內(nèi)江朝陽危巖災(zāi)害特征分析及其治理技術(shù)

楊有蓮 吳啟紅 唐然 董建輝 邱洪志 張華

摘 要：以內(nèi)江市某工程朝陽危巖為例，通過對(duì)危巖地質(zhì)災(zāi)害體規(guī)模和空間分布、形狀特征、結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行調(diào)查，并且對(duì)危巖崩落運(yùn)動(dòng)水平速度、石塊騰越、彈跳和落石能量進(jìn)行了計(jì)算.根據(jù)治理區(qū)危巖體的形成，結(jié)合危巖體基座特征、后緣裂隙發(fā)育特征和前緣臨空狀況，對(duì)危巖變形破壞模式進(jìn)行了分析，在已有危巖WY1、WY2和WY4崩塌分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)危巖的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析.結(jié)果表明，在工況Ⅱ和工況Ⅲ條件下，危巖WY1、WY2和WY4處于欠穩(wěn)定狀態(tài).通過幾種方案比選及方案進(jìn)一步優(yōu)化和細(xì)化，得到優(yōu)化的危巖治理方案為清除危石+錨桿錨固+砂漿填縫+擴(kuò)建截水溝，并對(duì)方案具體實(shí)施及其實(shí)施效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值.

關(guān)鍵詞：危巖;災(zāi)害;破壞模式;穩(wěn)定驗(yàn)算;治理方案

中圖分類號(hào)：P642.21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

危巖災(zāi)害的發(fā)育與形成是諸多致災(zāi)因子共同作用的結(jié)果，目前國內(nèi)外已經(jīng)積累了較多治理技術(shù)，如錨固、支撐、清除、攔截和注漿加固等.但大多僅針對(duì)某單一災(zāi)害因素采取單一防治措施，單純地采取加固、攔截或清理等治理技術(shù)，缺乏系統(tǒng)思維，既不經(jīng)濟(jì)也不合理.鑒于危巖災(zāi)害是諸多致災(zāi)因素的共同作用，因此要有效防治危巖災(zāi)害，必須采取統(tǒng)合治理技術(shù)，即依據(jù)具體工程實(shí)際，采用多種工程技術(shù)，預(yù)防與治理相結(jié)合，多方協(xié)調(diào)，綜合治理.

1 工程概況

內(nèi)江市市中區(qū)朝陽危巖地處內(nèi)江市市中區(qū)朝陽鎮(zhèn)張家場(chǎng)社區(qū)正東街道，地理坐標(biāo)東經(jīng)104°53′～104°54′，北緯29°32′～29°33′，距離內(nèi)江市市中心約15公里，縣道內(nèi)榮路西南側(cè)，朝陽鎮(zhèn)衛(wèi)生院與場(chǎng)鎮(zhèn)居住點(diǎn)后方.

綜合利用槽探及地面調(diào)繪等方法手段，經(jīng)過野外調(diào)查與室內(nèi)綜合分析，系統(tǒng)地查明了區(qū)內(nèi)危巖的規(guī)模和性質(zhì).

1）區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的類型有危巖，危巖危害對(duì)象分級(jí)為Ⅱ級(jí).

2）區(qū)內(nèi)有危巖體共4處，危石6處，發(fā)育于侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂巖層中，危巖體積793 m3，危石體積10 m3.危巖呈墜落式、傾倒式和滑移式破壞模式等［1-6］.

經(jīng)分析，朝陽危巖在不同工況下所處的狀態(tài)見表1.

2 地質(zhì)災(zāi)害體特征

2.1 危巖規(guī)模與空間分布

朝陽危巖位于內(nèi)江市市中區(qū)朝陽鎮(zhèn)張家場(chǎng)社區(qū)正東街道南側(cè)陡坡上，朝陽危巖帶平面呈“L”形，呈北西南東向展布，由西向東和由南向北共分布4處危巖體（見圖1），危巖體主要分布在斜坡中上部和陡坡頂部，規(guī)模大小不等，體積14.0～720.0 m3，總體積約793 m3.主要分布于陡崖段，僅WY1和WY2危巖分布于陡坎和陡坡上，高程在375～400 m，形態(tài)有柱狀和塊狀等.

2.2 危巖形狀分析

根據(jù)陡坡的分布情況和危巖崩塌后所帶來的危害程度和損失大小不同，把危巖帶區(qū)分成2段，即東段和西段.

西段：位于治理區(qū)西面，斜坡長(zhǎng)120 m左右，寬（高）3～10 m，厚1～2 m，坡向285°～355°.局部分布陡崖，地形坡角下緩（20°～25°）上陡（75°～80°），陡崖高3～7 m，橫斷面總體呈折線型.據(jù)槽探揭露，未見發(fā)育卸荷裂隙.據(jù)調(diào)查，發(fā)育3組裂隙，L1：50°∠50°，L2：310°∠60°，L3：155°∠30°，裂隙間距0.7～1.5 m，裂隙張開度0.5～2.0 cm.巖層傾斜方向與坡面傾斜方向接近垂直，所以不影響危巖體的穩(wěn)定性［2］.裂隙組合切割巖體，局部形成楔形體，因此斜坡整體現(xiàn)狀下處于穩(wěn)定狀態(tài)（見圖2），局部發(fā)育危巖體.

該段共發(fā)育危巖體2處，即WY1和WY2危巖.WY1危巖呈楔體狀，長(zhǎng)5 m，寬3～3.5 m，厚2 m，體積為35 m3，發(fā)育高程為388～393 m，高差5 m；WY2危巖呈楔體狀，長(zhǎng)5 m，寬3～3.5 m，厚1.5 m，體積為14 m3，發(fā)育高程為384～387 m，高差3 m.

東段：位于治理區(qū)東面，斜坡帶總長(zhǎng)100 m，寬（高）5～20 m左右，厚2～5 m，坡向45°～50°.地形分布以斜坡為主，以陡崖為輔.地形坡角下緩（15°～25°）上陡（75°～80°），陡崖高5～20 m，橫斷面總體呈直線型.據(jù)槽探揭露，坡頂卸荷裂隙發(fā)育寬度6.5 m.據(jù)調(diào)查，發(fā)育2組裂隙，L1：26°∠59°，L2：330°∠85°，裂隙間距0.5～1.5 m，裂隙張開度0.5～5.0 cm.裂隙組合切割巖體，局部形成楔形體，因此斜坡整體現(xiàn)狀下處于穩(wěn)定狀態(tài)（見圖3），局部發(fā)育危巖體.

該段共發(fā)育危巖體2處，即WY3和WY4危巖.WY3危巖已被支頂治理;WY4危巖長(zhǎng)17 m，寬5～6 m，厚7 m，體積720 m3，分布高程在377～395 m，危巖的垂直落差18 m.

各危巖體變形破壞特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)見表2.

2.3 危巖結(jié)構(gòu)分析

在具有分層結(jié)構(gòu)的砂巖斜坡或斜坡上的朝陽區(qū)危險(xiǎn)巖石，巖層傾向145°，傾角1°～2°，危險(xiǎn)巖體與斜坡或斜坡方向相交的傾向?yàn)榇蠼嵌鹊那邢蛐逼?滑動(dòng)的主要方向?qū)嶋H上與斜坡或斜坡的方向相同［5］.朝陽區(qū)危巖體為侏羅系，因主要由中細(xì)粒、長(zhǎng)石和石英砂巖組成，具有直接影響巖體結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的穩(wěn)定性.

治理區(qū)內(nèi)共發(fā)育2組優(yōu)勢(shì)裂隙結(jié)構(gòu)面，裂隙傾角50°以上，2組裂隙巖體優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀特征分別為：第1組結(jié)構(gòu)裂隙傾向25°～50°，傾角50°～70°，裂隙局部地帶傾向反傾，裂隙面多較平直粗糙，一般呈張開狀，張開度0～35 mm，間距0.5～5.0 m；第2組結(jié)構(gòu)裂隙傾向多在310°～330°，傾角60°～85°，裂隙面多較平直粗糙，一般呈張開狀，張開度0～40 cm，間距0.5～3.0 m.

2.4 危巖運(yùn)動(dòng)特征

2.4.1 危巖崩落運(yùn)動(dòng)水平速度計(jì)算

治理區(qū)危巖崩落在單坡運(yùn)動(dòng)的過程中，沿斜坡的方向向下運(yùn)動(dòng)，會(huì)因?yàn)樾逼律蠘淠竞推聽顟B(tài)的變化，產(chǎn)生跳躍運(yùn)動(dòng).往往先短距離跳躍，到達(dá)緩坡地帶，又變?yōu)榛瑒?dòng)或滾動(dòng)，少量大石塊因運(yùn)動(dòng)速度快，可能下崩，形成危害場(chǎng)區(qū)［7］.

危巖崩落運(yùn)動(dòng)水平速度除了受巖體坡度和高度影響，還受巖體大小、形狀、斜坡形狀、植被和覆蓋層厚度的影響.因此，可采用最上部坡段的坡腳初始速度來計(jì)算危巖崩落運(yùn)動(dòng)水平速度［8-9］.

3 危巖體變形破壞模式分析

結(jié)合朝陽區(qū)危巖體基座、前端臨空面特征和后端裂隙發(fā)育情況，以及地質(zhì)構(gòu)造和外動(dòng)力等［4］.可以發(fā)現(xiàn)朝陽區(qū)危巖體破壞以傾倒式為主（1處），滑移式（2處）和墜落式（1處）為輔［5］.

3.1 墜落式

一旦裂縫完全發(fā)育，裂縫就會(huì)切開整個(gè)危巖體，使其與母巖分離，危巖體因重力而突然脫離不穩(wěn)定的母巖，從而發(fā)生崩塌.經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)巖體1，即危巖體WY3，很可能發(fā)生墜落式滑坡，已被暫時(shí)處理，目前處于安全狀態(tài).

3.2 滑移式

當(dāng)附在母巖上的危巖體以一定角度與裂隙口（卸荷裂隙口）接觸，并且自重和地面水滲入作用把裂隙固定部分逐漸連通，發(fā)生剪切破壞，呈漸變特點(diǎn)，臨空特點(diǎn)決定危巖體的破壞程度.區(qū)內(nèi)WY1和WY4危巖即是滑移式破壞.

3.3 傾倒式

傾倒式破壞的形成機(jī)制是巖體在不穩(wěn)定時(shí)繞根部一點(diǎn)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，當(dāng)重心偏離斜坡時(shí)，巖體便會(huì)驟然坍塌.在強(qiáng)烈振動(dòng)或者長(zhǎng)期暴雨作用下，欠穩(wěn)定巖體容易產(chǎn)生失穩(wěn)倒塌［6］.經(jīng)此次調(diào)查區(qū)內(nèi)可能產(chǎn)生傾倒式崩塌的危巖體1處，即WY2危巖.

4 危巖的穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)危巖結(jié)構(gòu)特征和形態(tài)特征，結(jié)合WY1、WY2和WY4危巖崩塌分析結(jié)果，危巖穩(wěn)定性驗(yàn)算工況考慮的荷載主要為天然自重荷載、飽和自重荷載及地震荷載3類.設(shè)計(jì)計(jì)算工況劃分為工況Ⅰ（自重）、工況Ⅱ（自重+暴雨）和工況Ⅲ（自重+地震）3種.

綜合考慮，確定工況I和工況Ⅱ?yàn)樵O(shè)計(jì)工況，工況Ⅲ為校核工況，設(shè)計(jì)抗滑安全系數(shù)1.30.

4.1 計(jì)算參數(shù)

本次計(jì)算參數(shù)直接采用勘查報(bào)告中提供的相關(guān)參數(shù)，土層參數(shù)為fak=150 kPa，基底摩擦系數(shù)取0.25.砂巖天然密度取2.51 g/cm3，c值取1 314 kPa，φ值取38.50；飽和密度取2.53 g/cm3，c值取948 kPa，值取37.550，承載力特征值取500 kPa；基底摩擦系數(shù)取0.40；錨桿錨固長(zhǎng)度按照危巖卸荷裂隙及邊坡理論破裂角進(jìn)行控制，邊坡破裂角取59°.具體參數(shù)見表3.

4.3 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

穩(wěn)定系數(shù)K的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)見表4.結(jié)果表明，從定性和定量2個(gè)方面對(duì)危巖體進(jìn)行評(píng)價(jià)，二者的評(píng)價(jià)結(jié)果基本吻合.即處理區(qū)域內(nèi)所分布的不穩(wěn)定巖石在自然狀態(tài)下是穩(wěn)定的，在自重+暴雨?duì)顟B(tài)下處于穩(wěn)定或欠穩(wěn)定狀態(tài)，在自重+地震力作用下處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)，定量分析的結(jié)論與定性分析的結(jié)論基本統(tǒng)一.

4.4 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

危石主要指崩落堆積于陡坡上的大塊石，并且在地震和降雨的影響下發(fā)生滾動(dòng)，對(duì)陡峭山坡下的居民及周圍環(huán)境的建筑物可能產(chǎn)生威脅的大塊石.

本次調(diào)查的4處危巖，總體積793 m3.危巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果詳見表5～表7.

危巖WY3已進(jìn)行支撐加固，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，支撐加固后上部巖體未再發(fā)生變形和墜落，支撐柱完好，無變形跡象，支撐柱放置于基巖上，基礎(chǔ)現(xiàn)狀下未發(fā)生變形.因此，WY3在支撐加固后已處于穩(wěn)定狀態(tài).

在已經(jīng)形成破壞性結(jié)構(gòu)面的不穩(wěn)危險(xiǎn)巖體的情況下，發(fā)生破裂坍塌的可能性很高；在基本形成破壞性結(jié)構(gòu)面的欠穩(wěn)危險(xiǎn)巖體的情況下，如有外部動(dòng)力因素的影響，如暴雨和地震力等，可能產(chǎn)生失穩(wěn)塌方；在破壞結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)面還沒有全部形成的情況，但在降水等多種因素的影響下，將逐漸形成破壞性結(jié)構(gòu)面，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生明顯的塌陷.

5 治理方案比較分析及優(yōu)化

5.1 治理方案比較分析

針對(duì)朝陽危巖地質(zhì)災(zāi)害的基本特征和預(yù)測(cè)分析，可行性研究報(bào)告針對(duì)災(zāi)害體提出的2種治理方案進(jìn)行了對(duì)比，如下：

方案1：人工清除危石+格構(gòu)錨桿+錨噴+鑲補(bǔ)勾縫+封閉裂隙；

方案2：人工清除危巖、危石+格構(gòu)錨桿+錨噴+鑲補(bǔ)勾縫+封閉裂隙.

從技術(shù)、工期及投資3個(gè)方面比較：方案1技術(shù)可行性優(yōu)于方案2；方案1工期條件優(yōu)于方案2；方案1投資優(yōu)于方案2.因此，推薦方案1.

5.2 方案優(yōu)化

原初設(shè)方案WY1和WY2危巖以錨噴為主，結(jié)合鑲補(bǔ)勾縫，WY3底部凹腔已采用C30支撐柱支撐，應(yīng)加強(qiáng)支撐柱的變形及WY3位移監(jiān)測(cè)，WY4以格構(gòu)錨桿為主，結(jié)合錨噴和鑲補(bǔ)勾縫，此外WY4頂部的卸荷裂隙用M10砂漿封閉.

本次設(shè)計(jì)對(duì)方案1進(jìn)行了優(yōu)化和細(xì)化.對(duì)WY1和WY2危巖采用錨噴治理優(yōu)化為錨桿錨固；WY3危巖治理后效果較好，但在雨季危巖下水溝排水不暢，淹沒危巖下居民，為此對(duì)WY3危巖進(jìn)一步采用砼柱支撐，并加深加寬排水溝；WY4危巖高陡，坡度呈90°，局部呈倒坡狀，不具備實(shí)施噴錨和格構(gòu)施工條件，原來對(duì)WY4危巖僅進(jìn)行了簡(jiǎn)單凹腔填補(bǔ)，砌體在危巖體作用下略有臌脹，因此對(duì)WY4危巖上進(jìn)行錨桿錨固，危巖下砌體進(jìn)行人工注漿.

5.3 防治工程具體布置

WY1危巖體：錨桿錨固+砂漿填縫.采用6根1Ф25φ91普通水泥砂漿錨桿加固危巖體.3排，每排2根，錨桿縱向間距2 m，橫向間距2 m，下傾角20°，注M30水泥砂漿.單根錨桿長(zhǎng)2.5～3.5 m，錨固段長(zhǎng)2 m，共計(jì)17 m.采用M10水泥砂漿封填裂縫，自上而下人工自流注漿，數(shù)量據(jù)實(shí)而計(jì).

WY2危巖體：錨桿錨固+砂漿填縫.采用4根1Ф25φ91普通水泥砂漿錨桿加固危巖體.2排，每排2根，錨桿縱向間距2 m，橫向間距2 m，下傾角20°，注M30水泥砂漿.單根錨桿長(zhǎng)3.0～4.0 m，錨固段長(zhǎng)2 m，共計(jì)14 m.采用M10水泥砂漿封填裂縫，自上而下人工自流注漿，數(shù)量據(jù)實(shí)而計(jì).

WY3危巖體：砼柱加強(qiáng)支撐+擴(kuò)建排水溝.對(duì)WY3危巖進(jìn)行進(jìn)一步砼柱加強(qiáng)支撐，本設(shè)計(jì)采用C30鋼筋混凝土砼柱支撐，砼柱內(nèi)配φ14鋼筋8根，砼柱截面500 mm×500 mm.砼柱地基以中風(fēng)化基巖為持力層，并嵌入中風(fēng)化基巖0.5 m，設(shè)計(jì)地基承載力fk＝1 000 kPa.

在原有排水溝基礎(chǔ)上加深加寬，加深為50 cm，加寬為上40 cm，下為30 cm，圬工厚0.2 m.截排水溝采用M7.5漿砌塊石砌筑，表面勾縫，截水溝每10～15 m設(shè)2 cm寬伸縮縫，沿著內(nèi)表面和上表面用瀝青大麻填充接縫，填塞深度為10 cm.

WY4危巖體：錨桿錨固+砂漿填縫+砌體注漿.采用27根1Ф25φ91普通水泥砂漿錨桿加固危巖體.3排，每排9根，錨桿縱向間距2 m，橫向間距2 m，下傾角20°，注M30水泥砂漿.單根錨桿長(zhǎng)7～13 m，錨固段長(zhǎng)4 m，共計(jì)264 m.采用M10水泥砂漿封填裂縫，自上而下人工自流注漿，數(shù)量據(jù)實(shí)而計(jì).危巖底部巖腔砌體采用M30砂漿注漿，砂漿自上而下人工自流注漿，待砂漿凝固收縮后，進(jìn)行多次注漿，加強(qiáng)支頂砌體強(qiáng)度.

6 工程實(shí)施效果評(píng)價(jià)

總體而言，在工程建設(shè)期內(nèi)，工程治理施工對(duì)當(dāng)?shù)厝说纳?、勞作造成了一定的不良影響，但是該工程建設(shè)目的旨在保護(hù)災(zāi)居范圍內(nèi)居民的生命和財(cái)產(chǎn)，以及增加城市的美感，促進(jìn)地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并對(duì)水土起到保護(hù)作用.可見，就工程所帶來的環(huán)境負(fù)面而言，利遠(yuǎn)大于弊.

1）經(jīng)濟(jì)效益.危巖防治工程投資為約36.75萬元，可有效減輕危巖下部朝陽鎮(zhèn)張家場(chǎng)社區(qū)正東街道居民及周邊居民所受威脅，可為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境，為地方帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，因此，朝陽危巖防治工程的經(jīng)濟(jì)效益將是非常明顯的.

2）社會(huì)效益.朝陽危巖多次發(fā)生變形和崩落，對(duì)坡下居民造成了一定威脅.通過對(duì)危巖錨固，能有效保護(hù)災(zāi)害治理區(qū)域內(nèi)居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，有效避免危險(xiǎn)巖層的威脅.將對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦陌布覙窐I(yè)發(fā)揮積極作用，由此產(chǎn)生的社會(huì)效益將十分顯著.

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（實(shí)習(xí)編輯：姚運(yùn)秀）

Abstract：

Taking the project of Chaoyang dangerous rock in Neijiang city as an example，the size and spatial distribution，shape characteristics，structure characteristics and movement characteristics of dangerous rock geological hazard body are analyzed，and the horizontal velocity of dangerous rock falling movement，rock leaping，bouncing and rock falling energy are calculated.According to the formation of dangerous rock in the control area，the deformation and failure mode of dangerous rock are analyzed based on the study of the characteristics of the base of dangerous rock，the development characteristics of cracks in the back edge，and the front space condition.Based on the existing collapse analysis results of dangerous rock WY1，WY2，and WY4，the stability of dangerous rock is analyzed.The results show that under the condition of working condition Ⅱ and working condition Ⅲ，the dangerous rock WY1，WY2 and WY4 are in an under-stable state.Through the comparison and selection of several schemes and further optimization and refinement of the scheme，the optimized scheme of dangerous rock treatment is obtained，which consists of dangerous rock removal+anchor bolt anchoring+mortar filling+expansion ditch cutting.The practical implementation and implementation effect of the scheme are evaluated，which has obvious economic and social benefits and has certain reference value for similar projects.

Key words：

dangerous rock;disaster;failure mode;stability checking calculation;control scheme