關于柳州市北浩屯危巖地質災害形成機制和治理措施的探討

梁 敏, 李 耘, 鑒倩倩

(1.廣西壯族自治區第一地質隊，廣西 桂林 541000；2.核工業(桂林)基礎工程有限公司，廣西 桂林 541000；3.桂林航天工業學院，廣西 桂林 541000)

1 工程概況

北浩屯地處柳州市柳城縣，經當地自然資源部門調查發現位于北浩屯北側山體上存有危巖，并且已發生過巖體崩落，崩落的巖體停留于民居間的空地上，所幸未造成傷亡。北浩屯危巖區發育山體相對高差為62.0 m，落差較大，山體坡度整體呈下緩上陡之勢。經調查，山體上共有3處危巖體，總體積218.0 m3，均發育于山體陡崖頂部位置。各危巖體形狀、規模、破壞形式受微地貌、地層巖性、結構面特征等因素控制，其基本信息見表1。

表1 各危巖體基本信息表

2 地質環境條件

柳州市地處亞熱帶季風氣候區，氣候溫潤，雨量充足。據對統計的多年氣象資料分析，降雨較為集中時段在每年的4—8月份，其降雨量占全年降雨量的70%，多年平均降雨量1 450 mm。危巖區地處構造溶蝕溶嶺谷地，各危巖體均分布于山頂陡崖處，山體植被發育良好，以灌木刺叢為主，山體中部榕樹發育，坡腳緩坡處種有少量竹子。該區出露的地層為：上覆黏土層，時代成因為第四系坡積成因(Q4dl)；下伏為灰巖，時代為泥盆系上統融縣組(D3r)。黏土層主要分布于地表，呈可塑～硬塑狀，棕黃色，厚度3～15 m；灰巖呈灰白色，隱晶質結構，中—厚層狀構造，質純性脆，工程力學性質較好，巖層產狀272°∠26°，表層巖體受優勢裂隙切割，巖石破碎，完整性差，裂隙中多有方解石充填。據1/20萬區域水文地質普查資料(柳州幅)，第四系松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類溶洞裂隙水為該區地下水主要類型。第四系松散巖類孔隙水分布于地表黏土層中，由于含水層透水性、含水性弱，該層水量貧乏；碳酸鹽巖類溶洞裂隙水賦存于巖石裂隙及溶洞、溶隙之中，水量一般，水位埋深為5.0～7.0 m，多屬HCO3—Ca2+、HCO3—Mg2+型低礦化度水，其動態季節影響變化不大。危巖發育山體位于地下水位之上，上述地下水對危巖穩定性無影響，但大氣降水短暫存在于基巖裂隙、溶蝕裂隙中，仍會對危巖穩定性產生較大影響[1]。

3 穩定性分析

3.1 分析參數的選定

選定合適的參數對危巖進行穩定性分析十分重要，主要以巖石現有裂隙的貫通、填充程度及各裂隙與基巖的結合情況作為重要參考依據，以此來選擇分析參數。根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330—2013)表4.3.1，對結構面的抗剪強度指標進行取值；根據《地質災害防治工程勘察規范》(DB50/143—2003)10.6要求，綜合巖體力學性質參數后進行取值，分析參數具體取值詳見表2、表3。

表2 巖石穩定性基礎分析參數表

表3 裂隙面(結構面)穩定性分析參數表

3.2 分析計算

(1)Y1危巖體失穩后以傾倒式發生崩落，由巖體后緣抗拉強度控制危巖體的穩定性，按下式分析：

(1)

(2)Y2、Y3危巖體失穩后以滑移式發生崩落，基巖面緩傾，參照巖體破碎的巖質滑坡模式分析其穩定性，分析公式如下：

(2)

式(2)中：F為穩定性系數；W為危巖體自重，kN/m3；Q為地震力，kN/m，按公式Q=ζeW計算，其中ζe為地震水平作用系數，取0.05；c為后部裂隙黏聚力標準值，kPa；φ為后部裂隙內摩擦角標準值，(°)；l為危巖體單位條塊滑面長度，m；α為危巖體單位條塊滑面傾角，(°)，當滑面反傾時取負值；V為裂隙水壓力，kN/m，按公式V=0.5γwhw2計算得出，式中γw為水的容重，hw為后緣裂隙充水高度。

危巖體各計算參數取值具體見表4、表5。通過以上參數及計算公式得出的計算結果如表6、表7。

表4 傾倒式危巖穩定性計算各參數取值表

表5 滑移式危巖穩定性計算各參數取值表

表6 傾倒式危巖穩定性計算結果

表7 滑移式危巖穩定性計算結果

根據計算結果：在天然工況下，3處危巖體處于基本穩定狀態；在暴雨工況下，3處危巖體處于欠穩定狀態。

4 危巖形成過程及影響因素分析

4.1 危巖崩塌的形成過程

(1)陡崖巖體特征演化階段。發育危巖山體微地貌為陡崖，在形成陡崖的過程中，臨空面周圍巖體發生卸荷回彈，導致其主應力跡線發生明顯偏轉。在臨空面附近產生了應力集中帶，其趾部附近形成最大剪應力增高帶，從而產生與坡面平行的壓致拉裂面。受到卸荷作用影響，坡體向臨空方向回彈，使得巖體形成了卸荷裂隙帶。

(2)陡崖巖體的時效變形破壞階段。陡崖巖體卸荷裂隙帶形成后，為其創造了進入時效變形破壞的條件，受風化作用、降雨形成裂隙水及人類工程活動等因素作用，灰巖巖體不斷風化、崩解，在上覆巖體重力作用下進一步變形，拉裂擴張了陡傾裂隙，最終形成了危巖。

(3)陡崖巖體破壞階段。陡崖巖體在經歷了前兩個階段的變形后，在降雨、植物根劈和人類工程活動等因素影響下，發生崩塌破壞。由于各危巖體分布位置、規模形態及受裂隙切割程度的不同，失穩后其崩落方式或機理各異，主要為傾倒式和滑移式兩種破壞形式。

4.2 危巖穩定性影響因素

(1)地層巖性與地形地貌。地層巖性與地形地貌是形成危巖的基本內在因素：危巖所處的山體山頂與地面之間的高差較大，坡度局部較陡，灰巖性脆、堅硬，同時危巖發育多組相互切割的節理裂隙，受高角度的構造裂隙切割，巖體相對破碎。

(2)地質構造作用。由于陡崖上發生巖石滾落，巖體原有應力變化，應力重分布后導致應力卸荷形成卸荷裂隙，巖體受裂隙切割變得破碎，最終形成危巖。

(3)氣候變化。危巖區屬于亞熱帶季風氣候區，氣候溫潤，雨量充足。在降雨、風化溶蝕等外營力影響下，表層巖體的構造裂隙完全串連貫通，使得巖體受到裂隙切割更加破碎，物理風化及化學風化等外營力作用加劇了裂隙的擴展，易形成危巖。

(4)溶蝕風化作用。因表層巖體和節理裂隙受到溶蝕、風化作用，擴大加深了危巖體周邊的節理裂隙，使得危巖體卸荷裂隙加速擴展，導致巖體破壞，其完整性變差，降低了下部危巖基座巖體強度，加快了巖體的變形破壞。

(5)晝夜溫差變化。晝夜溫差變化是形成危巖的外在因素，引起巖體的脹縮變化，一旦達到巖體的疲勞強度，巖體強度將降低，形成裂隙，隨著時間的推移，裂隙將變大、變寬，最終形成危巖。

(6)植物根劈作用。陡崖頂處和危巖裂隙內植被較發育，由于裂隙處充填有黏土，為植被沿裂隙生長提供了條件。植物的根系生長及附帶的生物腐蝕作用都會使裂隙擴張，隨著時間推移，植被根系生長變大，最終會將裂隙脹穿，使巖體形成危巖。

(7)振動。在雷雨天氣，巖體受到雷擊產生振動易形成新裂縫，同時也加劇已有裂縫的發展，最終導致裂隙貫穿，產生崩塌。

綜合上述分析得出，北浩屯危巖的形成是內在因素和外在營力影響共同作用下的結果。

5 危巖治理工程措施

危巖治理工程措施主要分為主動防護和被動防護兩大類。針對危巖巖體結構特征及不同的崩塌邊界等條件，不同的危巖治理方式會形成不同的工程效果和經濟效益，有著各自的優缺點。針對柳州市北浩屯危巖體的實際發育情況，采取多種方案相結合的防治措施：靜態爆破清除+設置被動防護網+植被防護[2]。

(1)靜態爆破清除工程。Y1～Y3危巖體發育于山體陡崖處，崩塌可能性較大，危巖體受裂隙切割巖體較破碎，不具備錨固條件；陡崖前部臨空無支撐加固的條件，綜合上述情況，對各危巖體采用靜態爆破清除措施。施工步驟為:①于山腳處布設被動防護網；②搭設施工平臺；③清除危巖體周圍及表面浮石；④采用臺階法自上而下對危巖體進行靜態爆破；⑤爆破后的巖塊用卷揚機安全運送至山腳；⑥由人工將場地破碎巖塊集中后運至空曠低洼處安全堆放；⑦組織驗收；⑧驗收合格后，拆除施工平臺，清理場地，退場。

(2)被動防護網工程。根據Y1～Y3危巖體規模，預測其崩落后的落石塊徑及沖擊能大小，確定被動防護網型號采用RIX-200型柔性網。再根據危巖崩落后的運動軌跡及堆積范圍，結合現場實測地形確定，被動防護網分6段布設于高程289～297 m之間的山腳較為平緩的地段。被動防護網設置總長度為215 m，防護網系統高度為4 m，防護網型號為D0/08/150，鋼柱型號GZ-18-4,鋼柱間距為10 m。

(3)植被防護。北浩屯土體厚度3～15 m，能滿足防護植被的種植生長要求。為更好地保護坡腳受威脅居民，據《廣西壯族自治區地方標準——土地復墾技術要求與驗收規范》表1，選擇在被動防護網后部距離5 m位置種植適宜當地氣候條件的刺竹。竹子按梅花形(株行距3 m × 3 m)，平行于被動防護網種植，共種植2排143棵。

6 結語

在碳酸鹽巖地區，危巖多發育于陡坡、陡崖之上，受山體地形陡峭和調查手段的限制，勘查工作未能做到十分細致，相關部門應引起重視，安排巡視人員加強巡查，一旦發現巖石受到不利因素影響形成新的危巖時，應立即上報并展開監測預警，能讓坡腳居民及時防災避險，也便于采取有效的治理措施[3]。建議施工時采用信息法動態設計與信息法動態施工相結合，利于處理施工中遇到的特殊情況，從而取得理想的治理效果。