雷波縣莫紅集鎮后山危巖的成因機制及穩定性分析

任恩

（四川省核工業地質調查院，成都 610011）

近年來，許多學者對涼山地質災害的分布及工程地質特性進行了研究，對巖石崩解特性試驗研究（周翠英等，2005；楊迪惠等，2019），對軟硬相間邊坡的失穩模式和穩定性研究（陳智強等，2004；李源等，2011）。涼山州雷波縣莫紅集鎮的后山危巖近年來多次出現零星掉塊，滾落落石多堆積于危巖帶下方緩坡地帶，現莫紅集鎮內零星有少量分布，該危巖對莫紅集鎮人民生命財產安全構成極大威脅。莫紅集鎮后山危巖最近一次崩塌發生于2019 年8 月，危巖帶中上部的危巖體發生垮塌墜落，其中1 塊體積約為3 m3的危巖體將電線桿砸斷并滾落至平地；其余5 塊危巖體被已建的被動網攔到，但被動網已被損壞，造成直接經濟損失近萬元，幸無人員傷亡，但安全隱患還未解除，為了切實做好當地地質災害防治工作，確保人民群眾生命財產安全，有必要對該崩塌的成因及穩定性進行分析，為防治工程提供依據。

1 危巖現狀

危巖帶以陡崖形態展布，平面形態呈長條狀，總體呈北—南走向，長約480 m，坡向94°，近直立，危巖帶頂部高程1 280～1 410 m，底部高程1 085～1 309 m，高差在110～170 m，坡面危險區面積約5.2×104m2。該危巖帶近年來多次發生崩塌，主要表現為零星掉塊，局部崩塌方量較大，達到800 m3以上，滾落落石多堆積于危巖帶下方緩坡地帶，為凹槽地形，部分塊度較大的危巖滾落至村民的臍橙地，最遠滾落距離約870 m。

該區域內地形坡度大，呈近直立狀，巖體節理、裂隙較發育，巖體多被切割成鑲嵌塊狀，大量塊體下方懸空，形成凹腔，極易失穩發生墜落，根據本次調查，該危巖帶巖性為震旦系上統燈影組（Zbd）灰質白云巖及含磷粉砂巖，共分布有危巖組合體7個（WY1～WY7），該危巖組合體整體穩定較差，其破壞多表現為零星塊體和局部崩塌，破壞方式主要表現為滑移式，次為傾倒式，危巖帶各危巖組合體的規模及破壞方式統計見表1。危巖帶危巖總方量約1.4×104m3，崩塌規模等級屬中型。

莫紅集鎮后山危巖地質結構特征較為清晰，根據本次調查以及前人資料分析危巖帶巖性上部為灰質白云巖，下部為含磷粉砂巖。含磷粉砂巖為中厚層狀，主要有石英、長石組成，鈣質膠結、質堅；灰質白云巖為巨厚層狀，主要由白云石組成，鈣、鐵質膠結，質堅。灰質白云巖及含磷粉砂巖呈韻律沉積，巖層產狀195°∠22°，巖體裂隙發育，灰質白云巖具溶蝕現象，巖體破碎程度較含磷粉砂巖嚴重，主要是由于其抗風化能力較弱造成，且其切割塊度較粉砂巖巖體大。

2 危巖基本特征

莫紅集鎮后山危巖地質結構特征較為清晰，根據本次調查以及前人資料分析危巖帶巖性上部為灰質白云巖，下部為含磷粉砂巖。含磷粉砂巖為中厚層狀，主要有石英、長石組成，鈣質膠結、質堅；灰質白云巖為巨厚層狀，主要由白云石組成，鈣、鐵質膠結，質堅。灰質白云巖及含磷粉砂巖呈韻律沉積，巖層產狀195°∠22°，巖體裂隙發育，灰質白云巖具溶蝕現象，巖體破碎程度較含磷粉砂巖嚴重，主要是由于其抗風化能力較弱造成，且其切割塊度較粉砂巖巖體大。

根據本次調查及實地測量，危巖體節理裂隙發育，主要發育2 組節理裂隙。

其一：產狀130°～170°∠40°～78°，間距1～2 條/m，延伸長度2～4 m，結構面呈微張開狀，一般張開度0.5～3 cm，局部地段呈張開狀，張開度達20 cm，結構面整體較平直，光滑，縫隙間可見少量礫石充填。

其二：產狀230°～265°∠63°～81°，間距2～3 條/m，延伸長度0.5～2.5 m，結構面呈微張開狀，張開度1.0～2 cm，結構面較平直，較光滑，縫隙間可見少量礫石充填。

上述結構面控制了危巖體的發育和變形破壞。

此外，殘坡積物分布于山脊地帶，厚度不均，一般為2～4 m，為碎石土，表層為腐殖土，稍密狀；而在坡體坡表主要為崩坡積層，多呈扇狀分布，以碎石土為主，褐灰、灰黑、黃褐色，松散～稍密，碎塊石主要成分為含磷粉砂巖及灰質白云巖，呈棱角～次棱角狀，碎石粒徑一般為50～100 mm，局部地段偶夾塊石，最大粒徑可達到3 m 以上，碎石含量一般約為60%～70%，充填物質為粉質粘土及礫石，局部地段具有架空現象，厚度3.0～10.0 m 不等；坡腳溜筒河兩側河漫灘及階地上，以卵石為主，褐灰、灰白色，松散～稍密，卵石主要成分為砂巖、白云巖，圓～次圓狀，卵石粒徑一般為50～120 mm，局部地段夾漂石，卵石含量一般約為50%～60%，充填物質為中細砂。

（1）WY1 危巖，該危巖組合體位于危巖帶北側陡崖中上部，體積390 m3，所處坡面產狀為105°∠78°，巖性為灰質白云巖。危巖體位于陡崖上，平面形態呈矩形狀，在構造及風化作用影響下，巖體破碎，裂隙發育，多呈微張開狀，張開寬度約3～5 cm，裂隙面較光滑，無充填。受巖體結構面控制，切割塊體的塊度大多數為1.0～1.8 m3。巖體前緣臨空，在自身重力及外力作用下，巖體易向前部臨空方向發生傾倒墜落。

（2）WY2 危巖，該危巖組合體位于危巖帶北側陡崖中部，體積52.8 m3，所處坡面產狀為105°∠80°，巖性為灰質白云巖。危巖體位于陡崖上，平面形態呈矩形狀，在構造及風化作用影響下，巖體破碎，裂隙發育，多呈微張開狀，張開寬度約8～10 cm，裂隙面較光滑，無充填。受巖體結構面控制，切割塊體的塊度大多數為1.2～1.5 m3。巖體前緣臨空，在自身重力及外力作用下，巖體易向前部臨空方向發生傾倒墜落。

（3）WY3 危巖，該危巖組合體位于危巖帶北側陡崖中上部，體積704 m3，所處坡面產狀為103°∠82°，巖性為灰質白云巖。危巖體位于陡崖上，平面形態呈矩形狀，在構造及風化作用影響下，巖體破碎，裂隙發育，多呈微張開狀，張開寬度約5～10 cm，裂隙面較光滑，無充填。受巖體結構面控制，切割塊體的塊度大多數為1.5～2.8 m3。巖體前緣臨空，在自身重力及外力作用下，巖體易向前部臨空方向發生傾倒墜落。

（4）WY4 危巖，該危巖組合體位于危巖帶中部陡崖中上部，體積4 212 m3，所處坡面產狀為92°∠80°，巖性為灰質白云巖。危巖體位于陡崖上，平面形態呈矩形狀，在構造及風化作用影響下，巖體破碎，裂隙發育，多呈微張開狀，張開寬度約3～8 cm，裂隙面較光滑，無充填。受巖體結構面控制，切割塊體的塊度大多數為1.0～4.0 m3。在自身重力及外力作用下，巖體易滑移式破壞。

（5）WY5 危巖，該危巖組合體位于危巖帶中部陡崖中上部，體積約3 366.0 m3，所處坡面產狀為112°∠84°，巖性為灰質白云巖。危巖體位于陡崖上，平面形態呈長方形，在構造及風化作用影響下，巖體破碎，裂隙發育，多呈微張開狀，張開寬度約3～5 cm，裂隙面較粗糙，局部少量礫石充填。受巖體結構面控制，切割塊體的塊度大多數為1.5～6.0 m3，最大塊度約7 m3。在自身重力及外力作用下，巖體易沿著節理發生滑移式破壞。

（6）WY6 危巖，該危巖組合體位于危巖帶西南側陡崖上部，WY5 的左側，體積約3 650.0 m3，所處坡面產狀為113°∠83°，巖性為灰質白云巖。危巖體位于陡崖上，平面形態呈長方形，在構造及風化作用影響下，巖體破碎，裂隙發育，多呈微張開狀，張開寬度約2～4 cm，裂隙面較粗糙，局部少量礫石充填。受巖體結構面控制，切割塊體的塊度大多數為1.5～2.0 m3，最大塊度約2.5 m3。巖體前緣臨空，底部局部存在凹巖腔，在自身重力及外力作用下，巖體易發生滑移式破壞。

（7）WY7 危巖，該危巖組合體位于5#危巖帶西側陡崖下部，體積1 656 m3，所處坡面產狀為118°∠77°，巖性為含磷粉砂巖。危巖體位于陡崖上，平面形態呈長條狀，在構造及風化作用影響下，巖體破碎，裂隙發育，多呈微張開狀，張開寬度約2～4 cm，裂隙面較光滑，無充填。受巖體結構面控制，切割塊體的塊度大多數為0.5～1.2 m3。巖體前緣臨空，底部局部存在凹巖腔，在自身重力及外力作用下，巖體易沿著節理發生滑移式破壞。

3 危巖成因分析

現場調查表明，莫紅集鎮后山危巖的發育形成，主要是由以下幾方面因素控制：

（1）巖體結構

巖性對巖質邊坡具有明顯的控制作用。勘查區內出露巖性為含磷粉砂巖及灰質白云巖，均屬堅硬脆性巖石，為易崩巖層，是崩塌發生的物質基礎。發生崩塌部位基巖裸露，形成陡峻的邊坡，由于構造節理裂隙及風化裂隙發育，巖體多被切割成塊狀，直接破壞了斜坡結構和巖體完整性，且前緣存在高陡臨空面及凹腔，在自身重力及外力作用下，將改變斜坡自然應力平衡，一旦各組結構面貫通，則極易形成崩塌，這些是崩塌（危巖）發生的結構條件（李果等，2017）。

（2）地形地貌

危巖出露部位坡度達80°以上，為近于直立的陡崖，前緣臨空，高陡的地形條件為崩塌的發生提供了勢能條件。

（3）降雨、風化、植物根劈等外動力因素

降雨：降雨是誘發該危巖發生崩塌的另一個重要因素，水的作用可以使巖體和結構面的強度參數降低，可以在后緣拉裂縫中形成一定的孔隙水壓力，導致危巖體最終失穩形成崩塌。

風化作用：莫紅集鎮后山危巖所在區域屬于金沙江高中山峽谷氣候，氣溫年較差小，日較差大，冬暖無嚴寒，夏熱無酷暑，年均氣溫大于16.1℃。風化營力主要包括陽光、氣溫、雨水等，在這些外營力的作用下，巖體中的結構面將不斷張開，由閉合→微張→張開→寬張發展。在雨水、氣溫、生物風化的長期作用下，結構面逐漸貫通，從而導致危巖體的發育（圖1）。

圖1 危巖裂隙發育

植物根劈作用：巖體裂隙中通常充填有碎石及土壤，也是地表水滲透的通道，為植物生長提供了一個良好的環境，勘察區域的部分巖體裂隙中就多有植物生長。植物在巖體裂隙中生長，植物根系及枝干的生長膨脹將使得巖體裂隙加速擴張，從而降低巖體穩定性。

從以上影響因素分析可知，雨水是影響危巖體穩定性的主要因素同時也是其主要誘發因素，風化作用是影響危巖體穩定性的主要因素。

4 危巖穩定性評價

4.1 定性分析

危巖帶位于陡崖上，巖體節理、裂隙較發育，巖體多被切割成鑲嵌塊狀，大量塊體將要脫離母巖，形成即將貫通的結構面，極易失穩發生墜落，根據現場調查共分布有危巖組合體7 處。

WY1：灰質白云巖，巖體呈塊狀，結構面發育，呈微張開—張開狀，完整性較差，還未與母巖脫離，但巖體底部出現凹腔。塊體現狀整體穩定性一般，在暴雨或地震的作用下，有進一步失穩破壞的可能，其破壞多表現為表面零星掉塊。對其進行赤平投影分析（圖2），綜合判定其穩定性為基本穩定—欠穩定。

圖2 WY1 危巖赤平投影分析圖

WY2：灰質白云巖，巖體呈塊狀，結構面發育，呈微張開—張開狀，完整性較差，還未與母巖脫離，但巖體底部出現凹腔。塊體現狀整體穩定性一般，在暴雨或地震的作用下，有進一步失穩破壞的可能，其破壞多表現為表面零星掉塊。對其進行赤平投影分析（圖3），綜合判定其穩定性為基本穩定—欠穩定。

圖3 WY2 危巖赤平投影分析圖

WY3：灰質白云巖，巖體呈塊狀，結構面發育，呈微張開—張開狀，完整性較差，還未與母巖脫離，巖體底部節理較發育。塊體現狀整體穩定性一般，在暴雨或地震的作用下，有進一步失穩破壞的可能，其破壞多表現為表面零星掉塊。對其進行赤平投影分析（圖4），綜合判定其穩定性為基本穩定—欠穩定。

圖4 WY3 危巖赤平投影分析圖

WY4：灰質白云巖，巖體呈塊狀，結構面發育，呈微張開—張開狀，完整性較差，其后緣發育一組陡傾坡外的裂隙，張開約10cm，現還未與母巖完全脫離。塊體現狀穩定性較差，在暴雨或地震的作用下，有進一步失穩破壞的可能。對其進行赤平投影分析（圖5），綜合判定其穩定性為基本穩定—欠穩定。

圖5 WY4 危巖赤平投影分析圖

WY5：灰質白云巖，巖體呈塊狀，結構面發育，呈微張開—張開狀，完整性較差，還未與母巖脫離，沿著節理有滑動可能。塊體現狀整體穩定性一般，在暴雨或地震的作用下，有進一步失穩破壞的可能，其破壞多表現為表面零星掉塊。對其進行赤平投影分析（圖6），綜合判定其穩定性為基本穩定—欠穩定。

圖6 WY5 危巖赤平投影分析圖

WY6：灰質白云巖，巖體呈塊狀，結構面發育，呈微張開—張開狀，完整性較差，還未與母巖脫離，沿著節理有滑動可能。塊體現狀整體穩定性一般，在暴雨或地震的作用下，有進一步失穩破壞的可能，其破壞多表現為表面零星掉塊。對其進行赤平投影分析（圖7），綜合判定其穩定性為基本穩定—欠穩定。

圖7 WY6 危巖赤平投影分析圖

WY7：含磷粉砂巖，巖體呈塊狀，結構面發育，呈微張開—張開狀，完整性較差，還未與母巖脫離，沿著節理有滑動可能。塊體現狀整體穩定性一般，在暴雨或地震的作用下，有進一步失穩破壞的可能，其破壞多表現為表面零星掉塊。對其進行赤平投影分析（圖8），綜合判定其穩定性為基本穩定—欠穩定。

圖8 WY7 危巖赤平投影分析圖

4.2 穩定性計算

通過本次勘查表明，莫紅集鎮后山危巖各危巖體的破壞模式主要以滑移式為主，次為傾倒式，各種破壞模式計算模型選取如下：

（1）傾倒式崩塌計算模型

①計算模型。

計算模型如圖9、圖10 所示，即綜合考慮危巖穩定的最利情況，將巖塊按各自結構體特征沿長度方向選取若干截面進行計算，同時在考慮裂隙水壓力Q 時，設裂隙深度與裂隙充水深度相等，每一截面按單元寬度考慮，不考慮基座抗拉強度，取O 點為傾覆點。計算公式如下：

圖9 后緣巖體抗拉強度控制

圖10 由底部巖體抗拉強度控制

圖11 滑移式崩塌計算示意圖

圖12 滑移式危巖穩定性計算示意圖

危巖破壞由后緣巖體抗拉強度控制時，按下式計算：

危巖體重心在傾覆點之外時：

危巖體重心在傾覆點之內時：

式中：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的水平距離（m）；b 為后緣裂隙未貫通段下端到傾覆點之間的水平距離（m）；n0為危巖體重心到傾覆點的垂直距離(m)；Jlk為危巖體抗拉強度標準值（kPa），根據巖石抗拉強度標準值乘以0.4 的折減系數確定：θ為危巖體與基座接觸面傾角（°），外傾時取正值，內傾時取負值；β為后緣裂隙傾角（°）。其它符號意義同前。

當危巖的破壞由底部巖體抗拉強度控制時，按下式計算：

式中各符號意義同式（1）。

（2）滑移式崩塌計算模型

①計算模型。破壞模式為滑移式的危巖體穩定性計算示意圖見圖10、11。

②計算公式。后緣無陡傾裂隙（滑面較緩）時按下式計算：

式中：V 為裂隙水壓力（kN/m），V=0.5γwhw2；hw為裂隙充水高度（m），取裂隙深度的1/3。rw取10kN/m；Q 為地震力（kN/m），按公式Q=ξe×W 確定，式中地震水平作用系數Ⅷ級烈度地區ξe取0.20；K 為危巖穩定性系數；c 為后緣裂隙粘聚力標準值（kPa）；當裂隙未貫通時，取貫通段和未貫通段粘聚力標準值按長度加權和加權平均值，未貫通段粘聚力標準值取巖石粘聚力標準值的0.4 倍；φ為后緣裂隙內摩擦角標準值(kPa)；當裂隙未貫通時，取貫通段和未貫通段內摩擦角標準值按長度加權和加權平均值，未貫通段內摩擦角標準值取巖石內摩擦角標準值的0.95 倍；θ為軟弱結構面傾角(°)，外傾取正，內傾取負；W 為危巖體自重（kN/m3）。

后緣有陡傾裂隙、滑面緩傾時，滑移式危巖穩定性按下式計算：

式中符號同前。

（3）危巖穩定性評價標準

在野外定性判別的基礎上，對危巖體進行穩定性計算，按危巖體的穩定性系數將危巖體的穩定性狀態分為穩定、基本穩定、欠穩定、不穩定四個狀態，按計算結果來確定其穩定狀態。針對不同變形破壞模式的危巖體，危巖體的量化標準是有差別的，表2 是參照《滑坡防治工程勘查規范》制定的判別依據。

表2 危巖穩定性評價標準

（4）計算結果

按照上述計算模型和方法，針對每個危巖塊體選取具有代表性的剖面，根據各個塊體的計算參數對危巖體的穩定性系數進行了計算，計算結果見表3。

表3 危巖體穩定性計算結果表

5 結論

（1）通過定性分析和穩定性計算分析，莫紅集鎮后山危巖各危巖體在天然工況下，均處于基本穩定狀態，在暴雨或連續降雨條件下各危巖體處于欠穩定狀態，在地震工況下各危巖體均處于欠穩定狀態。

（2）危巖體的形成機制主要有以下幾個方面的因素：

①地形地貌：危巖范圍的斜坡地形坡度較大，坡度一般30°以上，局部基巖陡壁處近90°，為斜坡的變形提供了動力條件。

②地質構造：危巖區域地質構造較發育，構造活動強烈，巖體內節理裂隙發育，多組主要裂隙和少量無序裂隙的存在，將巖體切割塊狀。

③地震：地震使得危巖體裂隙擴張，巖體碎裂，同時也是誘發危巖失穩的最主要因素。

④降雨：大氣降雨的沖刷和裂隙水壓力是危巖失穩的激發因素。

⑤風化作用：在雨水、氣溫、生物風化的長期作用下，巖體中的結構面將不斷張開，逐漸貫通，從而導致危巖體的發育。

（3）根據崩塌(危巖體) 結構、穩定現狀及其主要影響因素，建議采取攔石墻+被動網（損壞段的被動網）+人工清危等工程治理措施，對崩塌進行綜合治理，以確保崩源處危巖體整體穩定。