宜賓市某危巖穩(wěn)定性計(jì)算及應(yīng)用★

王玉平 帥羽亭 張學(xué)磊 文 虹

(宜賓學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院,四川 宜賓 644000)

危巖是指由多組巖體結(jié)構(gòu)面切割并位于陡坡或陡崖上的不穩(wěn)定巖體[1],是三峽庫(kù)區(qū)典型的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型之一,根據(jù)失穩(wěn)類(lèi)型將危巖分為墜落式危巖、滑塌式危巖、傾倒式危巖3類(lèi)[2]。地震、人類(lèi)工程活動(dòng)和暴雨是危巖失穩(wěn)的主要?jiǎng)恿σ蛩豙3]。常中華等人[4]運(yùn)用赤平極射投影法分析論證了潛在崩塌的可能性問(wèn)題,王玉平等人[5,6]通過(guò)分析危巖體狀況,對(duì)危巖體滑塌提出了綜合治理方案。本文通過(guò)地面調(diào)繪輔以必要的勘探,查明崩塌及邊坡所在區(qū)域的地質(zhì)背景,調(diào)查地質(zhì)環(huán)境條件以及合理確定相關(guān)邊坡巖體的物理力學(xué)參數(shù),探討其穩(wěn)定性,為該地區(qū)危巖破壞機(jī)制提供理論參考和工程借鑒。

1 危巖穩(wěn)定性計(jì)算和荷載組合

荷載類(lèi)型：危巖體自重，即危巖體的體積和天然容重的乘積；裂隙水壓力，指土壤或巖石中地下水的壓力,該壓力作用于微粒或孔隙之間。其分為靜孔隙水壓力和超靜孔隙水壓力,主要考慮靜水壓力。天然狀態(tài)取1/3裂隙水柱高,暴雨期間取2/3裂隙水柱高；地震力，又稱(chēng)地震荷載,是結(jié)構(gòu)物由于地震而受到的慣性力,土壓力和水壓力的總稱(chēng)。一般只考慮水平地震力,為危巖體自重和地震系數(shù)的乘積。

荷載組合：組合一，自重+裂隙水壓力(天然)；組合二，自重+裂隙水壓力(暴雨)；組合三，自重+裂隙水壓力(天然)+地震力(地震狀態(tài))。三種荷載組合中,計(jì)算所得危巖穩(wěn)定系數(shù)最小者為設(shè)計(jì)荷載。

危巖分類(lèi)：危巖分為滑塌式危巖、墜落式危巖和傾倒式危巖3類(lèi),根據(jù)勘探剖面及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況分析,該地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)可能出現(xiàn)的破壞形式主要為傾倒式危巖(見(jiàn)圖1)。

計(jì)算方法(傾倒式危巖)：傾倒式危巖計(jì)算模型如圖2所示,按單位長(zhǎng)度考慮,危巖體計(jì)算剖面應(yīng)通過(guò)危巖塊體重心。

計(jì)算公式:

其中，F(xiàn)為穩(wěn)定性系數(shù)；W為危巖體自重,kN/m；V為裂隙水壓力,kN/m；Q為地震力,kN/m；h為后緣裂隙深度,m；hw為后緣裂隙充水高度,m；H為后緣裂隙上端到未貫通段下端的垂直距離,m；a為危巖體重心到傾覆點(diǎn)的水平距離,m；b為后緣裂隙未貫通段下端到傾覆點(diǎn)之間的水平距離,m；h0為危巖體重心到傾覆點(diǎn)的垂直距離,m；ftk為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;α為傾角,(°)；β為后緣裂隙傾角，(°)；F為危巖穩(wěn)定性系數(shù)；Ft為危巖穩(wěn)定性安全系數(shù)。

2 算例分析——以宜賓市龍頭山危巖體為例

2.1 宜賓市龍頭山危巖體概況

工程位于宜賓市臨港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū),地理坐標(biāo)為東經(jīng)104°40′25″、北緯28°45′20″。屬于侵蝕剝蝕構(gòu)造丘陵緩坡地貌,危巖帶區(qū)域地面高程分布在330 m～380 m之間,相對(duì)高差約50 m,坡體上主要微地貌為臺(tái)地及斜坡地貌,斜坡地段自然坡度約15°～35°,危巖帶發(fā)育地段成臺(tái)地狀,臺(tái)地陡坎坡度為70°～85°。區(qū)內(nèi)對(duì)地質(zhì)環(huán)境有影響的人類(lèi)工程活動(dòng)主要為龍頭山景區(qū)建設(shè)及房屋建設(shè),公路的建設(shè)對(duì)山體進(jìn)行切破,形成高陡臨空面,導(dǎo)致基巖出露,風(fēng)化嚴(yán)重形成崩塌。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪,該崩塌可以分為2個(gè)危巖區(qū)(WQ01,WQ02)危巖區(qū)頂部高程約377 m～377.5 m,底部高程為365 m～365.5 m,高差約12 m,平面上呈近似彎鉤狀,長(zhǎng)約100.0 m,立面面積約1 400 m2。其中WQ01位于整個(gè)危巖區(qū)的西側(cè),長(zhǎng)約60 m,高差約6 m～18 m,WQ02位于整個(gè)危巖區(qū)的南側(cè),長(zhǎng)約40 m,高差約15 m～25 m。崖面陡峻,巖性為變質(zhì)砂巖與泥巖互層,卸荷強(qiáng)烈,節(jié)理裂隙極為發(fā)育,個(gè)別孤懸呈危巖,裂隙拉張明顯,局部貫通,在暴雨、暴曬長(zhǎng)期風(fēng)化作用或地震等外力作用下易形成崩塌或墜石。根據(jù)危巖帶巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度及組合特征劃分為5個(gè)危巖單體,主要分布在陡崖上部(見(jiàn)表1)。該危巖帶橫向?qū)挾葹?5.0,縱向長(zhǎng)度為3.5 m,坡面斜面面積約350 m2。危巖帶后緣頂部高程377 m～377.5 m,底部高程為365 m～365.5 m,高差約12 m,危巖帶方量0.02×104m3,屬小型巖質(zhì)崩塌(如圖3所示)。

表1 危巖單體規(guī)模及形態(tài)特征表

危巖體編號(hào)空間形態(tài)(長(zhǎng)×寬×厚)/m體積/m3巖性主崩方向/(°)破壞模式W11.1×2.2×0.81.94礫巖301傾倒式W21.5×3.2×0.83.84礫巖301傾倒式W32.5×2.0×1.89.00礫巖271傾倒式W41.7×1.6×1.13.00礫巖199傾倒式W53.2×2.0×0.42.56礫巖199傾倒式

2.2 宜賓市龍頭山危巖體穩(wěn)定性計(jì)算及分析

2.2.1定性評(píng)價(jià)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)危巖的詳細(xì)調(diào)查,在危巖塊體自重及風(fēng)化等作用下,危巖體裂隙較發(fā)育,距陡崖邊坡約15 m的后緣形成順坡走向的拉張卸荷裂隙為崩塌體最發(fā)育的裂隙,裂隙已形成0.5 m高的錯(cuò)臺(tái),豎向已沿地表至強(qiáng)風(fēng)化礫巖底面基本貫通,平均深度約17 m,裂隙平均寬度約45 cm,目前裂隙可見(jiàn)深度約1.5 m,其下部為泥質(zhì)、砂質(zhì)充填,沿后緣呈貫通狀,在陡崖與后緣裂隙之間也發(fā)育多條間斷張拉裂隙,豎向深度6 m～13 m；此外,由于危巖體前部發(fā)生崩塌并向下運(yùn)動(dòng),堆積于坡腳,致使前緣形成高陡的臨空面,從而在危巖體內(nèi)臨空面附近形成了極大的張拉應(yīng)力,局部產(chǎn)生了拉應(yīng)力集中的現(xiàn)象,而由于上部礫巖層的抗拉強(qiáng)度較低,使危巖體內(nèi)的裂隙持續(xù)發(fā)展,這是危巖塊體的形成和破壞的決定性因素；在地震作用下,巖體卸荷裂隙擴(kuò)大,巖體松脫,同時(shí)受水、樹(shù)木的根劈作用以及人類(lèi)工程活動(dòng)等多種因素的影響,危巖在地震中加劇變形后,在暴雨工況下變形裂縫有擴(kuò)展之勢(shì),由此可見(jiàn),該處危巖一直處于變形階段,危巖體多處于欠穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨及余震等不利因素作用下,易再次出現(xiàn)失穩(wěn)崩塌。

2.2.2定量評(píng)價(jià)

本文對(duì)每個(gè)危巖體進(jìn)行了計(jì)算(見(jiàn)表2),計(jì)算結(jié)果表明,5個(gè)危巖體在自重+裂隙水壓力(天然)下都處于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài),在自重+裂隙水壓力(暴雨)下處于穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài),在自重+裂隙水壓力(天然)+地震力(地震狀態(tài))下的穩(wěn)定性要降低,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),危巖體崩塌直接危害對(duì)象為斜坡下方景區(qū)游道上過(guò)往車(chē)輛及游人的生命安全,因此需對(duì)危巖體進(jìn)行治理。

表2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

本文以宜賓市臨港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)沙坪街道構(gòu)莊村五社龍頭山上山公路危巖體為工程背景,首先在工程地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,查明危巖體的形態(tài)特征及其發(fā)育的特定環(huán)境,通過(guò)對(duì)其成因進(jìn)行分析,對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),基于極限平衡理論和巖體結(jié)構(gòu)理論,建立了傾倒式危巖破壞模式下穩(wěn)定系數(shù)的表達(dá)式。其結(jié)果表明:WY01危巖在天然狀況下危巖穩(wěn)定系數(shù)為1.43,屬于基本穩(wěn)定巖體,在飽和狀態(tài)下和地震力作用下,屬于欠穩(wěn)定巖體,將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際危巖破壞情況比較,發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)情相符,基本反映危巖體的實(shí)際穩(wěn)定狀況,研究成果對(duì)于科學(xué)探索該地區(qū)危巖破壞機(jī)制具有積極意義。