川中丘陵地區(qū)危巖穩(wěn)定性分析及治理建議

崔寶帥，王學(xué)光

（1.四川成渝高速公路股份有限公司，四川 成都 610000；2.北京新橋技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100088）

0 引言

危巖是指高山陡坡上由多組巖體進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面切割，在自身重力、風(fēng)化作用和人類活動等因素影響下處于極限平衡狀態(tài)、欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)的巖體[1]。危巖崩塌過程的隨機(jī)性和偶然性極強，影響因素也十分復(fù)雜[2]，且崩落過程中速度快，能在短時間內(nèi)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，影響地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會的穩(wěn)定。在我國西南地區(qū)，高山溝壑縱橫，地質(zhì)條件復(fù)雜，使得該類地質(zhì)風(fēng)險分布廣泛，如在高速公路高陡邊坡等[3-5]。因此，對危巖進(jìn)行研究十分必要。本文以川中某丘陵地區(qū)為研究區(qū)，采用實地踏勘結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對研究區(qū)內(nèi)的危巖分布進(jìn)行調(diào)查。同時采用定量分析的手段，對區(qū)域內(nèi)危巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評價，并提出可靠的治理建議。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理環(huán)境及氣象條件

研究區(qū)為四川盆地典型的紅色丘陵景觀，沿線大面積分布白堊系（K）、侏羅系（J）紫紅色砂泥巖。巖層產(chǎn)狀平緩，傾角一般小于5°，地形形態(tài)受巖性控制，厚層砂巖常形成陡崖、方山或平頂爪狀山梁，黏土巖則形成緩坡、圓丘或平坦坳溝。地面高程250～490 m，相對高差80～140 m，自然坡度10°～35°。

研究區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候。年平均氣溫15～16℃。全年無霜期長，一般可達(dá)10個月，但云霧多、濕度大、日照少、年降水量豐沛，夏季降水集中，多暴雨，冬春兩季普遍少雨，在川中丘陵地帶（圖1）容易發(fā)生干旱。

圖1 川中丘陵地帶

1.2 不良地質(zhì)現(xiàn)象

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，外加地震、暴雨等外界因素影響，存在多種不良地質(zhì)現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為泥巖風(fēng)化剝落和軟質(zhì)巖層緩傾，受構(gòu)造影響，區(qū)內(nèi)緩傾軟質(zhì)巖層巖體多被節(jié)理裂隙切割成塊體狀。

2 危巖破壞模式及影響因素

本次研究采用無人機(jī)技術(shù)結(jié)合現(xiàn)場踏勘，查明研究區(qū)的危巖位置及形態(tài)如表1所示。

表1 研究區(qū)的危巖位置及形態(tài)

結(jié)合野外現(xiàn)場調(diào)查和室內(nèi)分析，研究區(qū)的變形破壞模式主要受內(nèi)因（地形地貌、地層巖性、節(jié)理裂隙）和外因（地震、降雨、風(fēng)化作用、人類工程活動）影響。

（1）內(nèi)因。地形地貌：該邊坡由于風(fēng)化作用，山體頂部易形成松動巖塊，易產(chǎn)生滑移式破壞。地層巖性：該斜坡地層巖性單一，為軟質(zhì)巖，區(qū)內(nèi)緩傾軟質(zhì)巖層巖體多被節(jié)理裂隙切割成塊體狀，易產(chǎn)生掉塊。

（2）外因。降雨：巖體受到雨水以及地下水的軟化作用，力學(xué)強度、結(jié)構(gòu)面強度降低，危巖體的穩(wěn)定性急劇降低，易誘發(fā)滑移式崩塌。施工爆破及地震：地震及施工振動易對破碎巖體內(nèi)部造成損傷，同時也為危巖崩落提供了動力基礎(chǔ)。

結(jié)合以上對影響因素的分析，筆者認(rèn)為該研究區(qū)危巖體的主要變形失穩(wěn)破壞模式主要為傾倒式、滑移式（表2）。

表2 危巖破壞變形模式

3 穩(wěn)定性分析

3.1 計算模型

由于危巖所處自然地理環(huán)境復(fù)雜，單一計算自然條件下的穩(wěn)定性顯然是不合理的，因此分別計算3種工況下的危巖體穩(wěn)定性系數(shù)。工況一：自重+孔隙水壓力（天然狀態(tài)）。工況二：自重+孔隙水壓力（暴雨狀態(tài)）。工況三：自重+孔隙水壓力（天然狀態(tài)）+地震力（地震狀態(tài)）。各類型計算模型如圖2所示。工況三計算模型列舉如下。

圖2 各類型危巖計算模型

（1）墜落式危巖。

（2）滑移式危巖。

（3）傾倒式危巖。

式中：W——單位長度危巖體重力，kN；P——單位長度危巖體承受的水平地震力，kN，取水平地震系數(shù)為ζ，則地震力為P=ζW；H——危巖體高度，m；β——破裂面傾角，（°）；c0——危巖體的黏聚力，kPa；?0——

內(nèi)摩擦角，（°）；c1——結(jié)構(gòu)面的黏聚力，kPa；?1——內(nèi)摩擦角，（°）；c——破裂面的等效黏聚力，kPa；?——內(nèi)摩擦角，（°）。

3.2 評價標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果

對不同變形破壞模式的危巖體，其量化評判指標(biāo)有所不同。本文參考大量工程實踐經(jīng)驗，并充分考慮承災(zāi)體對于危巖落石滾落風(fēng)險的接受程度，具體量化判斷標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 危巖體穩(wěn)定狀態(tài)的量化判斷標(biāo)準(zhǔn)

將現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)、測繪數(shù)據(jù)等代入相應(yīng)的計算模型與公式，得出研究區(qū)危巖體穩(wěn)定性計算結(jié)果。對照判斷標(biāo)準(zhǔn)，得出穩(wěn)定性評價結(jié)果為：①危巖1區(qū)-孤石6區(qū)剖面在工況一、工況二、工況三條件下的穩(wěn)定性系數(shù)K分別為1.14（欠穩(wěn)定）、0.98（不穩(wěn)定）、1.16（不穩(wěn)定）。②孤石1區(qū)-孤石3區(qū)剖面在工況一、工況二、工況三條件下的穩(wěn)定性系數(shù)K分別為1.28（基本穩(wěn)定）、1.2（基本穩(wěn)定）、1.15（欠穩(wěn)定）。分析可以進(jìn)一步得出：孤石2、3、4、5號危巖在天然工況及暴雨、施工振動、地震等工況下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；推測其滾落路徑及影響帶，對坡下施工造成的風(fēng)險較小，而危巖1區(qū)和孤石1、6滾落會對施工造成較大影響。

4 治理建議

目前對危巖體的治理措施可大致分為主動防治、被動防護(hù)和主被動結(jié)合[6]。主動防護(hù)技術(shù)包括支撐錨固、灌漿、封填、排水及清除等[7]。被動防護(hù)包括攔石墻、攔石柵欄及森林防護(hù)等[8-9]，主被動防護(hù)結(jié)合有錨固-攔擋聯(lián)合技術(shù)和錨固-支撐結(jié)合技術(shù)等[10]。根據(jù)研究區(qū)危巖分布及形態(tài)，建議對危巖1區(qū)選擇局部掛網(wǎng)噴漿方式，該方法適用于裂隙極為發(fā)育的坡面危巖體。掛網(wǎng)能有效攔擋小塊危巖體，噴漿能減小巖體的風(fēng)化作用，減緩裂縫的擴(kuò)張[9]。建議對尺寸較小危巖直接人工清除，對于不便清除的大體積孤石建議采用底部支撐、被動防護(hù)網(wǎng)對其進(jìn)行防治。對不同類型的危巖采取不同的方式進(jìn)行加固、支擋，以減少其對下方工程施工的影響。

5 結(jié)語

通過對研究區(qū)內(nèi)的危巖的排查，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

（1）研究區(qū)內(nèi)危巖主要包括危巖1區(qū)和孤石1、2、3、4、5、6區(qū)，其變形破壞模式為傾倒式和滑移式。對其穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)這些危巖及孤石在暴雨狀態(tài)下均不穩(wěn)定，有墜落的風(fēng)險，但推測僅危巖1區(qū)及孤石1、6區(qū)會對坡下施工產(chǎn)生安全隱患。

（2）對于危巖1區(qū)的坡面危巖建議采用掛網(wǎng)噴漿的方式防治；小體積孤石建議采用人工清除的方式，大體積孤石建議采用底座支撐、被動防護(hù)網(wǎng)的方式進(jìn)行防治。