江油市武都镇团山老鹰石危岩稳定性分析评价

刘会平，李 帅，郭建新

(1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，河南 许昌 461000;2.华北水利水电大学，河南 郑州 450045)

老鹰石危岩位于江油市武都镇团山村.2008 年5 月12 日四川省汶川县发生里氏8.0 级强烈地震，江油市武都镇团山村7 社居民集居点北部老鹰石山顶岩体大量崩塌，崩积的巨大岩块滚落在村民房屋附近，形成了一系列危岩体，平时暴雨及雨后不断有块石落下，严重地威胁了当地居民的生命和财产安全.为了减轻灾害和保护人民生命财产安全，四川省国土资源厅立项对老鹰石危岩进行治理.笔者主要探讨老鹰石危岩发育分布特征、形成机制及稳定性影响因素，据此提出行之有效的防治措施.

1 老鹰石危岩特征

老鹰石危岩位于武都镇团山村7、8 组北部的山顶陡崖带，由泥盆系中统观雾山组(D2gw)厚层状白云质灰岩组成，与山体走向一致，呈带状分布，形成高峻险的直立陡壁，当地俗称“白岩”，延展长240 m，勘查区可分为3 个危岩带，其特征如下.

1)1 号危岩带.位于勘查区的西端，顺坡长50 m，陡崖高58 m，山顶标高929 m，立面呈棱台状，平面近似方形，上小下大.岩体发生严重错断，裂隙发育，原有岩块产生强烈位移，块体支离破碎、纵横交错、相互叠加.主控结构面主要有2 组:204°∠70°与220°∠60°，平面贯通长度20～22 m，竖直方向上贯穿整个岩体，裂开宽度10～30 cm［1］.在坡体上分布有5 处危岩体，总体积4 593 m3，灾害规模属于中型.破坏方式为倾倒式、坠落式.

2)2 号危岩带.位于勘查区中部，与1 号危岩带东有一构造裂隙相隔，该危岩带顺坡长57 m，高60 m，山顶标高933 m.近似NE 向裂隙较发育，在2号危岩带的东部发育有一组主控结构面:130°∠85°，与山体近于平行，裂隙带上口宽度10～12 m，“V”字形展布，延展长度10 m 以上，形成一小危岩带.现坡体上分布有5 处危岩体，总体积696 m3，灾害规模属于小型.破坏方式为倾倒式、坠落式.

3)3 号危岩带.位于勘查区东部，与2 号危岩带间有一宽展构造裂隙相隔.该危岩带顺坡长120 m，陡崖高80 m，山顶标高943 m.NW—SE 向的一组裂隙最为发育，多为延展不长、贯通深度不大的裂隙，且溶蚀裂隙及层面裂隙发育.在坡体上有9 处危岩体，总体积1 209 m3.破坏方式主要为坠落式.

2 危岩形成机制及稳定性影响因素

2.1 形成机制

老鹰石危岩位于剥蚀—侵蚀中山地貌，江油逆断层的北盘，属上升盘.由于新构造运动地壳不断抬升，在陡崖形成过程中，临空面附近应力集中，岩体被拉裂，形成与坡面近于平行的拉裂面，岩体向临空方向回弹，使原有结构松弛，陡倾角裂隙进一步加大，形成卸荷裂隙带.岩体中发育有一组与坡向近一致的裂隙面和与坡向小角度相交的裂隙组合面，岩体局部发生崩塌破坏后，崩塌体后缘坡体临空，再次发生卸荷变形，崩塌破坏同时对下伏岩体起了牵引松动作用，在坡体上形成了新的不稳定块体或危石.

陡崖卸荷裂隙带的形成为其进入时效变形破坏创造了条件，受风化、降水、地震等因素作用，特别是灰岩在水及地震的作用下，溶蚀裂隙剧增，上覆岩体在自重作用下向临空方向变形加剧，陡倾裂隙进一步拉裂扩张，陡崖逐渐形成危岩，最终形成危岩体［2］.危岩形成后，在降水、地震、生物(植物根)等外动力因素作用下，出现坠落等失稳现象.

2.2 影响危岩稳定性的因素

根据老鹰石危岩所处的地质环境，影响其稳定性的因素包括自然因素及人为因素两大类.自然因素包括地层岩性、坡体结构、风化作用、降水、地震等;人为因素包括爆破、开挖等［3］.

2.2.1 地层岩性

区内岩石主要为白云岩白云质灰岩，岩石性脆，呈巨厚—厚层状，裂隙发育，水蚀现象明显，随处可见，宽度2～30 cm，竖直方向上有垂直贯穿的裂缝.

2.2.2 坡体结构

卸荷裂隙对危岩块体的形成和破坏起决定性作用，据野外调查卸荷裂隙沿陡崖呈带状分布，发育宽度10～30 m，尤其在0～8 m 范围内最为发育，且贯通性好，与岩层层面裂隙组合，致使表层岩体呈块体状，有利于崩落体的形成.

2.2.3 风化作用

风化作用加速了危岩体裂隙的扩展，裂面强度降低，风化岩腔促进了危岩体的失稳.

2.2.4 降水与生物作用

区内主要接受大气降水补给，水可促进风化作用，产生动、静水压力，同时对裂隙内充填物有软化作用，在隆冬时能带走细粒物质，降低缝内充填物的凝聚力，并且不断融蚀岩体，加宽、加深裂隙.树木的根劈作用，破坏岩体的整体性，加快岩石的风化.

2.2.5 温 度

勘查区位于四川盆地西北边缘山区，昼夜温差大，热胀冷缩作用是崩塌发育中的积极因素之一.

2.2.6 地 震

勘查区地震基本烈度为Ⅷ度，距“5·12”汶川地震震中仅100 多公里，地震力作用加快崩塌形成.

2.2.7 爆破及开挖

危岩体西侧数百米有一大型采石场，其爆破开采活动对危岩体有一定的影响.另修路开挖造成斜坡下部直立，局部反倾呈凹腔，使岩体失去支撑，从而致使岩块松胀位移或崩塌坠落.

3 危岩稳定性分析评价

3.1 稳定性计算

此次勘查中对每个危岩体均进行了实测剖面，定量评价的计算剖面也采用这些剖面，并以每个危岩块体做为一个评价单元进行计算.当大的危岩体上分布有小一级的危岩体时，先计算大的危岩体的稳定性，再计算小一级的危岩体.

3.1.1 计算公式

由于危岩体的边界条件、裂隙贯通深度难以准确确定，只能把一些不完全确定的因素理想化进行定量分析.根据《地质灾害防治工程勘察规范》(DB 50/143—2003)规定的方法计算危岩稳定性.

1)倾倒式危岩［5］.倾倒式崩塌发生于被裂隙贯通后与母岩分离的危岩体中，暴雨、地震是其主要的诱发因素.计算公式如下，其稳定性计算模型如图1所示.

图1 倾倒式危岩稳定性计算模型

危岩体重心在倾覆点之外，

四组学生了解贵州最大淡水湖草海的围湖造田事例，回答草海由“人鹤相争”到“人鹤相亲”的变迁，说明在处理人与自然的关系上应如何正确发挥主观能动性。

危岩体重心在倾覆点之内，

式中:F 为危岩稳定系数;H 为后缘裂隙上端到未贯通段的垂直距离，m;W 为危岩体自重，kN/m;fik为危岩体抗拉强度标准值，kPa;h 为后缘裂隙深度，m;hw为后缘裂隙充水高度，m，天然时取0.2 h，暴雨时取(0.3～0.5)h(根据裂隙发育情况而定，一般取0.4 h);V 为裂隙水压力，kN/m;Q 为地震力，kN/m，Q=ζeW;ζe为地震水平系数，取0.05;α 为危岩体与基座接触面倾角，外倾时取正值，内倾时取负值，(°);β 为后缘裂隙倾角，(°);a 为危岩体重心到倾覆点的水平距离，m;b 为后缘裂隙未贯通段下端到倾覆点之间的水平距离，m;h0为危岩体重心到倾覆点的垂直距离，m.

2)坠落式危岩［5］.勘查区可能发生坠落式崩塌的危岩其后缘均有陡倾裂隙，按下式计算，计算模型如图2 所示，稳定系数取式(1)与式(2)计算结果中的较小值.

图2 坠落式危岩稳定性计算模型

式中:F 为危岩稳定系数;c 为危岩体内聚力，MPa;H为危岩体高度，m;φ 为危岩体内摩擦角，(°);h 为裂隙高度，m;W 为危岩体自重，kN/m;Q 为地震力，kN/m;fik为危岩体抗拉强度标准值，kPa;a0为危岩体重心到潜在破坏面的水平距离，m;b0为危岩体重心到过潜在破坏面形心的铅垂距离，m;ζ 为危岩体抗弯力矩计算系数，一般取1/12～1/6，在此取0.1.

3.1.2 计算参数的确定［6］

计算参数取值如下:容重26.8 kN/m3;单轴抗压强度标准值34.9 MPa(天然)，32.89 MPa(饱和);单轴抗拉强度标准值23.15 MPa;内聚力标准值8.89 MPa;tanφ=0.967;地震系数0.05.

3.2 稳定性评价及计算结果

危岩稳定性计算采用3 种工况:天然工况(工况1)、枯季工况(工况2)、暴雨工况(工况3).对于倾倒式危岩，工况1、工况2 和工况3 均考虑自重，同时考虑现状裂隙水压力、暴雨时裂隙水压力.对于坠落式危岩，工况1、工况2 均考虑自重，工况2 还考虑地震力.根据上述计算模型及公式对危岩体进行稳定性计算及评价，结果见表1.

表1 危岩体稳定性计算结果

续表

从表1 可以看出勘查区17 处危岩体所处的稳定状态.对于倾倒式，在3 种工况下均处于欠稳定状态;对于坠落式，在工况1 下均处于欠稳定状态，在工况2 下处于欠稳定—不稳定状态.在工况1 和工况2 时，危岩稳定性一般稍好，但在暴雨和地震作用下比天然状态(工况1)下的稳定性有所降低，均处于欠稳定状态和不稳定状态.

4 防治方案建议

根据勘查和分析结果，并在分析崩塌体边坡机理的基础上，提出以下治理方案建议［7］:清除危岩，在斜坡的下部靠近民房处设置拦石网，对局部裂隙进行封填.

在崩塌体边坡未治理之前，必要时可对崩塌体边坡采取以下应急措施:①遮挡安全工程，崩塌体前缘设置遮挡工程，以避免飞石伤人;同时，在崩塌体边坡治理后，遮挡工程仍可继续发挥其功效，起到一定的防治作用;②嵌补工程，对清除危岩体后山顶上的裂缝进行混凝土全面填补、喷护，减少地表径流或雨雪的入渗量，提高岩体的稳定性;③监测预警措施，对边坡实施长期的动态监测，在雨季和雨雪连绵时段，必须进一步加强对边坡的监测，同时加强对斜坡前缘、陡坎、后壁、裂缝等情况的巡查，发现异常及时通知当地居民、行人紧急避险.

5 结语

1)1 号危岩带构造裂隙贯通性好，形成独立的危岩体，处于极限平衡状态和潜在不稳定状态，安全储备不足.

2)2 号危岩带岩体整体稳定性好，但表部松动块和危岩块体在两端发育，形成的危岩体处于不稳定状态.

3)3 号危岩带整体稳定性好，构造裂隙及溶蚀裂隙发育，表部松动块体在东部发育，形成的危岩体处于不稳定状态.

4)提出了采用清除危岩带上的危岩块体，下部设置挡墙工程和修筑缓冲平台等防治工程措施.

［1］陈洪凯，唐红梅.危岩主控结构面强度参数［J］.工程地质学报，2007，16(1):37－41.

［2］杜时贵.岩体结构面的工程性质［M］.北京:地震出版社，1999.

［3］常中华，陈厚军，张乐中，等.奎屯河龙口右岸山体崩塌原因及再次失稳可能性分析［J］.工程地质学报，2005，13(1):76－80.

［4］黄家愉，彭先孚，方玉树，等.DB 50/143—2003 地质灾害防治工程勘察规范［S］.重庆:出版社不祥，2003.

［5］陈洪凯，鲜学福，唐红梅，等.危岩稳定性分析方法［J］.岩石力学与工程学报，2009，26(2):278－282.

［6］建设综合勘察研究设计院.GB 50021—2001 岩土工程勘察规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［7］陈洪凯，唐红梅，叶四桥，等.危岩防治原理［M］.北京:地震出版社，2006.