王嘉昆

廖家岩危岩体形成机制及稳定性分析

王嘉昆

（四川省地质矿产开发局207地质队，四川 乐山 614000）

汶川”5.12”地震后，廖家岩山体出现多组裂隙形成危岩带，并时常发生崩落，严重威胁当地居民生命财产安全。通过现场勘查，危岩带主要分为三个危岩体，本文着重分析了危岩体的形成条件及破坏模式，并分别对各种破坏模式进行了稳定性计算，最后评价了危岩体的稳定性。

危岩；破坏模式；稳定性；廖家岩

危岩是在地表风化作用、卸荷作用、重力、地震、水体等诱发因素作用下处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态的岩体［1］，一般为高陡边坡或悬崖峭壁的坚硬类岩石，因受到外力作用，岩体失去稳定状态，在重力作用下突然下落，形成崩塌，是山区常见的一种地质灾害［2］。

廖家岩危岩带位于雅安市雨城区多营镇大深村6社，受2008年“5.12”地震影响后，每年偶有发生不同规模的崩落。该危岩体崖高5～20m，坡度65°～89°，根据裂隙的组合关系、连续性及下部凹腔、岩腔的发育特征的不同，将该危岩带划分为3个危岩单体。危岩体呈北西-南东向线状分布，标高1 243.2～1 263.5m，自左向右分别编号为WY1-1、WY1-2、WY1-3。危岩体为块状体，片状以及不规则形态，四周裂隙均较发育，单个危岩体积80.4～535.9m3，总体积约966.2m3。危岩主要威胁斜坡下方15户58人的生命财产安全，如形成灾害，可造成直接经济损失约180万元，间接经济损失600万元。

图1　危岩带全貌

1　危岩形成条件分析

1.1地形地貌

陡峭的斜坡地形是危岩形成的必要条件，勘察区属侵构造蚀剥中山地貌，地势总体为北西高南东低，海拔高程740m～1 260m，相对切割深度520m左右，斜坡自然坡度一般45°～70°，坡向143°～180°，由于岩体临空条件较好，岩体应力重新分布后在边坡卸荷区形成拉裂变形，随着变形的加剧，裂隙逐步加深扩展，从而形成贯通性的裂隙面。

1.2地层岩性

区内危岩体发育的陡崖岩性主要为棕红色、砖红色砂岩夹薄层泥岩，其中上层为侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）厚层状砂岩，风化裂隙发育，完整性差；危岩底部为蓬莱镇组薄层泥岩。由于浅表部岩体的差异风化，在坡面发育多处凹槽或岩腔。加之岩体内外应力的叠加作用，加剧了岩体的破坏。

1.3卸荷作用

危岩体在形成过程中发育多组裂隙，随着侧向岩体的松动解体，卸荷裂隙沿原有的一些构造裂隙、层间裂隙逐渐向深处延伸的同时，在重力作用下，危岩体逐步向外倾斜，最后发生崩塌。

表1　WYI危岩体裂隙统计表

1.4水的作用

主要包括地表水的入渗浸润和地下水的水压力作用。一方面地表水沿裂隙入渗到岩体深处，冲蚀裂隙中的充填物，并产生动水压力和静水压力，使裂隙张开拓宽；另一方面地下水能软化岩体软弱夹层，使其抗剪强度大大降低，加剧岩体的破坏。

表2　WY2危岩体裂隙统计表

2　危岩体基本特征

该危岩分为WY1，WY2，WY3三个危岩单体（图1）。

1）WY1，分布在勘察区斜坡中部陡崖上，坡向150°，坡度65°～80°；危岩顶部标高1 138.8m，底部标高1 122.4m。该危岩分布于危岩带东侧，呈不规则块体状，长、高、厚分别为6.5m、11.4m、3.2m，体积234.2m3。岩石在横向上被岩层层面切割成相互重叠的块体，单个岩块高1～3m，部分岩块悬空。危岩体临空方向为160°，岩层产状为295°∠30°，为切向坡。危岩内主要发育6组裂隙。

2）WY2，分布在勘察区斜坡中部陡崖上，其坡向150°，坡度65°～80；危岩体顶部标高：1 157.4m，底部标高1 121.4m。该危岩分布在危岩带的东侧，呈不规则块体状，长、高、厚分别为9.6m、36m、5m，体积为1 728m3，岩石在横向上被岩层层面切割成相互重叠的块体，单个岩块高1～2m，部分岩块悬空。危岩体临空方向为160°，岩层产状为295°∠30°，为切向坡。危岩内主要发育5组裂隙。

3）WY3，分布在勘察区斜坡中部陡崖上，坡向150°，坡度65°～80°；危岩体顶部标高1 143.5m，底部标高1 110.3m，呈不规则块体状，长、高、厚分别为11.2m、33.2m、4.0m，体积为1 487.4m3。该危岩岩石在横向上被岩层层面切割成相互重叠的块体，单个岩块高2～5m，部分岩块悬空。危岩体临空方向为160°，岩层产状为295°∠30°，为切向坡。危岩内主要发育4组裂隙。

表3　WY3危岩体裂隙统计表

图2　WYI危岩体赤平投影图

3　危岩体破坏模式

危岩体的破坏主要表现为失稳崩塌。破坏模式可分为滑移式、倾倒式和坠落式三类：

1）当软弱结构面倾向山外，上覆盖体后缘裂隙与软弱结构面贯通，在动水压力和自重力作用下，缓慢向前滑移变形，形成滑移式危岩。

2）当软弱夹层形成岩腔后，上覆盖体重心发生外移，在动水压力和自重作用下，上覆盖体失去支撑，拉裂破坏向下倾倒，形成倾倒式危岩。WY2，WY3为此种破坏模式。

3）当软弱夹层形成岩腔后，在自重作用下，上覆盖体失去支撑，沿主控裂隙面向下坠落，形成坠落式危岩。WY1为此种破坏模式。

图3　WY2危岩体赤平投影图

图4　WY3危岩体赤平投影图

4　危岩体稳定性分析及评价

4.1危岩稳定性定性分析

1）WY1：经赤平投影分析，危岩体在L1、L2结构面以及C1层面的切割下形成块体，由图2可知，L2结构面与L1结构面相交，交点位于P坡面线之内，危岩体稳定性主要受L1、L2结构面的影响，该处危岩处于基本稳定状态。

2）WY2：经赤平投影分析：危岩体在L1、L2结构面以及C1层面的切割下形成块体，由图3可知，L2结构面与L1结构面相交，交点位于P坡面线之内，危岩体稳定性主要受L1、L2结构面的影响，该处危岩处于基本稳定状态。

3）WY3危岩体：经赤平投影分析：危岩体在L1、L2结构面以及C1层面的切割下形成块体，由图4可知，L2结构面与L1结构面斜相交，交点位于P坡面线之内，危岩体稳定性主要受L1、L2结构面的影响，该处危岩处于基本稳定状态。

4.2危岩稳定性定量分析

根据本次廖家岩危岩岩石样品试验资料统计，数据见表（表4）。

计算参数的选择考虑裂隙的贯通程度、裂隙的填充程度及裂隙的结合情况，根据《建筑边坡工程技术规范》（DB 50/330-2002）表4.5.1结构面抗剪强度指标标准值来确定裂隙面粘聚力C及内摩擦角φ；岩体抗拉强度根据室内岩石抗拉强度试验值按《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）的折减要求进行折减，折减时考虑陡崖体的裂隙贯通程度。

表4　危岩稳定性计算采用的地质参数

图5　倾倒式危岩稳定性计算示意图

图6　坠落式危岩稳定性计算示意图

4.3计算工况

廖家岩危岩采用以下三种工况进行计算：

1）工况一（天然工况）：自重（天然状态）+部分裂隙水压力，用表4-1中天然状态地质参数，裂隙的贯通性好，裂隙充水高度取0。

2）工况二（暴雨工况）：自重（饱和状态）+裂隙水压力，用表4-1中饱和状态的地质参数，其中裂隙充水高度取取裂隙深度的1/3。

3）工况三（地下水+地震工况）：自重（天然状态）+裂隙水压力+地震力，用表4-1中天然状态的地质参数，其中裂隙充水高度取取裂隙深度的1/3，地震烈度按Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.10g。

4.4计算方法与结果

式中：h—后缘裂隙深度（m）；wh—后缘裂隙充水高度（m）；H—后缘裂隙上端到未贯通段下端的垂直距离（m）；a—危岩体重心到倾覆点的水平距离（m）；b—后缘裂隙未贯通段下端到倾覆点之间的水平距离（m）；0h—危岩体重心到倾覆点的垂直距离（m）；lkf—危岩体抗拉强度标准值（kPa），根据岩石抗拉强度标准值乘以0.4折减系数确定：θ—危岩体与基座接触面倾角（°），外倾时取正值，内倾时取负值；β—后缘裂隙倾角（°）。对后缘有陡倾裂隙的悬挑式危岩按下列二式计算，稳定性系数取两种计算结果中的较小值。

式中：ζ-危岩抗弯力矩计算系数，依据潜在破坏面形态取值，一般可取1/12～1/6，当潜在破坏面为矩形时可取1/6；a0-危岩体重心到潜在破坏面的水平距离（m）；b0-危岩体重心到过潜在破坏面形心的铅垂距离（m）；flk-危岩体抗拉强度标准值（kPa），根据岩石抗拉强度标准值乘以0.20的折减系数确定；c-危岩体粘聚力标准值（kPa）；H-危岩体高度（m）；h-后缘裂隙高度（m）；φ-危岩体内摩擦角标准值（°）；W-崩塌危岩体自重（KN/m）；Q-地震力（kN/m），按公式Q=ζeW确定，ζe-地震水平系数，取0.05。

根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006），防治工程等级一级，滑塌式危岩稳定安全系数取值为1.3， 坠落式危岩稳定安全系数取值为1.8， 倾倒式危岩稳定安全系数取值为1.5，可建立下列评价标准表5，危岩体稳定系数计算结果见表6。经过对危岩体的定性及定量分析，天然情况下：WY1处于基本稳定状态， WY2、WY3处于稳定状态。在暴雨工况下：WY1、WY2、WY3均处于欠稳定状态。在地震工况下：WY2处于基本稳定状态，其它危岩体都处于欠稳定状态。

表5　岩稳定性评价标准

表6　廖家岩危岩稳定性评价结果表

5　结束语

1）廖家岩危岩体的失稳破坏模式为坠落式和倾倒式2种模式。

2）在暴雨工况下，3块危岩体均处于欠稳定状体，因此相应的地表水防渗措施应实施，如对危岩体上部的地表水进行拦截，修筑截排水沟；并及时填补基岩的卸荷裂隙，减少地表水的入渗补给。

3）对局部欠稳定的失稳块体，应先局部清危，再对危岩体采取支撑、锚固或挂网等措施。

［1］ 陈肇元，崔京浩. 土钉支护在基坑工程中的应用（第二版）［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2000.

［2］ 骆银辉，胡斌，朱荣华，等. 崩塌的形成机理与防治方法［J］.西部探矿工程，2008， 12（2）. 1～3.

Genetic Mechanism and Stability of the Liaojiayan Unstable Rock Masses

WANG Jia-kun
（No. 207 Geological Team， BGEEMRSP， Leshan， Sichuan 614000）

Many cracks were formed in the Liaojiayan Mountain Massif after the Wenchuan Earthquake which results in 3 unstable rock masses， seriously threatening to people's life and property. This paper has a discussion on genetic mechanism and failure model of these unstable rock masses and calculates their stability and gives their stability assessment.

unstable rock mass； failure model； stability； Liajiayan

P642.21

A

1006-0995（2015）04-0583-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.024

2015-12-01

王嘉昆（1983-），男，四川乐山人，工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质相关工作