贵阳市仙人洞道观及水口寺小学崩塌（危岩体带）稳定性分析及治理措施

赵叶江

（贵州有色地质工程勘察公司，贵州 贵阳 550005）

1 地质环境条件

从19世纪80年代初至今，贵阳市仙人洞道观、水口寺小学崩塌（危岩体）一直断断续续发生大小不一的危岩崩塌，该处崩塌（危岩体）具有危害巨大、威胁人口众多的特点。

崩塌（危岩体带）区属于构造、剥蚀、侵蚀作用形成的岩溶（喀斯特）中山地貌类型，总体地势为北高南低，最高点位于勘查区北侧坡顶、海拔高程约1237m，最低点位于南侧红岩路、海拔高程约1050m，地形相对高差约187m。陡坡坡度为60～85°，局部区域陡崖，崩塌垂直高度最高约185m，崩向180～250°。

崩塌（危岩体带）区位于贵阳市向斜南部，图云关断层从崩塌（危岩体带）区内南北向通过，倾向76°，倾角为25°～60°。断层上盘为二叠系下统茅口组（P1m）厚层灰岩，岩层产状为80°∠20°；下盘为三叠系下统大冶组（T1d）薄层灰岩，岩层产状为85°∠45°。在崩塌（危岩体带）区内的断层沿线可见角砾岩，出露地层岩性主要为二叠系下统茅口组（P1m）厚层灰岩及三叠系下统大冶组（T1d）薄层灰岩。

受区域构造、特别是图云关断层的破碎带影响，该调查区域内灰岩岩体节理发育、裂隙发育，发育两组主要节理，产状分别为J1组（125～150°）∠（65～80°）、J2组（220～260°）∠（70～80°）。两组节理均呈张性特征，节理起伏粗糙，延展一般，大部分有一定的张开度，部分张开度较大，且大部分无充填，部分黏土充填，部分岩屑夹泥质充填，节理面结合差。

2 崩塌体基本特征

2.1 崩塌范围、规模及形态

勘查区崩塌（危岩体、危岩带）主要分布于陡崖上，其陡崖由水口寺小学北东侧至仙人洞道观东侧整体呈南白向，整体坡向220～260°。按地形地貌、危岩体发育情况等特征将陡崖分为AB段（水口寺小学北东侧陡崖）、CD段（仙人洞道观东侧陡崖），如图1所示。

AB段（水口寺小学北东侧陡崖），主要是由灰岩组成的岩质边坡。陡崖总长约150m，分布高程为1055～1143m，高15～25m，陡崖坡度为60～85°。坡前为居民住房建筑及水口寺小学。由于岩体长期受风化、层面及多条竖向贯通节理的控制，现该段坡体上存在崩塌（W1危岩带），位于水口寺小学北东侧，主要包括两个危岩体W1-1～W1-2及零星危岩体，危岩带长约100m，高15～25m，坡向265°，坡度为60～80°，在危岩带上有大量松动的危岩体，其大小在 1.0 ～ 12.7m3。

图1 危岩体带分布示意图

CD段（仙人洞道观东侧陡崖），主要是由灰岩组成的岩质边坡。该段陡崖在调查范围内陡崖长度约90m，分布高程为1108～1236m，高83～128m，陡崖坡度为60～85°。该段陡崖坡前为仙人洞道观，坡脚为居民住房建筑及水口寺小学。由于岩体长期受风化、层面及多条竖向贯通节理的控制，形成了大小不一、独立或集合的危岩体。该段坡体上存在崩塌（W2危岩带）及崩塌（W1～W5危岩体）。崩塌（W2危岩带）位于仙人洞道观东侧陡崖上，主要包括26个危岩体W2-1～W2-26及零星危岩体，W2危岩带长约90m，高45～85m，坡向220°，坡度为60～85°，其大小在0.3～240.0m3；崩塌（W1～W5危岩体）及零星危岩体，其大小在0.5～1.0m3。

2.2 崩塌（危岩体）变形破坏机制

根据现场实地调查，大多数崩塌（危岩体）处于临界稳定状态。崩塌（危岩体）的变形破坏机制如下：

（1）体积较大的W2-1～W2-13危岩体虽与母岩未完全脱离，但已受后侧裂隙、裂缝贯通切割，稳定性差。目前，主要的支撑为底部缓外倾岩体基座，在各种不利因素作用下，基座极易失稳形成倾倒式崩塌，从而发生崩塌地质灾害，其危险性大、危害程度大。

（2）危岩带上分布的小型危岩体尚未与母岩完全脱离，主要受两侧节理、裂隙与顶底岩层层面切割，稳定性差。目前，主要的支撑为岩体后侧未贯穿的折形节理或底部缓外倾岩体，支撑体系较为脆弱。在各种不利因素作用下，极易使危岩体后侧节理贯穿张裂发育为张开裂隙、危岩体，与底部缓外倾岩层结合程度降低形成崩塌，靠岩体后侧未贯穿的折形节理支撑的危岩体发生坠落式破坏，靠底部缓外倾岩体支撑的危岩体发生滑移式破坏，从而发生崩塌地质灾害，危岩体发生崩塌的危险性大、危害程度大。

（3）坡体上零星分布的小型崩塌岩块，已与母岩脱离独立，主要靠凹凸不平的坡面自然支撑，支撑体系极为脆弱。在环境因素改变或人为扰动下易向坡脚滑滚，其危险性大、危险程度大。

2.3 危岩体的稳定性分析

（1）危岩体的定性分析。根据现场的实际调查情况，崩塌（危岩体）主要受断层、结构面及可溶性岩石的影响，目前处于极限稳定—基本稳定状态，但随着时间推移，加之风化速度加快、降雨、植物根系等其他外在因素的影响，最后极易发展为不稳定状态。利用赤平投影分析方法对危岩体的稳定性定性分析的结果及分析情况如图2所示。

图2 危岩体赤平投影分析图

从图2中可以看出，W1危岩带岩体受两组节理J1、J2及外倾岩层层面相互切割，将岩体切割成块状。由于节理J1外倾，导致岩块重心向临空侧偏移，故底部有基座的崩塌（危岩体）破坏模式为滑移式破坏或倾倒式破坏，底部无支撑体的崩塌（危岩体）破坏模式为坠落式破坏模式。

（2）典型的危岩体的稳定性定量分析。计算参数依据《工程岩体分级标准》（GB/T 50218—2014）表3.7.3-1及《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）表4.5.1取值，暴雨工况下，岩体结构面内聚力和内摩擦角按照折减系数进行取值，计算参数如表1所示。

表1 危岩体稳定性计算参数一览表

第一，倾倒式崩塌（危岩体）稳定性计算。崩塌（危岩体）重心在倾覆点之外，按公式（1）计算，崩塌（危岩体）重心在倾覆点之内按公式（2）计算。

式中：F为稳定性系数；h为后缘裂隙深度，m；hw为后缘裂隙充水高度，m；H为后缘裂隙上端到未贯通段下端的垂直距离，m；a为危岩体重心到倾覆点的水平距离，m；b为后缘裂隙未贯通段下端到倾覆点的水平距离，m；h0为危岩体重心到倾覆点的垂直距离，m；flk为危岩体抗拉强度标准值，kPa；α为危岩体与基座接触面倾角，°；β为后缘裂隙倾角，°；Q为地震力，kN/m；V为裂隙水压力，kN/m。

第二，坠落式危岩稳定性按公式（3）、公式（4）计算，稳定性系数取两种计算结果中的较小值。

式中：ζ为危岩抗弯力矩计算系数，依据潜在破坏面形态取值，一般取1/12～1/6；a0为危岩体重心到潜在破坏面的水平距离，m；b0为危岩体重心到潜在破坏面的铅垂距离，m；flk为危岩体抗拉强度标准值，kPa；c为危岩体黏聚力标准值，kPa；φ为危岩体内摩擦角，°。

第三，滑移式危岩稳定性按公式（5）计算。

式中：V为裂隙水压力，kN/m；F为危岩稳定性系数；c为后缘裂隙黏聚力标准值（当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段黏聚力标准值按长度加权的加权平均值，未贯通段黏聚力标准值取岩石黏聚力标准值的0.4倍），kPa；φ为后缘裂隙内摩擦角标准值（当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段内摩擦角标准值按长度加权的加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.80倍），°；α为滑面倾角，°；W为危岩体自重，kN/m。

第四，为了深刻认识区内危岩的稳定性，适应危岩整治的需要，选择部分典型的危岩崩塌类型进行稳定性计算分析。两种工况下各危岩体稳定性计算结果如表2所示。

3 崩塌（危岩体）治理方案

目前，治理崩塌（危岩体）的主要方案有崩塌（危岩体）清除、锚杆锚索+格构梁、主动防护网、被动防护网、支撑、裂缝填塞、拦石槽等，针对崩塌（危岩体）不同的外在因素及岩体特性，崩塌（危岩体）治理方案会产生不同的工程效益、人文效益、经济效益，存在各自的优缺点。针对仙人洞道观及水口寺小学崩塌地质灾害的实际情况，采取松动危岩体清除+局部锚索+局部锚杆+整体主动防护网+被动防护网+局部嵌补+局部裂缝填塞+拱形保护的治理方案。

4 结语

贵州省处于云贵高原喀斯特地貌区，危岩崩塌是该地区常见的地质灾害之一，其是在多组岩体结构面组合下，通过构造、重力、水体、风化、根劈、振动等不利因素共同作用下，处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态的结构体。该崩塌（危岩体）采取上述治理措施后，经长期监测，治理效果良好。治理措施不仅保留了传统道教文化，还保留了喀斯特地区的美景，对以后危岩崩塌的研究及治理具有一定指导意义。

表2 两种工况下危岩体稳定性计算结果