关岭县沙营乡槽子六村一带崩塌（危岩带）特征及防治对策

段方情，朱要强，刘 勇

（贵州省地质环境监测院，贵州贵阳 550004）

0 引言

沙营乡“槽子六村”位于关岭县北部，包括纸厂、垭陇、交界、大田、鲁灰、路支六村，均分布在溶蚀、侵蚀低山槽谷中。该地区与2010年6月28日在岗乌镇大寨、永窝发生的特大滑坡碎屑流灾害具有类似的地质环境条件，且距离也相隔较近。鉴于这次惨痛的教训，中国地调局下达了关岭县地质灾害详细调查任务，对该地区进行了地质灾害详细调查，发现该区域斜坡上部易发生崩塌，下部易产生滑坡地质灾害[1]，也发现易产生高位崩塌的特殊地层，对斜坡下部乡村公路及村寨威胁较大。经过调查及访问，该斜坡雨后多次发生滚石，斜坡上可见到滚石分布，以大田小学危岩最有代表性，该处危岩在调查工作一个月之后就发生一次崩塌，在公路上砸了一个40cm深的坑，并向前运动毁坏公路边民房一间。关于崩塌形成机理，国内外研究比较多，在西南地区胡斌、黄润秋对软硬红层崩塌形成机理运用数值模拟、试验在公路方面做了相关研究[2]。在贵州广泛分布的碳酸盐岩分布区，贵州省地质环境院编著的《贵州地质灾害及其防治》一书，对贵州境内崩塌的形成机制进行了分类阐述[3]。本文主要针对贵州境内具体的某一地层上发育的危岩带进行具体分析。

1 危岩带地质环境条件

（1）地形地貌

该地区为溶蚀、侵蚀低中山地貌。地形切割深度大，山体顶部高程在1700m左右，下部沟谷低洼处高程1350m，切割深度达350m。斜坡坡度总体上陡下缓，中上部坡度30°～60°，其中灰岩段坡度可达60°，形成陡坡及陡崖，下部约25°以下，为缓坡地貌。缓坡位置多为旱地及房屋，呈台阶状。上部陡坡地多为经济林木及灌木杂草。

（2）地层岩性

该地区地层从新到老如下：

第四系残坡积层，在斜坡中下部普遍发育，残坡积成因，灰褐色、灰黄色、紫红色碎石土，松散，粒径一般40～150mm，碎石含量60%，厚1～3m。

三叠系夜郎组地层（T1y）

上部为紫红色泥页岩，易风化，中部为厚层状灰白色灰岩，下部为黄绿色泥岩，岩层产状181°∠30°，斜坡为逆向坡。

二叠系龙潭组地层（P3l）

主要为黄褐色泥页岩，中间夹煤层，分布在斜坡下部。

（3）工程地质条件

上部第四系残坡积层为松散岩组，下部容易诱发小型滑坡，三叠系下统夜郎组为软硬相间岩组，下部龙潭组为软质岩组。

（4）水文地质条件

根据地下水的补给、径流及赋存条件，可分为松散孔隙水、裂隙水及岩溶水，主要为基岩裂隙水，由大气降水补给，沿岩石裂隙径流，在地形低洼处以泉点形式排泄。

（5）人类工程活动

该地区人类工程活动强烈，主要为附近有煤矿开采（目前还没影响到大田小学部位）、公路房屋切坡及种植业。煤矿，公路、房屋多分布在斜坡下部。原斜坡中上部种植活动比较强烈，现在由于封山育林、退耕还林政策的实施，植被已逐渐恢复，主要为低矮的灌木。

2 危岩体基本特征及形成条件

对大田小学威胁较大的危岩体位于斜坡中上部，高程1574m，为三叠系下统夜郎组中段的灰岩地层，灰岩厚8～10m，上下均为泥岩、砂岩及泥页岩。由于内外地质营力作用，灰岩段形成陡崖地貌（如图1）。灰岩顶部发育一组卸荷裂隙，距离临空面3.2m，产状310°∠67°，张开度2～5cm，呈楔形，上宽下窄，贯通性一般。卸荷裂隙面呈不规则锯齿状，部分有粘土充填，构成崩塌的后部边界；风化张裂隙，产状40°∠54°，张开度3～5cm。节理间距0.8m。贯通性良好，无充填，节理面呈不规则锯齿状，粗糙，构成危岩体侧边界，由于砂岩与灰岩接触面存在风化差异，使得下部形成倒岩腔，倒岩腔高度约1.7m，长5m，深1m，形成危岩下部控制结构面。由于上部3组控制面的切割，形成长约5m，高8m，宽3m，体积约120m3危岩体。

3 危岩体形成原因及机理分析

该地区崩塌（危岩体）的形成与该地区独特地质条件密不可分。地形地貌、地层岩性、地质构造、是崩塌的物质基础，风化及降雨对崩塌（危岩）的形成和发展起着重要的作用。

图1 典型危岩剖面图

（1）地形地貌

由于地质内外营力作用，形成陡峻的斜坡地貌，局部形成陡崖地貌。该地区地形切割大。为崩塌（危岩带）创造了很高的势能来源。

（2）地层岩性

岩性对岩质边坡具有明显的控制作用。调查区斜坡中上部出露中厚层块状的坚硬脆性灰岩，往往形成陡崖，其上部及下部均为泥岩、泥页岩地层，灰岩与下部泥岩地层在陡临空面方向由于差异性风化形成倒岩腔，为危岩底部控制边界。

（3）风化作用及降雨作用

由于灰岩与砂岩风化差异性，逐渐形成倒岩腔，形成下部控制面，降雨作用促进风化裂隙的发展，同时使得卸荷裂隙中静水压力增大。促进卸荷裂隙不断向下发展，倾倒力矩不断增大。最后形成倾倒式破坏。

该地区崩塌（危岩）在特定地质环境条件下——典型的上硬下软地层，受差异性风化及下部软岩产生塑流影响，接触面形成倒岩腔及上部形成卸荷裂隙，再于一组风化节理裂隙切割下，形成危岩体，在降雨作用下，卸荷裂隙中静水压力大大增大了倾覆力矩，从而失稳形成倾倒式崩塌。

4 危岩体的稳定性及发展趋势

根据以上分析，该地区危岩体失稳方式为倾倒式。受裂隙切割和下部岩腔影响，高悬于陡岩上端和岩腔顶部的危岩体，随卸荷裂隙不断加深加宽及倒岩腔不断加深，倒岩腔发育到临界深度，降雨使卸荷裂隙中静水压力增大，使得倾覆力矩大于抗倾覆力矩，危岩脱离母体，失稳产生崩塌。

按倾倒式危岩的计算公式计算，在计算模型中，主要计算3种工况下的岩体稳定性，即天然状态、暴雨、暴雨+地震。暴雨工况下岩体按照饱水状态下的相关参数进行计算且根据危岩体裂隙发育情况考虑静水压力，暴雨+地震工况下主要考虑地震动峰值加速度及静水压力两方面，根据《中国地震动参数区划图》，勘查区地震基本烈度为VI度，动峰值加速度为0.05g。

通过计算，在天然状态稳定性为1.18，暴雨状态为0.90，在暴雨+地震工况稳定系数为0.71。按《地质灾害防治工程勘察规范》【DB50/143-2003】[4]中公式计算。

根据计算结果分析，该危岩在天然状态处于欠稳定状态，在暴雨及暴雨+地震工况处于不稳定状态。

对于崩塌落石的运动研究，可根据手工计算和软件计算，本文采用《Rockfall》软件模拟计算崩塌落石的运动轨迹、速度、能量以及运动距离，同时结合历史滚石调查综合确定。在野外调查过程中，通过对当地村民的走访，我们了解到该危岩待曾经多次发生过落石，最大的一次落石其体积约4m3。此外，对于现存危岩区的调查，由于有节理裂隙缘故，危岩失稳发生解体，潜在的落石体积在0.5-4m3之间，为了安全考虑，选取4.0m3大小的危岩作为研究对象，选取典型剖面为计算剖面，对落石的运动轨迹模拟和弹跳高度以及运动能量进行计算。

根据计算结果，根据落石运动轨迹确定危岩落石的影响范围，根据落石的弹跳高度包络线图，确定设置拦挡结构物的修建高度，根据落石的运动能量包络线图，确定被动防护措施的抗冲击力级别。落石最远的运动距离为横坐标340m处，可以影响到斜坡下部大田小学，且由于地表覆盖层厚度的不同，落石共发生了7次跳跃，直至滚落在坡脚，在此过程中落石跳跃的最大高度为25m，运动的最大能量达到4000kJ。

综合以上分析，考虑拦挡结构与居民房屋的位置距离，故建议拦挡结构物位置设在剖面230m处，此时的落石运动能量为1700kJ，落石运动为滚动状态。斜坡中上部植被较发育，对滚石起拦挡左右。

该危岩体位于沙营乡大田村，威胁下方两户居民及大田小学近300人生命财产安全，威胁财产280万元。目前危岩体处于欠稳定状态，在降雨、风化、卸荷和震动等因素影响下极易导致岩体失稳坠落。

5 防治建议

在充分掌握崩塌体变形形成条件、活动规律、危害特点的基础上，利用科学的方法和手段，因地制宜、因势利导，实事求是、经济、合理、有效地布设防治工程。将环境保护、当地规划发展与灾害治理相结合，以最小的代价获得最大的社会经济环境效益。

危岩防治手段有多种，可采取搬迁避让及工程治理等。工程治理又可分主动防护及被动防护[5]，具体可考虑采用清除、锚固加固、或设置拦石墙、主动防护网、被动防护网等治理措施。但是由于地区上部坡度较陡，拦石墙占用土地比较多，且坡度较陡，还要预防落石槽本身的稳定性，不可取。由于落实运动能量最大可为1700kj，大于1500 kj，选用被动防护措施也不可取。考虑充分利用斜坡上部逐渐恢复的森林植被，建议采用锚杆加固+下部倒岩腔镶补+主动防护网，下部森林防护综合治理措施。

6 结语

该危岩带形成与该地区地形地貌、地层岩性、地质构造、卸荷风化作用、降雨因素密不可分。由二组裂隙与倒岩腔相互切割，形成倾倒式破坏。威胁下部公路及学校及居民学生的安全。

通过计算，在暴雨工况及暴雨+地震工况下，危岩处于不稳定状态。滚石可到影响下部学校安全，通过计算滚石的路径及能量，建议采用锚杆锚固+镶补+主动网防护+森林防护综合治理方案。

由于该区域灰岩位于高位呈带状分布，现在由于植被很发育，无人机航测及人工调查都存在不少的困难，不可避免存在规模不一的隐蔽危岩。因此建议对村寨比较集中斜坡上部区域还需要加强巡查工作，建立群防群测体系。

该斜坡下部为煤矿分布区，虽然目前煤矿还没开采到这区域，今后煤矿的开采可能会加剧该地区危岩的发展，需要做好监测巡查工作及相关预警预案机制。

[1]朱要强,段方情,李阳春等.贵州省关岭县地质灾害详细调查报告[R].贵州，2012.

[2]胡 斌,黄润秋.软硬岩互层边坡崩塌机理及治理对策研究[J].工程地质学报，2009,17（2）:200～206.

[3]杨胜元,田 稼,张建江等.贵州地质灾害及其防治[M].贵阳，贵州科技出版社，2009:64～66.

[4]DB50/143-2003.地质灾害防治工程勘察规范.

[5]陈洪凯,唐红梅等.地质灾害理论与控制[M].北京，科学出版社，2011,28～32.