安寧市摩崖石刻危巖體穩定性分析及防治措施

許漢華，劉文連△，杜時貴，彭國城，雍 睿，眭素剛

（1.中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.紹興文理學院土木工程學院，浙江 紹興 312000）

國內外學術圈目前對危巖體的概念主要有兩種定義：（1）位于陡崖或陡坡上多組結構面組合而構成在地震、裂隙水壓力、重力等誘發因素作用下處于不穩定、欠穩定或極限平衡狀態的巖石塊體[1]；（2）斜坡上一些巖體雖還未發生崩塌，但已具備發生的條件，且已出現崩塌己有變形跡象和失穩破壞前兆現象，預示將來不久有可能發生崩塌的巖塊體[2]。巖體地形地貌、巖性特征、地質構造是危巖體形成的物質條件基礎[3]。

隨著云貴高原區進一步開發深入，包括景區開發、露天礦山開采、水電站、修建高速鐵路、高速公路等，涉及到的各行業危巖體理論體系研究也逐步加深，對山地工程開采利用逐步增強，開發范圍和工程規模也逐步擴展、所涉及到的工程地質和水文地質條件更加復雜，以前未出現過越來越多的地質災害現象得以凸顯[4]，基于危巖體邊坡失穩破壞穩定性問題的崩塌已成為地質災害研究的難點、重點和熱門課題。從國外蘇聯的波波夫以及捷克的捷魯巴，到國內的張倬元、陳洪凱、杜時貴、王士天等，各個地區、不同時代的學者和工程師都做了不同程度的科研攻關和工程實踐[5]。對危巖體的科研攻關涉及到許多學科體系，主要包括構造地質學、巖土工程測試技術、工程地質學、數學、巖土力學及計算機仿真技術等學科領域[6]。杜時貴等[7]基于露天高邊坡礦山規模大小和構成要素，將露天高邊坡礦山劃分為臺階邊坡、組合臺階邊坡及總體邊坡，將涉及到的結構面劃分為小規模、非貫穿、貫穿結構面。

1 危巖形態特征

安寧市摩崖石刻危巖體形態特征主要受巖層產狀（層面）、結構面產狀（節理面）、坡面產狀和風化程度（發育密度、閉合程度）組合控制，在不同結構面的不利組合情況下，巖體被切割成大小差異大、形狀為楔形體或不規則六面體的巖塊，受地形條件控制，巖塊形成臨空面，后側卸荷裂隙未能完全貫通，陡崖上可見架空現象。受構造作用、風化作用和植物根劈作用影響，整體上陡崖頂部結構面發育密度大，多為張開式，充填有粘性土，巖體破碎呈碎裂塊狀。底部發育密度小，多為閉合式，結構面上基本無充填，巖體多呈層狀或巨塊狀。

2 危巖體成因分析

安寧市摩崖石刻危巖體的形成是由多種因素綜合作用的結果。層狀巖體構造裂隙發育以及風化、卸荷作用是危巖穩定性的主要影響因素。

1）地形地貌。研究區地貌上為山間河谷岸坡，地形坡度65°～85°，局部溶蝕作用和崩塌形成負地形（巖體內凹），坡面基巖出露，巖體呈塊狀，節理裂隙較發育。

2）地層巖性。研究區內巖性為二疊系陽新群（P1y）淺灰色、灰色灰巖（屬可溶巖），在上部巖土體的重力作用下，巖體易產生壓致拉裂，使巖體產生卸荷節理且強度降低，進一步破壞則產生崩塌。

3）地質構造。研究區巖層產狀85°∠15°，除層面裂隙外，主要發育四組卸荷裂隙，即其中J1傾向：170°～210°，傾角，55°～80°；J2傾向：220°～250°，傾角20°～40°；J3傾向：300°～350°，傾角，60°～80°；J4傾向：240°～270°，傾角，60～80°。

4）雨水侵蝕。在雨季，大量雨水滲入于巖體裂隙之中，裂隙水及其流動產生不利于巖體穩定的靜、動水壓力，溶蝕灰巖、沖刷結構面裂隙中的充填物，降低結構面上的抗剪強度，使得危巖易于形成危害。

5）卸荷作用。研究區坡體地層主要由灰巖組成，頂部有厚度小于3.0m 的坡殘積粘性土，由于構造作用，巖體產生臨空面，穩定性降低，從而導致危巖體的形成。

6）地震作用。地震對危巖的影響主要表現為向坡外的水平地震力易使危巖體失穩。研究區處于地震烈度Ⅷ度區，安寧歷史上發生的多次地震均對該區有一定的影響。

7）根劈作用。研究區在坡體中部和坡頂植被茂盛，部分喬木的根系沿巖體結構面生長，破壞結構面強度，同時隨著植物根系的長粗，導致結構面開度增加，對巖石形成向外的張力，影響坡體上巖塊的穩定性。

8）人類工程活動。人類在坡頂建亭子、挖除溶洞充填物、坡腳修建景觀水池等工程活動也對危巖穩定性具有一定影響。

3 危巖體形成機制分析

安寧市摩崖石刻危巖體由于巖體節理裂隙發育，受節理裂隙結構面組合與坡面關系控制，巖體多被切割為不規則塊體或楔形體，根劈作用加大巖體結構面的開度，在巖體自重作用下，其表層破碎巖塊極易沿層理面形成規模不大的崩落，危巖塊沿與坡向一致的裂隙面產生崩落，形成崩塌，以滑塌式為主，局部呈墜落式、傾倒式。由于分布位置相對較高且坡度較陡，危巖體形成崩塌后，破碎巖塊沿斜坡翻滾，速度加速，沖擊力增加，崩塌巖塊受坡面撞擊向外拋射，從而增大了崩落距離，加大了對下側道路及行人破壞范圍。

4 危巖體變形破壞模式分析

安寧市摩崖石刻危巖體的形成機制比較復雜，一般是以一種形式為主，幾種形式復合進行的，并且某些組合模式在發展過程中也可轉化為另一種組合模式。現根據各種模式的產生條件以及現場觀測到的變形跡象和外貌特征將研究區危巖的形成機制分為以下三種模式，即滑塌式、墜落式、傾倒式。

1）滑塌式。這種破壞模式主要包含兩種類型，一是沿單一的外傾結構面發生整體或逐級的滑移剪切破壞；一是由多組結構面組合形成的楔形體沿外傾組合交線發生滑移破壞。此類破壞方式的危巖塊體有W1、W4、W5、W6、W7、W12共計6 個。

2）墜落式。指巖體形狀突出，后緣切割面已經形成，雖未分離貫通但連通率大于50%，巖體在重力的作用下，脫離母巖成為崩塌。研究區內3 處危巖體屬于此種類型，巖體近于直立，多有架空現象，在自重及外力作用下，巖體易墜落形成崩塌。此類破壞方式的危巖塊體有W3、W9、W10共計3 個。

3）傾倒式。指處于陡巖上的巖體向外凸出，受裂隙的切割，高陡拉張裂隙傾向臨空面，在重力、降雨作用下危巖體繞下部基座支點向坡外發生轉動傾倒崩落，發生傾倒式型破壞。研究區內3 處危巖體屬于此種類型，此類破壞方式的危巖塊體有W2、W8、W11。

5 防治措施分析

安寧市摩崖石刻危巖體形成了巖質邊坡，邊坡高度約6.0～13.0m，長度約200m。高邊坡存在危巖、崩塌、滾石等地質災害隱患，嚴重影響觀賞游人的生命安全。為了排除安寧市摩崖石刻的地質災害隱患應對邊坡進行防治。邊坡崖壁上存在12 個較大的危巖體，經進行初步穩定性分析評價，危巖體穩定性差，應進行相關的防治。現初步提出邊坡12 個危巖體防治建議措施供設計參考，具體防治措施應結合進一步邊坡穩定性分析確定更得體的措施。危巖體防治建議措施詳見表1。

在W2～W4危巖間，陡崖后方2.5～5.7m 處，由于底部溶洞冒落和上部覆蓋層的陷落，形成塌陷漏斗，漏斗壁上部為粘性土層，下部為灰巖，據調查，該塌陷漏斗形成時間大于3 年，前期委托單位在漏斗的靠山一側修建了高度約2m 的混凝土擋墻，隨著時間的推移，攔擋結構已經被崩落的土體填滿，后期崩落的土體會直接滑落到溶洞底部，且目前僅支擋了東側其余三個方向無支擋結構，漏斗壁發生崩滑的可能性較大，建議進行支擋，或在土巖界面處修建混凝土板，攔擋上部崩滑的土體。

表1 危巖體防治措施表

另根據現場調查，陡崖頂部存在厚度不等的坡殘積松散堆積粘性土，在暴雨條件或地震作用下，坡體上是松散堆積體會發生表規模塌滑，影響文物的美觀和影響觀賞行人的安全，建議對坡頂的覆蓋層進行掛網噴錨處理。根據調查，研究區坡高6～13m，高度不大，危巖分布范圍相對較小，被結構面切割的塊體體積相對較小，采用清除危巖、掛設主動防護網、封閉坡腳處溶洞等工程措施實施難度較小，具備防治的可行性，防治工作可根據危巖的危險程度和治理的難易程度，分期、分批進行防治。