巫山望霞危巖破壞機理研究現狀與趨勢

(重慶交通大學河海學院　重慶　400074)

一、引言

危巖崩塌災害的防災減災一直都是三峽庫區管理養護與基礎建設的重要環節，但至今都沒有得到有效解決。特別是望霞危巖，近十幾年以來有不同的團隊進行的不同形式的研究與分析，但都沒有取得有效的解決方法，更沒有構建科學的危巖破壞災害防治關鍵科學技術，使其一直都影響著庫區的安全與基本建設。隨著“絲綢之路經濟帶”提出，長江沿線經濟高速發展，對巫山望霞危巖構建科學的預警預報機制及災害防治關鍵技術，有效減小危巖崩塌對長江航運的影響，加快構建望霞危巖體的科學清除方法，減小危巖體對區域范圍內的人民生命財產安全的影響，即時三峽黃金水道減災的迫切需要，也是望霞危巖體減災的研究方向需求。

二、能量平衡方程

能量平衡方程是研究巫山望霞危巖體破壞的重要理論基礎，從能量轉化的角度分析了危巖整體破碎的能量基礎。何曉英等在研究前人的成果和方法的基礎上，通過對比發現了其中的不同，在此基礎上建立了一套自己的研究方法，即把危巖崩塌破壞視為能量損耗與能量釋放的系統過程[1]。在把危巖體視為理想彈塑性體的前提下，推理總結出危巖解體的能量判定依據，即U+Ue>Ud，在此能量判據中綜合考慮了危巖崩落體釋放出的剪切形變能、危巖體內部釋放的彈塑性形變能以及危巖體在崩塌過程中的消耗能[2]。

三、力學模型與穩定系數

力學模型與穩定系數是進行危巖防治預警的荷載依據。從地質構造、軟硬巖層組合、水動力特性等方面綜合研究了危巖的形成及破壞機理。通過分析陡崖后退和危巖形成過程，把危巖崩塌分為四個階段，并通過建立不同荷載組合作用下的力學模型，計算出了危巖穩定狀態[3]。前期通過研究區域地質構造、軟弱相見巖性組合、風化作用、降水和地下水、采煤活動等方面，分析了危巖形成所需的外部條件以及對危巖形成的影響因素，經過對危巖體發育過程的研究，分析了危巖地區的地質結構以及危巖發育模式的演繹過程，總結出了危巖軟硬互層邊坡發育地貌過程與破壞模式[4]。

四、實地勘探調查研究

對望霞危巖的解體過程進行實地勘察監測可以有效地搜集數據。通過儀器對危巖的位移解體變形進行了數據采集，總結出了危巖體的整體破壞特性。從誘發危巖的直接因素—持續強降雨入手，得出由于雨水滲入使泥頁巖軟基強度降低，加大了塑流變形，使得危巖體下部發生巨大變形，使砂巖層出現拉裂現象，同時水流也加快了危巖體中的節理和裂隙發育[5]；加之危巖體上部變形大于下部，水平變形的同時伴隨沉降變形，加大了危巖體的不均勻變形以及相對沉降量，使得危巖體在縱向和橫向裂縫的影響下發生解體并最終崩塌。在研究了外部因素的同時，結合望霞危巖特殊的地質構造環境和臨空的高陡邊坡條件等內在因素，得出望霞危巖體的形成和解體過程具有典型的內外動力耦合作用特性[6]。

五、巫山望霞危巖破壞災害研究趨勢

綜上可見，目前國內對望霞危巖的防災減災理論與預警預報中，在能量轉化、力學模型和實地數據勘察方面，研究周期最長，研究也最深入，但在望霞危巖的仿真模擬、危巖破壞的預警預報及危巖體的清除技術方面研究進展緩慢，缺乏能實際解決危巖體危害的工程技術方法；缺乏對巫山望霞危巖的數值仿真模擬分析研究，對危巖的破壞過程只是停留在對采集數據的分析上，因此需要在已有數據的基礎上，對望霞危巖的破壞力學特性進行仿真模擬；由于危巖破壞的突發性，國內還缺少對危巖破壞有效的預警預報技術，多數學者關注理論分析，而對相應的工程實踐缺乏經驗。鑒于此，為了適應當前及以后對望霞危巖防災減災的需求，須對望霞危巖破壞機理中的關鍵問題開展進一步的科學系統的研究，特別硬關注一下三個方面：

(一)危巖崩塌的數值仿真模擬實驗

PFC2D/3D是一種離散元軟件，建立的離散元模型力學行為取決于構成這個模型的顆粒單元集合體，單元之間的接觸方式和接觸力不同，整個顆粒集合體的力學行為則不同，集合體復雜的非線性力學行為是由顆粒單元之間簡單的力學關系集合而成，因此，在利用該軟件解決問題時不需要定義模型的本構關系，只需要賦予顆粒之間適合的細觀參數即可。

(二)危巖體應急清理通行技術

由于對危巖體的清理工程技術還不夠成熟，一旦危巖體發生解體崩塌就會產生大量隨時，嚴重影響周圍設施和群眾的安全，所以應加強危巖清理技術的研究，加快清理技術在工程中的應用；危巖體路段應急通行技術是危巖體災害防治的薄弱環節，特別是針對像望霞危巖這中大型危巖體，危巖體破壞后石方量大，影響范圍廣，為此，需針對危巖體周圍的應急通行山路，采用模型試驗、理論分析等研究手段，進行危巖體周圍山體承載力變化特性研究，研發危巖體清除交通應急通行技術。

(三)危巖崩塌的預警預報技術方法

危巖體的崩塌具有突發性，高速運動的碎石威脅著危巖體區域內的人員、道路、水運、基礎設施等的安全，進行危巖體應急安全警報研究，消除危巖體暴發期間的道路交通運輸及行人安全隱患，是當前三峽庫區減災的重要環節之一。

六、結語

巫山望霞危巖災害是三峽庫區重要地質災害類型，其防災理論與防災技術長期受到國內學者及政府管理部門的高度重視，并予以系統研究。論文詳細總結、梳理了巫山望霞危巖災害的研究現狀，科學分析了現有研究存在的薄弱環節，據此提出了進一步實施巫山望霞危巖防災減災研究的三個方向。研究成果對推動巫山望霞危巖災害研究與防治有積極意義。