藥王山馬尾瀑落石風險分析及防治

崔志強 孫亞麗 劉文軍 王勝英 姚自強 鐘凱倫

（1 衢州學院建筑工程學院；2 衢州綠色發展集團有限公司，浙江 衢州 324000）

1 前言

隨著人民生活水平的提高，外出游玩的人民越來越多，景區的游客數也日趨攀升，特別是一些風景秀麗、空氣清新的山區景區，更是引來眾多的游客。但是眾多景區的部分山體經過較長時間的風化剝蝕，或多或少存在一些落石的安全隱患，有些甚至已經出現危及游客生命安全的事故。譬如2015年3月19日上午，發生在廣西壯族自治區桂林疊彩山景區山上的掉落巖石，砸中剛下游船的一個旅行團游客，致多名游客死亡的事件[1]，以及2013年7月21日10 時50 分，發生在陜西省商南縣金絲峽景區九龍潭地段的局部山體落石事故，導致19 名游客被砸傷，其中1 人頭部重傷，經搶救無效于12 時45 分死亡。類似的事故時有發生，因此引起了大家的關注。作者在對浙江省衢州市內的藥王山風景區的落石情況現場調查和統計的基礎上，結合落石風險概率理論對其馬尾瀑附近的山體落石的頻率等問題進行分析，所得結論為人類預防山體落石地質災害方面提供借鑒。

2 藥王山概況

藥王山位于浙江省衢州市境內（圖1），面積約15平方公里，是浙西最大的動植物資源庫之一，分神農溝、馬尾瀑、石林薈萃三大景區。相傳炎帝在此采藥，留有“神農谷”、“神農煉丹”古跡；后有李時珍、扁鵑、華陀等相繼在此采藥、居住、留有“藥王居”遺跡。藥王山體由上侏羅統磨石山群地層構成，形成變化多端、姿態各異的石林景區，如石龜、石魚、石獅、石熊等。溪流瀑布錯落其間，達27 處之多，其中馬尾瀑布落差108 米，其聲音大如宏鐘，小如飛雨，十分壯觀[2]。

圖1 藥王山景區地理位置圖（來自百度地圖）

3 藥王山地質條件

3.1 區域地質

藥王山區內地質形成于侏羅紀晚期或白堊紀，距今約1 億-5 億年前。境域在地質構造上屬“巨龍頂火山推測噴發中心”，由火山碎屑巖、花崗巖、片麻巖構成，系燕山期火山巖。區內溝壑縱橫，山谷呈典型的“V”字型，其地貌與黃山、三清山同屬火成巖奇峰地貌和局部丹霞地貌，是為峰巒盤距的深谷奇峰景觀。

4 藥王山馬尾瀑落石問題

神奇的馬尾瀑（圖2），其高度落差達75.8 米，猶如銀河倒懸，水口寬7 米（圖3）。平時絲絲縷縷，銀珠縹緲，形似馬尾；雨季形聲動魄，壯觀偉麗[3]。而由于長期流水沖擊和巖石風化導致的落石風險也與日俱增，給前來游玩的行人帶來了嚴重的人身安全。

4.1 馬尾瀑區域落石調查統計

為了調查藥王山馬尾瀑落石對往來游客的危害影響程度，研究者多次對藥王山馬尾瀑進行現場調查，通過調查確定了落石密集區域，并對落石密集區域進行了現場實地勘測。主要就落石密集區落石的具體情況進行了實地測量，包括落石密集區域所占的面積、落石的大小規格等。

圖2 馬尾瀑在藥王山景區位置圖

圖3 馬尾瀑全貌

本次研究選定的落石密集區域為馬尾瀑下方水潭周邊（圖4）以及馬尾瀑山體坡面內側游路區域（圖5），調查發現無論是下方水潭的落石還是山體坡面內側游路下的落石多為不規則的板狀，下方水潭處落石面積較大，而且此水潭區為游客駐足停留較多的區域，多次現場調查時均發現大量游客在此戲水，如若游客在此戲水期間發生落石，所帶來的傷害將是不可估量的；由此可見，落石問題給游玩行人所帶來了嚴重安全問題，對藥王山馬尾瀑落石問題的防治已經刻不容緩。

圖4 馬尾瀑下方水潭落石密集研究區

圖5 馬尾瀑山體坡面內側游路落 石密集研究區

表1 馬尾瀑布下方水潭落石密集區落石情況

表2 馬尾瀑布山體坡面內側游路落石密集區落石情況

4.2 落石密集研究區落石塊體尺寸描述及落石沖量大小計算

為理清落石形狀、塊度大小對其運動特征的影響規律，我們對現場85 塊落石進行了尺度數據測量，包括馬尾瀑下方水潭落石密集區的落石和馬尾瀑山體坡面內側游路落石密集研究區的落石，具體量測數據如表1、表2所示。

圖6、圖7分別為馬尾瀑下方水潭以及馬尾瀑山體坡面內側游路落石密集區部分落石現場圖，從圖中我們可以看出馬尾瀑水潭一側的落石體積較山體內壁的落石體積更大，因為水潭區域的落石絕大多數來自山體以及馬尾瀑頂，而山體內側落石則絕大多數來自內側巖壁脫落；根據我們所采集的落石塊體尺寸描述來看兩個落石密集區域落石的形狀大部分為板狀少部分為塊狀和條狀，極少部分為方形、三角形和三棱柱形。

圖6 馬尾瀑布下方水潭落石 密集區部分落石

圖7 馬尾瀑布山體坡面內側游路落石密集區部分落石

為了研究落石的大小可能產生的災害類別，在經典力學里，物體所受合外力的沖量等于它的動量的增量（即末動量減去初動量），叫做動量定理。一個恒力的沖量指的是這個力與其作用時間的乘積。沖量表述了對質點作用一段時間的積累效應的物理量，是改變質點機械運動狀態的原因。利用動量定理以及如下公式，對測量統計的落石塊體進行掉落沖量的計算，計算結果詳見表3。

公式：I=Ft

式中I—沖量（N·s）

F—作用的力（N），F=mg

t—力作用的時間（s）

根據現場取樣利用量杯法測定巖石的天然密度ρ為2.17g/cm3,馬尾瀑布下方水潭落石密集區落石高度為75.8m，馬尾瀑布山體坡面內側游路落石密集區落石高度為8.5m，速度隨位移變化規律：或kg/N）,位移隨時間變化規律：

表3 馬尾瀑布下方水潭落石密集區落石撞擊沖量對落石的影響

分析測量結果，可知落石體積的尺度介于0.798×10-6～583.704×10-6m3之間，而其落下時產生的沖量最大可達49.318 N·s，如果該落石掉落在游人身上產生的災害非常巨大。

4.3 馬尾瀑山體坡面塊體的風化及其穩定性評價

山體坡面的穩定性與組成山體坡面巖層的物理力學性質、坡面的規模、形態、空間分布、軟弱面的發育和分布特征有著緊密的關系。衢州藥王山體由上侏羅統磨石山群地層構成。侏羅紀晚期，海水退出后，發生了大規模的火山爆發，噴發形成大量的酸性巖漿巖，構成古老的磨石山群地層。所以巖石為塊體狀結構，巖石堅硬，力學強度高，從整體來看邊坡穩定性較好，不過由于巖石長久風化、瀑布流水沖擊以及流水順著裂縫滲透到巖石內部和微生物共同作用導致其開裂程度加深，所以造成了一個惡性循環致使坡面穩定性變差，落石的數量不斷增多，圖8可以看到因上述影響造成的馬尾瀑山體坡面內側游路巖壁面部分快脫落的巖石。

表4 馬尾瀑布山體坡面內側游路落石密集區落石撞擊沖量對落石的影響

圖8(a) 馬尾瀑內側巖壁快脫落的落石

圖8(b) 馬尾瀑內側巖壁 快脫落的落石

5 馬尾瀑山體坡面落石風險分析

依據國際標準落石災害的風險可以定義為人的生命、財產或環境遭受落石所帶來不利影響的可能性大小和嚴重性程度。落石危險性的具體研究內容包括落石的位置、落石的體積、形狀、落下后的速度及特定時期內發生的概率或頻率等。落石風險分析是一項具有復雜性和困難性的工作，主要體現在有關落石測量數據記錄的不足、研究結論強烈依賴于現場工程地質條件和具體特征、預測落石運動過程的復雜性，以及很多因素都存在不確定性和隨機性[4-5]。

不確定性、隨機性和變異性等概念被廣泛應用于自然和人文社會科學的各個領域，其概念本源可追溯到哲學觀上世界的必然性和偶然性大爭論之中。對于隨機性和不確定性的定義和內涵界定，不同的研究者或者不同的研究領域均有所差異。通常而言，隨機性具有不可被預知的含義，如仍硬幣、擲骰子和輪盤賭等行為過程的隨機性。近代，隨機性過程也被描述為偶然性。自然的“內在”隨機性時常與自然變異性概念等同來用[6]。

水流沖擊和巖石風化是落石的兩種常見誘發因素，而這兩者已是無法避免的，不過隨著雨季的到來瀑布水流增大，其所能攜帶下來的落石數量以及落石的體積也會增大，這就使得來往行人的危險系數也得到了增長。

6 馬尾瀑山體坡面防落石風險的措施

傳統落石防護措施主要為攔石墻、落石槽等結構形式來阻擋以及收集落石。由于效果有限且破壞后不可修復，同時修建過程破壞自然環境，影響美觀;以高強度柔性網為主要構件的柔性支護技術其具有材料性能穩定、施工簡單、安裝快捷、易修復、不破壞環境等優點，逐漸應用于邊坡落石防護工程中[7]。

目前，工程中應用的柔性防護形式主要有主動網、被動網、簾式網、剛性格柵等。馬尾瀑可以運用張口式簾式網這一新型柔性技術，其顛覆了傳統防護網被動“攔截”的方式，而根據現場實際工況，科學的“引導”落石至落石區域。簾式網分為覆蓋式、張口式，其原理落石在覆蓋部分由于其外部金屬網的反壓力作用可有效的限制巖塊彈跳，將巖塊的運動軌跡限定在系統防護區域之內，極好的限制了落石的彈跳高度，使得落石沿坡表向下運動，最終落石滾落至坡腳設定的落石收集區，通過限制彈跳高度減小了落點與坡腳間的水平距離，避免了落石到坡腳時入侵防護對象;失穩落石在網內沿坡表向下運動中勢能逐漸轉化為動能，由于落石運動中在金屬網壓力和自身重力作用下會與坡表間形成摩擦而消耗能量，落石在網內一邊運動一邊與坡表及金屬網間摩擦消耗能量，當落石運動到坡腳時落石由勢能轉化的動能因摩擦作用而變得很小，落石速度也得到減小，落石到達坡腳時能量得到了降低，其對防護對象的危害也大大的降低[8-10]。

7 結語

1）根據落石分布以及落石各種物理性質，分析落石帶來的影響，判斷落石對來往行人的危險程度，根據落石經驗以及山體的穩定性來對落石進行風險性評估，進而確定防治措施。

2）植被覆蓋對落石滾動影響顯。王逸庶、楊俊毅等的研究表明植被覆蓋于無植被覆蓋落石分析結果差別明顯[7]，本文沒有討論植被密度參數對落石影響的敏感度，需進一步進行研究。

3）柔性防護措施能夠較好的起到防護效果，簾式網作為一種新型“引導”式防護產品，具有安全、適用、經濟、環保等特點，值得應用推廣。