蓬溪縣小灣危巖崩塌形成機理與治理措施淺議

李 斌，羅明星，袁鳳凱，2

（1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，西藏 拉薩850000；2.四川省核工業(yè)輻射測試防護院，四川 成都610061）

蓬溪縣小灣危巖崩塌形成機理與治理措施淺議

李 斌1，羅明星1，袁鳳凱1，2

（1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，西藏 拉薩850000；2.四川省核工業(yè)輻射測試防護院，四川 成都610061）

結(jié)合蓬溪縣小灣危巖崩塌現(xiàn)狀，以工程地質(zhì)條件和崩塌的基本特征為基礎(chǔ)，對小灣危巖崩塌形成機制及防治措施進行分析研究。研究結(jié)果表明，研究區(qū)砂巖和泥巖風化程度主要受巖性、構(gòu)造及基巖裂隙水活動影響，其風化作用主要沿卸荷裂隙和構(gòu)造裂隙帶進行，具典型的裂隙式風化特征；由于各結(jié)構(gòu)面組合切割，以及植物根劈作用，巖體多破碎，呈碎裂狀或鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，局部呈極破碎狀。針對小灣危巖崩塌特點，提出“掛網(wǎng)、清危、噴漿”的綜合治理措施。

危巖崩塌；機制理研究；治理措施

Abstract:Based on the engineering geological conditions and the basic characteristics of the collapse,the formation mechanism and prevention measures of the collapse of the Xiaoyan dangerous rock are analyzed and studied.The results show that the weathering degree of sandstone and mudstone in the study area is mainly affected by lithology,structure and fissure activity of bedrock.The weathering effect is mainly carried out along unloading fissures and tectonic fissure zones,with typical fissure weathering characteristics.Surface combination cutting,and plant root cleavage,rock mass is broken,was broken or mosaic fragmentation structure,local extremely broken shape.Aiming at the characteristics of the collapse of Xiaoyan dangerous rock,the paper puts forward the comprehensive measures of"hangingnet,clearingaway and spraying".

Keywords:Dangerous collapsed,mechanismresearch and control measure

0 引言

危巖崩塌是指斜坡上的巖土塊體在重力、地震力及其它外力作用下發(fā)生斷裂、傾倒和墜落等塊體運動的現(xiàn)象。危巖崩塌的發(fā)育有其特殊的環(huán)境條件，是多因素共同作用的結(jié)果[1-2]。根據(jù)危巖的破壞機理和失穩(wěn)類型，將其分為墜落式危巖、滑塌式危巖和傾倒式危巖[3]。基于對危巖崩塌破壞機理研究，現(xiàn)行防治技術(shù)分為主動防護和被動防護。前者包括對單個危巖體進行錨固、支撐、嵌補、封填、注漿、勾縫、排水等，防止落石發(fā)生；而后者防治理念在于發(fā)生落石后進行有效攔截，使其不致產(chǎn)生危害[4]。如何實現(xiàn)宏觀、微觀之間的結(jié)合轉(zhuǎn)換，最終歸結(jié)為有效治理并提高其可操作性，是當前亟需解決的問題。本文結(jié)合蓬溪縣小灣危巖崩塌現(xiàn)狀，以工程地質(zhì)條件和崩塌的基本特征為基礎(chǔ)，對小灣危巖崩塌形成機理及防治措施進行分析研究。

1 危巖崩塌孕育的地質(zhì)背景

1.1 氣象與水文

蓬溪縣屬川中亞熱帶濕潤季風氣候，其特征：氣候溫和，雨量充沛，四季分明，冬暖夏旱，無霜期長。但降水時空分配不均，雨熱同季，夏季伏旱，秋多陰雨，濕度大，云霧多，日照少。根據(jù)蓬溪氣象站1957～1984年的實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，縣境多年平均氣溫為17.0℃，年平均氣溫最高為17.7℃，最低為16.0℃。年平均氣溫由縣南向縣北逐漸降低，南部地區(qū)在17.5℃以上，至北部下降為17.0℃。低山地區(qū)（吉星、翻身）是縣低溫地區(qū)，年平均氣溫在16.5℃左右。此外，東北部與西北部的分水嶺地帶，氣溫也較低。

據(jù)蓬溪氣象站統(tǒng)計，1957～1984年，縣境常年降水量為934.6 mm，最多年為1254.3 mm（1974年），最少年來700.8 mm（1959年）。年降水量高于1000 mm的年份占28.6%，低于800 mm出現(xiàn)的年份占17.9%。降水量的年絕對變率為115.4 mm，相對變率為12%。

蓬溪縣境內(nèi)水系發(fā)達，河流縱橫，全縣有河流317條，總長1142 km，河網(wǎng)密度為0.68 km/km2，主要河流為涪江及其支流涪溪河，天福溪、先寧溪、倒流溪、定水溪、荷葉溪和流入嘉陵江的蓬南鎮(zhèn)東保河、中和溪。因地質(zhì)地貌制約，水系呈平行狀、網(wǎng)格狀、樹枝狀，干流10 km以上的較少，除涪江外，其余均河短水急，流域面積小，保蓄能力差，水資源開發(fā)利用困難。

研究區(qū)內(nèi)斜坡段地形陡峻，地表水系不發(fā)育，主要為一些季節(jié)性小沖溝，只在暴雨過后有少量地表水流。

1.2 地形地貌

研究區(qū)地貌類型為低山丘陵地貌（見圖1），微地貌有斜坡陡崖及崩塌堆積地貌等。海拔高程約282m～299m，相對高差17 m。斜坡坡度一般65°～80°之間，局部有陡崖出現(xiàn)。勘查區(qū)植被一般不發(fā)育，覆蓋率達20%，由于地震、暴雨的影響，研究區(qū)斜坡多處發(fā)生崩塌和掉塊。

圖1 研究區(qū)斜坡地貌

微地貌上，研究區(qū)東西兩次由下至上為斜坡～陡壁～平臺的地貌組合。陡壁為基巖出露，坡度一般為65°～80°，局部近直立；陡壁上部平臺一般為5°～10°；陡壁下部斜坡為崩坡積層，坡度一般為 6°～20°。

1.3 地層

區(qū)內(nèi)出露地層較簡單，主要為第四系全新統(tǒng)崩坡積層(Q4c+dl)和侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3s）砂巖和泥巖互層。現(xiàn)對危巖體、危石及堆積體物質(zhì)組成分述如下：

1.3.1 危巖體

侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3s）：危巖體主要棕紅、鮮紫紅色鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)泥巖夾中、薄層狀紫紅色長石粉-細砂巖組成，巖體破碎-較破碎，局部呈塊狀結(jié)構(gòu)，少數(shù)呈極破碎狀。易發(fā)生掉塊或剝落，形成多個小巖腔。

1.3.2 堆積體物質(zhì)組成

第四系全新統(tǒng)崩坡積層(Q4c+dl)：堆積體主要由碎、塊石土組成，棕紅、鮮紫紅色，稍濕，表層結(jié)構(gòu)松散，向下逐漸變的密實。碎、塊石母巖成分以粉砂巖、泥巖為主。碎石呈棱角狀，含量約50%～60%。局部夾少量塊石，粒徑一般10～30 cm，個別孤石達0.5 m。塊石堆積處常見架空現(xiàn)象。

1.4 節(jié)理裂隙

L1：產(chǎn)狀為 270°∠3°，延伸長度約 1.0～2.0 m，多數(shù)張開，張開度約0.5～2.0 cm，裂面粗糙，略有起伏，多數(shù)無充填，局部充填粘土。

L2：產(chǎn)狀為 215°∠88°，延伸長度約 0.5～1.2 m，多數(shù)張開，張開度約0.3～4.0 cm，裂面粗糙，略有起伏，多數(shù)無充填，局部充填粘土。

L3：產(chǎn)狀為 34°∠88°，延伸長度約 0.3～0.8 m，多數(shù)張開，張開度約0.2～3.0 cm，裂面粗糙，略有起伏，多數(shù)無充填，局部充填粘土。

L4：產(chǎn)狀為 141°∠88°，延伸長度約 0.3～0.5 m，多數(shù)張開，張開度約0.3～3.0 cm，裂面粗糙，略有起伏，多數(shù)無充填，局部充填粘土。

圖2 危巖結(jié)構(gòu)面等密度圖

圖3 危巖結(jié)構(gòu)面走向玫瑰花圖

圖4 危巖主結(jié)構(gòu)面圖

圖5 裂縫照片

從極射赤平投影圖（圖2～圖4）可以得出各裂隙及裂隙組合相交形成組合跡線的傾向和傾角，如表1。

表1 結(jié)構(gòu)面空間關(guān)系與穩(wěn)定性評價

根據(jù)表1以及現(xiàn)場實際情況，綜合分析危巖區(qū)整體穩(wěn)定，不會形成大規(guī)模崩塌，但在裂隙LX1、LX2、LX3、LX4及巖層的組合切割下，可能發(fā)生墜落式、傾倒式破壞，呈塊狀結(jié)構(gòu)的危巖單體（方量一般為0.05～0.3 m3）主要以較大塊體的崩塌、落石、掉塊為主。

2 危巖崩塌形成機制分析

危巖崩塌的勘查區(qū)砂巖和泥巖風化程度主要受巖性、構(gòu)造及基巖裂隙水活動影響，其風化作用主要沿卸荷裂隙和構(gòu)造裂隙帶進行，具典型的裂隙式風化特征。陡壁中下部多分布裂隙密集區(qū)，由于各結(jié)構(gòu)面組合切割，以及植物根劈作用，巖體多破碎，呈碎裂狀或鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，局部呈極破碎狀，時常發(fā)生小型崩塌、落石。

隨著崩塌、落石的不斷發(fā)生，坡面凹凸不平，部分單體危巖聳立，且形成多處小型巖腔；在重力作用以及植物根劈作用下，上部巖體傾向坡外的裂隙逐漸張開、延伸，由閉合-微張-張開-寬張-貫通發(fā)展，最終發(fā)展為全貫通。巖體中的張開裂隙部分被粘土質(zhì)風化物充填，大大降低巖體的抗剪強度和穩(wěn)定性。隨著雨水的滲入，不穩(wěn)定巖體與穩(wěn)定巖體之間的側(cè)向摩阻力減小，最終形成崩塌和掉塊。表層巖體脫落后，暴露出深部裂隙，在風化營力、暴雨、地震作用下再次逐漸形成崩塌，周而復始，形成小塊體的崩塌、落石。

綜上所述，區(qū)內(nèi)危巖主要以小塊體的崩塌、落石為主，其發(fā)生破壞的模式主要表現(xiàn)為墜落式、傾倒式崩塌。一般規(guī)模較小，危巖單體方量一般為0.05～0.2 m3，最大可達0.5 m3。危巖形成崩塌掉落至坡體后，因裂隙發(fā)育，呈碎裂狀或鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)的危巖落石部分發(fā)生解體，墜落至堆積體上。據(jù)調(diào)查，倒石堆及坡體上的落石粒徑一般為10～30 cm，最大0.5 m。

3 危巖崩塌的穩(wěn)定性分析及計算

研究區(qū)內(nèi)危巖主要以小塊體的崩塌、落石為主，其發(fā)生破壞的模式主要表現(xiàn)為墜落式崩塌。一般規(guī)模較小，危巖單體方量一般為0.05～0.2 m3，最大可達0.5 m3。危巖形成崩塌掉落至坡體后，因裂隙發(fā)育，呈碎裂狀或鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)的危巖落石部分發(fā)生解體，墜落至堆積體上。據(jù)調(diào)查，倒石堆及坡體上的落石粒徑一般為10～30 cm，最大0.5 m。

3.1 計算模型

計算模型如圖6所示。墜落式危巖崩塌，按下列二式計算，穩(wěn)定系數(shù)取兩種計算結(jié)果的較小值：

式中：ζ為危巖抗彎力矩計算系數(shù)；a0為危巖體重心到潛在破壞面的水平距離，m；b0為危巖體重心到過潛在破壞面形心的鉛垂距離，m；Flk為危巖體抗拉強度標準值，kPa，根據(jù)巖石抗拉強度標準值乘以0.2的折減系數(shù)確定。

圖6 墜落式危巖穩(wěn)定性計算模型

3.2 計算參數(shù)

3.3 計算工況

共取三種工況進行計算分析：

（1）天然狀態(tài)(自重+裂隙水壓力，其中裂隙充水高度取裂隙深度的 1/5～1/2)；

（2）暴雨狀態(tài)(飽和自重+裂隙水壓，其中裂隙充水高度取裂隙深度的 1/2～2/3)；

表2 研究區(qū)巖土力學參數(shù)建議值

（3）地震狀態(tài)(自重+裂隙水壓力+地震力,其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3）。

3.4 計算結(jié)果

3.5 危巖崩塌的治理措施

根據(jù)危巖崩塌的基本特征、穩(wěn)定狀態(tài)、變形破壞模式、保護對象及危害程度的采用有效的治理措施，總體思路是對危巖區(qū)采用錨桿+掛網(wǎng)+噴射混凝土的治理措施。

表3 危巖穩(wěn)定性系數(shù)及穩(wěn)定性評價

4 結(jié)論

（1）該危巖崩塌主要以小塊體的崩塌、落石為主，其破壞模式主要為墜落式崩塌。危石的破壞模式為不規(guī)則滾落。影響危巖穩(wěn)定的主要控制因素是地震作用、地形條件、氣候條件及風化卸荷裂隙的發(fā)展程度。

（2）從小灣危巖崩塌的孕育背景出發(fā)，分析其形成破壞機理，提出了主動防護網(wǎng)+錨桿+噴漿+清危的綜合治理措施，對地震災(zāi)區(qū)其它危巖崩塌的研究治理也有一定的借鑒作用。

[1]胡厚田.崩塌與落石[M].北京:中國鐵道出版社,1989.

[2]曾廉.崩塌與防治[M].成都:西南交通大學出版社,2001.

[3]陳洪凱，唐紅梅，王蓉.三峽庫區(qū)危巖穩(wěn)定性計算方法及應(yīng)用[J].巖石力學與工程學報，2004,23(4):614-619.

[4]葉四橋，陳洪凱，唐紅梅.危巖落石防治技術(shù)體系及其特點[J].公路，2010，(7):80-84.

Preliminary Discussion on Formation Mechanism and Treatment Measures of Xiaowan Dangerous Rock Collapsed in Pengxi County

Li Bin，Luo Mingxing，Yuan Fengkai

（Tibet Geological SurveyofNuclear Industry Lhasa 850000,Tibet Sichuan Province Nuclear IndustryRadiation Testingand Protection Institute Chengdu 610061,Sichuan）

TU457

B

1673-9000（2017）05-0090-03

2017-05-19

李斌（1975-），男，四川南江人，助理工程師，主要從事工程地質(zhì)、環(huán)境工程、水文地質(zhì)勘察工作。