崩塌危岩体地质灾害的稳定性分析与防治措施研究

高福兴

摘要：崩塌危岩体是山区发育的主要地质灾害之一，对村庄、交通、水利基础设施造成不同程度的破坏，导致较大的经济损失，已引起社会的广泛关注。本文根据崩塌危岩体形态、结构特征、影响因素，分析其形成机制，将其稳定性分析及防治措施进行总结，以提高其勘查、评价、防治的水平，供其防治工程提供依据。

关键词：崩塌危岩体;地质灾害;防治方案;稳定性分析

1.引言

崩塌危岩体地质灾害是陡峻斜坡上的岩土体，在重力、风化等作用下突然与母体脱离，发生以坠落、翻滚等为主要方式的运动与现象。当其发生在交通要道、水利枢纽、工业与民用建筑设施附近、旅游胜地等人口密集区时，常导致交通中断、建筑物损坏、人民生命财产受损等重大危害，由于其变形破坏具有突发性，偶然性、复杂性的特点，且其分布地势高陡，一般人力难以直接到达现场，从而给人们取得第一手调查资料增加了难度，导致对其综合研究程度不够，本文以崩塌危岩体地质灾害破坏模式及特征进行分类总结，为其防治工程提供依据。

2.崩塌危岩体的基本概念

2.1崩塌危岩体产生条件

崩塌危岩体多分布在陡峻的山体斜坡地段，坡度多大于55°，高度一般大于30m，坡面不平整，呈上陡下缓的地貌形态，多以硬质岩石为主，且岩体中节理裂隙发育及其各种软弱结构面的不利组合地段，最易产生崩塌危岩体地质灾害，另外昼夜温差，季节温度的变化、地表水的冲刷、水的动、静水压力，强烈地震及人类工程活动、边坡开挖过高过陡、植物的根劈作用等都会促使崩塌危岩体地质灾害的发生。

2.2破坏失稳方式

（1）倾倒式破坏失稳。以柱状节理或陡倾角反倾向节理、层面直立的板岩、碳酸盐岩等岩石组成的峡谷、陡峻岸坡、悬崖，在受倾覆力矩的长期作用下，常产生向下临空方向弯曲倾倒破坏。（2）滑移式破坏失稳。以倾向临空面方向的结构面或软弱相间岩层，坡度通常大于55°的陡坡，在受剪切力作用下，常产生向下临空方向滑移破坏。（3）鼓胀式破坏失稳。在上部分布厚大的坚硬岩层中发育垂直节理，下部分布近水平的软弱岩层的陡坡地段，下部软弱岩受上部坚硬岩层荷载的垂直挤压，鼓胀伴有下沉、滑移、倾斜的破坏失稳方式。（4）拉裂式破坏失稳。软硬相间的岩层，在长期的重力及风化营力作用下，如果由重力产生的拉力超过岩石本身的抗拉强度时，上部悬出的岩体就会发生拉裂破坏崩塌地质灾害。（5）错断式。在垂直裂隙发育坚硬岩层中，通常无倾向临空面的结构面的，由于岩体的自重引起岩体内部出现45°的剪切面，通常发育在45°坡角上。

3.评价方法

3.1影响范围的评价

崩塌危岩体影响范围的评价重点是调查研究古崩塌堆积体的范围，结合地形地综合判断，由于古崩塌堆积体通常沿斜坡坡脚地带分布，有的堆积体可成堆积锥状形态。一般呈“上陡下缓、下粗上细”的结构特征（图1）;但古崩塌堆积体或规模较小的崩塌堆积体，其特征不明显。比较零乱，因此，崩塌堆积范围的确定是崩塌危岩地质灾害危险区划定的重要方面。

崩塌影响范围与坡体形态有直接关系，通常情况下外凸形坡比凹形影响范围大（图2-1、图2-2），同时，危岩体高度越大，其影响范围也越大，且破坏能力越大。

3.2刚体力学分析法

在调查分析可能崩塌危岩体受力条件的基础上，将岩土体假设为刚体，基于临界稳定状态时的静力平衡原理，计算崩塌危岩体的抗滑稳定性，计算时应考虑当地地震力、风力、爆破力，水压力作用等影响。

3.3各类崩塌危岩体的稳定性计算模式

（1）倾倒式破坏。倾倒式崩塌危岩体的基本图式如图1-1所示，从图1-1（a）可以看出，崩塌危岩体的上下各部分和稳定岩体之间均有裂隙分开，如果崩塌危岩体发生倾倒破坏，将以A点为转点发生转动。验算稳定性时应考虑各种附加力的不利组合条件。在张开的裂隙可能充满水时，应考虑静水压力的影响，VII度以上地震区，应考虑水平地震力附加作用力。

受力图式见图1-1（b）。如不考虑其他力，则崩塌体的抗倾覆稳定性系数K可按下式计算：

式中：f为静水压力（kN）;h0为充水高度，暴雨时等于岩体高（m）;h为岩体高（m）;γw为水的重度，取10（kN/m3）;W为崩塌体重力（kN）;F为水平地震力（kN）;a为转点A至重力延长线的垂直距离，这里取崩塌体宽的一半。

（2）滑移式破坏。滑移式崩塌破坏，其破坏面有平面、弧形面、楔形双滑面滑动三种形态。这类崩塌破坏如果在起始的滑移形成的情况下，就可按抗滑穩定性计算分析方法进行崩塌危岩体的稳定性评。

（3）鼓胀式破坏。这类崩塌危岩体由于较厚的软弱岩层的存在，比如断层破碎带、风化破碎岩体及软质岩层等。由于这些岩石的软化性强，在水的作用下，这些软弱岩层先行软化。如果上部岩体传来的压力大于软弱岩层的无侧限抗压强度时，软弱岩层就被挤出，这时鼓胀现象就产生。上部岩体产生下沉、滑移或倾倒，最终导致崩塌的发生，如图1-2，因此，鼓胀是这类崩塌的基本特征，其稳定性系数按下部软弱岩层的无侧限抗压强度与上部岩体产生的压力的比值计算评价：

式中：W为上部岩体的重力（kN）;A为上部岩体的底面积;R无为下部软弱岩在天然状态下的无侧限抗压强度。

（4）拉裂式破坏。拉裂式崩塌破坏模型如图1-3所示，以悬臂梁式突出的岩体，在AB面上承受的弯矩和剪力最大，岩层顶部承受的拉力，底部承受压力，A点附近拉应力最大。在长期重力和风化卸荷作用下，A点附近的裂隙逐渐增大，并向深处逐渐发展。拉应力将越来越集中在尚未开裂的部位，如果拉应力超过岩石的抗拉强度时，上部悬出的岩体就会发生崩塌破坏失稳，这类崩塌危岩体的关键是AB截面上的拉应力是否超过岩石的抗拉强度。故可以用拉应力与岩石的抗拉强度的比值进行稳定性评价。假如突出的岩体长度为L，岩体等厚，厚度为H，单位宽度为1m，岩石重度取γ，当AB面上未出现裂缝时，其稳定系数K值可用岩石的允许抗拉强度与点所受的拉应力比值求得：

如果A点处已有裂缝，裂缝深度为a，裂缝最低点为B，则

（5）错断式破坏。错断式破坏模式如图1-4所示，取可能崩塌的岩体ABCD为单元体进行分析。如不考虑静水压力、地震作用力等附加应力的影响，在岩体自重W作用下，与铅直方向呈45°角的EC方向产生最大剪应力，故岩体的稳定系数K值可用岩石的允许抗剪强度[τ]与τ最大的比值来计算：

4.崩塌危岩体的防治措施

崩塌危岩体的防治必须对崩塌危岩体形成的具体条件，对岩石结构面和各类节理面进行充分调查研究，分析评价崩塌危岩体破坏机制及扩展趋势，再结合防治目的，才能对崩塌危岩体采取有针对性的防治措施，几种常用的防治方法介绍如下：

（1）锚固与挂网喷浆。在风化裂隙及卸荷裂隙发育密集的裂隙区，全部清除较为困难的情况下，采用预应力锚索（杆）加挂网喷浆锚固崩塌危岩体，防止卸荷裂隙的产生及扩展，达到防治的目的。该方法是治理倾倒式及鼓胀式崩塌危岩体较为常用的手段，在设计加固工程时，要充分掌握裂隙区的准确范围，将卸荷裂隙的牵引带作为重点加固对象，牵引区在加固后可有效阻止裂隙区的扩展。（2）支撑嵌补加固。对较完整岩体的拉裂式及滑移式崩塌危岩体通常采用支撑嵌补的方法进行加固，防治危岩体的变形破坏，该方法属于临时性防护。

（3）避让遮挡。对采取工程加固困难，且加固成本较高的高陡崩塌危岩体，可采用避让遮挡的防治方法避免崩塌危岩体对人民生命财产的危害，针对铁路、公路及航运通道的峡谷地带的高陡斜坡地带通常采用遮挡的方式，如下方为城镇、村庄通常采用搬迁避让的方式。

参考文献：

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