呂錦雄 劉歲海 郭曉宏

康定縣爐城鎮(zhèn)郭達(dá)后山危巖體發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析

呂錦雄 劉歲海 郭曉宏

(西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 四川綿陽 621010)

通過工程測量、工程地質(zhì)測繪、室內(nèi)試驗等綜合手段，查明了康定縣爐城鎮(zhèn)郭達(dá)后山危巖體的規(guī)模大小、基本特征、力學(xué)性質(zhì)、破壞方式以及影響因素。通過對危巖體的穩(wěn)定性計算，表明危巖體在暴雨和地震工況下都處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)危巖體的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，結(jié)合危巖體所在地的自然條件和經(jīng)濟(jì)狀況提出了危巖體的治理方案。

危巖體 工程地質(zhì) 穩(wěn)定性 治理方案

危巖體是由多組結(jié)構(gòu)面組合而形成的，在地表風(fēng)化作用、卸荷作用、重力、地震、降雨等誘發(fā)因素作用下處于不穩(wěn)定、欠穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)的巖體［1］。危巖的形成、失穩(wěn)與運動屬于邊坡地貌動力過程演化的一種重要形式，其破壞失穩(wěn)具有突發(fā)性、致災(zāi)具有毀滅性的特點［2］。

郭達(dá)后山危巖體位于研究區(qū)北側(cè)上部陡坡地段，近年來發(fā)生了多次崩塌、掉塊。2007年4月、2009年5月和2012年6月發(fā)生了不同程度的崩塌，危巖下部的樓房及菜市場都遭到了一定程度的破壞。陡坡上的崩塌物及危巖體穩(wěn)定性很差，在風(fēng)化、震動、雨水等作用下易產(chǎn)生崩塌及滾落，直接威脅到下部10余家單位的生命財產(chǎn)安全。為了盡快消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，確保危巖體以下各單位、郭達(dá)街及過往車輛、行人的安全，研究該危巖體變形破壞特征及發(fā)展趨勢，對其穩(wěn)定性進(jìn)行評價，并提出相應(yīng)治理方案，對該區(qū)災(zāi)害防治具有重要指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)工程地質(zhì)概況

研究區(qū)位于康定縣爐城鎮(zhèn)境內(nèi)，折多河左岸郭達(dá)橋至向陽橋之間的斜坡地帶，長約700 m，相對高差約400 m，呈東西向展布，地貌上屬于高山峽谷地貌。坡體植被不發(fā)育，基巖裸露，危巖體主要發(fā)育于斜坡中上部，坡度一般為47°～62°，分布高程2 764～2 837 m(詳見圖1)。

如圖1所示，危巖體及其上部為震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)大理巖，厚層－塊狀構(gòu)造，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，表面多呈灰黑色，新鮮斷面則為乳白色，具有油脂光澤，局部表面見鈣華現(xiàn)象。地層產(chǎn)狀為 258°～268°∠41°～65°。研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，其主要特征是北西向的構(gòu)造斷裂帶挽近期活動十分明顯，地震活動比較強烈，是一個活動性的構(gòu)造體系。受構(gòu)造作用的影響，研究區(qū)內(nèi)巖體較破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育，主要發(fā)育的兩組構(gòu)造裂隙產(chǎn)狀為:155°～171°∠47°～71°，266°～273°∠73°～76°，多閉合，局部張開約2～10 cm，裂隙面起伏粗糙，表面多有鈣華現(xiàn)象，泥質(zhì)、巖屑充填。

圖1 郭達(dá)后山危巖全貌Fig.1 Overall perspective of dangerous rock mass of Guoda Mountain

研究區(qū)屬青藏高原亞濕潤氣候區(qū)，具高原氣候特征，氣候干燥，日照充分、晝夜溫差大，常年無夏、冰雪期長。根據(jù)從氣象站獲取的資料，年平均氣溫7.1℃，月平均最高氣溫15.7℃，月平均最低溫度－14.7℃。年均降水量803.8 mm，多集中5－9月，占全年的60%～85%，多暴雨和連綿雨，最大日降雨量達(dá)65.9 mm，最長連綿雨長達(dá)58 d，雨量達(dá)542.9 mm。而在坡頂處及局部危巖體頂上卸荷裂隙分布不連續(xù)，在強降雨或長期降雨作用下，雨水滲入到裂隙中，巖體的力學(xué)強度下降，從而導(dǎo)致危巖體產(chǎn)生崩塌。

由于房屋建筑修建距離坡腳較近，危巖發(fā)生崩塌時對其影響較大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近年來發(fā)生多次崩塌、掉快，均對下部房屋建筑造成了不同程度的影響。318國道和郭達(dá)街位于研究區(qū)南側(cè)，危巖體的存在對過往車輛和行人的安全形成了巨大威脅。

2 危巖體基本特征

危巖體位于研究區(qū)北側(cè)陡坡上部，分布高程2 764～2 837 m，坡度66°，平面面積555.4 m2，體積1 500 m3。主要由震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)大理巖組成，呈厚層－塊狀構(gòu)造，表面呈灰黑色，新鮮斷面為乳白色，表面有鈣華現(xiàn)象，巖層產(chǎn)狀258°∠65°，危巖體下部的軟弱夾層以泥夾巖屑為主，在雨水入滲作用下軟弱夾層發(fā)生軟化，使得巖體的強度和完整性都大大降低，從而使上部巖體失穩(wěn)。危巖體主要受產(chǎn)狀160°∠47°及產(chǎn)狀266°∠76°兩組裂隙和層面切割，下部由于崩塌的不斷發(fā)生已形成巖腔，致使上部巖體孤懸而形成危巖，由于坡腳處小塊體的不斷崩落，使得上部危巖體的重心不斷外移，最終上部危巖體失穩(wěn)而發(fā)生崩塌(見圖2)。

圖2 危巖體局部照片和赤平投影圖Fig.2 Picture and stereogram of dangerous rock mass

研究區(qū)內(nèi)相對高差大、溫差大，寒凍作用強烈，巖體易破碎，危巖體基本都呈裸露狀，風(fēng)化作用十分強烈，風(fēng)化帶厚約1.0～2.0 m，風(fēng)化帶內(nèi)巖體多呈碎裂－鑲嵌碎裂狀，同時由于康定縣受廣泛發(fā)育的NW向及SN向斷裂帶的影響，境內(nèi)褶皺斷裂等地質(zhì)構(gòu)造極為發(fā)育?？刀h地震活動頻繁，地震基本烈度達(dá)Ⅷ度。受地質(zhì)構(gòu)造作用的影響，巖體的節(jié)理、裂隙十分發(fā)育，裂隙張開寬度約4～12 cm，張開面新鮮，部分為巖屑充填，少量為泥質(zhì)充填，在強降雨或持續(xù)降雨的作用下，雨水滲入到節(jié)理、裂隙中，使巖體的強度大大降低，從而使巖體失穩(wěn)而發(fā)生崩塌。由于崩塌的不斷發(fā)生，大量危石殘存于地表，危石一般粒徑為20 cm，在降雨或地震等外力作用下，易發(fā)生向坡底崩落。在裸露崩壁進(jìn)一步風(fēng)化、裂隙進(jìn)一步發(fā)育作用下，將會不斷有小塊體危巖體形成，這些危石的存在，也為崩塌提供了大量的物源。

由于斜坡坡度陡，表面覆蓋物少，在重力作用下易向臨空方向發(fā)生崩塌、掉塊，其穩(wěn)定性較差，時常有小型崩塌、掉塊發(fā)生。危巖體下部大理巖以乳白色為主，為新鮮斷面，說明近期內(nèi)崩塌、掉塊仍十分活躍，發(fā)生頻率較高。2009年5月在該危巖曾發(fā)生崩塌，落石崩至下部樓房屋頂，所幸落石粒徑較小，未造成破壞;2012年6月，崩塌發(fā)生后造成坡腳被動防護(hù)網(wǎng)部分損毀，未造成人員傷亡，現(xiàn)已經(jīng)修復(fù)。危巖體下部為東關(guān)菜市場和縣國土局宿舍樓等單位，人流量大，其潛在威脅很大。

3 危巖體的破壞方式及影響因素

3.1 破壞方式

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，研究區(qū)受斷裂構(gòu)造影響，構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體多呈塊狀－碎裂狀結(jié)構(gòu)，局部呈鑲嵌碎裂狀。危巖后緣裂隙發(fā)育，延伸性及貫通性較好，同時由于危巖發(fā)育區(qū)表現(xiàn)為陡坡地貌，坡度較大，在長期應(yīng)力釋放、重力及地震等綜合因素作用下，巖體向臨空方向卸荷明顯，使坡體內(nèi)走向與陡坡延伸方向一致的節(jié)理裂隙多松弛張開，時常發(fā)生小型崩塌、掉塊。隨著崩塌、掉塊的不斷發(fā)生，局部巖體下部形成小型巖腔，巖體重心逐漸外傾，在地震、重力和降雨作用下向坡外發(fā)生轉(zhuǎn)動傾倒崩落［3］。

3.2 影響因素

影響危巖體穩(wěn)定性因素眾多［4－5］，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合郭達(dá)后山危巖體的性狀特征與變形特點，研究區(qū)內(nèi)危巖體形成的主要影響因素如下:

(1)地形條件:地形地貌是影響危巖體發(fā)育的決定因素之一，適宜的坡度和較大的高差是產(chǎn)生危巖體甚至崩塌的基本地形條件。研究區(qū)危巖體處于陡坡的中上部，坡度一般為47°～62°，相對高差較大。陡坡外側(cè)臨空、危巖下部已經(jīng)形成巖腔，為崩塌的形成提供了必要的地形條件。

(2)地層巖性:地層巖性是形成危巖的重要內(nèi)在因素之一。危巖體上部為震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)大理巖，下部有軟弱夾層，這種軟硬相間的巖層組合易在危巖體下部形成巖腔，隨著巖腔的擴(kuò)大，危巖體重心不斷外移而產(chǎn)生崩塌。

(3)巖體結(jié)構(gòu):巖體結(jié)構(gòu)是形成危巖的重要內(nèi)在因素之一。危巖體構(gòu)造裂隙十分發(fā)育，大量的節(jié)理、裂隙大大降低了巖體的強度以及完整性，節(jié)理、裂隙的發(fā)育也為雨水的入滲提供了有利條件。

(4)水的作用:水是危巖體崩塌的主要誘發(fā)因素之一，研究區(qū)雨量充沛，受季節(jié)性影響，降雨過程集中，多暴雨和連綿雨。在暴雨或持續(xù)的降雨作用下，雨水沿節(jié)理、裂隙入滲進(jìn)入到巖體內(nèi)部，增加了巖體的重量，靜、動水壓力的增加進(jìn)一步加速坡體蠕動變形的發(fā)展。隨著雨水的沖刷和入滲，使得巖體裂隙不斷擴(kuò)張，降低了巖體的完整性，從而使巖體失穩(wěn)而產(chǎn)生崩塌。雪融水也影響著研究區(qū)危巖體的穩(wěn)定性，雪融水滲入節(jié)理、裂隙降低了巖體的強度，隨著節(jié)理、裂隙的不斷擴(kuò)大，危巖體的穩(wěn)定性也急劇下降。

(5)地震作用:研究區(qū)地震活動頻繁，地震基本烈度達(dá)Ⅷ度。地震作用對巖體產(chǎn)生水平振動力，使地震帶附近巖土體結(jié)構(gòu)遭到破壞。地震的發(fā)生通常還會產(chǎn)生許多拉裂縫，使巖體的穩(wěn)定性進(jìn)一步降低。

4 危巖體的穩(wěn)定性分析

4.1 計算方法選取

對危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，是在充分搜集其現(xiàn)場和歷史資料條件下，結(jié)合其定性分析，并針對傾倒式破壞模式而采用的計算模型和方法。

(1)計算工況選取。由于危巖體的破壞模式為傾倒式，危巖活動的主要影響因素是大暴雨，該地區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度區(qū)，考慮地震對危巖的影響，選取兩種工況對危巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。工況1:自重+裂隙水壓力(暴雨狀態(tài))和工況2:自重+地震力。

(2)計算參數(shù)選取。本次研究主要是對危巖體有關(guān)特征進(jìn)行詳查，由于研究區(qū)內(nèi)無條件進(jìn)行現(xiàn)場試驗，未對巖體進(jìn)行現(xiàn)場物理力學(xué)測試。危巖體的穩(wěn)定性計算參數(shù)選取是在室內(nèi)試驗資料的基礎(chǔ)上參考已有工程的取值經(jīng)驗，并根據(jù)該危巖體的地質(zhì)特征和環(huán)境因素綜合確定，主要計算參數(shù)見表1［2］。

表1 巖石力學(xué)參數(shù)取值Table 1 Mechanical parameter choice of rock mass

(3)評價標(biāo)準(zhǔn)。在野外定性判別的基礎(chǔ)上，對危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性計算。針對不同變形破壞模式的危巖體，危巖體的量化標(biāo)準(zhǔn)是有差別的。表2是參照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218－2006)［6］制定的判別依據(jù)。

表2 危巖穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Estimation standard of stability of dangerous rock mass

4.2 穩(wěn)定性計算

4.2.1 計算模型

通過調(diào)查分析，危巖破壞由后緣巖體抗拉強度控制，危巖體重心在傾覆點之外。在穩(wěn)定性計算時，綜合考慮危巖穩(wěn)定的最有利情況，將巖塊按各自結(jié)構(gòu)體特征沿長度方向選取若干截面進(jìn)行計算，同時在考慮裂隙水壓力V時，設(shè)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［7］。計算模型如圖3所示。

圖3 后緣巖體抗拉強度控制Fig.3 Strength of extension control of trailing edge rock mass

4.2.2 計算公式

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);h0為危巖體重心到傾覆點的垂直距離(m);flk為危巖體抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)，根據(jù)巖石抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值乘以0.4的折減系數(shù)確定;θ為危巖體與基座接觸面傾角(°)，外傾時取正值，內(nèi)傾時取負(fù)值;β為后緣裂隙傾角(°);V為裂隙水壓力(kN/m)，V=取10 kN/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(shù)Ⅷ級烈度地區(qū)ξe取0.2;K為危巖穩(wěn)定性系數(shù);W為危巖體自重(kN/m3)。

通過對危巖體的測量分析，取 β=47°，θ=－6.4°，a=3.09 m，b=2.7 m，h0=3.9 m，結(jié)合表1中相關(guān)參數(shù)的取值，代入公式(1)，計算結(jié)果見表3。

表3 傾倒式崩塌破壞塊體穩(wěn)定性計算結(jié)果表Table 3 Stability calculation result of toppling unstable rock collapse failure mass

5 治理方案建議

由以上危巖體穩(wěn)定性分析計算結(jié)果可知，研究區(qū)內(nèi)危巖體在暴雨或地震條件下穩(wěn)定性較差。由于危巖體處于斜坡上部，相對高差較大，而且斜坡坡度較陡，無法采取清除危巖體的措施，所以根據(jù)危巖體實際情況以及主要的破壞形式，再結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，提出如下治理方案建議:(1)在坡腳倒石堆底部修建被動防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防治，防止危巖體發(fā)生崩落而威脅到坡腳多家單位及過往車輛、行人的生命財產(chǎn)安全。(2)在陡坡上部修建排水溝和截水溝，防治雨水滲入裂隙從而加快危巖體的破壞速度。(3)對底部發(fā)育的凹巖腔用水泥漿進(jìn)行填補或者設(shè)置支撐，以保證危巖體的穩(wěn)定性。(4)在已經(jīng)修建一級被動防護(hù)網(wǎng)的倒石堆中部，進(jìn)一步監(jiān)測預(yù)警。

6 結(jié)論

(1)郭達(dá)后山危巖位于康定縣爐城鎮(zhèn)境內(nèi)，折多河左岸郭達(dá)橋至向陽橋之間的斜坡地帶。東起康定縣國土資源局宿舍樓上部山脊，西至郭達(dá)橋上部山脊，長為400 m。后緣至斜坡第一分水嶺，分布高程約2 764～2 884 m;前緣至東關(guān)菜市場，高程約2 484～2 488 m;相對高差約400 m。

(2)危巖體的估算方量約為1 500 m3，穩(wěn)定性較差，近年曾發(fā)生過多次崩塌、掉塊。在暴雨、暴曬及地震條件下，易發(fā)生小規(guī)模崩塌、掉快，對下部多家單位、郭達(dá)街及過往車輛和行人造成危害。

(3)郭達(dá)后山危巖的災(zāi)害主要為崩塌，其破壞模式為傾倒式。影響危巖穩(wěn)定性的主要因素是地形條件、地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)以及降雨和雪融水的作用。

(4)根據(jù)研究區(qū)危巖現(xiàn)狀穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢，提出了治理方案建議。

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Development Characteristics and Stability Analysis of Dangerous Rock Mass of Guoda Mountain in Lucheng Town，Kangding County

LV Jin－xiong，LIU Sui－h(huán)ai，GUO Xiao－h(huán)ong

(School of Environmental Engineering and Resources，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，Sichuan，China)

The size，basic characteristics，mechanical properties，failure mode and influence factors of dangerous rock mass of Guoda Mountain in Lucheng Town，Kangding County were identified through some comprehensive means such as engineering survey，engineering geological mapping，indoor test and so on.Through the stability calculation of the dangerous rock mass，it is indicated that the dangerous rock mass is not stable in heavy rain and earthquake conditions.According to the current situation and development trend natural and economic condition countermeasures and suggestions were put forward.

Dangerous rock mass;Engineering geology;Stability;Countermeasures

P642

A

1671－8755(2015)03－0035－05

2015－03－19

呂錦雄，男，碩士研究生，研究方向為巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害。E－mail:331903585@qq.com