崩塌危巖體地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性分析與防治措施研究

高福興

摘要：崩塌危巖體是山區(qū)發(fā)育的主要地質(zhì)災(zāi)害之一，對(duì)村莊、交通、水利基礎(chǔ)設(shè)施造成不同程度的破壞，導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失，已引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。本文根據(jù)崩塌危巖體形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征、影響因素，分析其形成機(jī)制，將其穩(wěn)定性分析及防治措施進(jìn)行總結(jié)，以提高其勘查、評(píng)價(jià)、防治的水平，供其防治工程提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：崩塌危巖體;地質(zhì)災(zāi)害;防治方案;穩(wěn)定性分析

1.引言

崩塌危巖體地質(zhì)災(zāi)害是陡峻斜坡上的巖土體，在重力、風(fēng)化等作用下突然與母體脫離，發(fā)生以墜落、翻滾等為主要方式的運(yùn)動(dòng)與現(xiàn)象。當(dāng)其發(fā)生在交通要道、水利樞紐、工業(yè)與民用建筑設(shè)施附近、旅游勝地等人口密集區(qū)時(shí)，常導(dǎo)致交通中斷、建筑物損壞、人民生命財(cái)產(chǎn)受損等重大危害，由于其變形破壞具有突發(fā)性，偶然性、復(fù)雜性的特點(diǎn)，且其分布地勢(shì)高陡，一般人力難以直接到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，從而給人們?nèi)〉玫谝皇终{(diào)查資料增加了難度，導(dǎo)致對(duì)其綜合研究程度不夠，本文以崩塌危巖體地質(zhì)災(zāi)害破壞模式及特征進(jìn)行分類總結(jié)，為其防治工程提供依據(jù)。

2.崩塌危巖體的基本概念

2.1崩塌危巖體產(chǎn)生條件

崩塌危巖體多分布在陡峻的山體斜坡地段，坡度多大于55°，高度一般大于30m，坡面不平整，呈上陡下緩的地貌形態(tài)，多以硬質(zhì)巖石為主，且?guī)r體中節(jié)理裂隙發(fā)育及其各種軟弱結(jié)構(gòu)面的不利組合地段，最易產(chǎn)生崩塌危巖體地質(zhì)災(zāi)害，另外晝夜溫差，季節(jié)溫度的變化、地表水的沖刷、水的動(dòng)、靜水壓力，強(qiáng)烈地震及人類工程活動(dòng)、邊坡開挖過(guò)高過(guò)陡、植物的根劈作用等都會(huì)促使崩塌危巖體地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

2.2破壞失穩(wěn)方式

（1）傾倒式破壞失穩(wěn)。以柱狀節(jié)理或陡傾角反傾向節(jié)理、層面直立的板巖、碳酸鹽巖等巖石組成的峽谷、陡峻岸坡、懸崖，在受傾覆力矩的長(zhǎng)期作用下，常產(chǎn)生向下臨空方向彎曲傾倒破壞。（2）滑移式破壞失穩(wěn)。以傾向臨空面方向的結(jié)構(gòu)面或軟弱相間巖層，坡度通常大于55°的陡坡，在受剪切力作用下，常產(chǎn)生向下臨空方向滑移破壞。（3）鼓脹式破壞失穩(wěn)。在上部分布厚大的堅(jiān)硬巖層中發(fā)育垂直節(jié)理，下部分布近水平的軟弱巖層的陡坡地段，下部軟弱巖受上部堅(jiān)硬巖層荷載的垂直擠壓，鼓脹伴有下沉、滑移、傾斜的破壞失穩(wěn)方式。（4）拉裂式破壞失穩(wěn)。軟硬相間的巖層，在長(zhǎng)期的重力及風(fēng)化營(yíng)力作用下，如果由重力產(chǎn)生的拉力超過(guò)巖石本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，上部懸出的巖體就會(huì)發(fā)生拉裂破壞崩塌地質(zhì)災(zāi)害。（5）錯(cuò)斷式。在垂直裂隙發(fā)育堅(jiān)硬巖層中，通常無(wú)傾向臨空面的結(jié)構(gòu)面的，由于巖體的自重引起巖體內(nèi)部出現(xiàn)45°的剪切面，通常發(fā)育在45°坡角上。

3.評(píng)價(jià)方法

3.1影響范圍的評(píng)價(jià)

崩塌危巖體影響范圍的評(píng)價(jià)重點(diǎn)是調(diào)查研究古崩塌堆積體的范圍，結(jié)合地形地綜合判斷，由于古崩塌堆積體通常沿斜坡坡腳地帶分布，有的堆積體可成堆積錐狀形態(tài)。一般呈“上陡下緩、下粗上細(xì)”的結(jié)構(gòu)特征（圖1）;但古崩塌堆積體或規(guī)模較小的崩塌堆積體，其特征不明顯。比較零亂，因此，崩塌堆積范圍的確定是崩塌危巖地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)劃定的重要方面。

崩塌影響范圍與坡體形態(tài)有直接關(guān)系，通常情況下外凸形坡比凹形影響范圍大（圖2-1、圖2-2），同時(shí)，危巖體高度越大，其影響范圍也越大，且破壞能力越大。

3.2剛體力學(xué)分析法

在調(diào)查分析可能崩塌危巖體受力條件的基礎(chǔ)上，將巖土體假設(shè)為剛體，基于臨界穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的靜力平衡原理，計(jì)算崩塌危巖體的抗滑穩(wěn)定性，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐卣鹆?、風(fēng)力、爆破力，水壓力作用等影響。

3.3各類崩塌危巖體的穩(wěn)定性計(jì)算模式

（1）傾倒式破壞。傾倒式崩塌危巖體的基本圖式如圖1-1所示，從圖1-1（a）可以看出，崩塌危巖體的上下各部分和穩(wěn)定巖體之間均有裂隙分開，如果崩塌危巖體發(fā)生傾倒破壞，將以A點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。驗(yàn)算穩(wěn)定性時(shí)應(yīng)考慮各種附加力的不利組合條件。在張開的裂隙可能充滿水時(shí)，應(yīng)考慮靜水壓力的影響，VII度以上地震區(qū)，應(yīng)考慮水平地震力附加作用力。

受力圖式見圖1-1（b）。如不考慮其他力，則崩塌體的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)K可按下式計(jì)算：

式中：f為靜水壓力（kN）;h0為充水高度，暴雨時(shí)等于巖體高（m）;h為巖體高（m）;γw為水的重度，取10（kN/m3）;W為崩塌體重力（kN）;F為水平地震力（kN）;a為轉(zhuǎn)點(diǎn)A至重力延長(zhǎng)線的垂直距離，這里取崩塌體寬的一半。

（2）滑移式破壞。滑移式崩塌破壞，其破壞面有平面、弧形面、楔形雙滑面滑動(dòng)三種形態(tài)。這類崩塌破壞如果在起始的滑移形成的情況下，就可按抗滑穩(wěn)定性計(jì)算分析方法進(jìn)行崩塌危巖體的穩(wěn)定性評(píng)。

（3）鼓脹式破壞。這類崩塌危巖體由于較厚的軟弱巖層的存在，比如斷層破碎帶、風(fēng)化破碎巖體及軟質(zhì)巖層等。由于這些巖石的軟化性強(qiáng)，在水的作用下，這些軟弱巖層先行軟化。如果上部巖體傳來(lái)的壓力大于軟弱巖層的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度時(shí)，軟弱巖層就被擠出，這時(shí)鼓脹現(xiàn)象就產(chǎn)生。上部巖體產(chǎn)生下沉、滑移或傾倒，最終導(dǎo)致崩塌的發(fā)生，如圖1-2，因此，鼓脹是這類崩塌的基本特征，其穩(wěn)定性系數(shù)按下部軟弱巖層的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與上部巖體產(chǎn)生的壓力的比值計(jì)算評(píng)價(jià)：

式中：W為上部巖體的重力（kN）;A為上部巖體的底面積;R無(wú)為下部軟弱巖在天然狀態(tài)下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

（4）拉裂式破壞。拉裂式崩塌破壞模型如圖1-3所示，以懸臂梁式突出的巖體，在AB面上承受的彎矩和剪力最大，巖層頂部承受的拉力，底部承受壓力，A點(diǎn)附近拉應(yīng)力最大。在長(zhǎng)期重力和風(fēng)化卸荷作用下，A點(diǎn)附近的裂隙逐漸增大，并向深處逐漸發(fā)展。拉應(yīng)力將越來(lái)越集中在尚未開裂的部位，如果拉應(yīng)力超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，上部懸出的巖體就會(huì)發(fā)生崩塌破壞失穩(wěn)，這類崩塌危巖體的關(guān)鍵是AB截面上的拉應(yīng)力是否超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度。故可以用拉應(yīng)力與巖石的抗拉強(qiáng)度的比值進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。假如突出的巖體長(zhǎng)度為L(zhǎng)，巖體等厚，厚度為H，單位寬度為1m，巖石重度取γ，當(dāng)AB面上未出現(xiàn)裂縫時(shí)，其穩(wěn)定系數(shù)K值可用巖石的允許抗拉強(qiáng)度與點(diǎn)所受的拉應(yīng)力比值求得：

如果A點(diǎn)處已有裂縫，裂縫深度為a，裂縫最低點(diǎn)為B，則

（5）錯(cuò)斷式破壞。錯(cuò)斷式破壞模式如圖1-4所示，取可能崩塌的巖體ABCD為單元體進(jìn)行分析。如不考慮靜水壓力、地震作用力等附加應(yīng)力的影響，在巖體自重W作用下，與鉛直方向呈45°角的EC方向產(chǎn)生最大剪應(yīng)力，故巖體的穩(wěn)定系數(shù)K值可用巖石的允許抗剪強(qiáng)度[τ]與τ最大的比值來(lái)計(jì)算：

4.崩塌危巖體的防治措施

崩塌危巖體的防治必須對(duì)崩塌危巖體形成的具體條件，對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面和各類節(jié)理面進(jìn)行充分調(diào)查研究，分析評(píng)價(jià)崩塌危巖體破壞機(jī)制及擴(kuò)展趨勢(shì)，再結(jié)合防治目的，才能對(duì)崩塌危巖體采取有針對(duì)性的防治措施，幾種常用的防治方法介紹如下：

（1）錨固與掛網(wǎng)噴漿。在風(fēng)化裂隙及卸荷裂隙發(fā)育密集的裂隙區(qū)，全部清除較為困難的情況下，采用預(yù)應(yīng)力錨索（桿）加掛網(wǎng)噴漿錨固崩塌危巖體，防止卸荷裂隙的產(chǎn)生及擴(kuò)展，達(dá)到防治的目的。該方法是治理傾倒式及鼓脹式崩塌危巖體較為常用的手段，在設(shè)計(jì)加固工程時(shí)，要充分掌握裂隙區(qū)的準(zhǔn)確范圍，將卸荷裂隙的牽引帶作為重點(diǎn)加固對(duì)象，牽引區(qū)在加固后可有效阻止裂隙區(qū)的擴(kuò)展。（2）支撐嵌補(bǔ)加固。對(duì)較完整巖體的拉裂式及滑移式崩塌危巖體通常采用支撐嵌補(bǔ)的方法進(jìn)行加固，防治危巖體的變形破壞，該方法屬于臨時(shí)性防護(hù)。

（3）避讓遮擋。對(duì)采取工程加固困難，且加固成本較高的高陡崩塌危巖體，可采用避讓遮擋的防治方法避免崩塌危巖體對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)的危害，針對(duì)鐵路、公路及航運(yùn)通道的峽谷地帶的高陡斜坡地帶通常采用遮擋的方式，如下方為城鎮(zhèn)、村莊通常采用搬遷避讓的方式。

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