紫阳县某危岩体特征研究

王晗旭，范雷伟，李葛

(陕西核工业工程勘察院有限公司，西安 710054)

1 前言

高滩镇地处陕西省安康市西南部，行政区划隶属于紫阳县。该区位于大巴山北麓，坡陡谷深，地质构造复杂，深大断裂发育，岩体破碎，地质环境条件差，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频发，且分布广、损失大，是该省乃至全国地质灾害严重的地区之一。由于修路、建房等工程建设，高滩镇街道坡体路堑遭受开挖，形成直立甚至负角度陡坎，加之该区降雨丰富，310国道沿线几乎每年雨季都会发生崩塌、落石事件，造成坡脚房屋受损、居民伤亡事故，严重威胁群众生命财产安全。

2 危岩体概况

该危岩体位于紫阳县高滩镇下街310国道公路里侧，一沟道西南侧凸出山脊上部陡坡，地理坐标为N：32°25′11.03″，E：108°19′49.47″。危岩物质组成为奥陶系高滩组(O1g)灰岩，宽20 m，高18～22 m，厚3～5 m，体积约0.16×104m3。危岩结构较为破碎，危岩体受风化及裂隙、层面切割形成块状，局部已发生了脱落，堆积在坡脚；路边有崩落岩块，最大尺寸长约4 m，宽约3 m，高1.5～2.5 m；右侧顶部有一条形岩块(高约10 m，宽约5 m，厚约3 m)悬空，与母岩之间存在一条自上而下的贯穿性裂缝，裂缝宽5～20 cm，岩块几乎已完全脱离母岩，危险性较大，严重威胁坡脚住户及过往行人车辆(图1～图4)。

图1 危岩体平面图

图2 危岩体全貌

图3 危岩体1-1′剖面

图4 危岩体2-2′剖面

3 危岩体特征

勘查区内地形陡峻，陡崖(坎)众多，且坡度大，地形临空条件好。坡体地层结构为硬质灰岩与软质的泥质板岩的软硬相间结构，且灰岩多分布于上部陡崖地带。岩体的差异风化易以形成凹槽，或下部质软的泥质板岩风化剥落后，上覆灰岩块体崩落形成临空。岩体中构造裂隙和卸荷裂隙发育，各裂隙面与层面组合将岩体切割成梭型体或柱状体。区内降雨丰沛，气温年较差和日较差大，坡顶植被生长良好，植被根须发达，根劈作用较强。

该危岩体失稳破坏方式为坠落式。由于风化作用、斩坡修路等人类活动作用，上部坚硬岩层在纵剖面上常以悬臂梁形式突出来。在突出来的岩体上，通常发育有构造节理、风化节理。在长期重力作用下，节理会逐渐扩大和发展。因此，拉力更进一步集中在尚未产生节理裂隙的部位，一旦拉应力大于这部分岩石的抗拉强度时，拉裂缝就会迅速向下发展，突出的岩体就会突然向下崩落。除重力长期作用以外，震动，各种风化作用都会促进危岩体的发展。

通过现场调查危岩体坡向140°，坡度80°，岩层产状140°∠18°(①)，岩体内发育3组裂隙：140°∠72°(②)、180°∠35°(③)、30°∠65°(④)；根据各结构面产状及边坡坡向作赤平投影图如图5。可以看出：②-③、②-④及①-③、①-④的裂隙组合倾覆角均小于坡角，形成危险外倾结构面组合，裂隙面相互切割形成不稳定楔形体，这几种裂隙组合一旦贯通，将把危岩体切割成碎裂的、不稳定梭体，进而可能发生崩塌。该危岩体一直处于发展变形过程中。目前，降雨是主要原因，降雨促进了岩体与母岩的风化作用，产生静水压力，同时水对裂隙内充填物质有软化作用，在流动时还能带走细粒物质，降低缝内充填物的凝聚力，降低危岩体稳定性。

图5 危岩体赤平投影

4 危岩体运动特征分析及危害范围划分

由于危岩体斜坡较陡，危岩体不具备现场落石试验条件，而收到收集资料的局限，运用经验分析也不能很好的研究落石的运动特征，因此运用数值模拟软件来模拟落石的运动过程。

运用ROCKFALL软件进行模拟时首先假设边坡坡面是单一的连线、落石为质量均匀的球体、不考虑落石间的相互作用且在碰撞后保持完整。该软件主要考虑岩体形状、初始运动方式、坡面几何形态、法向和切向阻尼系数(Rn、Rt)及摩擦角等基本参数来模拟其不确定特征，模拟得到落石运动轨迹等相关结果，能较好的反映落石的下落过程。

首先选取1-1′剖面例块石作为轨迹1，剖面2-2′作为轨迹2，然而落石的运动过程本身并不是完全沿直线运动，因此只有简化为近似直线来进行模拟。同时借鉴参考前人研究给出的切向、法向阻尼系数(Rt、Rn)建议值和区内已有的岩土体实验数据，给出相关模拟参数(表1)，选取落石数量为20个，轨迹1选取落石为一般块石(块径0.5～1 m)，轨迹2选取落石参考路边已崩落最大块石。由该危岩体失稳模式可知其初始速度很小，因此取初始水平和竖直速度均为0.01 m/s。模拟运动过程如图6、7所示。

表1 模拟参数取值

从中可以看出：路径1模拟运动过程如图6所示，落石质量较小，落石在坡面碰撞弹跳运动，势能转化为动能，坠落后多以弹跳方式运动，落石滚落位置一般在国道上，但由于落石弹跳方式运动，个别落石滚落至国道边河岸一线；模拟路径2(见图7)落石同样在坠落后跳跃运动，由于其质量较大，一般落石在坡脚一线，但个别落石在坠落后经弹跳滚落至国道另一侧加油站范围。结合落石运动路径，可以划分出该危岩体的潜在危害范围，如图8所示。

图6 落石运动路径1

图7 落石运动路径2

图8 危岩体潜在危害范围

5 结语

通过现场详细野外调查，了解了该危岩体的概况和主要特征，并进行了相关分析。该危岩体发育多组节理裂隙，降雨时该危岩体失稳的主要诱因，重力、风化等作用会加速危岩体的变形发展。运用软件模拟崩塌落石的运动过程，结合前人研究选取相关参数模拟危岩失稳后运动路径，根据模拟分析划分出该危岩体的潜在危害范围。本文分析方法对区域内同类型危岩体的研究具有一定参考价值。

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