崩塌危巖體地質災害的穩定性分析與防治措施研究

高福興

摘要：崩塌危巖體是山區發育的主要地質災害之一，對村莊、交通、水利基礎設施造成不同程度的破壞，導致較大的經濟損失，已引起社會的廣泛關注。本文根據崩塌危巖體形態、結構特征、影響因素，分析其形成機制，將其穩定性分析及防治措施進行總結，以提高其勘查、評價、防治的水平，供其防治工程提供依據。

關鍵詞：崩塌危巖體;地質災害;防治方案;穩定性分析

1.引言

崩塌危巖體地質災害是陡峻斜坡上的巖土體，在重力、風化等作用下突然與母體脫離，發生以墜落、翻滾等為主要方式的運動與現象。當其發生在交通要道、水利樞紐、工業與民用建筑設施附近、旅游勝地等人口密集區時，常導致交通中斷、建筑物損壞、人民生命財產受損等重大危害，由于其變形破壞具有突發性，偶然性、復雜性的特點，且其分布地勢高陡，一般人力難以直接到達現場，從而給人們取得第一手調查資料增加了難度，導致對其綜合研究程度不夠，本文以崩塌危巖體地質災害破壞模式及特征進行分類總結，為其防治工程提供依據。

2.崩塌危巖體的基本概念

2.1崩塌危巖體產生條件

崩塌危巖體多分布在陡峻的山體斜坡地段，坡度多大于55°，高度一般大于30m，坡面不平整，呈上陡下緩的地貌形態，多以硬質巖石為主，且巖體中節理裂隙發育及其各種軟弱結構面的不利組合地段，最易產生崩塌危巖體地質災害，另外晝夜溫差，季節溫度的變化、地表水的沖刷、水的動、靜水壓力，強烈地震及人類工程活動、邊坡開挖過高過陡、植物的根劈作用等都會促使崩塌危巖體地質災害的發生。

2.2破壞失穩方式

（1）傾倒式破壞失穩。以柱狀節理或陡傾角反傾向節理、層面直立的板巖、碳酸鹽巖等巖石組成的峽谷、陡峻岸坡、懸崖，在受傾覆力矩的長期作用下，常產生向下臨空方向彎曲傾倒破壞。（2）滑移式破壞失穩。以傾向臨空面方向的結構面或軟弱相間巖層，坡度通常大于55°的陡坡，在受剪切力作用下，常產生向下臨空方向滑移破壞。（3）鼓脹式破壞失穩。在上部分布厚大的堅硬巖層中發育垂直節理，下部分布近水平的軟弱巖層的陡坡地段，下部軟弱巖受上部堅硬巖層荷載的垂直擠壓，鼓脹伴有下沉、滑移、傾斜的破壞失穩方式。（4）拉裂式破壞失穩。軟硬相間的巖層，在長期的重力及風化營力作用下，如果由重力產生的拉力超過巖石本身的抗拉強度時，上部懸出的巖體就會發生拉裂破壞崩塌地質災害。（5）錯斷式。在垂直裂隙發育堅硬巖層中，通常無傾向臨空面的結構面的，由于巖體的自重引起巖體內部出現45°的剪切面，通常發育在45°坡角上。

3.評價方法

3.1影響范圍的評價

崩塌危巖體影響范圍的評價重點是調查研究古崩塌堆積體的范圍，結合地形地綜合判斷，由于古崩塌堆積體通常沿斜坡坡腳地帶分布，有的堆積體可成堆積錐狀形態。一般呈“上陡下緩、下粗上細”的結構特征（圖1）;但古崩塌堆積體或規模較小的崩塌堆積體，其特征不明顯。比較零亂，因此，崩塌堆積范圍的確定是崩塌危巖地質災害危險區劃定的重要方面。

崩塌影響范圍與坡體形態有直接關系，通常情況下外凸形坡比凹形影響范圍大（圖2-1、圖2-2），同時，危巖體高度越大，其影響范圍也越大，且破壞能力越大。

3.2剛體力學分析法

在調查分析可能崩塌危巖體受力條件的基礎上，將巖土體假設為剛體，基于臨界穩定狀態時的靜力平衡原理，計算崩塌危巖體的抗滑穩定性，計算時應考慮當地地震力、風力、爆破力，水壓力作用等影響。

3.3各類崩塌危巖體的穩定性計算模式

（1）傾倒式破壞。傾倒式崩塌危巖體的基本圖式如圖1-1所示，從圖1-1（a）可以看出，崩塌危巖體的上下各部分和穩定巖體之間均有裂隙分開，如果崩塌危巖體發生傾倒破壞，將以A點為轉點發生轉動。驗算穩定性時應考慮各種附加力的不利組合條件。在張開的裂隙可能充滿水時，應考慮靜水壓力的影響，VII度以上地震區，應考慮水平地震力附加作用力。

受力圖式見圖1-1（b）。如不考慮其他力，則崩塌體的抗傾覆穩定性系數K可按下式計算：

式中：f為靜水壓力（kN）;h0為充水高度，暴雨時等于巖體高（m）;h為巖體高（m）;γw為水的重度，取10（kN/m3）;W為崩塌體重力（kN）;F為水平地震力（kN）;a為轉點A至重力延長線的垂直距離，這里取崩塌體寬的一半。

（2）滑移式破壞。滑移式崩塌破壞，其破壞面有平面、弧形面、楔形雙滑面滑動三種形態。這類崩塌破壞如果在起始的滑移形成的情況下，就可按抗滑穩定性計算分析方法進行崩塌危巖體的穩定性評。

（3）鼓脹式破壞。這類崩塌危巖體由于較厚的軟弱巖層的存在，比如斷層破碎帶、風化破碎巖體及軟質巖層等。由于這些巖石的軟化性強，在水的作用下，這些軟弱巖層先行軟化。如果上部巖體傳來的壓力大于軟弱巖層的無側限抗壓強度時，軟弱巖層就被擠出，這時鼓脹現象就產生。上部巖體產生下沉、滑移或傾倒，最終導致崩塌的發生，如圖1-2，因此，鼓脹是這類崩塌的基本特征，其穩定性系數按下部軟弱巖層的無側限抗壓強度與上部巖體產生的壓力的比值計算評價：

式中：W為上部巖體的重力（kN）;A為上部巖體的底面積;R無為下部軟弱巖在天然狀態下的無側限抗壓強度。

（4）拉裂式破壞。拉裂式崩塌破壞模型如圖1-3所示，以懸臂梁式突出的巖體，在AB面上承受的彎矩和剪力最大，巖層頂部承受的拉力，底部承受壓力，A點附近拉應力最大。在長期重力和風化卸荷作用下，A點附近的裂隙逐漸增大，并向深處逐漸發展。拉應力將越來越集中在尚未開裂的部位，如果拉應力超過巖石的抗拉強度時，上部懸出的巖體就會發生崩塌破壞失穩，這類崩塌危巖體的關鍵是AB截面上的拉應力是否超過巖石的抗拉強度。故可以用拉應力與巖石的抗拉強度的比值進行穩定性評價。假如突出的巖體長度為L，巖體等厚，厚度為H，單位寬度為1m，巖石重度取γ，當AB面上未出現裂縫時，其穩定系數K值可用巖石的允許抗拉強度與點所受的拉應力比值求得：

如果A點處已有裂縫，裂縫深度為a，裂縫最低點為B，則

（5）錯斷式破壞。錯斷式破壞模式如圖1-4所示，取可能崩塌的巖體ABCD為單元體進行分析。如不考慮靜水壓力、地震作用力等附加應力的影響，在巖體自重W作用下，與鉛直方向呈45°角的EC方向產生最大剪應力，故巖體的穩定系數K值可用巖石的允許抗剪強度[τ]與τ最大的比值來計算：

4.崩塌危巖體的防治措施

崩塌危巖體的防治必須對崩塌危巖體形成的具體條件，對巖石結構面和各類節理面進行充分調查研究，分析評價崩塌危巖體破壞機制及擴展趨勢，再結合防治目的，才能對崩塌危巖體采取有針對性的防治措施，幾種常用的防治方法介紹如下：

（1）錨固與掛網噴漿。在風化裂隙及卸荷裂隙發育密集的裂隙區，全部清除較為困難的情況下，采用預應力錨索（桿）加掛網噴漿錨固崩塌危巖體，防止卸荷裂隙的產生及擴展，達到防治的目的。該方法是治理傾倒式及鼓脹式崩塌危巖體較為常用的手段，在設計加固工程時，要充分掌握裂隙區的準確范圍，將卸荷裂隙的牽引帶作為重點加固對象，牽引區在加固后可有效阻止裂隙區的擴展。（2）支撐嵌補加固。對較完整巖體的拉裂式及滑移式崩塌危巖體通常采用支撐嵌補的方法進行加固，防治危巖體的變形破壞，該方法屬于臨時性防護。

（3）避讓遮擋。對采取工程加固困難，且加固成本較高的高陡崩塌危巖體，可采用避讓遮擋的防治方法避免崩塌危巖體對人民生命財產的危害，針對鐵路、公路及航運通道的峽谷地帶的高陡斜坡地帶通常采用遮擋的方式，如下方為城鎮、村莊通常采用搬遷避讓的方式。

參考文獻：

[1]貴州省地質環境監測院.貴州地質災害及其防治[M].貴州科技出版社，2009.

[2]賀凱，殷躍平，馮振，等.重慶南川甑子巖-二埡巖危巖帶特征及其穩定性分析[J].中國地質災害與防治學報，2015，26（01）：16-22.

[3]《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊（第5版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2018.