余会明，安海堂，张卫强

(1.新疆地矿局第一水文工程地质大队，乌鲁木齐　830039 ;2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉　430010;3.中国矿业大学资源与地球科学学院，徐州　221008)



崩塌危岩体稳定性定量评价及防治对策

余会明1，安海堂2，张卫强3

(1.新疆地矿局第一水文工程地质大队，乌鲁木齐830039 ;2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉430010;3.中国矿业大学资源与地球科学学院，徐州221008)

对迪那某桥梁旁的危岩体进行勘查，在分析其地质环境条件下查明了该处危岩体的发育分布特征、裂隙发育特征和其形成的主导因素和诱发因素，在现场勘查和室内试验取得的岩体物理力学参数的基础上对其在天然状态、暴雨状态和地震状态下以及不同位置后缘裂隙进行了数值模拟计算，定量地对该危岩体进行了稳定性评价。结果显示：在目前状态下距陡崖面35 m范围内处于欠稳定状态，距陡崖面42 m处为基本稳定状态，在暴雨工况及地震工况下，距陡崖面35 m范围内处于不稳定-欠稳定状态，距陡崖面42.0 m处为基本稳定-不稳定状态。并根据研究结果对该危岩体提出了预应力锚索加固和削坡加载、加桩抗滑的防治对策。

危岩体；稳定性；暴雨；地震；防治

1　前言

崩塌危岩体是指高陡斜坡上被多组结构面切割，在风化、地震、重力、渗透压力等作用下与母体逐渐分离，且稳定性较差的岩体。高陡坡或陡崖上崩塌危岩体是我们山区常见的地质灾害类型之一，也是对公路、桥梁、水电站等多种工程建设有较大危害的地质灾害之一，每年都会造成人员伤亡和巨大的经济损失，特别是西部大开发进程的加快，使得山区地质灾害问题日益严重，其中崩塌危岩体也成为了地质灾害研究的一个难点和热点。

到目前为止，国内外许多专家学者也对危岩体方面开展大量的研究工作，特别是较大规模的危岩体，如乐琪浪等人采用全站仪、裂缝位移、GPS等方法对三峡库区望霞危岩体的变形破坏过程进行了综合监测，发现危岩体的变形具有渐变和突变两种类型；胡显明和晏鄂川等人通过赤平投影法对巫溪南门湾危岩体进行了稳定性分区研究；石崇等人对地震作用下陡岩崩塌颗粒进行了离散元数值模拟研究，结果表明：边坡是否稳定可以通过颗粒运动轨迹来判断，地震作用下顺坡陡倾角是影响陡崖面稳定性的控制性结构面。而对小危岩体的失稳破坏模式、机制、稳定性计算及防治工作的研究还相对较薄弱。

本文以迪那某桥梁工程旁的危岩体(BT1)为研究背景，在分析其地质环境的基础上得到其失稳破坏模式，并针对危岩体在不同位置的裂隙进行了稳定性定量研究，得到其在天然状态、暴雨和地震等工况下的稳定性结果，最后提出了防治对策，旨在为同类工程的设计、施工和研究提供参考。

2　崩塌危岩体工程地质条件

BT1整体长约32 m，宽约50 m，平均厚度约35 m，整体约5×104m3，与沟谷河床地面高差85 m，坡向65°、坡度88°。岩体呈块裂状，被多组裂隙切割，为岩质崩塌危岩体，基座基岩裸露，产状8°∠8°，无植被。危岩体为道路施工进行山体开挖穿越形成，整体形态呈“U”型，中间为开挖道路槽台，两侧为人工开挖斜坡。南侧斜坡相对现有道路高差约23 m，坡度在40°～50°之间，坡长约30 m；北侧斜坡相对道路高差约14 m，坡长14 m，坡度在50°～55°之间；两侧斜坡均顺公路向西地势降低。谷底未见堆积物，可能被季节性洪水带走或被施工人员清理掉。图1为该崩塌危岩体概貌。

图1　BT1危岩体概貌

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)中关于崩塌地质灾害规模的划分标准，如表1所示，BT1危岩体为中型。

表1　崩塌地质灾害规模划分标准

3　成因机制及影响因素分析

现场勘查发现，危岩体主要受两组裂隙控制，一组与临空面斜交，走向为北北西-南南东向，倾向为北东东，倾角在65°～70°之间；第二组近似垂直于临空面，走向为南西西-北东东向，倾向北北西，倾角在70°～90°之间。在两组裂隙共同作用下，危岩体被切割成独立的块体、柱状体，在后缘卸荷条件下，危岩体沿软弱结构面或破碎带处滑移失稳。因此从崩塌危岩体的破坏方式来看，BT1危岩体为滑移危岩体，即在自然或人为因素作用下遭到失稳或破坏，离开母体沿软弱结构面向下滑移，从陡崖处崩塌滑落于下方斜坡。从图2可以看出，BT1危岩体属于后缘裂隙作用下沿危岩体中破碎带处发生滑移式破坏。

图2BT1滑移式崩塌危岩体

该危岩体形成的主导因素主要为：①地形地貌。BT1危岩体主要发育在某桥梁桥台陡崖处及其上部，陡崖地形不仅为BT1提供了基本条件，还促进了卸荷裂隙的发育，而且陡崖的势能加大了危岩崩塌的破坏力。②地层岩性。BT1所在位置地层岩性为第三系上新统泥岩夹灰褐色砂岩薄层或透镜体，泥岩呈泥状结构，具有水平层理构造，中厚层层状构造，岩层产状为8°～20°∠10°～15°，岩层倾向坡外，倾角小于坡脚，在外力作用下可发育成为崩塌危岩体的滑移面；泥岩属软岩，风化强烈，通过钻孔揭露，岩体内部存在破碎带，破碎带在沟谷陡崖面局部出露，从而导致危岩体将可能自破碎带出露处剪出破坏。③地质构造。BT1崩塌危岩体卸荷裂隙发育较多，如图3所示。现场资料显示从陡崖面向西80 m范围内岩体破碎，裂隙发育较多。其中0～15 m范围内，裂隙密集，主要受倾向北东东、北北东，倾角小于坡脚或近直立的两组裂隙控制，裂隙呈“X”型，裂隙宽多在3～10 cm之间，最宽可达13～30 cm，无充填物或充填物位于人工开挖边坡形成的泥岩碎屑、碎块等，15 m处裂隙产状为68°∠73°；15～22 m范围内，裂隙较为密集，其中裂隙缝宽在10 cm以上的有两组，分别倾向北东东、南西西，裂隙近直立，22 m处2条裂隙产状为25°∠76°、75°∠83°；22～42 m范围内，发育多条明显裂隙，其中35 m处2条裂隙为产状80°∠88°、65°∠72°，42 m处裂隙产状为78°∠65°～66°。裂隙均张开，缝宽为15～20 cm，上部充填泥岩碎屑、碎块；42～80 m范围内据物探高密度电法测深结果，仍有破碎带发育，厚度30 m左右。其中危岩体后缘发育的裂隙主要为卸荷裂隙，卸荷裂隙产状为倾向34°～78°，倾向陡崖面外，倾角65°～88°，其中主导卸荷裂隙发育较多，且裂隙发育规模较大，均将会引起BT1危岩体产生滑移式破坏，次级卸荷裂隙倾向与主导裂隙相同，倾角近乎直立，仅对危岩体岩体起到破坏作用。BT1崩塌危岩体在条件适宜时将在距陡崖面35.0 m处发育的卸荷裂隙和陡崖上两条近于平行的构造裂隙(产状340°～350°∠60°～75°)共同作用下发生滑移式破坏。滑移方向为30°左右。同时，风化、降雨、地震及人类工程活动等诱发因素促进了BT1危岩体的发育。

4　稳定性定量评价

根据野外与室内试验取得的岩体物理力学指标选取物理力学参数(表2)，通过数值模拟对不同工况条件下(天然状态、降雨和地震)的稳定性进行计算，定量预测危岩体的稳定性(表3,图4)。

从表3可知，根据BT1危岩体在不同位置发育的4条后缘裂隙进行数值模拟计算结果可以看出，在距陡崖面35.0 m以内的危岩体均处于欠稳定状态，在暴雨工况下均呈欠稳定，在地震作用下则转变为不稳定状态，距陡崖面42.0 m处，天然状态下处于基本稳定状态，暴雨条件下处于基本稳定状态，地震条件下则为不稳定状态。

表2　岩石物理力学参数的选取

图3　BT1剖面图

5　防治建议

通过BT1危岩体所处的地质环境条件和稳定性评价结果，针对BT1危岩体的防治工作提出两点建议，即预应力锚索加固和削坡加载、加桩抗滑。

由于危岩体旁边有桥梁工程施工，需考虑该工程的安全性，因此要适当降低桥台高度，桥台基桩深度增大，如基桩孔底有破碎层须进行压力混凝土灌浆封闭和加固处理，适当延长预应力锚索的长度。对陡崖面采用预应力锚索加固，以保证边坡的稳定性，坡顶进行清方处理，强风化层采取预应力锚索框架加以固定，锚孔向下倾斜15°，与破坏面正交。锚索内锚固段须深入稳定岩体，陡立斜坡面和新开挖形成的斜坡采用锚网喷护措施护坡。对削方后新形成的边坡逐级降低，将桥梁的桥台改为桥墩，并增加新的基桩作为抗滑桩，以下方较稳定的岩体作为持力层，可以起到抗滑和加固基底破碎岩体的作用。

危岩编号工况容重/kN·m-3岩体粘聚力/kPa岩体内摩擦角/°滑面倾角/°稳定系数稳定性评价距陡崖面15m现状工况19.50.0432.5428.51.18欠稳定地震工况19.50.0432.5428.50.77不稳定暴雨工况22.30.00231.8128.51.14欠稳定距陡崖面22m现状工况19.50.0432.5428.51.18欠稳定地震工况19.50.0432.5428.50.77不稳定暴雨工况22.30.00231.8128.51.14欠稳定距陡崖面30m现状工况19.50.0432.5428.51.18欠稳定地震工况19.50.0432.5428.50.77不稳定暴雨工况22.30.00231.8128.51.14欠稳定距陡崖面35m现状工况19.50.0432.5428.51.18欠稳定地震工况19.50.0432.5428.50.77不稳定暴雨工况22.30.00231.8128.51.14欠稳定距陡崖面42m现状工况19.50.0438381.18基本稳定地震工况19.50.0438380.77不稳定暴雨工况22.30.00238381.14基本稳定

为防止雨水沿顶部裂隙渗入裂隙强发育带而加剧其发展，对顶部裂隙及削方开挖平台须进行封闭处理，同时在周围布置排水沟，以确保排水通畅。

6　结论

(1) 根据BT1危岩体的地质环境和形态特征，分析了其成因机制和主要影响因素，得到其主要成因为后缘卸荷裂隙，灾害诱导因素主要为地形地貌、地层岩性和地质构造，而降雨、地震、人类工程活动为主要诱发因素，其破坏模式则为滑移式崩塌。

(2) 通过对BT1危岩体在不同工况下、不同位置裂隙发育情况的定量数值模拟计算，得到在目前状态下距陡崖面35 m范围内处于欠稳定状态，距陡崖面42 m处于基本稳定状态；在暴雨工况及地震工况下，距陡崖面35 m范围内处于不稳定-欠稳定状态，距陡崖面42.0 m处处于基本稳定-不稳定状态。

(3) 针对调查结果对该危岩体进行削坡加载，强风化区进行预应力锚索加固，削方部位进行加抗滑桩的方法进行防治。

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THE QUANTITATIVE EVALUATION AND COUNTERMEASURES OF THE STABILITY OF ROCKFALL

YU Hui-ming1, AN Hai-tang2, ZHANG Wei-qiang3

(1.The First Hydrological Brigade of Xinjiang Mine Bureau, Xinjiang , Urumchi830039,China; 2.Central and Southern China Municipal Engineering Design Research Institute Co.,Ltd,. Hubei, Wuhan430010,China; 3.China University of Mining and Technology, School of Resources and Geoscience,Jiangsu,Xuzhou221008,China)

An investigation which found out the development and distribution characteristics, the characteristics of fracture development and the leading factors and inducing factors of the dangerous rock mass based on the analysis of geological conditions was conducted on dangerous rock body near the bridge in Dina. Based on the physical and mechanical parameters of rock mass obtained in the field investigation and laboratory test, an numerical simulation was completed under natural conditions, storm conditions and earthquake status, fracture of posterior border in different positions, and we evaluate the stability of the dangerous rock mass. The results show that: the dangerous rock mass is nearly stable state in the range of 35 m under current state, and basically stable state in the range of 42 m; the dangerous rock mass is unstable-nearly stable state in the range of 35 m under current state under storm conditions and earthquake state, and basically-unstable stable state in the range of 42m. According to the results of the study, the prevention and control measures of prestressed anchor reinforcement, cutting load and adding pile anti slide were put forward.

dangerous rock mass; stability; storm; earthquake; prevention

1006-4362(2016)03-0035-06

2016-04-12改回日期：2016-05-19

国家自然科学基金项目(41102201)资助

P642.21;TU457

A

余会明(1982-)，男，工程师，2007年毕业于石家庄经济学院岩土工程专业，目前主要从事水文地质、工程地质、环境地质相关研究工作。E-mail：yuhm1192@126.com