危岩的稳定性评价及治理措施探讨——以长寿区凤城危岩为例

姚克追

广西水文地质工程地质勘察院545006

摘要：危岩崩塌作为一种主要的山地灾害，危岩崩塌严重威胁着我国山区居民生命财产、城镇建设、矿山及交通运输安全。本文通过长寿区凤城危岩治理工程为例，对发生危岩崩塌的地质环境条件、危岩破坏模式、稳定性评价及治理措施选择进行了探讨，对类似危岩治理工程设计及施工具有重要指导意义。

关键词：危岩破坏模式稳定性评价治理措施

1引言

危岩是由多组岩体结构面切割并位于陡崖或陡坡上的稳定性较差的岩石块体组合,是产生崩塌地质灾害的初始物质条件。危岩崩塌具有突发、快速、强致灾等特性。作为一种主要的山地灾害，危岩崩塌严重威胁着我国山区居民生命财产、城镇建设、矿山及交通运输安全。因此对危岩的稳定性评价及治理措施的选择的研究是很必要的。本文通过长寿区凤城危岩为例，对危岩的稳定性评价及治理措施进行探讨。

2危岩区地质环境概况

2.1地形地貌

工程区区域上属四川盆地东南部丘陵～低山区斜坡地带，地形受构造控制明显，山岭走向与构造形迹展布方向一致。

凤城危岩位于桃花溪北岸谷坡，分布两层陡崖合计长4.8km，地势总体上西高东低（桃花溪），标高164.97～356.06m，相对高差191.09m。为呈近南北走向的河谷岸坡地貌。

2.2地层岩性

危岩区区出露的地层由新至老分别为：第四系人工填土层（Q4ml）、残坡积层（Q4el+dl）、崩坡积层（Q4c+dl）、冲洪积层（Q4al+pl）、侏罗系中统上沙溪庙组（J2s）地层。组成危岩体岩性为侏罗系中统上沙溪庙组（J2s）的紫红色粉砂质泥岩及灰～灰白色砂岩。

2.3地质构造

危岩区地质构造位处于梁平向斜近核部附近的南东翼，危岩区地质构造处于梁平向斜近核部的南东翼，岩层产状325～340°∠5～12°，单斜产出，危岩带岩体裂隙普遍发育，区内岩体发育的优势裂隙主要有以下几组：

倾向60°～90°倾角70°～75°；倾向90°～110°倾角68°～70°；

倾向150°～180°倾角58°～80°；倾向230°～250°倾角47°～58°；

2.4水文地质条件

区内斜坡岩土层具双层结构，形成以双层为主体的斜坡水文结构特点，即上部坡体结构松散岩类孔隙水和下部基岩裂隙水两种类型。

危岩区内残坡积、崩坡积、人工填土为相对透水层，松散岩类孔隙水主要受降雨和地表排水补给，于土层中运移，向斜坡低处排泄。该类地下水水量较少，无统一水位，季节性变化明显。

3危岩变形特征及破坏模式

凤城危岩位于桃花溪北岸谷坡两层陡崖上，陡崖岩性为侏罗系中统上沙溪庙组砂岩，岩层产状325～340°∠5～12°，倾向与坡向近于相反。危岩沿陡崖呈带状展布，陡崖岩体共发育4组优势裂隙结构面，裂隙产状分别为60°～90°∠70°～75°、90°～110°∠68°～70°、150°～180°∠58°～80°和230°～250°∠47°～58°。陡崖岩体受裂隙及层面切割形成危岩。根据危岩带岩体结构面发育程度及组合特征、切割块体的变形破坏机制及所处位置等情况，将危岩带划分为15个危岩段167个危岩单体，总体积53988.53m3，属特大型危岩带。

据区内危岩现状空间几何特征、结构面组合特征分析，危岩块体崩塌失稳主要为滑移式、倾倒式、坠落式三种破坏模式。

（1）坠落式

陡崖基座泥岩的风化、软化、崩解，形成凹岩腔，危岩体下部临空，同时受陡倾结构面的影响，在自重力等的影响下，易形成坠落型破坏模式，发生崩塌。经调查及计算综合确定，区内坠落式危岩体共10块。如W39、W50等即为此种模式。

（2）滑移式破坏模式

受较平缓结构面的切割，同时部份基座泥岩的风化、软化、崩解，形成凹岩腔形成危岩体，危岩体在自重力等作用下剪切变形，发生滑移型破坏。

经调查及计算综合确定，区内滑移式危岩体共45块。如W22、W72等即为此种模式。

（3）倾倒式破坏模式

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。

4危岩稳定性分析及评价

4.1计算方法

根据凤城危岩的变形破坏模式，危岩稳定性计算如下：

1）倾倒式危岩

倾倒式崩塌发生于被裂隙贯通后与母岩分离的危岩体中，其计算公式如下：

、

式中：

F—危岩稳定系数；

H—后缘裂隙上端到未贯通段的垂直距离(m)；

W—危岩体自重(kN/m3)；

flk—危岩体抗拉强度标准值(kPa)；

h—后缘裂隙深度(m)；

hw—后缘裂隙充水高度(m)；

V—裂隙水压力(kN/m)，V=0.5γwhw2；

β—后缘裂隙倾角(o)；

α—危岩体重心到倾覆点的水平距离(m)。

h0—危岩体重心到倾覆点的垂直距离(m)。

2）坠落式危岩

危岩区可能发生坠落式崩塌的危岩其后缘均有陡倾裂隙，按下列二式计算，稳定系数取取两种计算结果的较小值：

式中：

ζ—危岩抗弯力矩计算系数；

F—危岩稳定系数；

a0—危岩体重心到潜在破坏面的水平距离(m)；

b0—危岩体重心到过潜在破坏面形心的铅垂距离(m)；

flk—危岩体抗拉强度标准值(kPa)。

C—危岩体粘聚力标准值（kPa）；

ψ—危岩体内摩擦角标准值（°）。

3）滑移式危岩

滑移式危岩指沿软弱面滑动而产生崩塌。其计算公式如下：

式中：

C—危岩体后缘粘聚力标准值(kPa)；

F—危岩稳定系数；

φ—危岩体后缘裂隙内摩擦角标准值(o)；

L—危岩体与坡积物的接触面的长度（m）；

α—滑面倾角（o）；

V—裂隙水压力（kN/m）,根据不同工况按规定计算V=0.5γWhW2；

对于后缘有陡倾裂隙、滑面缓倾的滑移式危岩体，按下式进行计算：

4.2计算参数的选取

根据勘察报告及地区经验，各相关岩土参数取值如下：

重度：砂岩天然取24.6kN/m3，饱和取24.7kN/m3；泥岩天然取25.4kN/m3，饱和取25.5kN/m3；

抗剪强度：砂岩天然内聚力取1070kPa，天然内摩擦角取33.9o。泥岩天然内聚力取500kPa，天然内摩擦角取28o。结构面天然内聚力取60kPa，饱和内聚力取50kPa；结构面天然内摩擦角取21o，结构面饱和内摩擦角取18o。

抗拉强度：砂岩取0.52MPa，泥岩取0.15MPa。

4.3计算工况

计算考虑现状工况（工况1）和暴雨工况（工况2）。

暴雨工况（工况2）应是强度重视期为50年一遇5日暴雨（q全）。

4.4稳定性计算结果及综合评价

危岩稳定性评价标准如下：

倾倒式危岩：＜1.0为不稳定，1.0≤K<1.3为欠稳定，1.3≤K<1.5为基本稳定，＞1.5为稳定。

滑移式危岩：＜1.0为不稳定，1.0≤K<1.2为欠稳定，1.2≤K<1.3为基本稳定，＞1.3为稳定。

坠落式危岩：＜1.0为不稳定，1.0≤K<1.5为欠稳定，1.5≤K<1.8为基本稳定，＞1.8为稳定

主要的危岩单体稳定性计算结果见表5.2-1。从计算结果分析，区内坠落型危岩体稳定性最差，在现状工况及暴雨状态下均处于欠稳定状态；倾倒式危岩体在现状工况下处于稳定~基本稳定状态，在暴雨状态下处于欠稳定~基本稳定状态；滑移式危岩在现状工况下大都处于稳定状态，在暴雨状态下处于欠稳定~基本稳定状态。

5治理措施

5.1危岩治理常用的措施

危岩常用的治理措施如下几种：

（一）危岩锚固

锚固使用锚杆或锚索连接、固定危岩与母体的方法，目的在于限制主控结构面的扩展。锚固方式主要有锚杆喷射混凝土联合支护、单独锚杆支护、预应力锚索（索）支护3种。

（二）危岩支撑

危岩支撑适用于坠落式危岩、倾倒式危岩及基座具有岩腔的滑塌式危岩。危岩高度较大的倾倒式危岩支撑后。支撑手段有：

1、抗滑片石垛：是一种用垒砌石块的方法来阻止危岩体下滑、达到稳定危岩目的的工程措施。对于滑体不大，滑面位置低于坡脚不深的中、小型危岩，又有足够的场地和廉价的石料时，就可采用这种工程措施。

2、抗滑挡墙：是一种阻挡危岩体滑动的工程措施，适用于治理因河流冲刷或因人为切割支撑部分而产生的中、小型危岩。

3、抗滑桩：用来治理危岩既要保证桩不被剪断、推弯或推倒，也要保证桩间土体不会从桩间滑走或因桩高不够导致土体从桩顶滑出。

（三）危岩清除

危岩下方地表坡度平缓（20°以内）、具有0.5-1倍陡崖高度的地形平台，且平台上无重要建筑物及居民居住或危岩下方具有有效防御措施的条件下，宜采用清除措施。在危岩实施清除处理前充分论证清除后对母岩的损伤程度。一般情况下，应谨慎使用清除技术。

（四）灌浆封闭

危岩体中破裂面较多、岩体比较破碎时，为了确保危岩体的整体性，宜进行有压灌浆处理。通过灌浆处理的危岩体不仅整体性得到提高，而且也使主控裂隙面的力学强度参数得以提高，裂隙水压力减小。危岩顶所有外露裂隙均换填封闭。

5.2凤城危岩治理措施选择

结合凤城危岩各个危岩单体特证、变形破模式和稳定性评价结果，主要的危岩单体的治理措施如下（表5.2-1)：

倾倒式危岩：部分岩块局部清除+C20毛石砼支撑＋锚杆锚固＋C20砼封闭地表裂缝＋地表排水工程；

滑移式危岩：部分岩块局部清除+C20毛石砼支撑＋锚杆锚固＋C20砼封闭地表裂缝＋地表排水工程；

坠落式危岩：C20毛石砼支撑或C25钢混砼柱支撑+C20砼封闭地表裂缝＋地表排水工程；

6结论

1、通过分析该各危岩体变形破坏模式及稳定状态后，对各危岩体针对性地分别采用人工清除、支撑、封闭防风化、锚固、裂隙灌浆、排水工程等综合工程措施进行治理。

2、在危岩稳定性评价过程中要制定完善的评价方案，获取准确的数据信息。同时，需要针对危岩实际情况，采取有效措施对其进行防治，提高结构稳定性。

3、本危岩治理设计采用多种方案措施，基本包括了各种危岩处理方案，治理完工后效果理想。建成一年，有效治理了该危岩带隐患，经监测均没有发现危岩再次变形破坏。

参考文献：

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作者简介：姚克追（1974~）男，广西柳江人，主要从事水工环地质、岩土工程研究。