下季節(jié)海上行2.6km 處公路內(nèi)側(cè)危巖體穩(wěn)定性分析與治理

黃艷琴

（成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610000）

危巖體的潛在危險(xiǎn)度較大，一旦發(fā)生失穩(wěn)破壞，容易對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)安全及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅，因此對(duì)危巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析與治理是工程界的一項(xiàng)重大工程，而關(guān)于這方面的防治與治理，其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟。

下季節(jié)海上行2.6km 處公路內(nèi)側(cè)危巖體位于九寨溝景區(qū)下季節(jié)海上行2.6km 處斜坡上，所在地貌單元屬于高中山地貌。其中下季節(jié)海上行2.6km處公路內(nèi)側(cè)局部地段近直立，相對(duì)高差約590m，基巖裸露，崩塌發(fā)育，危巖體一旦失穩(wěn)破壞，將直接威脅坡腳公路、景區(qū)游客及景區(qū)工作人員生命安全，因此展開(kāi)下季節(jié)海上行2.6km 處公路內(nèi)側(cè)危巖體穩(wěn)定性分析與落石運(yùn)動(dòng)特征計(jì)算，提出治理工程和設(shè)定防護(hù)措施是非常有必要的。

一、地質(zhì)背景

（一）地形地貌

研究區(qū)位于青藏高原和四川盆地兩大地貌單元的過(guò)渡地帶，以高寒山地和峽谷為主，屬白水河流域山地區(qū)，區(qū)內(nèi)平均海拔3000m 以上，相對(duì)高度差達(dá)2000m。地勢(shì)南西較高，北東較低，河流切割明顯，地面起伏較大，山脈大多呈南北走向和北東走向。

（二）地層巖性

區(qū)內(nèi)主要出露石炭系上統(tǒng)岷河組二段（Cm2）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、偶夾燧石灰?guī)r，岷河組一段（Cm1）灰?guī)r、板巖、變質(zhì)砂巖，泥盆系上統(tǒng)益哇溝組（DCy）灰?guī)r、含燧石灰?guī)r夾少量礫屑灰?guī)r，為正常層序產(chǎn)出，巖層傾角較陡，在長(zhǎng)海附近因受背斜影響，傾角較緩。

（三）地質(zhì)構(gòu)造與地震

1.地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于松潘—甘孜造山帶丹巴—汶川構(gòu)造巖片與西秦嶺造山帶摩天嶺地塊的結(jié)合部位。以塔藏構(gòu)造帶、雪山斷裂、岷江斷裂為界，北東角和北西為松潘—甘孜造山帶阿尼瑪卿構(gòu)造帶和馬爾康逆沖—滑脫巖片，中部為西秦嶺造山帶摩天嶺推覆體。

2.地震

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）[1]和《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）[2]，九寨溝縣抗震設(shè)防烈度值為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.2g，設(shè)計(jì)基本地震反應(yīng)譜特征周期為0.45。

（四）水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地表水總體上為自南向北徑流，地下水類型主要以巖溶水狀態(tài)分布，是由研究區(qū)的蓄水構(gòu)造和地形條件決定的，并受巖溶侵蝕基準(zhǔn)面控制。

（五）人類工程活動(dòng)

研究區(qū)位于九寨溝景區(qū)內(nèi)，人類工程活動(dòng)相對(duì)較少，主要為景區(qū)公路、人行棧道的修建，工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)斜坡坡腳開(kāi)挖較少。

二、危巖體基本特征

（一）危巖分布、類型及形態(tài)特征

危巖體所在斜坡整體上呈“倒扣碗”狀，左右兩側(cè)以山脊為界，后緣以第一級(jí)分水嶺為界，前緣至景區(qū)道路和棧道為止。斜坡坡向約50°-110°，平均坡度約40°，局部地段為陡坡和陡坎，最大相對(duì)高差約590m，區(qū)內(nèi)平均縱長(zhǎng)440m，橫寬約1500m，平面面積約0.66km2。根據(jù)危巖體的規(guī)模，破壞模式等，劃分為 4 個(gè)危巖體，編號(hào) WY01-04。

（二）危巖體失穩(wěn)影響因素

1.地形條件：研究區(qū)主要為陡坡地貌，上部陡下部緩，局部近直立。裂隙發(fā)育，將巖體切割破碎，形成高陡臨空面，坡面凹凸不平，在多處形成小巖腔，這是危巖體形成的必要條件。

2.結(jié)構(gòu)面：區(qū)內(nèi)危巖體主要被裂隙切割，主要發(fā)育有兩組裂隙面，巖體破碎-較破碎，巖體表層呈碎裂狀，易產(chǎn)生剝落掉塊。

3.氣候條件：暴雨、雪融水。水會(huì)降低結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性能，雨、雪融水滲透入裂隙形成的靜水壓力和凍脹力，使得危巖在雨雪季的穩(wěn)定性大幅度減小。

4.地震作用：地震作用對(duì)危巖產(chǎn)生水平振動(dòng)力，促使巖體卸荷，導(dǎo)致巖體裂隙擴(kuò)展，應(yīng)力發(fā)生重分布，是危巖發(fā)展的誘發(fā)因素之一。

三、危巖體穩(wěn)定性分析

（一）危巖體整體穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)

危巖體位于下季節(jié)海上行2.6km 處公路內(nèi)側(cè)的陡坡上，斜坡最大相對(duì)高差近590m，上陡下緩，局部近于直立。地表出露基巖為石炭系下統(tǒng)岷河組灰?guī)r（Cm1），礦物成分主要為方解石。區(qū)內(nèi)發(fā)育三組裂隙，共同切割巖體，使巖體破碎，呈碎裂、鑲嵌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面平直粗糙，無(wú)充填。

該處危巖體主要受兩組豎向結(jié)構(gòu)面控制，巖體被切割呈塊狀，下部有凹腔形成，但凹腔尚未深入。整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，局部在降雨、地震等作用下，可能發(fā)生滑移式和墜落式破壞。

（二）危巖體單體定量評(píng)價(jià)

1.計(jì)算公式與模型

（1）滑移式（后緣無(wú)陡傾裂隙）

式中：V裂隙水壓力(kN/m)；Q地震力(kN/m)，Q=ζe×W；F危巖穩(wěn)定性系數(shù)；c——后緣裂隙粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；φ后緣裂隙內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(°)；α滑面傾角(°)；W危巖體自重(kN/m)。

（2）墜落式（后緣有陡傾裂隙的懸挑式危巖，按下列二式進(jìn)行計(jì)算，穩(wěn)定性系數(shù)取兩種計(jì)算結(jié)果中的較小值）

在地圖編制中地圖編制軟件往往決定后期的地圖出版流程，決定地圖數(shù)字化生產(chǎn)過(guò)程中一系列問(wèn)題的處理原則和方法。目前通用矢量圖形軟件主要有 CorleDraw、Illustrator、Freehand這 3種軟件，這些軟件系統(tǒng)穩(wěn)定，圖形表現(xiàn)形式完美，色彩豐富，支持用戶定義符號(hào)、圖層操作、矢量柵格疊加；另外，這些軟件都可直接輸出成印前系統(tǒng)接受的EPS格式，輸出掛網(wǎng)膠片。因此在地圖生產(chǎn)中使用非常普及。本文針對(duì)地圖編制過(guò)程中所涉及的菜單、工具、軟件功能等對(duì)Coreldraw和Illustrator這2種軟件進(jìn)行比較分析，便于生產(chǎn)實(shí)踐中將各類軟件的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，有效提高地圖編制工作效率。

式中：ξ危巖抗彎力矩計(jì)算系數(shù)；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(guò)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）；c危巖體粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；φ危巖體內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（°）。其它符號(hào)意義同前。

2.計(jì)算參數(shù)

區(qū)內(nèi)主要為石炭系下統(tǒng)岷河組灰?guī)r組成，對(duì)危巖崩塌區(qū)采用刻槽取樣，在室內(nèi)完成巖石的天然密度，天然抗壓強(qiáng)度、飽和抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度的測(cè)試，得到巖石的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）要求對(duì)巖土參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，綜合各項(xiàng)測(cè)試成果，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡貐^(qū)經(jīng)驗(yàn)，提出區(qū)內(nèi)各巖層的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)[5]。

3.計(jì)算工況

選取三種計(jì)算工況[4]：工況I、II、III，分別為自然、自然+暴雨、自然+地震工況。

4.計(jì)算結(jié)果

表3.4 危巖穩(wěn)定狀態(tài)判斷

表3.6 危巖單體穩(wěn)定性分析計(jì)算成果表

（三）危巖體破壞后的運(yùn)動(dòng)計(jì)算

1.根據(jù)落石運(yùn)動(dòng)軌跡曲線計(jì)算落石彈跳高度與沖擊動(dòng)能[7]，計(jì)算軌跡圖如下3.3。

2.主要計(jì)算公式：

（2）質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡在水平和垂直方向?qū)π逼旅娴淖畲笃x距離分別為L(zhǎng)max和hmax，計(jì)算公式為：

式中：V0石塊落至O 點(diǎn)處的反射速度（m/s）；β石塊反射速度的方向與縱坐標(biāo)軸之間的夾角（°）；g重力加速度（m/s2）。

通過(guò)穩(wěn)定性分析，區(qū)內(nèi)危巖在天然工況時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震工況時(shí)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，存在零星掉塊現(xiàn)象。分析落石運(yùn)動(dòng)特征，落石最遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)至坡腳景區(qū)公路及棧道附近，對(duì)坡面植被、坡腳景區(qū)道路及棧道造成一定威脅，因此開(kāi)展對(duì)九寨溝縣九寨溝景區(qū)下季節(jié)海上行2.6km 處公路內(nèi)側(cè)危巖體的治理是十分必要的。

四、治理工程設(shè)計(jì)

根據(jù)結(jié)果分析，結(jié)合區(qū)內(nèi)危巖體崩落威脅對(duì)象，擬采用主動(dòng)網(wǎng)+被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+局部清理方案進(jìn)行治理[12]。WY01 和WY02 采用防治方式為鋪設(shè)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，立柱基座通過(guò)地腳螺栓錨桿固定于樁板墻樁體內(nèi)，立柱間距為10m，被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)布設(shè)長(zhǎng)度40m，選用RXI-200 型，網(wǎng)高5m，立柱間距10m。主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)布設(shè)于WY03 危巖單體，布設(shè)面積約420.0m2，選用SPIDER 型，主動(dòng)網(wǎng)系統(tǒng)錨桿布設(shè)為4.5m×4.5m 的正方形，設(shè)計(jì)錨桿俯角20 度，長(zhǎng)度為3m（錨固深度），支撐繩構(gòu)成的每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)一張4m×4m 的DO/08/300 型鋼繩網(wǎng)與SO/2.2/50 格柵網(wǎng)[8]。WY04 危巖單體采用清除危石的治理措施，清理方量約370m3。

五、結(jié)論

（一）通過(guò)穩(wěn)定性分析，危巖體在暴雨和地震工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，易發(fā)生崩落現(xiàn)象。

（二）采用墜落軌跡及沖擊能計(jì)算落石運(yùn)動(dòng)特征，WY01 單體彈跳距離和高度最大，運(yùn)動(dòng)沖擊動(dòng)能最大，WY04 單體最小沖擊動(dòng)能最小。

（三）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分析了危巖體的發(fā)育特征、失穩(wěn)模式等，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)不同危巖單體采用主動(dòng)網(wǎng)+被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+局部清理方案進(jìn)行治理。