李 穎

(河南潤(rùn)和工程管理有限公司，河南 南陽 473000)

2013年“4·20”蘆山7.0級(jí)大地震給四川人民帶來了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，也引發(fā)了大量崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害[1]。這次強(qiáng)震的發(fā)震斷裂為龍門山斷裂帶，地處松潘—甘孜造山帶與揚(yáng)子地塊的接合部，是青藏高原東部的重要邊界，擠壓運(yùn)動(dòng)始于晚三疊，從侏羅紀(jì)到第四紀(jì)一直在活動(dòng)。龍門山斷裂帶自西向東活動(dòng)性依次增強(qiáng)，包括后山斷裂、中央斷裂、前山斷裂等，其中前山斷裂的南段即大川—天全斷裂段活動(dòng)最強(qiáng)，恰穿過蘆山縣境內(nèi)?！?·20”地震前全縣共存在144處地質(zhì)災(zāi)害，截止至2013年5月31日“4·20”地震和降雨誘發(fā)573處地質(zhì)隱患點(diǎn)[2]。2013年7月9日暴雨后排查新增89處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，共排查核實(shí)662處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，這些隱患嚴(yán)重制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。

后底溝崩塌為“4·20”蘆山地震所產(chǎn)生?！?·20”蘆山地震后，6月20日強(qiáng)降雨造成該處崩塌危巖體大量崩落，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大威脅。

近年來，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)危巖的特征及形成機(jī)理進(jìn)行了研究[4]。Poisel等[5]對(duì)意大利北部阿爾卑斯山進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害研究，得出了危巖體失穩(wěn)模式為滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)、傾倒;曾芮[6]研究了強(qiáng)降雨作用下崩塌的形成機(jī)制;陳洪凱等[7-9]認(rèn)為危巖的形成是由內(nèi)因、外因共同作用的結(jié)果。

該研究以四川后底溝危巖為對(duì)象，對(duì)其危巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)危巖形成的影響因素進(jìn)行分析，利用Rockfall軟件對(duì)危巖的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行模擬，為未來的工程治理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)自然地理?xiàng)l件及地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 研究區(qū)自然地理?xiàng)l件

后底溝危巖位于四川雅安市蘆山縣太平鎮(zhèn)春光村董家溝社，位于縣境西南部，距縣城20.4 km，雙石至大川公路(X073)過境。區(qū)內(nèi)氣候類型屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，總體特點(diǎn)是：溫暖潮濕，氣候溫和，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季分明，雨量充沛，降雨集中，霜稀雪少，無霜期長(zhǎng)。多年平均氣溫15.2 ℃，月均氣溫最高為24.2 ℃(7月)，最低為5.0 ℃(1月)；多年平均降雨量為1 313.1 mm；區(qū)內(nèi)河流均屬于大渡河水系。蘆山境內(nèi)河溪縱橫密布，以蘆山河、寶興河為主的河溪556條，其中流域面積在30 km2以下的549條。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

2 危巖體基本特征及影響因素

后底溝崩塌分布于后底溝左岸，頂部高程1 269 m，下部溝內(nèi)高程1 069 m，相對(duì)高差200 m。受地形影響，崩塌主要發(fā)育在陡傾巖質(zhì)邊坡部位，災(zāi)害點(diǎn)共分為W1危巖區(qū)、W2危巖區(qū)、落石堆積區(qū)三個(gè)區(qū)域，以下分別對(duì)其進(jìn)行詳述如下。

2.1 危巖分布及形態(tài)特征

W1危巖區(qū)：位于勘查區(qū)西側(cè)，頂部高程1 180 m，底部高程1 147 m，整體高差約33 m，平面面積約1 200 m2，整體方量約4 000 m3。W1危巖區(qū)分為兩個(gè)小區(qū)，W1-1危巖區(qū)(見圖1，圖2)，坡度近直立，巖體破碎，危巖區(qū)高約26 m，長(zhǎng)約40 m，厚度約3 m，整體方量約1 600 m3。巖層產(chǎn)狀310°∠50°，危巖主要沿順破卸荷裂隙向下崩落，對(duì)下方居民房構(gòu)成威脅。該危巖區(qū)上主要發(fā)育有兩組結(jié)構(gòu)面：J1：140°∠51°，寬約1 cm～3 cm，間距0.2 m～0.3 m，裂面較平直，無填充。J2:170°∠74°，寬約2 mm～5 mm，間距0.5 m～1.0 m，裂面較平直，無填充。J3:65°∠60°，寬約1 cm～2 cm，間距0.1 m～0.2 m，裂面較平直，無填充。W1-2(如圖3，圖4所示)位于崩塌區(qū)右上方，在4·20蘆產(chǎn)生崩塌落石約150 m3，目前約140 m3停留于坡表。W1上部危巖體，坡度約50°，巖體破碎，危巖區(qū)高約30 m，長(zhǎng)約40 m，厚度約3 m，整體方量約2 250 m3。巖層產(chǎn)狀310°∠50°，危巖主要沿順破卸荷裂隙向下崩落，對(duì)下方居民房構(gòu)成威脅；該危巖體上主要發(fā)育有兩組結(jié)構(gòu)面：J1：140°∠62°，寬約1 cm～3 cm，間距0.2 m～0.3 m，裂面較平直，無填充。J2：170°∠74°，寬約2 mm～5 mm，間距0.5 m～1.0 m，裂面較平直，無填充。J3：70°∠65°，寬約1 cm～2 cm，間距0.1 m～0.2 m，裂面較平直，無填充。

W2危巖區(qū)：位于勘查區(qū)北側(cè)頂部，頂部高程1 269 m，崩塌底部高程1 245 m，相對(duì)高差24 m，平面面積約630 m2，整體方量約3 000 m3。W2危巖區(qū)共有兩個(gè)較大危巖體，W2-1約500 m3，主要以傾倒式破壞形式發(fā)生崩塌(見圖5)，W2危巖區(qū)西側(cè)危巖體，坡度近直立，危巖體較完整，下部基座為薄層砂質(zhì)泥巖，分化強(qiáng)烈，形成有凹巖腔。危巖區(qū)高約24 m，長(zhǎng)約20 m，厚度約5 m，整體方量約2 400 m3。巖層產(chǎn)狀320°∠34°，危巖主要沿順破卸荷裂隙向下崩落，對(duì)下方居民房構(gòu)成威脅;該危巖體上主要發(fā)育有三組結(jié)構(gòu)面(如圖6所示)：J1：155°∠85°，寬約1 cm～2 cm，間距0.2 m～0.3 m，裂面較平直，無填充。J2：180°∠49°，寬約2 mm～5 mm，間距0.5 m～1.0 m，裂面較平直，無填充。J3：215°∠80°，寬約1 cm～3 cm，間距0.1 m～0.2 m，裂面較平直，無填充。W2-2(如圖7所示)約260 m3，可能以墜落式破壞形成崩塌，目前W2-2脫離巖，形成危石，基座砂巖在地震時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生裂縫，發(fā)生崩落的可能性較大，危害較大;W2上部危巖體，危巖單體高13 m，寬5 m，厚4 m，單體方量260 m3，W2-2整體方量約600 m3，目前W2-2已脫離母體，基座基巖在4·20地震時(shí)產(chǎn)生了裂縫，目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，隨時(shí)可能發(fā)生崩落，對(duì)下方居民房構(gòu)成威脅;該危巖體上主要發(fā)育有三組結(jié)構(gòu)面(如圖8所示)：J1：155°∠85°，寬約為1 cm～2 cm，間距0.2 m～0.3 m，裂面較平直，無填充;J2：180°∠49°，寬約2 mm～5 mm，間距0.5 m～1.0 m，裂面較平直，無填充;J3：215°∠80°，寬約為1 cm～3 cm，間距0.1 m～0.2 m，裂面較平直，無填充。

落石堆積區(qū)：主要以滾石為主，具有危險(xiǎn)性的主要為4·20地震崩落滾石，早期崩塌落石已趨于穩(wěn)定，目前勘查區(qū)兩處崩塌危巖下方斜坡約有危石62 m3，停留于斜坡表層，多為植被攔擋停留，穩(wěn)定性較差，再次崩落的可能性較大。

2.2 危巖形成的影響因素

1)地層巖性:形成危巖的陡崖為泥質(zhì)砂巖，巖體破碎，受挽近期區(qū)域地質(zhì)抬升影響，在卸荷作用下，下部基座破碎巖體最先崩落，容易形成凹巖腔，會(huì)發(fā)生崩塌破壞。

2)地質(zhì)構(gòu)造:受蘆山向斜中部西北側(cè)、雙石～大川沖斷層影響，勘查區(qū)節(jié)理裂隙廣泛發(fā)育，區(qū)內(nèi)砂巖主要發(fā)育有四組裂隙，即NNE,NNW,NWW和原生層面裂隙，受地殼抬升，地形深切形成陡崖，受大河、后底溝浸蝕影響，危巖體下部薄層泥巖風(fēng)化剝落形成凹腔，使崩塌危巖體三面臨空，坡向與NNE,NNW裂隙傾向相同，在崖頂邊緣，形成張應(yīng)力集中區(qū)，且因砂泥巖差異性風(fēng)化，下部局部凹巖腔發(fā)育，原構(gòu)造面進(jìn)一步加長(zhǎng)、加深。

3)地形地貌:W1危巖區(qū)陡崖高約33 m，W2危巖區(qū)陡崖高約25 m。W2危巖區(qū)J1結(jié)構(gòu)面為外傾、陡傾結(jié)構(gòu)面，大大加劇了崩塌的發(fā)生。

3 危巖穩(wěn)定性分析

3.1 危巖體穩(wěn)定性定性分析及評(píng)價(jià)

后底溝崩塌為蘆山4·20強(qiáng)烈地震誘發(fā)的新生災(zāi)害體，根據(jù)其特征不同，共分為2個(gè)區(qū)。W1危巖區(qū)：位于勘查區(qū)西側(cè)，頂部高程1 180 m，底部高程1 147 m，整體高差約33 m，平面面積約1 200 m2，整體方量約4 000 m3。受蘆山4·20地震影響，W1危巖區(qū)在6·20暴雨誘發(fā)下，發(fā)生了滑移式崩塌，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)查及勘查，該區(qū)受外傾結(jié)構(gòu)面，主要以滑移式破壞為主，在降雨及地震等不利條件作用下，再次發(fā)生大規(guī)?；剖奖浪目赡苄暂^大。W2危巖區(qū)共有兩個(gè)較大危巖體，W2-1約500 m3，W2-2約260 m3，現(xiàn)狀條件下W2-1穩(wěn)定性稍好，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但由于基巖底部形成有凹巖腔，進(jìn)一步發(fā)展，在不利工況條件下發(fā)生傾倒式破壞的可能性較大；目前W2-2脫離巖，形成危石，基座砂巖在地震時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生裂縫，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生崩落的可能性較大，危害較大。目前崩塌堆積區(qū)整體未見變形破壞現(xiàn)象，坡表危石處于穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，再次發(fā)生滾落的可能性較大。

3.2 危巖體穩(wěn)定性定量分析及評(píng)價(jià)

3.2.1 計(jì)算方法、模型及工況

1)滑移式危巖體計(jì)算方法。

計(jì)算式如上所示，計(jì)算模型如圖9所示。

2)墜落式危巖體計(jì)算方法。

a.對(duì)后緣有陡傾裂隙的懸挑式危巖按下列公式計(jì)算，計(jì)算模型如圖10所示。

b.對(duì)后緣無陡傾裂隙的懸挑式危巖按下列公式計(jì)算，計(jì)算模型如圖11所示。

3)傾倒式危巖體計(jì)算方法。

傾倒式危巖按下式計(jì)算，計(jì)算模型如圖12所示。

3.2.2 計(jì)算工況

計(jì)算工況如下：

1)工況一：自重(勘查期間天然水位)；

2)工況二：自重+暴雨(全飽和，飽和抗剪強(qiáng)度)；

3)工況三：自重+地震(地震加速度值0.15g)。

3.2.3 計(jì)算參數(shù)的選擇

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，按表1的參數(shù)進(jìn)行危巖穩(wěn)定性計(jì)算。

表1 危巖體物理力學(xué)參數(shù)建議值

3.3 穩(wěn)定性分析

根據(jù)計(jì)算，各危巖區(qū)天然工況條件下穩(wěn)定性系數(shù)1.408～2.828，處于穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況條件下W2-1第二裂隙面傾倒式破壞穩(wěn)定性系數(shù)1.471，處于穩(wěn)定狀態(tài)，其余裂隙面穩(wěn)定性系數(shù)1.011～1.064，均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況條件下W2-2危巖體墜落式破壞穩(wěn)定性系數(shù)1.086，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，其余裂隙面穩(wěn)定性系數(shù)1.556～2.725，均處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，4·20地震時(shí)主要為坡體局部小型落石，地震后6月20日暴雨誘發(fā)W1-2危巖區(qū)大規(guī)模崩塌發(fā)生，因此，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況基本吻合。

4 運(yùn)動(dòng)特性分析

Rockfall是在斜坡上隨機(jī)放置一定數(shù)量的落石進(jìn)行模擬和統(tǒng)計(jì)，下面利用該軟件對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了模擬。

4.1 參數(shù)選取及模擬

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，“4·20”地震時(shí)崩塌落石最遠(yuǎn)距離達(dá)到公路位置，室內(nèi)選取最大粒徑3 m3、初速度為0的落石進(jìn)行崩落計(jì)算，上部斜坡主要為植被覆蓋林地，下部為無植被覆蓋層；圖13為危巖落石軌跡；圖14是落石彈跳高度曲線；圖15為落石能量曲線；圖16為落石平移速度曲線。

4.2 結(jié)果分析

根據(jù)后底溝崩塌特征，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查“4·20”地震時(shí)落石運(yùn)動(dòng)距離類比，采用Rockfall軟件分析計(jì)算，危巖體最遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)距離為130 m，280 m，與實(shí)際吻合,其中部分受樹林?jǐn)r擋，落距5 m～140 m。

由圖可知，危巖帶W2-1的落石在水平距離約45 m處彈跳高度最大，約為21 m；危巖帶W2-2的落石在水平距離約60 m處彈跳高度最大，約為30 m；由落石總能量曲線和平移速度曲線可知，二者在某一點(diǎn)同時(shí)達(dá)到峰值，危巖帶W1-1的落石在60 m處總能量、平移速度最大，總能量約1 100 kJ，平移速度約24 m/s;危巖帶W1-2的落石在95 m處總能量、平移速度最大，總能量約670 kJ，平移速度約為23 m/s;危巖帶W2-1的落石在70 m處總能量、平移速度最大，總能量約為2 900 kJ，平移速度約為31 m/s；危巖帶W2-2的落石在95 m處總能量、平移速度最大，總能量約為3 600 kJ，平移速度約為38 m/s。

4.3 防治對(duì)策

后底溝崩塌共分為2個(gè)區(qū)，4個(gè)亞區(qū)，根據(jù)崩塌危巖體特征、破壞模式及破壞危害的對(duì)象，遵循安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的原則，主要考慮以下兩種治理方案：

方案一：W1危巖區(qū)，采取張掛主動(dòng)網(wǎng)治理，錨桿長(zhǎng)為4.5 m，網(wǎng)格4 m×4 m。W2-1目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，采取嵌補(bǔ)凹巖腔進(jìn)行治理；W2-2危巖單體較大，危險(xiǎn)性大，采取4孔錨索錨桿，錨索間用鋼絞線連接，固定危巖。坡面危石局部進(jìn)行人工清危處理，W2危巖區(qū)下方樹林外、耕地上部設(shè)置一道被動(dòng)網(wǎng)，防止坡面零星危石的威脅。

方案二：W1危巖區(qū)，在危巖區(qū)下方，清除坡表零星坡面危石，設(shè)置一道被動(dòng)攔石網(wǎng)。W2-1危巖區(qū)采取錨索錨固；W2-2危巖單體較大，危險(xiǎn)性大，采取4孔錨索錨桿，錨索間用鋼絞線連接，固定危巖。在W2危巖區(qū)下方，公路外側(cè)居民房后設(shè)置一道攔石墻。

通過施工技術(shù)、施工難度、經(jīng)濟(jì)合理性及安全可靠性等多方面比較，擇優(yōu)推薦方案一進(jìn)行綜合治理。

5 結(jié)論

1)后底溝崩塌災(zāi)害點(diǎn)共分為W1危巖區(qū)、W2危巖區(qū)、落石堆積區(qū)三個(gè)區(qū)域。2)危巖的形成受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等因素的影響，因此過去崩塌災(zāi)害發(fā)生較多。3)各危巖區(qū)自然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)；在地震條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨條件下可能存在大規(guī)模崩塌發(fā)生。4)利用Rockfall對(duì)落石的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了模擬,可以為工程設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)意義，最終為后底溝的崩塌預(yù)防提供了防治對(duì)策。