關嶺縣沙營鄉槽子六村一帶崩塌（危巖帶）特征及防治對策

段方情，朱要強，劉 勇

（貴州省地質環境監測院，貴州貴陽 550004）

0 引言

沙營鄉“槽子六村”位于關嶺縣北部，包括紙廠、埡隴、交界、大田、魯灰、路支六村，均分布在溶蝕、侵蝕低山槽谷中。該地區與2010年6月28日在崗烏鎮大寨、永窩發生的特大滑坡碎屑流災害具有類似的地質環境條件，且距離也相隔較近。鑒于這次慘痛的教訓，中國地調局下達了關嶺縣地質災害詳細調查任務，對該地區進行了地質災害詳細調查，發現該區域斜坡上部易發生崩塌，下部易產生滑坡地質災害[1]，也發現易產生高位崩塌的特殊地層，對斜坡下部鄉村公路及村寨威脅較大。經過調查及訪問，該斜坡雨后多次發生滾石，斜坡上可見到滾石分布，以大田小學危巖最有代表性，該處危巖在調查工作一個月之后就發生一次崩塌，在公路上砸了一個40cm深的坑，并向前運動毀壞公路邊民房一間。關于崩塌形成機理，國內外研究比較多，在西南地區胡斌、黃潤秋對軟硬紅層崩塌形成機理運用數值模擬、試驗在公路方面做了相關研究[2]。在貴州廣泛分布的碳酸鹽巖分布區，貴州省地質環境院編著的《貴州地質災害及其防治》一書，對貴州境內崩塌的形成機制進行了分類闡述[3]。本文主要針對貴州境內具體的某一地層上發育的危巖帶進行具體分析。

1 危巖帶地質環境條件

（1）地形地貌

該地區為溶蝕、侵蝕低中山地貌。地形切割深度大，山體頂部高程在1700m左右，下部溝谷低洼處高程1350m，切割深度達350m。斜坡坡度總體上陡下緩，中上部坡度30°～60°，其中灰巖段坡度可達60°，形成陡坡及陡崖，下部約25°以下，為緩坡地貌。緩坡位置多為旱地及房屋，呈臺階狀。上部陡坡地多為經濟林木及灌木雜草。

（2）地層巖性

該地區地層從新到老如下：

第四系殘坡積層，在斜坡中下部普遍發育，殘坡積成因，灰褐色、灰黃色、紫紅色碎石土，松散，粒徑一般40～150mm，碎石含量60%，厚1～3m。

三疊系夜郎組地層（T1y）

上部為紫紅色泥頁巖，易風化，中部為厚層狀灰白色灰巖，下部為黃綠色泥巖，巖層產狀181°∠30°，斜坡為逆向坡。

二疊系龍潭組地層（P3l）

主要為黃褐色泥頁巖，中間夾煤層，分布在斜坡下部。

（3）工程地質條件

上部第四系殘坡積層為松散巖組，下部容易誘發小型滑坡，三疊系下統夜郎組為軟硬相間巖組，下部龍潭組為軟質巖組。

（4）水文地質條件

根據地下水的補給、徑流及賦存條件，可分為松散孔隙水、裂隙水及巖溶水，主要為基巖裂隙水，由大氣降水補給，沿巖石裂隙徑流，在地形低洼處以泉點形式排泄。

（5）人類工程活動

該地區人類工程活動強烈，主要為附近有煤礦開采（目前還沒影響到大田小學部位）、公路房屋切坡及種植業。煤礦，公路、房屋多分布在斜坡下部。原斜坡中上部種植活動比較強烈，現在由于封山育林、退耕還林政策的實施，植被已逐漸恢復，主要為低矮的灌木。

2 危巖體基本特征及形成條件

對大田小學威脅較大的危巖體位于斜坡中上部，高程1574m，為三疊系下統夜郎組中段的灰巖地層，灰巖厚8～10m，上下均為泥巖、砂巖及泥頁巖。由于內外地質營力作用，灰巖段形成陡崖地貌（如圖1）。灰巖頂部發育一組卸荷裂隙，距離臨空面3.2m，產狀310°∠67°，張開度2～5cm，呈楔形，上寬下窄，貫通性一般。卸荷裂隙面呈不規則鋸齒狀，部分有粘土充填，構成崩塌的后部邊界；風化張裂隙，產狀40°∠54°，張開度3～5cm。節理間距0.8m。貫通性良好，無充填，節理面呈不規則鋸齒狀，粗糙，構成危巖體側邊界，由于砂巖與灰巖接觸面存在風化差異，使得下部形成倒巖腔，倒巖腔高度約1.7m，長5m，深1m，形成危巖下部控制結構面。由于上部3組控制面的切割，形成長約5m，高8m，寬3m，體積約120m3危巖體。

3 危巖體形成原因及機理分析

該地區崩塌（危巖體）的形成與該地區獨特地質條件密不可分。地形地貌、地層巖性、地質構造、是崩塌的物質基礎，風化及降雨對崩塌（危巖）的形成和發展起著重要的作用。

圖1 典型危巖剖面圖

（1）地形地貌

由于地質內外營力作用，形成陡峻的斜坡地貌，局部形成陡崖地貌。該地區地形切割大。為崩塌（危巖帶）創造了很高的勢能來源。

（2）地層巖性

巖性對巖質邊坡具有明顯的控制作用。調查區斜坡中上部出露中厚層塊狀的堅硬脆性灰巖，往往形成陡崖，其上部及下部均為泥巖、泥頁巖地層，灰巖與下部泥巖地層在陡臨空面方向由于差異性風化形成倒巖腔，為危巖底部控制邊界。

（3）風化作用及降雨作用

由于灰巖與砂巖風化差異性，逐漸形成倒巖腔，形成下部控制面，降雨作用促進風化裂隙的發展，同時使得卸荷裂隙中靜水壓力增大。促進卸荷裂隙不斷向下發展，傾倒力矩不斷增大。最后形成傾倒式破壞。

該地區崩塌（危巖）在特定地質環境條件下——典型的上硬下軟地層，受差異性風化及下部軟巖產生塑流影響，接觸面形成倒巖腔及上部形成卸荷裂隙，再于一組風化節理裂隙切割下，形成危巖體，在降雨作用下，卸荷裂隙中靜水壓力大大增大了傾覆力矩，從而失穩形成傾倒式崩塌。

4 危巖體的穩定性及發展趨勢

根據以上分析，該地區危巖體失穩方式為傾倒式。受裂隙切割和下部巖腔影響，高懸于陡巖上端和巖腔頂部的危巖體，隨卸荷裂隙不斷加深加寬及倒巖腔不斷加深，倒巖腔發育到臨界深度，降雨使卸荷裂隙中靜水壓力增大，使得傾覆力矩大于抗傾覆力矩，危巖脫離母體，失穩產生崩塌。

按傾倒式危巖的計算公式計算，在計算模型中，主要計算3種工況下的巖體穩定性，即天然狀態、暴雨、暴雨+地震。暴雨工況下巖體按照飽水狀態下的相關參數進行計算且根據危巖體裂隙發育情況考慮靜水壓力，暴雨+地震工況下主要考慮地震動峰值加速度及靜水壓力兩方面，根據《中國地震動參數區劃圖》，勘查區地震基本烈度為VI度，動峰值加速度為0.05g。

通過計算，在天然狀態穩定性為1.18，暴雨狀態為0.90，在暴雨+地震工況穩定系數為0.71。按《地質災害防治工程勘察規范》【DB50/143-2003】[4]中公式計算。

根據計算結果分析，該危巖在天然狀態處于欠穩定狀態，在暴雨及暴雨+地震工況處于不穩定狀態。

對于崩塌落石的運動研究，可根據手工計算和軟件計算，本文采用《Rockfall》軟件模擬計算崩塌落石的運動軌跡、速度、能量以及運動距離，同時結合歷史滾石調查綜合確定。在野外調查過程中，通過對當地村民的走訪，我們了解到該危巖待曾經多次發生過落石，最大的一次落石其體積約4m3。此外，對于現存危巖區的調查，由于有節理裂隙緣故，危巖失穩發生解體，潛在的落石體積在0.5-4m3之間，為了安全考慮，選取4.0m3大小的危巖作為研究對象，選取典型剖面為計算剖面，對落石的運動軌跡模擬和彈跳高度以及運動能量進行計算。

根據計算結果，根據落石運動軌跡確定危巖落石的影響范圍，根據落石的彈跳高度包絡線圖，確定設置攔擋結構物的修建高度，根據落石的運動能量包絡線圖，確定被動防護措施的抗沖擊力級別。落石最遠的運動距離為橫坐標340m處，可以影響到斜坡下部大田小學，且由于地表覆蓋層厚度的不同，落石共發生了7次跳躍，直至滾落在坡腳，在此過程中落石跳躍的最大高度為25m，運動的最大能量達到4000kJ。

綜合以上分析，考慮攔擋結構與居民房屋的位置距離，故建議攔擋結構物位置設在剖面230m處，此時的落石運動能量為1700kJ，落石運動為滾動狀態。斜坡中上部植被較發育，對滾石起攔擋左右。

該危巖體位于沙營鄉大田村，威脅下方兩戶居民及大田小學近300人生命財產安全，威脅財產280萬元。目前危巖體處于欠穩定狀態，在降雨、風化、卸荷和震動等因素影響下極易導致巖體失穩墜落。

5 防治建議

在充分掌握崩塌體變形形成條件、活動規律、危害特點的基礎上，利用科學的方法和手段，因地制宜、因勢利導，實事求是、經濟、合理、有效地布設防治工程。將環境保護、當地規劃發展與災害治理相結合，以最小的代價獲得最大的社會經濟環境效益。

危巖防治手段有多種，可采取搬遷避讓及工程治理等。工程治理又可分主動防護及被動防護[5]，具體可考慮采用清除、錨固加固、或設置攔石墻、主動防護網、被動防護網等治理措施。但是由于地區上部坡度較陡，攔石墻占用土地比較多，且坡度較陡，還要預防落石槽本身的穩定性，不可取。由于落實運動能量最大可為1700kj，大于1500 kj，選用被動防護措施也不可取。考慮充分利用斜坡上部逐漸恢復的森林植被，建議采用錨桿加固+下部倒巖腔鑲補+主動防護網，下部森林防護綜合治理措施。

6 結語

該危巖帶形成與該地區地形地貌、地層巖性、地質構造、卸荷風化作用、降雨因素密不可分。由二組裂隙與倒巖腔相互切割，形成傾倒式破壞。威脅下部公路及學校及居民學生的安全。

通過計算，在暴雨工況及暴雨+地震工況下，危巖處于不穩定狀態。滾石可到影響下部學校安全，通過計算滾石的路徑及能量，建議采用錨桿錨固+鑲補+主動網防護+森林防護綜合治理方案。

由于該區域灰巖位于高位呈帶狀分布，現在由于植被很發育，無人機航測及人工調查都存在不少的困難，不可避免存在規模不一的隱蔽危巖。因此建議對村寨比較集中斜坡上部區域還需要加強巡查工作，建立群防群測體系。

該斜坡下部為煤礦分布區，雖然目前煤礦還沒開采到這區域，今后煤礦的開采可能會加劇該地區危巖的發展，需要做好監測巡查工作及相關預警預案機制。

[1]朱要強,段方情,李陽春等.貴州省關嶺縣地質災害詳細調查報告[R].貴州，2012.

[2]胡 斌,黃潤秋.軟硬巖互層邊坡崩塌機理及治理對策研究[J].工程地質學報，2009,17（2）:200～206.

[3]楊勝元,田 稼,張建江等.貴州地質災害及其防治[M].貴陽，貴州科技出版社，2009:64～66.

[4]DB50/143-2003.地質災害防治工程勘察規范.

[5]陳洪凱,唐紅梅等.地質災害理論與控制[M].北京，科學出版社，2011,28～32.