重慶五里坡危巖穩(wěn)定性分析

摘 要：【目的】通過危巖穩(wěn)定性的綜合評價結(jié)果，分析地質(zhì)條件對危巖穩(wěn)定性的影響?！痉椒ā恳劳兄貞c五里坡保護(hù)區(qū)某項目，通過地質(zhì)測繪、槽探、鉆探等勘測成果，在分析保護(hù)區(qū)內(nèi)5處危巖基本特征的基礎(chǔ)上，首先采用地質(zhì)類比法和赤平投影法對危巖穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析，其次采用極限平衡法對危巖在不同工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明：所有危巖在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震工況下處于欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定狀態(tài)?！窘Y(jié)論】上硬下軟的逆向坡結(jié)構(gòu)會降低危巖的穩(wěn)定性，應(yīng)對危巖所在區(qū)域內(nèi)裂縫進(jìn)行監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：危巖；斜坡；穩(wěn)定性；勘測區(qū)

中圖分類號：TU45" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）23-0113-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.23.023

Stability Analysis of Hazardous Rock in Wulipo Nature Reserue of Chongqing

LIU Ming1 LYU Kangping2 XIANG Qinggang3 ZHENG Dong1 CHEN Menghai2

（1.Sichuan Geological Engineering Survey Institute Group Co.， Ltd.， Chengdu 400074， China; 2.Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China; 3.Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources， Chongqing 401120， China）

Abstract： [Purposes] Through the comprehensive evaluation results of the stability of hazardous rock， the influence of geological conditions on the stability of hazardous rock is analyzed.[Methods] Based on the Chongqing Wulipo Conservation Area Education Center project， this paper analyzes the basic characteristics of five hazardous rocks in the reserve through geological surveying， trough exploration， drilling and other survey results. Based on the analysis of the basic characteristics of 5 hazardous rocks in the reserve， the stability of the rocks is qualitatively analyzed by geological analogy method and stereographic projection method， and then the stability of the rocks under different working conditions is quantitatively analyzed by limit equilibrium method. [Findings] The results show that all hazardous rocks are stable in their natural state，and are understable or unstable in heavy rain and earthquake conditions. [Conclusions] Since the inverse slope structure with hard upper and soft lower will reduce the stability of hazardous rocks， so it is necessary to monitor the cracks in the area where hazardous rocks are located.

Keywords： hazardous rock; slopes; stability; survey area

0 引言

危巖是指位于陡崖或陡坡上被多組巖體結(jié)構(gòu)面切割且穩(wěn)定性較差的巖石塊體及其組合［1］。自然力或工程擾動引起的危巖崩塌會產(chǎn)生較大的破壞，危害鄰近建筑物的安全。危巖的危害在山區(qū)尤為突出，在重慶市2020年發(fā)生的274起地質(zhì)災(zāi)害中，滑坡與崩塌共248起，占所有地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的90.5％。因此，在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的區(qū)域，對危巖穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確的評價具有重要意義。

針對危巖防治能力不足等問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的關(guān)于危巖穩(wěn)定性的研究，研究的重點多集中在危巖的形成機(jī)理和評價方法上，并取得了較好的成果［2-3］。目前，對危巖體穩(wěn)定性評價方法主要有4類、以赤平投影圖解法［4］為主的定性方法，以極限平衡法［5］為主的定量方法、以有限元法［6］和離散元法［7］。本研究以重慶五里坡保護(hù)區(qū)危巖為研究對象，通過現(xiàn)場勘察危巖體基本特征，采用多種方法對危巖穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析，并綜合分析評價其穩(wěn)定性［8］。根據(jù)評價結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)條件，分析地質(zhì)條件對穩(wěn)定性的影響，為類似工程危巖防治提供參考及建議。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)主要為構(gòu)造剝蝕中高山地貌?？傮w地勢北東高南低，最高點位于陡崖頂部，高程為2 197.8 m，危巖陡崖高為50～100 m。地形坡角為80～90°，危巖帶下方為自然斜坡，坡角30～45°，上部巖性為二疊系下統(tǒng)棲霞組灰?guī)r，中下部為砂質(zhì)頁巖，灰?guī)r質(zhì)硬，下部為薄層砂質(zhì)頁巖并被崩塌堆積物覆蓋，質(zhì)軟。陡崖上方由于灰?guī)r溶蝕作用，地形高低起伏，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎。通過勘察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)共存在4組裂隙，其具體特征見表1。

1.2 危巖基本特征

研究區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)危巖5處，均位于斜坡XP2后緣陡崖位置。危巖的破壞方式主要分為錯落滑移式、傾倒式兩種。由于各危巖的巖性、風(fēng)化程度和破壞方式的不同，其形狀和規(guī)模均存在差別，單體體積從400～75 000 m3不等。其分布位置如圖1所示，基本特征見表2。

1.3 危巖破壞方式

危巖體的變形破壞方式由巖性、風(fēng)化、結(jié)構(gòu)面形態(tài)等共同決定［9］。由于勘察區(qū)地形地貌、巖性組合關(guān)系復(fù)雜，各危巖變形破壞方式差異較大。

危巖體WY1、WY2四面臨空，為兩塊孤立巨石，其下為崩坡積層塊石層覆蓋。根據(jù)勘察發(fā)現(xiàn)，危巖體以北外形基本與母巖主體相符，且地形標(biāo)高相差15～30 m，明顯表現(xiàn)為危巖WY1、WY2向南側(cè)下降了15～30 m。由此說明，危巖體已沿著外傾裂隙面產(chǎn)生了整體性的滑移下錯變形，其形成原因為下部為薄層砂質(zhì)頁巖抗風(fēng)化能力較差，形成風(fēng)化剝落形成凹巖腔，上部灰?guī)r沿著貫通裂隙滑移下錯。

危巖體WY3內(nèi)存在的2組裂隙將巖體切割為較大塊體。其中垂直于坡面裂隙張開3～5 mm，凹凸起伏，無充填，已接近貫穿整個巖體，平行于坡面的裂隙已延伸至崩坡積覆蓋層以下，張開20～30 mm，少量泥質(zhì)充填或無充填，結(jié)構(gòu)面較平直。該危巖與母巖相對位置未發(fā)現(xiàn)錯動，是以該危巖未發(fā)生滑移破壞，處于蠕滑變形狀態(tài)。

危巖體WY4與WY5發(fā)育主要受近坡面走向裂隙及溶蝕裂隙影響，兩塊危巖體受裂隙切割，三面已經(jīng)脫離母巖，僅底部少量與母巖相連。該危巖在凍融、風(fēng)化作用下易發(fā)生傾倒變形。

2 危巖穩(wěn)定性分析

2.1 危巖穩(wěn)定性定性分析

地質(zhì)類比法是通過將所研究邊坡與已經(jīng)研究過的或已有經(jīng)驗的邊坡進(jìn)行類比，對所研究邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價的方法［10］。采用地質(zhì)類比法對WY1、WY2進(jìn)行分析。

WY1、WY2形態(tài)屬于滑移式危巖，并已脫離母巖運動至相對穩(wěn)定位置。結(jié)合危巖體范圍、規(guī)模、裂隙發(fā)育程度、危巖破壞模式及危巖滾石調(diào)查，綜合判定WY1、WY2現(xiàn)狀天然穩(wěn)定，暴雨與地震作用下欠穩(wěn)定。

赤平投影圖法是利用赤平投影原理，通過作圖直觀地反映出邊坡破壞邊界，確定失穩(wěn)巖土體的規(guī)模形態(tài)及其可能變形滑動方向等，從而對邊坡穩(wěn)定程度做出初步分析［11］。該方法主要用于巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析［12］。采用赤平投影圖對WY3、WY4、WY5進(jìn)行分析。

根據(jù)赤平投影圖（如圖2所示）分析得知：WY3，WY4，WY5與巖層層面及裂隙2、3、4大角度相交。3處危巖均為切向坡。裂隙1與WY3處邊坡小角度相交，與WY4、WY5處邊坡同向，為危巖不利外傾結(jié)構(gòu)面。3處危巖穩(wěn)定性主要受裂隙1控制。WY3處該裂隙已貫通至下部頁巖基座，但未發(fā)現(xiàn)錯動變形跡象，現(xiàn)狀下部基巖處于擠壓變形階段。WY4、WY5處該裂隙均未貫通至傾覆點位置，上部張開較大，但WY4重心位置位于危巖母體外側(cè)，WY5重心位置位于危巖母體內(nèi)側(cè)。各危巖不同工況下穩(wěn)定性評價見表3。

2.2 危巖穩(wěn)定性定量分析

結(jié)合危巖所處的環(huán)境，影響因素及變形機(jī)制，根據(jù)滑移式危巖、傾倒式危巖兩類不同破壞模型（如圖3所示）的計算公式，考慮表4中3種工況，采用當(dāng)?shù)氐貐^(qū)經(jīng)驗及規(guī)范結(jié)合取值的計算參數(shù)進(jìn)行計算，計算結(jié)果見表4。

滑移式危巖計算公式為式（1）。

[K=（Wcosθ-Qsinθ-Vsinθ）tan?+c·lWsinθ+Qcosθ+Vcosθ] （1）

式中：K為危巖穩(wěn)定系數(shù)；W為危巖體重度；Q為地震力；θ為結(jié)構(gòu)面傾角；C為后緣裂隙黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值；l為危巖結(jié)構(gòu)面長度；V為后緣裂隙水壓力。

傾倒式危巖計算公式為式（2）。

[K=13fab2+W·aQh0+V（13hWsinβ+bcosβ）]" （2）

式中：K為危巖穩(wěn)定系數(shù)；W為危巖體重度；fa為危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；b為后緣裂縫未貫通段下端到傾覆點之間的水平距離；a為危巖體與基座接觸面傾角；β為后緣裂隙傾角；hW為現(xiàn)狀孔隙充水高度；h0為危巖體重心到傾覆點的垂直距離；V為危巖體體積；Q為裂隙中靜水壓力。

3 危巖穩(wěn)定性評價

通過總結(jié)危巖穩(wěn)定性定性和定量分析的結(jié)果，對其進(jìn)行穩(wěn)定性綜合評價。在天然條件下，所有危巖處在穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下，除WY1與WY2仍處在穩(wěn)定狀態(tài)，其他危巖為欠穩(wěn)定狀態(tài)；在地震工況下，WY5為不穩(wěn)定狀態(tài)，其他為欠穩(wěn)定狀態(tài)。所有危巖穩(wěn)定性均較差，WY5穩(wěn)定性最差。

由于危巖所在坡體具有上硬下軟的逆向坡結(jié)構(gòu)，WY1、WY2、WY3三處危巖體上部巖土的自身重力對下部軟弱基座頁巖產(chǎn)生壓縮與剪切破壞，使上部巖體先產(chǎn)生傾倒變形，因此三處危巖穩(wěn)定性較差。由于WY4和WY5處上層硬質(zhì)巖臨空面高陡，陡崖段陡傾坡外裂隙結(jié)構(gòu)面發(fā)育，在WY5處尤為強(qiáng)烈，卸荷作用使巖土中的陡傾結(jié)構(gòu)面向臨空方向產(chǎn)生變形，因此WY4穩(wěn)定性較差，WY5穩(wěn)定性最差。

4 結(jié)論

本研究通過地質(zhì)類比法、赤平投影法和極限平衡法對保護(hù)區(qū)內(nèi)危巖進(jìn)行較為全面的分析，得出以下結(jié)論。

①所有危巖天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震工況下處于欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性大幅下降。

②上硬下軟的逆向坡結(jié)構(gòu)會降低危巖穩(wěn)定性，在進(jìn)行工程選址時，應(yīng)注意該因素的影響。

③在裂隙發(fā)育區(qū)域內(nèi)，應(yīng)該在定性以及定量分析時，著重注意裂隙對穩(wěn)定性的影響，并對危巖所在區(qū)域內(nèi)的主要裂縫進(jìn)行監(jiān)測。

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