玉井小學危巖體穩(wěn)定性分析

于 超，韓 嶺，李 浩，馬 煜

(1.成都理工大學地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059;2.成都理工大學地球探測與信息技術教育部重點實驗室，四川 成都 610059)

危巖體是指陡峭邊坡上被多組結構面切割，在重力、風化營力、地應力、地震、水體等作用下與母巖逐漸分離，穩(wěn)定性較差的巖體［1］－［3］。破壞形式有滑塌、墜落和傾倒3種。

玉井小學位于巴中市，危巖總體上表現(xiàn)為沿陡崖帶呈進南北向帶狀展布。坡體由白堊系蒼溪組砂巖夾泥巖組成，巖層產狀近水平。危巖體坡度總體在70°～85°左右，局部在85°以上，整個危巖分布范圍長約150m左右。危巖體裂隙較發(fā)育，層理面略傾向坡外，裂隙內充填泥土?！?·12”地震導致危巖體開裂、松動、變形加劇，穩(wěn)定性較差。通過現(xiàn)場勘察，可將危巖分為三個區(qū)段:分為W－1、W－2、W－3。危巖體下部為玉井小學，由于危巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在余震以及強降雨作用下，嚴重影響著師生的生命財產安全。

1 工程區(qū)地質概況

該工程區(qū)位于玉井鄉(xiāng)中心小學，屬于低中山丘陵區(qū)，地形局部高差起伏較大。工程區(qū)總體表現(xiàn)為北高南低，最高點位于危巖一區(qū)高程824 m，最低點危巖三區(qū)高程752 m，高差72m，高程地形坡度一般在70°～85°之間，最大坡腳為85°以上，坡向為290°。地層結構主要為表層第四系全新統(tǒng)殘破積粉質黏土(Q4edl)，下覆基巖為白堊系蒼溪組砂巖夾泥巖(K1c)組成。

2 危巖體形成條件分析

危巖體分布與崩落的主要影響因素有地形條件、地層巖性、地質構造與風化卸荷、降雨、地震和人工開挖等，其中風化、降雨、地震和人工開挖為誘發(fā)因素。

2.1 地形地貌

陡峻的斜坡地形是巖體形成危巖的必要條件，陡峻的峽谷區(qū)的地段，山區(qū)河曲凹岸也是崩塌落石集中之處。危巖區(qū)自然坡度較大，巖體臨空卸荷，應力釋放，而后斜坡體內巖層應力重新調整，產生向臨空方向的傾倒拉裂和變形，隨著變形時間增長，裂隙逐漸向深部擴展，以致巖體從上至下形成破碎(破裂巖體)—較破碎(塊裂巖體)—較完整(基巖)的分布規(guī)律。隨著風化、侵蝕等地質作用的進一步加劇，應力加劇調整積累，拉張裂隙進一步擴張，并逐步向深部發(fā)展，從而形成裂隙面的貫通(圖1～圖3)。

圖1 危巖體

圖2 危巖體巖腔

2.2 巖體結構的作用

區(qū)內危巖體為中厚層砂巖，風化嚴重，此結構類型邊坡巖石力學性質差，在各種地殼內應力條件下可導致巖體變形破壞，加之在外應力迭加下，加劇了危巖體的變形破壞。

圖3 危巖體裂隙

2.3 卸荷作用

危巖體在形成高陡崖壁過程中，由于側向巖體的漸退和松動肢解，垮塌墜落而產生卸荷裂隙，沿著原有構造裂隙及層間裂隙逐漸向下延伸，不斷擴大邊坡崩塌，形成現(xiàn)今危巖陡壁。

2.4 水的作用

包括地表降水和地下水的作用，一方面地表降水入滲卸荷拉張裂隙產生的水壓力進一步使裂隙開裂擴大，另一方面地下水沿砂巖接觸界面富集，浸泡軟化、泥化，使砂巖力學強度降低，從而加劇了巖體的破壞。

3 危巖體基本特征

根據(jù)危巖體結構及發(fā)育特征，將危巖分為危巖一區(qū)、危巖二區(qū)和危巖三區(qū)。

3.1 危巖一區(qū)基本特征

W1危巖主要為碎裂結構，分布高程為760～785m，相對高差25 m，危巖區(qū)高10～20m，寬約35 m，裂隙延伸最大10～20m。頂部巖體突出，下部形成空腔。危巖發(fā)育有2組控制裂隙，產狀 195°∠88°，35°∠3°。該區(qū)由三塊危巖組成。W1－1危巖體突出，危巖體面積為25～30m2，W1－2危巖體突出，中部、下部形成空腔，面積為150～170m2，W1－3危巖體突出，下部形成較大空腔，面積為130～150m2。

3.2 危巖二區(qū)基本特征

W2危巖區(qū)分布高程為765～785 m，相對高差20m，危巖區(qū)高約20m，長約30m，裂隙延伸最大5～15 m，危巖發(fā)育有2 組控制裂隙，產狀分別為:210°∠87°，115°∠5°。裂隙結構面平直粗糙，裂隙寬度2～15cm，充填黏土、巖屑，延伸5～10m。該危巖區(qū)由七塊危巖組成，W2－1危巖體突出，危巖體面積為20～25 m2，W2－2危巖體突出裂隙較發(fā)育，上部已經人工清危，下部形成空腔，面積為50～55 m2，W2－3危巖體突出，裂隙較發(fā)育，下部形成較大空腔，面積為15～20m2。W2－4危巖體突出，下部臨空形成較大空腔，面積為60～70m2。W2－5危巖體較破碎，裂隙較發(fā)育，上部形成空腔，面積為30～35 m2。W2－6危巖體突出，裂隙較發(fā)育，面積為90～100m2。W2－7危巖體位于危巖區(qū)上部，裂隙較發(fā)育，貫通整個危巖體，極易崩落，面積為17～20m2。

3.3 危巖三區(qū)基本特征

W3區(qū)危巖分布高程為765～785 m，相對高差20m，危巖區(qū)高約15 m，長20～25 m，裂隙延伸最大為6 m。危巖發(fā)育有2組控制裂隙，產狀分別為:215°∠80°;30°∠3°。裂隙結構面平直粗糙，張開1～10cm，充填黏土和砂，平均延伸2～5 m。該區(qū)危巖由四塊危巖組成，W3－1危巖體突出，裂隙較發(fā)育，危巖體面積為100～110m2，W3－2危巖體突出，下部巖體破碎，形成巖腔，面積為15～20m2，W3－3為危巖體右上方浮石，下部裂隙貫通，面積為15～17 m2。W3－4為危巖體右上方另一浮石，下部裂隙貫通，面積為25～30m2。

4 危巖體破壞方式

危巖體的破壞主要表現(xiàn)為失穩(wěn)崩塌。破壞型式有滑塌、墜落和傾倒3種。根據(jù)其變形破壞模式，可概括成以下三種:

(1)滑移式破壞。當軟弱結構面傾向山外，上覆蓋體后緣裂隙與軟弱結構面貫通，在動水壓力和自重力作用下，緩慢向前滑移變形，形成滑移式破壞。W1－1、W2－1、W2－3、W2－5、W3－1危巖體即為此種破壞模式。

(2)傾倒式破壞。危巖體呈塊狀，后側裂縫近于直立或微傾向坡外，底側結構面近于水平，下覆泥巖因差異風化形成巖腔，巖腔邊沿形成支點，巖腔上部巖體臨空，呈懸臂梁式伸出，形成傾向坡外的轉動力矩，當其大于抗轉力矩時，危巖體產生傾倒式破壞。W1－2、W1－3、W2－2、W2－4、W2－6、W3－2危巖體即為此種破壞模式。

(3)墜落式破壞。多組結構面將巖體切割成不穩(wěn)定的塊體，當?shù)撞堪记话l(fā)育時，使局部巖體臨空，不穩(wěn)定塊體發(fā)生崩塌，進而使上部巖體失去支撐，卸荷作用加劇，形成切割巖體的結構面，從而形成墜落式破壞。W2－7、W3－3、W3－4危巖體即為此種破壞模式。

5 危巖體穩(wěn)定性分析及評價

5.1 計算方法的選取

對于危巖體的穩(wěn)定性計算及評價采用《巖土工程勘察設計手冊》的相關計算方法，分別對各區(qū)危巖按最不利單體(按平均體積)計算(圖4～圖6)。

危巖體由于形狀不規(guī)則，其體積、重心很難精確確定，一般采用把邊界理想化來考慮，重心為各對角線的交點。

圖4 滑移式危巖穩(wěn)定性計算

圖5 傾到式危巖穩(wěn)定性計算

圖6 墜落式危巖穩(wěn)定性計算

危巖體結構面的取值也十分困難，此次采用試驗的殘余強度值和地區(qū)經驗值綜合確定。推薦參數(shù)列于表1。

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5.2 計算結果

危巖體穩(wěn)定系數(shù)計算結果見表2。

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5.3 穩(wěn)定性分析

危巖穩(wěn)定性評價標準根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218－2006)，防治工程等級Ⅰ級，滑塌式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.6，墜落式式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為2.5，傾倒式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為2.5，可建立下列評價標準。(表3)

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(1)對于滑塌式破壞型危巖，計算塊體包括W1－1、W2－1、W2－3、W2－5、W3－1五個危巖塊體，天然狀態(tài)，暴雨+地震因素下，W1－1、W2－1、W2－3均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，W2－5、W3－1兩處處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)對于傾倒式破壞型危巖，計算塊體包括、W1－2、W1－3、W2－2、W2－4、W2－6、W3－2等6個典型危巖塊體，天然狀態(tài)狀態(tài)下W2－4處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，W3－2處于穩(wěn)定狀態(tài)其余處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨+地震狀態(tài)下，塊體W1－2、W2－4處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，W3－2處于穩(wěn)定狀態(tài)，其余處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)對于墜落式破壞型危巖，計算塊體包括W2－7、W3－3、W3－4塊體在內的3個典型危巖塊體，在天然，暴雨+地震的情況下，W2－7、W3－4處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，W3－3處于基本穩(wěn)定狀態(tài)

6 結束語

(1)危巖帶危巖體破壞模式分為滑移式、墜落式及傾倒式3種模式。(2)危巖帶在暴雨及校核工況下，處于基本穩(wěn)定至欠穩(wěn)定狀態(tài)，其安全度不能滿足規(guī)范的要求，斜坡上部的基巖裂隙水及地表水對危巖帶影響較大，因此控制好危巖體上部地表水的入滲，可以較好地控制地下水補給量，從而減少對危巖帶的影響。(3)針對雨季地下水的補給情況，采用地表排水渠的形式，對危巖帶斜坡上部地表水進行攔截，修筑排水溝。(4)對欠穩(wěn)定及不穩(wěn)定的危巖體采取支撐、錨固等方法，還可以輔以清除危石、填縫防滲、 噴漿護壁等手段［4］。(5)危巖帶處于學生活動區(qū)，應加強對學生的安全保護。

［1］陳洪凱，唐紅梅，胡明，等.危巖錨固計算方法研究［J］.巖石力學與工程學報，2005，24(8):132 －137

［2］楊淑碧，董孝壁.重慶市中心危巖穩(wěn)定性研究［M］.成都:成都科技大學出版社，1994

［3］吳文雪，劉耕.三峽庫區(qū)危巖穩(wěn)定性分析［J］.重慶交通學院學報，2003，22(B12):112 －116

［4］羅向奎，曾云川.大佛寺危巖帶穩(wěn)定性研究［J］.山西建筑，2009，35(7):118 －119