安宁市摩崖石刻危岩体稳定性分析及防治措施

许汉华，刘文连△，杜时贵，彭国城，雍 睿，眭素刚

（1.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.绍兴文理学院土木工程学院，浙江 绍兴 312000）

国内外学术圈目前对危岩体的概念主要有两种定义：（1）位于陡崖或陡坡上多组结构面组合而构成在地震、裂隙水压力、重力等诱发因素作用下处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态的岩石块体[1]；（2）斜坡上一些岩体虽还未发生崩塌，但已具备发生的条件，且已出现崩塌己有变形迹象和失稳破坏前兆现象，预示将来不久有可能发生崩塌的岩块体[2]。岩体地形地貌、岩性特征、地质构造是危岩体形成的物质条件基础[3]。

随着云贵高原区进一步开发深入，包括景区开发、露天矿山开采、水电站、修建高速铁路、高速公路等，涉及到的各行业危岩体理论体系研究也逐步加深，对山地工程开采利用逐步增强，开发范围和工程规模也逐步扩展、所涉及到的工程地质和水文地质条件更加复杂，以前未出现过越来越多的地质灾害现象得以凸显[4]，基于危岩体边坡失稳破坏稳定性问题的崩塌已成为地质灾害研究的难点、重点和热门课题。从国外苏联的波波夫以及捷克的捷鲁巴，到国内的张倬元、陈洪凯、杜时贵、王士天等，各个地区、不同时代的学者和工程师都做了不同程度的科研攻关和工程实践[5]。对危岩体的科研攻关涉及到许多学科体系，主要包括构造地质学、岩土工程测试技术、工程地质学、数学、岩土力学及计算机仿真技术等学科领域[6]。杜时贵等[7]基于露天高边坡矿山规模大小和构成要素，将露天高边坡矿山划分为台阶边坡、组合台阶边坡及总体边坡，将涉及到的结构面划分为小规模、非贯穿、贯穿结构面。

1 危岩形态特征

安宁市摩崖石刻危岩体形态特征主要受岩层产状（层面）、结构面产状（节理面）、坡面产状和风化程度（发育密度、闭合程度）组合控制，在不同结构面的不利组合情况下，岩体被切割成大小差异大、形状为楔形体或不规则六面体的岩块，受地形条件控制，岩块形成临空面，后侧卸荷裂隙未能完全贯通，陡崖上可见架空现象。受构造作用、风化作用和植物根劈作用影响，整体上陡崖顶部结构面发育密度大，多为张开式，充填有粘性土，岩体破碎呈碎裂块状。底部发育密度小，多为闭合式，结构面上基本无充填，岩体多呈层状或巨块状。

2 危岩体成因分析

安宁市摩崖石刻危岩体的形成是由多种因素综合作用的结果。层状岩体构造裂隙发育以及风化、卸荷作用是危岩稳定性的主要影响因素。

1）地形地貌。研究区地貌上为山间河谷岸坡，地形坡度65°～85°，局部溶蚀作用和崩塌形成负地形（岩体内凹），坡面基岩出露，岩体呈块状，节理裂隙较发育。

2）地层岩性。研究区内岩性为二叠系阳新群（P1y）浅灰色、灰色灰岩（属可溶岩），在上部岩土体的重力作用下，岩体易产生压致拉裂，使岩体产生卸荷节理且强度降低，进一步破坏则产生崩塌。

3）地质构造。研究区岩层产状85°∠15°，除层面裂隙外，主要发育四组卸荷裂隙，即其中J1倾向：170°～210°，倾角，55°～80°；J2倾向：220°～250°，倾角20°～40°；J3倾向：300°～350°，倾角，60°～80°；J4倾向：240°～270°，倾角，60～80°。

4）雨水侵蚀。在雨季，大量雨水渗入于岩体裂隙之中，裂隙水及其流动产生不利于岩体稳定的静、动水压力，溶蚀灰岩、冲刷结构面裂隙中的充填物，降低结构面上的抗剪强度，使得危岩易于形成危害。

5）卸荷作用。研究区坡体地层主要由灰岩组成，顶部有厚度小于3.0m 的坡残积粘性土，由于构造作用，岩体产生临空面，稳定性降低，从而导致危岩体的形成。

6）地震作用。地震对危岩的影响主要表现为向坡外的水平地震力易使危岩体失稳。研究区处于地震烈度Ⅷ度区，安宁历史上发生的多次地震均对该区有一定的影响。

7）根劈作用。研究区在坡体中部和坡顶植被茂盛，部分乔木的根系沿岩体结构面生长，破坏结构面强度，同时随着植物根系的长粗，导致结构面开度增加，对岩石形成向外的张力，影响坡体上岩块的稳定性。

8）人类工程活动。人类在坡顶建亭子、挖除溶洞充填物、坡脚修建景观水池等工程活动也对危岩稳定性具有一定影响。

3 危岩体形成机制分析

安宁市摩崖石刻危岩体由于岩体节理裂隙发育，受节理裂隙结构面组合与坡面关系控制，岩体多被切割为不规则块体或楔形体，根劈作用加大岩体结构面的开度，在岩体自重作用下，其表层破碎岩块极易沿层理面形成规模不大的崩落，危岩块沿与坡向一致的裂隙面产生崩落，形成崩塌，以滑塌式为主，局部呈坠落式、倾倒式。由于分布位置相对较高且坡度较陡，危岩体形成崩塌后，破碎岩块沿斜坡翻滚，速度加速，冲击力增加，崩塌岩块受坡面撞击向外抛射，从而增大了崩落距离，加大了对下侧道路及行人破坏范围。

4 危岩体变形破坏模式分析

安宁市摩崖石刻危岩体的形成机制比较复杂，一般是以一种形式为主，几种形式复合进行的，并且某些组合模式在发展过程中也可转化为另一种组合模式。现根据各种模式的产生条件以及现场观测到的变形迹象和外貌特征将研究区危岩的形成机制分为以下三种模式，即滑塌式、坠落式、倾倒式。

1）滑塌式。这种破坏模式主要包含两种类型，一是沿单一的外倾结构面发生整体或逐级的滑移剪切破坏；一是由多组结构面组合形成的楔形体沿外倾组合交线发生滑移破坏。此类破坏方式的危岩块体有W1、W4、W5、W6、W7、W12共计6 个。

2）坠落式。指岩体形状突出，后缘切割面已经形成，虽未分离贯通但连通率大于50%，岩体在重力的作用下，脱离母岩成为崩塌。研究区内3 处危岩体属于此种类型，岩体近于直立，多有架空现象，在自重及外力作用下，岩体易坠落形成崩塌。此类破坏方式的危岩块体有W3、W9、W10共计3 个。

3）倾倒式。指处于陡岩上的岩体向外凸出，受裂隙的切割，高陡拉张裂隙倾向临空面，在重力、降雨作用下危岩体绕下部基座支点向坡外发生转动倾倒崩落，发生倾倒式型破坏。研究区内3 处危岩体属于此种类型，此类破坏方式的危岩块体有W2、W8、W11。

5 防治措施分析

安宁市摩崖石刻危岩体形成了岩质边坡，边坡高度约6.0～13.0m，长度约200m。高边坡存在危岩、崩塌、滚石等地质灾害隐患，严重影响观赏游人的生命安全。为了排除安宁市摩崖石刻的地质灾害隐患应对边坡进行防治。边坡崖壁上存在12 个较大的危岩体，经进行初步稳定性分析评价，危岩体稳定性差，应进行相关的防治。现初步提出边坡12 个危岩体防治建议措施供设计参考，具体防治措施应结合进一步边坡稳定性分析确定更得体的措施。危岩体防治建议措施详见表1。

在W2～W4危岩间，陡崖后方2.5～5.7m 处，由于底部溶洞冒落和上部覆盖层的陷落，形成塌陷漏斗，漏斗壁上部为粘性土层，下部为灰岩，据调查，该塌陷漏斗形成时间大于3 年，前期委托单位在漏斗的靠山一侧修建了高度约2m 的混凝土挡墙，随着时间的推移，拦挡结构已经被崩落的土体填满，后期崩落的土体会直接滑落到溶洞底部，且目前仅支挡了东侧其余三个方向无支挡结构，漏斗壁发生崩滑的可能性较大，建议进行支挡，或在土岩界面处修建混凝土板，拦挡上部崩滑的土体。

表1 危岩体防治措施表

另根据现场调查，陡崖顶部存在厚度不等的坡残积松散堆积粘性土，在暴雨条件或地震作用下，坡体上是松散堆积体会发生表规模塌滑，影响文物的美观和影响观赏行人的安全，建议对坡顶的覆盖层进行挂网喷锚处理。根据调查，研究区坡高6～13m，高度不大，危岩分布范围相对较小，被结构面切割的块体体积相对较小，采用清除危岩、挂设主动防护网、封闭坡脚处溶洞等工程措施实施难度较小，具备防治的可行性，防治工作可根据危岩的危险程度和治理的难易程度，分期、分批进行防治。