安順北椅子山危巖形成機制與防治對策研究

蔡國升，陳志強，鐘焰梨

(貴州大學 國土資源部喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治重點實驗室，貴陽 550025)

1 概 述

崩塌類地質(zhì)災(zāi)害是我國西南部山地地區(qū)常見的災(zāi)害類型，崩塌的發(fā)生是受多種因素的影響而綜合導致的，其破壞模式大體分為以下幾種[1]：落式、傾倒式、滑移式。目前，對于各種不同的破壞類型均有對應(yīng)的工程防治措施，比較常用的手段有被動網(wǎng)、主動網(wǎng)、錨定支護、嵌固等。因此，分析研究危巖的形成機制能夠為工程防治提供科學的理論依據(jù)。

2 危巖區(qū)工程地質(zhì)條件

災(zāi)害點屬于中亞熱帶高原型濕潤亞熱帶季風氣候區(qū)，雨量充沛，區(qū)內(nèi)植被沿陡崖發(fā)育，植被長勢良好(主要為灌木叢)，危巖帶臨空面暴露地表，受風化作用強烈，局部陡崖一線及陡坡處的植被具有根劈作用，對危巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響。該點位于黔中山區(qū)麻山腹地，為典型巖溶地貌，以石灰?guī)r峰叢山地為主，山脈縱橫交錯，地勢較為復雜，地表切割深，相對高差大，溝壑縱橫，山高坡陡， 溶蝕現(xiàn)象明顯，區(qū)內(nèi)沒有泉水出露，降雨多靠地表水排泄，地下水不富足。南北兩側(cè)山高坡陡，多為陡斜坡和陡崖，最高高程為1 386.4 m，最低高程為1 146.7 m，最大相對高差約239.7 m；區(qū)內(nèi)出露地層為第四系殘坡積層(Qdl+el)及崩塌堆積層(Qcol)，二疊系茅口組(P2m)。工作區(qū)內(nèi)無大型斷裂發(fā)育，但受區(qū)域構(gòu)造及溶蝕影響，風化、溶蝕、節(jié)理裂隙較發(fā)育[2]。根據(jù)對工作區(qū)節(jié)理裂隙調(diào)查統(tǒng)計，該區(qū)主要發(fā)育四組節(jié)理裂隙，發(fā)育密度為1～3條/m，最密處可達5條/m。其中，一、二組為卸荷裂隙，產(chǎn)狀為123°∠78°、140°∠85°，多傾向坡外，切割巖體成塊狀并形成明顯的外傾結(jié)構(gòu)面，主要控制該區(qū)危巖體的危巖類型。三、四組為走向近垂直山體，產(chǎn)狀為350°∠60°、65°∠80°，與前兩組裂隙間互相切割，加劇了巖體的破碎程度，為危巖的形成及危巖創(chuàng)造了有利的條件，主要控制危巖體的塊體大小。另外，受植被根系劈裂作用影響，發(fā)育多級雜亂無章的節(jié)理裂隙。

3 危巖體特征

勘查區(qū)危巖體規(guī)模以小型為主，危巖體破壞模式以滑移式和傾倒式為主，危巖體巖性為灰色、淺灰色厚層塊狀灰?guī)r，危巖體形狀多以連體狀、單體狀為主。其變形破壞與巖體風化破碎及植被根系劈裂作用具有較大聯(lián)系，同時受節(jié)理裂隙與巖層面影響，致使危巖體沿裂隙發(fā)育方向脫離母巖，形成危巖體。同時。其斜坡至緩坡處分布的松散零星崩塌堆積體，厚度在2.0 m以內(nèi)。另外，其頂部有松散的孤石，呈塊狀，巖性為硬質(zhì)灰?guī)r，粒徑小于2.5 m，有可能發(fā)生滑移式 “滾動”危巖。該區(qū)段危巖體整體分布范圍較大，威脅對象主要為周邊的居民集中分布區(qū)，威脅對象較集中，危害性較大。從圖1、圖2中可以看出，危巖體受豎向節(jié)理與水平機理切割，穩(wěn)定性較差。

圖1 危巖體全貌及陡崖

圖2 危巖體近照

4 危巖體形成機制研究

危巖體的變形破壞受多種因素的影響，如外傾結(jié)構(gòu)面、地層巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、風化程度和外力作用等，但危巖體變形失穩(wěn)的本質(zhì)，不外乎結(jié)構(gòu)面或巖體的剪切破壞，以及巖體的張拉破壞等，結(jié)構(gòu)面或巖體抗剪強度不足引起危巖體變形破壞為墜落式或滑移式，巖體抗拉強度不足引起的危巖體變形破壞為傾倒式或拉裂式[3]。該點中的危巖單體及松散危巖堆積體，幾乎不存在支撐點位于破裂面外側(cè)的情況，或者危巖體內(nèi)側(cè)陡傾節(jié)理裂隙距支撐點很遠而不可能使危巖體發(fā)生傾倒式破壞，而多以傾倒式和滑移式破壞為主[4]。

該危巖帶的形成機理是由于在垂直于地層走向方向上節(jié)理裂隙較發(fā)育，且平行于區(qū)域性的陡傾裂隙或外傾結(jié)構(gòu)面，然后由于山體本身風化較破碎，植被較發(fā)育，受植被根系劈裂作用較強烈，同時受多組節(jié)理裂隙組合切割致使山體上巖體被分割成多個離散的單體，形成危巖體。同時還有該點危巖的誘發(fā)因素[5]：①水的作用。水是使危巖體失穩(wěn)的重要因素，暴雨或持續(xù)降雨將造成危巖體及下伏巖組飽水，增大巖體的重度，降低巖土體的抗剪強度，導致危巖體的穩(wěn)定性降低；同時靜動水壓力對坡體的穩(wěn)定性影響很大，可能導致坡體的失穩(wěn)破壞。②地層巖性。疊系茅口組灰?guī)r灰色、淺灰色厚層塊狀灰?guī)r長期遭受溶蝕、風化、剝落、卸荷、植被根系劈裂等作用，在長期雨水沖刷等地質(zhì)作用下，巖體節(jié)理裂隙不斷發(fā)展、貫通，在自重和其它內(nèi)外作用下對巖體產(chǎn)生脫離母巖的可能大于其巖體相對的黏結(jié)強度而產(chǎn)生危巖。

以下是該點失穩(wěn)破壞的影響因素[6]：①地形地貌。危巖帶臨空面為多級陡崖，陡崖坡度多在65°以上，容易發(fā)生落石、掉塊等現(xiàn)象。②植被根系劈裂作用。山體植被較發(fā)育，且?guī)r質(zhì)堅硬、性脆，在植被生長過程中，根系劈裂作用致使形成多處大面積危巖分布，大大降低巖體的完整性，隨著時間推移，在垂直和水平方向繼續(xù)延伸發(fā)育，較硬巖體則容易發(fā)生破壞，有利于零星落石、掉快等的發(fā)生。③風化作用。危巖帶巖體巖性為厚層塊狀灰?guī)r，質(zhì)硬、性脆，雖抗風化能力較強，但在冷暖交替、溫差變化作用下巖石易受熱漲冷縮作用下，易于風化破碎，為危巖提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)[7]。

5 危巖體穩(wěn)定性分析

通過赤平投影圖分析危巖體的穩(wěn)定性[8]，根據(jù)對區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙的調(diào)查，結(jié)合危巖分布范圍、規(guī)模、風化程度、變形破壞特征、破壞模式及已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，采用地質(zhì)類比法對穩(wěn)定性進行宏觀判斷。即利用赤平極射投影分析方法對邊坡的穩(wěn)定性分段進行宏觀定性分析，按邊坡穩(wěn)定分析理論來評價其穩(wěn)定性，節(jié)理裂隙發(fā)育與巖體的關(guān)系見圖3。

圖3 結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

由圖3可知，結(jié)構(gòu)面組合交線a、b、c傾向于邊坡坡面相同，且其傾角小于坡角，工作區(qū)危巖均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能沿組合交線方向發(fā)生危巖，圖3中afbe、ofad、ocd均為不穩(wěn)定楔形體。上述評價方法是針對整個工作區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害宏觀定性評價方法，加之植被根系劈裂作用減弱巖體的完整性，分化作用的比表面積加大，致使巖體的抗剪強度、抗拉強度降低，從而增加危巖體發(fā)生危巖的可能，整個工作區(qū)危巖巖體的穩(wěn)定性較差。

6 危巖體防治對策研究

根據(jù)該區(qū)危巖體特征，對于零星的堆積體可以采取人工清除的方式進行處理；但是對于體積較大的危巖體，采用人工清理的難度較大，不利于操作，花費工期較長，提高了工程的預算費用，對于大塊危巖體擬采用主動網(wǎng)加被動網(wǎng)加錨桿的工程手段，見圖4。

圖4 危巖體防治剖面圖

本次治理削方工程主要針對7處危巖單體及WD-1和WD-2兩處危巖帶局部削方，由于上述危巖單體及危巖帶節(jié)理裂隙較發(fā)育，本身巖體的風化程度較破碎，加之植被根系劈裂作用較強烈，且在水平及垂直方向均有較大的位移，若對危巖單體實施錨固或支撐等均不能有效加固危巖體。同時，因?qū)D-1實施主動防護網(wǎng)進行防護，但主動防護網(wǎng)安裝條件需對安裝面整平后才能發(fā)揮防護效能；對WD-2實施被動防護網(wǎng)進行防護，但被動防護網(wǎng)抗沖擊能力有限， 需對危巖帶上危巖方量較大的地段進行清除。削方方法嚴格按照“從上至下、由外到內(nèi)、層層剝離”的方法進行，原則上采用人工削方，在條件允許的情況下可借以機械輔助削方，如巖石預裂機、風鎬機等輔助機械。單次削方塊體體積不宜超過0.3 m3，建議單次削方塊體尺寸為0.5 m×0.5 m×1.0 m(長×寬×高)，從危巖體上削方剝離下的碎塊應(yīng)人工搬運至危巖體所在斜坡的最底部。

另外，在整個治理工作區(qū)域斜坡處還分布有許多松散零星危巖堆積體，也應(yīng)該按照同樣方法進行肢解清除。治理區(qū)域松散零星危巖堆積體是由于歷史時期危巖體發(fā)展變形留下的零星崩落物，因數(shù)量較多，本次調(diào)查未對其進行編號，施工時對其進行肢解破碎，然后人工搬運至危巖體所在斜坡底部即可。

7 結(jié)論與建議

1) 通過赤平投影以及野外調(diào)查表明，該區(qū)節(jié)理發(fā)育，將巖體切割成塊狀，外加不利的巖性組合下，導致巖體穩(wěn)定性較差，大量雨水的沖刷等外部因素，隨時有發(fā)生崩塌的可能。

2) 危巖體因失穩(wěn)而發(fā)生破壞的現(xiàn)象是在長時間的孕育中形成的，不是一蹴而就。西南地區(qū)雨水充沛，該區(qū)鹽酸巖鹽分布廣泛，受溶蝕現(xiàn)象嚴重，巖體上隨處可見溶蝕的痕跡，這些因素都在一定程度上加速了崩塌的進度，所以該區(qū)危巖體的形成也受這些因素的控制和影響。

3) 在分析危巖體成因的基礎(chǔ)上，對于該區(qū)的危巖體防治主要有以下建議：在坡體的零星堆積體，建議采用人工清除的方式，其余沒有脫離母巖的巖體采用主動網(wǎng)加被動網(wǎng)加錨定支護等綜合手段進行治理。