某危岩体的成因机制与稳定性评价

张 恒1 ，张井美

(1．四川省地质矿产勘查开发局九0九水文地质工程地质队，四川 绵阳 621000；2.四川省地矿局四0三地质队，四川 峨眉 614200)

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某危岩体的成因机制与稳定性评价

张 恒1，张井美2

(1．四川省地质矿产勘查开发局九0九水文地质工程地质队，四川 绵阳 621000；2.四川省地矿局四0三地质队，四川 峨眉 614200)

以某处危岩体为例，结合赋存环境和结构面特征分析危岩体成因机制，从定性分析和定量计算2方面对危岩体稳定性进行评价。该研究对更好地保障高陡山区居民人身财产安全，具有一定的现实指导意义。

危岩体；形成机制；定性分析；定量计算

危岩体位于四川省峨边县官料河左岸一斜坡上，危岩体(群)共计发育3处，土石方量6 069.1 m3，主要破坏形式为倾倒、滑塌，主要威胁对象为沟口居民。灾害体最近的崩塌活动发生在2012年3月28日，发生块径约0.5 m的块石滚落，砸毁2户村民的房屋。由此可见，研究该地区危岩体成因机制和稳定性对于危岩体的防治和保护人民人身财产安全具有重要意义。

1 物质结构特征

危岩处于侵蚀深切河谷地貌区[1]，斜坡纵向呈陡-缓状，上部为基岩陡坡，中部为缓坡，下部为平台，平面形态呈倒三角状。斜坡后缘高程约1 380 m，前缘高程为1 100 m，高程约280 m，坡向为350°～60°，坡度为15°～70°，斜坡纵向长约460 m，平均宽约230 m，属逆向坡。危岩带主要发育在斜坡中上部，危岩带下方为崩塌堆积体，堆积体上部为灌木林地，堆积体前缘为一季节性冲沟，为村民主要生活区及耕种地区，地形相对平缓，坡度为15°～20°(见图1)。

危岩区内出露地层上覆为第四系堆积物，厚度较薄，为浅灰黄色粉质黏土、块碎石，分布于斜坡体浅部；下伏基岩为二叠系下统阳新组灰、浅灰色灰岩P1y，其岩性构成陡崖岩体，产状200°∠31°(j2)，岩层为薄层～厚层状，厚度0.1～1 m，主要发育2组产状分别为成15°～50°∠60°～75°(j3)和310°～340°∠65°～75°(j1)的节理裂隙，见图2。

图1 边坡全貌

图2 结构面组合赤平投影

2 变形破坏特征

该区发育危岩包含一处单体危岩WY1及2处危岩带(WYD1和WYD2)，具体规模见表1。

表1 危岩规模统计

各危岩变形破坏特征分述如下：

1)WY1危岩体整体完整，为基岩凸出地段，除后缘未裸露外，其余侧壁完全裸露，主要受3组裂隙控制。后壁卸荷裂隙：产状35°∠79°，切割深度3.5 m(可见深度)，张开度8～30 cm，裂隙底部有粉质黏土和腐蚀植物根茎充填；底部裂隙为反倾结构面：产状200°∠31°，张开度0.5～3 cm，无充填物；侧缘裂隙垂直坡向切割：产状300°∠77°，切割深度1.5 m(可见深度)，张开度1～5 cm，无充填物。危岩底部出现凹腔面，在降雨及地震作用下有倾倒的可能，见图3。

图3 WY1发育情况

2)WYD1为岩体破碎区为边坡中部基岩裸露地段，主要受3组裂隙控制，后缘裂隙拉张与坡面形成不利结构面，产状35°∠73°，切割深度1.6 m(可见深度)，张开度1～10 cm，有少量腐蚀植物根茎充填，裂隙密度约1条/m2。侧缘裂隙产状310°∠75°，切割深度1.0 m(可见深度)，张开度0.5～3 cm，有少量腐蚀植物根茎充填，裂隙密度约1条/m2。层间裂隙(j3)产状200°∠31°，裂隙密度约3条/m2。由于岩体赋存位置高陡，昼夜温差大，风化强烈，表层风化破碎明显，破坏模式以表层风化剥落和零星掉块为主，见图4。

图4 WYD1发育情况

3)WYD2岩体破碎带为基岩凸出地段，呈带状展布，主要受3组节理切割，其中后壁裂隙面(卸荷裂隙)产状320°∠75°，切割深度2.6 m(可见深度)，张开度2～8 cm，泥质和腐蚀植物根茎半充填，裂隙密度约1条/m2。侧面裂隙：50°∠79°，切割深度1.1 m(可见深度)，张开度1～4 cm，少量泥质半充填，裂隙密度约2条/m2。层间裂隙产状200°∠31°，裂隙密度约3～4条/m2。3组裂隙有机组合将岩体切割成块体状堆积，见图5。

图5 WYD2发育情况

3 形成机制分析

危岩的发育和失稳破坏与坡体形态特征和岩体结构特征关系密切。该区危岩所处斜坡整体地形高陡，受内外动力地质作用造成岩体节理裂隙发育，表层岩土体结构变得松散，部分基岩陡壁[5]发生崩塌破坏，造成了严重的危害。危岩破坏类型分类如下：

1)岩体沿强风化带不利结构面或结构组合面发生崩塌破坏[6]。斜坡上基岩陡壁的破坏就是岩体沿强风化带内不利结构面或结构组合面发生崩塌破坏。岩体在自重作用和地震摇筛作用下，沿不利结构面或组合结构面发生滑移、倾倒、坠落破坏。前缘岩体崩塌破坏后，后缘岩体临空面加大，受前缘岩体的牵引和自重的影响，卸荷变形加剧，形成了新的不稳定块体，在外动力及自重作用下，将会产生崩塌破坏。根据现场观察得知该边坡危岩的形成破坏机制均属于该种类型，其主要破坏模式以倾倒式为主。

2)原始坡面危岩体脱离母岩支撑产生滑移或滚动。原始坡面残存的少量危岩体，在地震的筛摇及降雨冲刷影响下，底部摩阻减小，块体产生位移加速度并产生移动，沿陡倾坡面产生滚动，造成危害。

4 稳定性分析

4.1稳定性定性分析

WY1危岩体后壁裂隙已完全贯通，同时危岩下部存在临空面凹岩腔，地震或暴雨导致岩体抗折强度降低，岩体将以底部岩体为基点发生倾倒式破坏，定性判断危岩处于潜在不稳定状态。

WYD1处岩体破碎区位于山脊基岩裸露地带，节理裂隙发育，表层破碎。在外界营力及重力的作用下，岩体重心发生外偏导致后缘裂隙迅速扩张并贯通加剧了危岩失稳变形，定性判断危岩带现处于潜在不稳定状态。

WYD2岩体带处基岩裸露带，危岩体边坡结构面发育，被切割为块裂～散体结构的岩体在重力以及风化营力等长期作用下卸荷松弛，岩块间发生错动，裂隙张开，松动岩体在荷载作用下突然失稳崩落。定性判断危岩带现处于潜在不稳定状态。

4.2稳定性定量分析

根据危岩结构和形态特征及发育分布规律分析判定危岩破坏模式均为倾倒破坏。本文采用极限平衡法分别对单体危岩及群体危岩中较为典型个体进行定量计算。

4.2.1 计算参数

岩石计算参数主要根据试验成果，并结合工程地质类比来综合确定。结构面抗剪力学参数，有明显破坏现象的可通过反算求得，若无明显破坏现象的主要通过试验成果取值。裂隙水压力由裂隙蓄水能力和降雨情况确定[2]。

灰岩危岩体天然密度2.29 g/cm3，饱和密度2.34 g/cm3，饱和抗压强度标准值32.43 MPa，天然抗拉强度标准值10.8 MPa，天然抗剪强度C值为65 kPa，φ值为35°，饱和抗剪强度C值为60 kPa，φ值为25°。

4.2.2 计算工况

计算工况选取如下：

1)天然状态(自重+ 裂隙水压力，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/5～1/2)；

2)暴雨状态(饱和自重+ 裂隙水压力，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3)；

3)地震状态(自重+ 裂隙水压力+ 地震力, 其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3)。

4.2.3 计算模型

计算模型如图6所示。

图6 计算模型

崩塌危岩体稳定系数为

式中：K为危岩体稳定性系数；W为危岩体自重(kN)；Q为地震力(kN)，Q=WKH；h0为后缘裂隙深度(m)；H为后缘裂隙上端到未贯通下端的垂直距离(m)；f0k为危岩与基座之间的抗拉强度标准值(kPa)；a为危岩重心至倾覆点的水平距离(m)；lb为危岩底部主控结构面尖端至倾覆点的距离(m)。

4.2.4 计算结果

由计算结果得知3处危岩天然状态下均处于基本稳定状态，暴雨和地震工况下均处于欠稳定状态。危岩稳定性计算结果如表2所示。

表2 危岩稳定性计算结果表

5 结论

1)边坡为一逆向坡，地形上陡下缓，底部主要物质组成为崩坡积堆积体，顶部基岩出露较好也是危岩集中发育地段，基岩为浅灰色灰岩P1y。

2)危岩发育相对集中，呈带状展布，发育规模较大。区域岩体受3组结构面控制：其中基岩产状200°∠31°，2组节理裂隙产状分别为 15°～50°∠60°～75°和310°～340°∠65°～75°。

3)危岩破坏类型大致分为2类：危岩体沿强风化带内不利结构面或结构组合面发生崩塌破坏及原始坡面危岩体脱离母岩支撑产生滑移或滚动。

4)综合定性和定量分析得知：WY1、WYD1及WYD2在天然状态下均处于基本稳定状态，暴雨或地震将引起岩体失稳，并发生倾倒式破坏。

[1]张倬元，王士天，王兰生．工程地质分析原理[M]．北京：地质出版社，1994：54-55.

[2]陈洪凯，唐红梅．三峡库区危岩稳定性计算方法及应用[J]．岩石力学与工程学报，2004，23(4)：614-619．

[3]黄达，黄润秋．溪洛渡水电站某危岩体稳定性分析及加固措施研究[J]．岩土力学，2008，29(5)：1425-1429．

[4]陈国庆，黄润秋，周辉，等.边坡渐进破坏的动态强度折减法研究[J].岩土力学，2013，34(4)：1140-1146.

[5]李庚，刘立，李东凯，等.岩石高边坡监测及稳定性分析[J].西华大学学报：自然科学版，2007，26(5)：62-65.

[6]康圣雨.震后某电厂后山斜坡危岩体稳定性研究[J].价值工程，2012，31(35)：54-55.

(编校：叶超)

FormationMechanismandStabilityEvaluationofDangerousRock-masses

ZHANG Heng1，ZHANG Jing-mei2

(1.MineralExplorationDevelopmentBureau-909HydrogeologyandEngineeringGeologyTeam,Mianyang621000China；2.403Brigade,SichuanGeologyandMineraResourcesExplorationandDevelopmentBureau,Emei614200China)

In order to preferably ensure the personal safety and property of the native inhabitants in hills, we analyze formation mechanism of dangerous rock mass with the environment and characteristics of the structure surface. And the stability evaluation of dangerous rock mass are researched from aspects of qualitative analysis and quantitative calculation.

unstable rock masses；formation mechanism；qualitative analysis ；quantitative calculation

2014-01-16

张恒(1987—)，男，硕士研究生，主要研究方向为地质灾害防治和预测。

TU457

：A

：1673-159X(2015)06-0109-04

10.3969/j.issn.1673-159X.2015.06.023