内江朝阳危岩灾害特征分析及其治理技术

杨有莲 吴启红 唐然 董建辉 邱洪志 张华

摘 要：以内江市某工程朝阳危岩为例，通过对危岩地质灾害体规模和空间分布、形状特征、结构特征和运动特征进行调查，并且对危岩崩落运动水平速度、石块腾越、弹跳和落石能量进行了计算.根据治理区危岩体的形成，结合危岩体基座特征、后缘裂隙发育特征和前缘临空状况，对危岩变形破坏模式进行了分析，在已有危岩WY1、WY2和WY4崩塌分析结果的基础上，对危岩的稳定性进行了分析.结果表明，在工况Ⅱ和工况Ⅲ条件下，危岩WY1、WY2和WY4处于欠稳定状态.通过几种方案比选及方案进一步优化和细化，得到优化的危岩治理方案为清除危石+锚杆锚固+砂浆填缝+扩建截水沟，并对方案具体实施及其实施效果进行了评价，具有明显的经济和社会效益，对类似工程具有一定的参考价值.

关键词：危岩;灾害;破坏模式;稳定验算;治理方案

中图分类号：P642.21

文献标志码：A

0 引 言

危岩灾害的发育与形成是诸多致灾因子共同作用的结果，目前国内外已经积累了较多治理技术，如锚固、支撑、清除、拦截和注浆加固等.但大多仅针对某单一灾害因素采取单一防治措施，单纯地采取加固、拦截或清理等治理技术，缺乏系统思维，既不经济也不合理.鉴于危岩灾害是诸多致灾因素的共同作用，因此要有效防治危岩灾害，必须采取统合治理技术，即依据具体工程实际，采用多种工程技术，预防与治理相结合，多方协调，综合治理.

1 工程概况

内江市市中区朝阳危岩地处内江市市中区朝阳镇张家场社区正东街道，地理坐标东经104°53′～104°54′，北纬29°32′～29°33′，距离内江市市中心約15公里，县道内荣路西南侧，朝阳镇卫生院与场镇居住点后方.

综合利用槽探及地面调绘等方法手段，经过野外调查与室内综合分析，系统地查明了区内危岩的规模和性质.

1）区内地质灾害的类型有危岩，危岩危害对象分级为Ⅱ级.

2）区内有危岩体共4处，危石6处，发育于侏罗系中统沙溪庙组砂岩层中，危岩体积793 m3，危石体积10 m3.危岩呈坠落式、倾倒式和滑移式破坏模式等［1-6］.

经分析，朝阳危岩在不同工况下所处的状态见表1.

2 地质灾害体特征

2.1 危岩规模与空间分布

朝阳危岩位于内江市市中区朝阳镇张家场社区正东街道南侧陡坡上，朝阳危岩带平面呈“L”形，呈北西南东向展布，由西向东和由南向北共分布4处危岩体（见图1），危岩体主要分布在斜坡中上部和陡坡顶部，规模大小不等，体积14.0～720.0 m3，总体积约793 m3.主要分布于陡崖段，仅WY1和WY2危岩分布于陡坎和陡坡上，高程在375～400 m，形态有柱状和块状等.

2.2 危岩形状分析

根据陡坡的分布情况和危岩崩塌后所带来的危害程度和损失大小不同，把危岩带区分成2段，即东段和西段.

西段：位于治理区西面，斜坡长120 m左右，宽（高）3～10 m，厚1～2 m，坡向285°～355°.局部分布陡崖，地形坡角下缓（20°～25°）上陡（75°～80°），陡崖高3～7 m，横断面总体呈折线型.据槽探揭露，未见发育卸荷裂隙.据调查，发育3组裂隙，L1：50°∠50°，L2：310°∠60°，L3：155°∠30°，裂隙间距0.7～1.5 m，裂隙张开度0.5～2.0 cm.岩层倾斜方向与坡面倾斜方向接近垂直，所以不影响危岩体的稳定性［2］.裂隙组合切割岩体，局部形成楔形体，因此斜坡整体现状下处于稳定状态（见图2），局部发育危岩体.

该段共发育危岩体2处，即WY1和WY2危岩.WY1危岩呈楔体状，长5 m，宽3～3.5 m，厚2 m，体积为35 m3，发育高程为388～393 m，高差5 m；WY2危岩呈楔体状，长5 m，宽3～3.5 m，厚1.5 m，体积为14 m3，发育高程为384～387 m，高差3 m.

东段：位于治理区东面，斜坡带总长100 m，宽（高）5～20 m左右，厚2～5 m，坡向45°～50°.地形分布以斜坡为主，以陡崖为辅.地形坡角下缓（15°～25°）上陡（75°～80°），陡崖高5～20 m，横断面总体呈直线型.据槽探揭露，坡顶卸荷裂隙发育宽度6.5 m.据调查，发育2组裂隙，L1：26°∠59°，L2：330°∠85°，裂隙间距0.5～1.5 m，裂隙张开度0.5～5.0 cm.裂隙组合切割岩体，局部形成楔形体，因此斜坡整体现状下处于稳定状态（见图3），局部发育危岩体.

该段共发育危岩体2处，即WY3和WY4危岩.WY3危岩已被支顶治理;WY4危岩长17 m，宽5～6 m，厚7 m，体积720 m3，分布高程在377～395 m，危岩的垂直落差18 m.

各危岩体变形破坏特征及稳定性评价见表2.

2.3 危岩结构分析

在具有分层结构的砂岩斜坡或斜坡上的朝阳区危险岩石，岩层倾向145°，倾角1°～2°，危险岩体与斜坡或斜坡方向相交的倾向为大角度的切向斜坡.滑动的主要方向实际上与斜坡或斜坡的方向相同［5］.朝阳区危岩体为侏罗系，因主要由中细粒、长石和石英砂岩组成，具有直接影响岩体结构生长的稳定性.

治理区内共发育2组优势裂隙结构面，裂隙倾角50°以上，2组裂隙岩体优势结构面产状特征分别为：第1组结构裂隙倾向25°～50°，倾角50°～70°，裂隙局部地带倾向反倾，裂隙面多较平直粗糙，一般呈张开状，张开度0～35 mm，间距0.5～5.0 m；第2组结构裂隙倾向多在310°～330°，倾角60°～85°，裂隙面多较平直粗糙，一般呈张开状，张开度0～40 cm，间距0.5～3.0 m.

2.4 危岩运动特征

2.4.1 危岩崩落运动水平速度计算

治理区危岩崩落在单坡运动的过程中，沿斜坡的方向向下运动，会因为斜坡上树木和坡状态的变化，产生跳跃运动.往往先短距离跳跃，到达缓坡地带，又变为滑动或滚动，少量大石块因运动速度快，可能下崩，形成危害场区［7］.

危岩崩落运动水平速度除了受岩体坡度和高度影响，还受岩体大小、形状、斜坡形状、植被和覆盖层厚度的影响.因此，可采用最上部坡段的坡脚初始速度来计算危岩崩落运动水平速度［8-9］.

3 危岩体变形破坏模式分析

结合朝阳区危岩体基座、前端临空面特征和后端裂隙发育情况，以及地质构造和外动力等［4］.可以发现朝阳区危岩体破坏以倾倒式为主（1处），滑移式（2处）和坠落式（1处）为辅［5］.

3.1 坠落式

一旦裂缝完全发育，裂缝就会切开整个危岩体，使其与母岩分离，危岩体因重力而突然脱离不稳定的母岩，从而发生崩塌.经过调研发现危险岩体1，即危岩体WY3，很可能发生坠落式滑坡，已被暂时处理，目前处于安全状态.

3.2 滑移式

当附在母岩上的危岩体以一定角度与裂隙口（卸荷裂隙口）接触，并且自重和地面水渗入作用把裂隙固定部分逐渐连通，发生剪切破坏，呈渐变特点，临空特点决定危岩体的破坏程度.区内WY1和WY4危岩即是滑移式破坏.

3.3 倾倒式

倾倒式破坏的形成机制是岩体在不稳定时绕根部一点发生旋转，当重心偏离斜坡时，岩体便会骤然坍塌.在强烈振动或者长期暴雨作用下，欠稳定岩体容易产生失稳倒塌［6］.经此次调查区内可能产生倾倒式崩塌的危岩体1处，即WY2危岩.

4 危岩的稳定性验算

根据危岩结构特征和形态特征，结合WY1、WY2和WY4危巖崩塌分析结果，危岩稳定性验算工况考虑的荷载主要为天然自重荷载、饱和自重荷载及地震荷载3类.设计计算工况划分为工况Ⅰ（自重）、工况Ⅱ（自重+暴雨）和工况Ⅲ（自重+地震）3种.

综合考虑，确定工况I和工况Ⅱ为设计工况，工况Ⅲ为校核工况，设计抗滑安全系数1.30.

4.1 计算参数

本次计算参数直接采用勘查报告中提供的相关参数，土层参数为fak=150 kPa，基底摩擦系数取0.25.砂岩天然密度取2.51 g/cm3，c值取1 314 kPa，φ值取38.50；饱和密度取2.53 g/cm3，c值取948 kPa，值取37.550，承载力特征值取500 kPa；基底摩擦系数取0.40；锚杆锚固长度按照危岩卸荷裂隙及边坡理论破裂角进行控制，边坡破裂角取59°.具体参数见表3.

4.3 稳定性评价标准

稳定系数K的风险评估标准见表4.结果表明，从定性和定量2个方面对危岩体进行评价，二者的评价结果基本吻合.即处理区域内所分布的不稳定岩石在自然状态下是稳定的，在自重+暴雨状态下处于稳定或欠稳定状态，在自重+地震力作用下处于欠稳定或不稳定状态，定量分析的结论与定性分析的结论基本统一.

4.4 稳定性计算结果

危石主要指崩落堆积于陡坡上的大块石，并且在地震和降雨的影响下发生滚动，对陡峭山坡下的居民及周围环境的建筑物可能产生威胁的大块石.

本次调查的4处危岩，总体积793 m3.危岩体稳定性评价结果详见表5～表7.

危岩WY3已进行支撑加固，根据现场调查，支撑加固后上部岩体未再发生变形和坠落，支撑柱完好，无变形迹象，支撑柱放置于基岩上，基础现状下未发生变形.因此，WY3在支撑加固后已处于稳定状态.

在已经形成破坏性结构面的不稳危险岩体的情况下，发生破裂坍塌的可能性很高；在基本形成破坏性结构面的欠稳危险岩体的情况下，如有外部动力因素的影响，如暴雨和地震力等，可能产生失稳塌方；在破坏结构性结构面还没有全部形成的情况，但在降水等多种因素的影响下，将逐渐形成破坏性结构面，短时间内不会产生明显的塌陷.

5 治理方案比较分析及优化

5.1 治理方案比较分析

针对朝阳危岩地质灾害的基本特征和预测分析，可行性研究报告针对灾害体提出的2种治理方案进行了对比，如下：

方案1：人工清除危石+格构锚杆+锚喷+镶补勾缝+封闭裂隙；

方案2：人工清除危岩、危石+格构锚杆+锚喷+镶补勾缝+封闭裂隙.

从技术、工期及投资3个方面比较：方案1技术可行性优于方案2；方案1工期条件优于方案2；方案1投资优于方案2.因此，推荐方案1.

5.2 方案优化

原初设方案WY1和WY2危岩以锚喷为主，结合镶补勾缝，WY3底部凹腔已采用C30支撑柱支撑，应加强支撑柱的变形及WY3位移监测，WY4以格构锚杆为主，结合锚喷和镶补勾缝，此外WY4顶部的卸荷裂隙用M10砂浆封闭.

本次设计对方案1进行了优化和细化.对WY1和WY2危岩采用锚喷治理优化为锚杆锚固；WY3危岩治理后效果较好，但在雨季危岩下水沟排水不畅，淹没危岩下居民，为此对WY3危岩进一步采用砼柱支撑，并加深加宽排水沟；WY4危岩高陡，坡度呈90°，局部呈倒坡状，不具备实施喷锚和格构施工条件，原来对WY4危岩仅进行了简单凹腔填补，砌体在危岩体作用下略有臌胀，因此对WY4危岩上进行锚杆锚固，危岩下砌体进行人工注浆.

5.3 防治工程具体布置

WY1危岩体：锚杆锚固+砂浆填缝.采用6根1Ф25φ91普通水泥砂浆锚杆加固危岩体.3排，每排2根，锚杆纵向间距2 m，横向间距2 m，下倾角20°，注M30水泥砂浆.单根锚杆长2.5～3.5 m，锚固段长2 m，共计17 m.采用M10水泥砂浆封填裂缝，自上而下人工自流注浆，数量据实而计.

WY2危岩体：锚杆锚固+砂浆填缝.采用4根1Ф25φ91普通水泥砂浆锚杆加固危岩体.2排，每排2根，锚杆纵向间距2 m，横向间距2 m，下倾角20°，注M30水泥砂浆.单根锚杆长3.0～4.0 m，锚固段长2 m，共计14 m.采用M10水泥砂浆封填裂缝，自上而下人工自流注浆，数量据实而计.

WY3危巖体：砼柱加强支撑+扩建排水沟.对WY3危岩进行进一步砼柱加强支撑，本设计采用C30钢筋混凝土砼柱支撑，砼柱内配φ14钢筋8根，砼柱截面500 mm×500 mm.砼柱地基以中风化基岩为持力层，并嵌入中风化基岩0.5 m，设计地基承载力fk＝1 000 kPa.

在原有排水沟基础上加深加宽，加深为50 cm，加宽为上40 cm，下为30 cm，圬工厚0.2 m.截排水沟采用M7.5浆砌块石砌筑，表面勾缝，截水沟每10～15 m设2 cm宽伸缩缝，沿着内表面和上表面用沥青大麻填充接缝，填塞深度为10 cm.

WY4危岩体：锚杆锚固+砂浆填缝+砌体注浆.采用27根1Ф25φ91普通水泥砂浆锚杆加固危岩体.3排，每排9根，锚杆纵向间距2 m，横向间距2 m，下倾角20°，注M30水泥砂浆.单根锚杆长7～13 m，锚固段长4 m，共计264 m.采用M10水泥砂浆封填裂缝，自上而下人工自流注浆，数量据实而计.危岩底部岩腔砌体采用M30砂浆注浆，砂浆自上而下人工自流注浆，待砂浆凝固收缩后，进行多次注浆，加强支顶砌体强度.

6 工程实施效果评价

总体而言，在工程建设期内，工程治理施工对当地人的生活、劳作造成了一定的不良影响，但是该工程建设目的旨在保护灾居范围内居民的生命和财产，以及增加城市的美感，促进地方区域经济的发展，并对水土起到保护作用.可见，就工程所带来的环境负面而言，利远大于弊.

1）经济效益.危岩防治工程投资为约36.75万元，可有效减轻危岩下部朝阳镇张家场社区正东街道居民及周边居民所受威胁，可为地方经济发展创造良好的环境，为地方带来良好的经济效益，因此，朝阳危岩防治工程的经济效益将是非常明显的.

2）社会效益.朝阳危岩多次发生变形和崩落，对坡下居民造成了一定威胁.通过对危岩锚固，能有效保护灾害治理区域内居民的生命和财产安全，有效避免危险岩层的威胁.将对当地居民的安家乐业发挥积极作用，由此产生的社会效益将十分显著.

参考文献：

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［9］周成彬.重庆市巴南区一陈路段危岩体稳定性分析及其失稳运动特征研究［D］.成都：成都理工大学，2018.

（实习编辑：姚运秀）

Abstract：

Taking the project of Chaoyang dangerous rock in Neijiang city as an example，the size and spatial distribution，shape characteristics，structure characteristics and movement characteristics of dangerous rock geological hazard body are analyzed，and the horizontal velocity of dangerous rock falling movement，rock leaping，bouncing and rock falling energy are calculated.According to the formation of dangerous rock in the control area，the deformation and failure mode of dangerous rock are analyzed based on the study of the characteristics of the base of dangerous rock，the development characteristics of cracks in the back edge，and the front space condition.Based on the existing collapse analysis results of dangerous rock WY1，WY2，and WY4，the stability of dangerous rock is analyzed.The results show that under the condition of working condition Ⅱ and working condition Ⅲ，the dangerous rock WY1，WY2 and WY4 are in an under-stable state.Through the comparison and selection of several schemes and further optimization and refinement of the scheme，the optimized scheme of dangerous rock treatment is obtained，which consists of dangerous rock removal+anchor bolt anchoring+mortar filling+expansion ditch cutting.The practical implementation and implementation effect of the scheme are evaluated，which has obvious economic and social benefits and has certain reference value for similar projects.

Key words：

dangerous rock;disaster;failure mode;stability checking calculation;control scheme