關(guān)于柳州市北浩屯危巖地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制和治理措施的探討

梁 敏, 李 耘, 鑒倩倩

(1.廣西壯族自治區(qū)第一地質(zhì)隊(duì)，廣西 桂林 541000；2.核工業(yè)(桂林)基礎(chǔ)工程有限公司，廣西 桂林 541000；3.桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西 桂林 541000)

1 工程概況

北浩屯地處柳州市柳城縣，經(jīng)當(dāng)?shù)刈匀毁Y源部門調(diào)查發(fā)現(xiàn)位于北浩屯北側(cè)山體上存有危巖，并且已發(fā)生過巖體崩落，崩落的巖體停留于民居間的空地上，所幸未造成傷亡。北浩屯危巖區(qū)發(fā)育山體相對(duì)高差為62.0 m，落差較大，山體坡度整體呈下緩上陡之勢(shì)。經(jīng)調(diào)查，山體上共有3處危巖體，總體積218.0 m3，均發(fā)育于山體陡崖頂部位置。各危巖體形狀、規(guī)模、破壞形式受微地貌、地層巖性、結(jié)構(gòu)面特征等因素控制，其基本信息見表1。

表1 各危巖體基本信息表

2 地質(zhì)環(huán)境條件

柳州市地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫潤(rùn)，雨量充足。據(jù)對(duì)統(tǒng)計(jì)的多年氣象資料分析，降雨較為集中時(shí)段在每年的4—8月份，其降雨量占全年降雨量的70%，多年平均降雨量1 450 mm。危巖區(qū)地處構(gòu)造溶蝕溶嶺谷地，各危巖體均分布于山頂陡崖處，山體植被發(fā)育良好，以灌木刺叢為主，山體中部榕樹發(fā)育，坡腳緩坡處種有少量竹子。該區(qū)出露的地層為：上覆黏土層，時(shí)代成因?yàn)榈谒南灯路e成因(Q4dl)；下伏為灰?guī)r，時(shí)代為泥盆系上統(tǒng)融縣組(D3r)。黏土層主要分布于地表，呈可塑～硬塑狀，棕黃色，厚度3～15 m；灰?guī)r呈灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中—厚層狀構(gòu)造，質(zhì)純性脆，工程力學(xué)性質(zhì)較好，巖層產(chǎn)狀272°∠26°，表層巖體受優(yōu)勢(shì)裂隙切割，巖石破碎，完整性差，裂隙中多有方解石充填。據(jù)1/20萬區(qū)域水文地質(zhì)普查資料(柳州幅)，第四系松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類溶洞裂隙水為該區(qū)地下水主要類型。第四系松散巖類孔隙水分布于地表黏土層中，由于含水層透水性、含水性弱，該層水量貧乏；碳酸鹽巖類溶洞裂隙水賦存于巖石裂隙及溶洞、溶隙之中，水量一般，水位埋深為5.0～7.0 m，多屬HCO3—Ca2+、HCO3—Mg2+型低礦化度水，其動(dòng)態(tài)季節(jié)影響變化不大。危巖發(fā)育山體位于地下水位之上，上述地下水對(duì)危巖穩(wěn)定性無影響，但大氣降水短暫存在于基巖裂隙、溶蝕裂隙中，仍會(huì)對(duì)危巖穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響[1]。

3 穩(wěn)定性分析

3.1 分析參數(shù)的選定

選定合適的參數(shù)對(duì)危巖進(jìn)行穩(wěn)定性分析十分重要，主要以巖石現(xiàn)有裂隙的貫通、填充程度及各裂隙與基巖的結(jié)合情況作為重要參考依據(jù)，以此來選擇分析參數(shù)。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)表4.3.1，對(duì)結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行取值；根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》(DB50/143—2003)10.6要求，綜合巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)后進(jìn)行取值，分析參數(shù)具體取值詳見表2、表3。

表2 巖石穩(wěn)定性基礎(chǔ)分析參數(shù)表

表3 裂隙面(結(jié)構(gòu)面)穩(wěn)定性分析參數(shù)表

3.2 分析計(jì)算

(1)Y1危巖體失穩(wěn)后以傾倒式發(fā)生崩落，由巖體后緣抗拉強(qiáng)度控制危巖體的穩(wěn)定性，按下式分析：

(1)

(2)Y2、Y3危巖體失穩(wěn)后以滑移式發(fā)生崩落，基巖面緩傾，參照巖體破碎的巖質(zhì)滑坡模式分析其穩(wěn)定性，分析公式如下：

(2)

式(2)中：F為穩(wěn)定性系數(shù)；W為危巖體自重，kN/m3；Q為地震力，kN/m，按公式Q=ζeW計(jì)算，其中ζe為地震水平作用系數(shù)，取0.05；c為后部裂隙黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；φ為后部裂隙內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，(°)；l為危巖體單位條塊滑面長(zhǎng)度，m；α為危巖體單位條塊滑面傾角，(°)，當(dāng)滑面反傾時(shí)取負(fù)值；V為裂隙水壓力，kN/m，按公式V=0.5γwhw2計(jì)算得出，式中γw為水的容重，hw為后緣裂隙充水高度。

危巖體各計(jì)算參數(shù)取值具體見表4、表5。通過以上參數(shù)及計(jì)算公式得出的計(jì)算結(jié)果如表6、表7。

表4 傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算各參數(shù)取值表

表5 滑移式危巖穩(wěn)定性計(jì)算各參數(shù)取值表

表6 傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表7 滑移式危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果：在天然工況下，3處危巖體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下，3處危巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

4 危巖形成過程及影響因素分析

4.1 危巖崩塌的形成過程

(1)陡崖巖體特征演化階段。發(fā)育危巖山體微地貌為陡崖，在形成陡崖的過程中，臨空面周圍巖體發(fā)生卸荷回彈，導(dǎo)致其主應(yīng)力跡線發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。在臨空面附近產(chǎn)生了應(yīng)力集中帶，其趾部附近形成最大剪應(yīng)力增高帶，從而產(chǎn)生與坡面平行的壓致拉裂面。受到卸荷作用影響，坡體向臨空方向回彈，使得巖體形成了卸荷裂隙帶。

(2)陡崖巖體的時(shí)效變形破壞階段。陡崖巖體卸荷裂隙帶形成后，為其創(chuàng)造了進(jìn)入時(shí)效變形破壞的條件，受風(fēng)化作用、降雨形成裂隙水及人類工程活動(dòng)等因素作用，灰?guī)r巖體不斷風(fēng)化、崩解，在上覆巖體重力作用下進(jìn)一步變形，拉裂擴(kuò)張了陡傾裂隙，最終形成了危巖。

(3)陡崖巖體破壞階段。陡崖巖體在經(jīng)歷了前兩個(gè)階段的變形后，在降雨、植物根劈和人類工程活動(dòng)等因素影響下，發(fā)生崩塌破壞。由于各危巖體分布位置、規(guī)模形態(tài)及受裂隙切割程度的不同，失穩(wěn)后其崩落方式或機(jī)理各異，主要為傾倒式和滑移式兩種破壞形式。

4.2 危巖穩(wěn)定性影響因素

(1)地層巖性與地形地貌。地層巖性與地形地貌是形成危巖的基本內(nèi)在因素：危巖所處的山體山頂與地面之間的高差較大，坡度局部較陡，灰?guī)r性脆、堅(jiān)硬，同時(shí)危巖發(fā)育多組相互切割的節(jié)理裂隙，受高角度的構(gòu)造裂隙切割，巖體相對(duì)破碎。

(2)地質(zhì)構(gòu)造作用。由于陡崖上發(fā)生巖石滾落，巖體原有應(yīng)力變化，應(yīng)力重分布后導(dǎo)致應(yīng)力卸荷形成卸荷裂隙，巖體受裂隙切割變得破碎，最終形成危巖。

(3)氣候變化。危巖區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫潤(rùn)，雨量充足。在降雨、風(fēng)化溶蝕等外營(yíng)力影響下，表層巖體的構(gòu)造裂隙完全串連貫通，使得巖體受到裂隙切割更加破碎，物理風(fēng)化及化學(xué)風(fēng)化等外營(yíng)力作用加劇了裂隙的擴(kuò)展，易形成危巖。

(4)溶蝕風(fēng)化作用。因表層巖體和節(jié)理裂隙受到溶蝕、風(fēng)化作用，擴(kuò)大加深了危巖體周邊的節(jié)理裂隙，使得危巖體卸荷裂隙加速擴(kuò)展，導(dǎo)致巖體破壞，其完整性變差，降低了下部危巖基座巖體強(qiáng)度，加快了巖體的變形破壞。

(5)晝夜溫差變化。晝夜溫差變化是形成危巖的外在因素，引起巖體的脹縮變化，一旦達(dá)到巖體的疲勞強(qiáng)度，巖體強(qiáng)度將降低，形成裂隙，隨著時(shí)間的推移，裂隙將變大、變寬，最終形成危巖。

(6)植物根劈作用。陡崖頂處和危巖裂隙內(nèi)植被較發(fā)育，由于裂隙處充填有黏土，為植被沿裂隙生長(zhǎng)提供了條件。植物的根系生長(zhǎng)及附帶的生物腐蝕作用都會(huì)使裂隙擴(kuò)張，隨著時(shí)間推移，植被根系生長(zhǎng)變大，最終會(huì)將裂隙脹穿，使巖體形成危巖。

(7)振動(dòng)。在雷雨天氣，巖體受到雷擊產(chǎn)生振動(dòng)易形成新裂縫，同時(shí)也加劇已有裂縫的發(fā)展，最終導(dǎo)致裂隙貫穿，產(chǎn)生崩塌。

綜合上述分析得出，北浩屯危巖的形成是內(nèi)在因素和外在營(yíng)力影響共同作用下的結(jié)果。

5 危巖治理工程措施

危巖治理工程措施主要分為主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)兩大類。針對(duì)危巖巖體結(jié)構(gòu)特征及不同的崩塌邊界等條件，不同的危巖治理方式會(huì)形成不同的工程效果和經(jīng)濟(jì)效益，有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)柳州市北浩屯危巖體的實(shí)際發(fā)育情況，采取多種方案相結(jié)合的防治措施：靜態(tài)爆破清除+設(shè)置被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+植被防護(hù)[2]。

(1)靜態(tài)爆破清除工程。Y1～Y3危巖體發(fā)育于山體陡崖處，崩塌可能性較大，危巖體受裂隙切割巖體較破碎，不具備錨固條件；陡崖前部臨空無支撐加固的條件，綜合上述情況，對(duì)各危巖體采用靜態(tài)爆破清除措施。施工步驟為:①于山腳處布設(shè)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)；②搭設(shè)施工平臺(tái)；③清除危巖體周圍及表面浮石；④采用臺(tái)階法自上而下對(duì)危巖體進(jìn)行靜態(tài)爆破；⑤爆破后的巖塊用卷?yè)P(yáng)機(jī)安全運(yùn)送至山腳；⑥由人工將場(chǎng)地破碎巖塊集中后運(yùn)至空曠低洼處安全堆放；⑦組織驗(yàn)收；⑧驗(yàn)收合格后，拆除施工平臺(tái)，清理場(chǎng)地，退場(chǎng)。

(2)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)工程。根據(jù)Y1～Y3危巖體規(guī)模，預(yù)測(cè)其崩落后的落石塊徑及沖擊能大小，確定被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)型號(hào)采用RIX-200型柔性網(wǎng)。再根據(jù)危巖崩落后的運(yùn)動(dòng)軌跡及堆積范圍，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地形確定，被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)分6段布設(shè)于高程289～297 m之間的山腳較為平緩的地段。被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)設(shè)置總長(zhǎng)度為215 m，防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)高度為4 m，防護(hù)網(wǎng)型號(hào)為D0/08/150，鋼柱型號(hào)GZ-18-4,鋼柱間距為10 m。

(3)植被防護(hù)。北浩屯土體厚度3～15 m，能滿足防護(hù)植被的種植生長(zhǎng)要求。為更好地保護(hù)坡腳受威脅居民，據(jù)《廣西壯族自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)——土地復(fù)墾技術(shù)要求與驗(yàn)收規(guī)范》表1，選擇在被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)后部距離5 m位置種植適宜當(dāng)?shù)貧夂驐l件的刺竹。竹子按梅花形(株行距3 m × 3 m)，平行于被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)種植，共種植2排143棵。

6 結(jié)語

在碳酸鹽巖地區(qū)，危巖多發(fā)育于陡坡、陡崖之上，受山體地形陡峭和調(diào)查手段的限制，勘查工作未能做到十分細(xì)致，相關(guān)部門應(yīng)引起重視，安排巡視人員加強(qiáng)巡查，一旦發(fā)現(xiàn)巖石受到不利因素影響形成新的危巖時(shí)，應(yīng)立即上報(bào)并展開監(jiān)測(cè)預(yù)警，能讓坡腳居民及時(shí)防災(zāi)避險(xiǎn)，也便于采取有效的治理措施[3]。建議施工時(shí)采用信息法動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息法動(dòng)態(tài)施工相結(jié)合，利于處理施工中遇到的特殊情況，從而取得理想的治理效果。