順江場危巖體變形機制及崩落軌跡預測

鄭盛哲

(成都理工大學 四川 成都 610059)

引言

順江場危巖位于合江縣南灘鄉(xiāng)，坡腳為居民區(qū)和小路，其中小路為順江場周邊居民趕場及順江小學學生上學的便捷之路。在強降雨等誘發(fā)作用下，危巖局部失穩(wěn)崩塌時有發(fā)生，共造成2人死亡、多間房屋砸毀的悲劇。通過對該地區(qū)危巖體發(fā)育變形機制的研究和對崩落后運動軌跡的模擬，為危巖治理提供相應的技術支持

一、危巖體地質環(huán)境條件

(一)地形地貌條件。研究區(qū)位于小漕河北岸，白(鹿)自(懷)公路與小漕河之間的斜坡上，呈臺狀低山地貌。山體圓滑，多似條狀或饅頭狀，海拔200m～500m，相對高差50～300m。小槽河從坡腳橫穿而過，河谷呈“U”型，溝谷較寬，寬度30～80m。斜坡結構以切向坡為主，局部地段為緩傾順向坡，坡度較大，一般20°～40°。斜坡較平直均勻，植被極為茂盛，局部厚層砂巖分布地段呈陡崖地貌。斜坡出露地層為蓬萊鎮(zhèn)組棕紅、棕紫色泥巖、泥巖砂質與淺灰、黃灰色石英砂巖互層，砂巖含鈣質較重。受地貌特征及巖層差異風化的控制，在陡崖地段危巖發(fā)育。研究區(qū)多為林地，耕地相對較少。

(二)地層巖性條件。研究區(qū)地層較為簡單，主要為中生界侏羅系中下統(tǒng)自流井組(J1-2z)、中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)、中統(tǒng)遂寧組(J2sn)、上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)，白堊系上統(tǒng)夾關組(K2j)，第四系中上更新統(tǒng)冰水堆積層(Q2+3fgl)及沿著長江、赤水河等河流兩側分布的全新統(tǒng)沖積層(Q4al)

研究區(qū)陡崖部位大面積出露侏羅系蓬萊組，其上部為層狀石英砂巖，下部為泥質砂巖，由于差異風化強烈，往往在砂泥巖接觸部位形成巖腔，在上部砂巖中往往形成危巖或崩塌。

圖1 危巖分布圖

(三)地質構造。該區(qū)屬新華夏構造體系的一級沉降帶～四川沉降盆地的南緣。新華夏構造體系川東褶皺帶與緯向構造赤水～長寧東西構造帶，向經向構造合江～赤水南北向構造帶的過渡地區(qū)。以南北向的經向構造為主。研究區(qū)位于塘河背斜東翼，距離塘河背斜核部約3km。塘河背斜軸向近于南北向，南起福寶，向北經黃角、甘雨、馬廟至江津河塘鄉(xiāng)，長50km，巖層傾角3°～9°，兩翼巖層傾角10°～15°，兩翼對稱。

二、危巖基本特征

(一)危巖形成機制分析。研究區(qū)陡崖處厚層～巨厚層狀石英砂巖層面近水平，由于石英砂巖底部為易于壓縮、蠕變的薄層狀泥質砂巖、泥巖，且陡崖臨空條件好，在自重作用下，變形致使陡崖局部地段巖層面緩傾坡外，為滑移式危巖的產生提供了條件。在陡崖底部砂泥巖接觸部位，由于強烈的差異風化作用，形成巖腔，在重力、暴雨等誘因作用，危巖下滑力克服了底部緩傾坡外層面的抗滑力，其沿底部緩傾坡外層面發(fā)生滑移。該處危巖破壞的關鍵在于危巖沿緩傾坡外層面開始時的滑移，其破壞原因除重力之外，巖體裂隙中的水壓力及雨水對潛在滑面的軟化作用等均是主要誘因。

(二)危巖穩(wěn)定性分析。1.參數取值。危巖密度γ、內聚力c、內摩擦角φ三個指標是判斷危巖穩(wěn)定性的重要參數。依據巖土體室內試驗資料，結合相關規(guī)范分析，綜合鄰近場地的經驗資料，提出巖體物理力學參數取值：密度為2.3g/cm3；抗壓強度在天然情況下為18MPa，飽和狀態(tài)下為10MPa；抗拉強度為6MPa,粘聚力為1.8MPa，內摩擦角為44°。2.危巖穩(wěn)定性計算。勘查區(qū)內危巖破壞方式為滑移式破壞，計算公式依據《地質災害防治工程勘察規(guī)范》(DB50/143-2003)中的計算公式計算。

圖2 滑移式危巖穩(wěn)定性計算模型

后緣無陡傾裂隙(滑面緩傾)時，按下式計算(圖1)：

式中：

K—危巖穩(wěn)定性系數；

W—單位長度危巖重力(kN)；

h—后緣裂隙上端到未貫通段下端的垂直距離(m)；

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P—單位長危巖塊體承受的水平地震力(kN)，p=zW；z為水平地震系數；

c—滑面粘聚力(kPa)

φ—內摩擦角(o)；

Q—裂隙中靜水壓力(kN)；

三、危巖崩落軌跡預測

(一)危巖崩落過程數值模擬。危巖失穩(wěn)破壞后，它的彈跳高度、運動速度、運動距離存在著較多方面的影響因素。危巖初始運動速度，危巖體的大小，邊坡高度及坡度等等因素。

為了確定危巖崩落距離，更好的保護人民生命財產安全，為該處危巖的防治工程設計提供更好的理論參考，采取Rockfall模擬危巖崩落運動軌跡。通過對之前該地區(qū)落石崩落情況的參數反演和軟件取值建議，確定計算參數。

表1 落石運動數值模擬參數表

圖3 落石路徑計算計算模型

圖4 落石分布位置圖

考慮到危巖崩落在外界因素影響下發(fā)生微小變形，積累到一定程度后發(fā)生突然破壞，其初速度通常很小，再次視初速度為零，落石質量為2000kg，對危巖崩落進行30次模擬。

通過rocfall數值模擬分析可知，自崩落點起，最近崩落距離為49m，最遠崩落距離為132m。

(二)危巖崩落危害性分析。危巖墜落后，73%的危巖位于78m以前，停留在坡體表面，未墜落下陡坡，對坡下民房造成破壞。仍有27%的危巖崩落陡坡，危害人民財產安全。且最遠的崩落距離為132m，說明存在危巖崩落陡坡后仍具有較大動能，會對坡底南灘鄉(xiāng)居民造成巨大損失。

四、結論

(1)順江場危巖受強烈的差異風化作用，在其前緣形成巖腔，且該處陡崖臨空條件良好，為危巖的變形破壞提供了良好的地質條件。

(2)考慮到該處危巖危險性較大，應對其進行相關監(jiān)測和預警，尤其是在雨季，受降雨影響下，該處危巖的穩(wěn)定性顯著降低，存在巨大的滑動風險。

(3)危巖墜落后，存在對南灘鄉(xiāng)居民房屋造成破壞的風險性，并且該處危巖巖體較大，破壞性較強，應當及時對其進行治理。