顺江场危岩体变形机制及崩落轨迹预测

郑盛哲

(成都理工大学 四川 成都 610059)

引言

顺江场危岩位于合江县南滩乡，坡脚为居民区和小路，其中小路为顺江场周边居民赶场及顺江小学学生上学的便捷之路。在强降雨等诱发作用下，危岩局部失稳崩塌时有发生，共造成2人死亡、多间房屋砸毁的悲剧。通过对该地区危岩体发育变形机制的研究和对崩落后运动轨迹的模拟，为危岩治理提供相应的技术支持

一、危岩体地质环境条件

(一)地形地貌条件。研究区位于小漕河北岸，白(鹿)自(怀)公路与小漕河之间的斜坡上，呈台状低山地貌。山体圆滑，多似条状或馒头状，海拔200m～500m，相对高差50～300m。小槽河从坡脚横穿而过，河谷呈“U”型，沟谷较宽，宽度30～80m。斜坡结构以切向坡为主，局部地段为缓倾顺向坡，坡度较大，一般20°～40°。斜坡较平直均匀，植被极为茂盛，局部厚层砂岩分布地段呈陡崖地貌。斜坡出露地层为蓬莱镇组棕红、棕紫色泥岩、泥岩砂质与浅灰、黄灰色石英砂岩互层，砂岩含钙质较重。受地貌特征及岩层差异风化的控制，在陡崖地段危岩发育。研究区多为林地，耕地相对较少。

(二)地层岩性条件。研究区地层较为简单，主要为中生界侏罗系中下统自流井组(J1-2z)、中统沙溪庙组(J2s)、中统遂宁组(J2sn)、上统蓬莱镇组(J3p)，白垩系上统夹关组(K2j)，第四系中上更新统冰水堆积层(Q2+3fgl)及沿着长江、赤水河等河流两侧分布的全新统冲积层(Q4al)

研究区陡崖部位大面积出露侏罗系蓬莱组，其上部为层状石英砂岩，下部为泥质砂岩，由于差异风化强烈，往往在砂泥岩接触部位形成岩腔，在上部砂岩中往往形成危岩或崩塌。

图1 危岩分布图

(三)地质构造。该区属新华夏构造体系的一级沉降带～四川沉降盆地的南缘。新华夏构造体系川东褶皱带与纬向构造赤水～长宁东西构造带，向经向构造合江～赤水南北向构造带的过渡地区。以南北向的经向构造为主。研究区位于塘河背斜东翼，距离塘河背斜核部约3km。塘河背斜轴向近于南北向，南起福宝，向北经黄角、甘雨、马庙至江津河塘乡，长50km，岩层倾角3°～9°，两翼岩层倾角10°～15°，两翼对称。

二、危岩基本特征

(一)危岩形成机制分析。研究区陡崖处厚层～巨厚层状石英砂岩层面近水平，由于石英砂岩底部为易于压缩、蠕变的薄层状泥质砂岩、泥岩，且陡崖临空条件好，在自重作用下，变形致使陡崖局部地段岩层面缓倾坡外，为滑移式危岩的产生提供了条件。在陡崖底部砂泥岩接触部位，由于强烈的差异风化作用，形成岩腔，在重力、暴雨等诱因作用，危岩下滑力克服了底部缓倾坡外层面的抗滑力，其沿底部缓倾坡外层面发生滑移。该处危岩破坏的关键在于危岩沿缓倾坡外层面开始时的滑移，其破坏原因除重力之外，岩体裂隙中的水压力及雨水对潜在滑面的软化作用等均是主要诱因。

(二)危岩稳定性分析。1.参数取值。危岩密度γ、内聚力c、内摩擦角φ三个指标是判断危岩稳定性的重要参数。依据岩土体室内试验资料，结合相关规范分析，综合邻近场地的经验资料，提出岩体物理力学参数取值：密度为2.3g/cm3；抗压强度在天然情况下为18MPa，饱和状态下为10MPa；抗拉强度为6MPa,粘聚力为1.8MPa，内摩擦角为44°。2.危岩稳定性计算。勘查区内危岩破坏方式为滑移式破坏，计算公式依据《地质灾害防治工程勘察规范》(DB50/143-2003)中的计算公式计算。

图2 滑移式危岩稳定性计算模型

后缘无陡倾裂隙(滑面缓倾)时，按下式计算(图1)：

式中：

K—危岩稳定性系数；

W—单位长度危岩重力(kN)；

h—后缘裂隙上端到未贯通段下端的垂直距离(m)；

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P—单位长危岩块体承受的水平地震力(kN)，p=zW；z为水平地震系数；

c—滑面粘聚力(kPa)

φ—内摩擦角(o)；

Q—裂隙中静水压力(kN)；

三、危岩崩落轨迹预测

(一)危岩崩落过程数值模拟。危岩失稳破坏后，它的弹跳高度、运动速度、运动距离存在着较多方面的影响因素。危岩初始运动速度，危岩体的大小，边坡高度及坡度等等因素。

为了确定危岩崩落距离，更好的保护人民生命财产安全，为该处危岩的防治工程设计提供更好的理论参考，采取Rockfall模拟危岩崩落运动轨迹。通过对之前该地区落石崩落情况的参数反演和软件取值建议，确定计算参数。

表1 落石运动数值模拟参数表

图3 落石路径计算计算模型

图4 落石分布位置图

考虑到危岩崩落在外界因素影响下发生微小变形，积累到一定程度后发生突然破坏，其初速度通常很小，再次视初速度为零，落石质量为2000kg，对危岩崩落进行30次模拟。

通过rocfall数值模拟分析可知，自崩落点起，最近崩落距离为49m，最远崩落距离为132m。

(二)危岩崩落危害性分析。危岩坠落后，73%的危岩位于78m以前，停留在坡体表面，未坠落下陡坡，对坡下民房造成破坏。仍有27%的危岩崩落陡坡，危害人民财产安全。且最远的崩落距离为132m，说明存在危岩崩落陡坡后仍具有较大动能，会对坡底南滩乡居民造成巨大损失。

四、结论

(1)顺江场危岩受强烈的差异风化作用，在其前缘形成岩腔，且该处陡崖临空条件良好，为危岩的变形破坏提供了良好的地质条件。

(2)考虑到该处危岩危险性较大，应对其进行相关监测和预警，尤其是在雨季，受降雨影响下，该处危岩的稳定性显著降低，存在巨大的滑动风险。

(3)危岩坠落后，存在对南滩乡居民房屋造成破坏的风险性，并且该处危岩岩体较大，破坏性较强，应当及时对其进行治理。