間隙性通車方式，以徹底保證施工安全。

3.2 W3、W4危巖體

3.2.1 方案設(shè)計

W3、W4危巖體處理方案如表5所列。

表5 W3、W4危巖體處理方案

3.2.2 方案選擇

方案一和方案二均能達到減輕災(zāi)害體威脅程度的目的，兩種方案的施工技術(shù)均較為成熟，方案一采用M10漿砌石擋墻的治理方式對坡體擾動更小，施工安全風(fēng)險更小，防治效果相對較好，該方案治理費用較低；方案二主動防護網(wǎng)在施工時可能對周邊崩塌堆積體產(chǎn)生擾動，施工危險性較大[2-3]。綜合兩個方案對比分析，推薦采用方案一再加上后期監(jiān)測作為推薦方案。

4 結(jié)論

通過對石丫口崩塌穩(wěn)定性分析，并對相應(yīng)的危巖體提出了相關(guān)的治理方案，對于W3、W4危巖體對比了兩種方案，得出采用砌石擋墻的治理方式效果與造價再加上后期監(jiān)測作為推薦方案更為合適。

這些結(jié)果對于附近區(qū)域內(nèi)的崩塌穩(wěn)定性分析與治理具有一定價值的資料參考。