药王山马尾瀑落石风险分析及防治

崔志强 孙亚丽 刘文军 王胜英 姚自强 钟凯伦

（1 衢州学院建筑工程学院；2 衢州绿色发展集团有限公司，浙江 衢州 324000）

1 前言

随着人民生活水平的提高，外出游玩的人民越来越多，景区的游客数也日趋攀升，特别是一些风景秀丽、空气清新的山区景区，更是引来众多的游客。但是众多景区的部分山体经过较长时间的风化剥蚀，或多或少存在一些落石的安全隐患，有些甚至已经出现危及游客生命安全的事故。譬如2015年3月19日上午，发生在广西壮族自治区桂林叠彩山景区山上的掉落岩石，砸中刚下游船的一个旅行团游客，致多名游客死亡的事件[1]，以及2013年7月21日10 时50 分，发生在陕西省商南县金丝峡景区九龙潭地段的局部山体落石事故，导致19 名游客被砸伤，其中1 人头部重伤，经抢救无效于12 时45 分死亡。类似的事故时有发生，因此引起了大家的关注。作者在对浙江省衢州市内的药王山风景区的落石情况现场调查和统计的基础上，结合落石风险概率理论对其马尾瀑附近的山体落石的频率等问题进行分析，所得结论为人类预防山体落石地质灾害方面提供借鉴。

2 药王山概况

药王山位于浙江省衢州市境内（图1），面积约15平方公里，是浙西最大的动植物资源库之一，分神农沟、马尾瀑、石林荟萃三大景区。相传炎帝在此采药，留有“神农谷”、“神农炼丹”古迹；后有李时珍、扁鹃、华陀等相继在此采药、居住、留有“药王居”遗迹。药王山体由上侏罗统磨石山群地层构成，形成变化多端、姿态各异的石林景区，如石龟、石鱼、石狮、石熊等。溪流瀑布错落其间，达27 处之多，其中马尾瀑布落差108 米，其声音大如宏钟，小如飞雨，十分壮观[2]。

图1 药王山景区地理位置图（来自百度地图）

3 药王山地质条件

3.1 区域地质

药王山区内地质形成于侏罗纪晚期或白垩纪，距今约1 亿-5 亿年前。境域在地质构造上属“巨龙顶火山推测喷发中心”，由火山碎屑岩、花岗岩、片麻岩构成，系燕山期火山岩。区内沟壑纵横，山谷呈典型的“V”字型，其地貌与黄山、三清山同属火成岩奇峰地貌和局部丹霞地貌，是为峰峦盘距的深谷奇峰景观。

4 药王山马尾瀑落石问题

神奇的马尾瀑（图2），其高度落差达75.8 米，犹如银河倒悬，水口宽7 米（图3）。平时丝丝缕缕，银珠缥缈，形似马尾；雨季形声动魄，壮观伟丽[3]。而由于长期流水冲击和岩石风化导致的落石风险也与日俱增，给前来游玩的行人带来了严重的人身安全。

4.1 马尾瀑区域落石调查统计

为了调查药王山马尾瀑落石对往来游客的危害影响程度，研究者多次对药王山马尾瀑进行现场调查，通过调查确定了落石密集区域，并对落石密集区域进行了现场实地勘测。主要就落石密集区落石的具体情况进行了实地测量，包括落石密集区域所占的面积、落石的大小规格等。

图2 马尾瀑在药王山景区位置图

图3 马尾瀑全貌

本次研究选定的落石密集区域为马尾瀑下方水潭周边（图4）以及马尾瀑山体坡面内侧游路区域（图5），调查发现无论是下方水潭的落石还是山体坡面内侧游路下的落石多为不规则的板状，下方水潭处落石面积较大，而且此水潭区为游客驻足停留较多的区域，多次现场调查时均发现大量游客在此戏水，如若游客在此戏水期间发生落石，所带来的伤害将是不可估量的；由此可见，落石问题给游玩行人所带来了严重安全问题，对药王山马尾瀑落石问题的防治已经刻不容缓。

图4 马尾瀑下方水潭落石密集研究区

图5 马尾瀑山体坡面内侧游路落 石密集研究区

表1 马尾瀑布下方水潭落石密集区落石情况

表2 马尾瀑布山体坡面内侧游路落石密集区落石情况

4.2 落石密集研究区落石块体尺寸描述及落石冲量大小计算

为理清落石形状、块度大小对其运动特征的影响规律，我们对现场85 块落石进行了尺度数据测量，包括马尾瀑下方水潭落石密集区的落石和马尾瀑山体坡面内侧游路落石密集研究区的落石，具体量测数据如表1、表2所示。

图6、图7分别为马尾瀑下方水潭以及马尾瀑山体坡面内侧游路落石密集区部分落石现场图，从图中我们可以看出马尾瀑水潭一侧的落石体积较山体内壁的落石体积更大，因为水潭区域的落石绝大多数来自山体以及马尾瀑顶，而山体内侧落石则绝大多数来自内侧岩壁脱落；根据我们所采集的落石块体尺寸描述来看两个落石密集区域落石的形状大部分为板状少部分为块状和条状，极少部分为方形、三角形和三棱柱形。

图6 马尾瀑布下方水潭落石 密集区部分落石

图7 马尾瀑布山体坡面内侧游路落石密集区部分落石

为了研究落石的大小可能产生的灾害类别，在经典力学里，物体所受合外力的冲量等于它的动量的增量（即末动量减去初动量），叫做动量定理。一个恒力的冲量指的是这个力与其作用时间的乘积。冲量表述了对质点作用一段时间的积累效应的物理量，是改变质点机械运动状态的原因。利用动量定理以及如下公式，对测量统计的落石块体进行掉落冲量的计算，计算结果详见表3。

公式：I=Ft

式中I—冲量（N·s）

F—作用的力（N），F=mg

t—力作用的时间（s）

根据现场取样利用量杯法测定岩石的天然密度ρ为2.17g/cm3,马尾瀑布下方水潭落石密集区落石高度为75.8m，马尾瀑布山体坡面内侧游路落石密集区落石高度为8.5m，速度随位移变化规律：或kg/N）,位移随时间变化规律：

表3 马尾瀑布下方水潭落石密集区落石撞击冲量对落石的影响

分析测量结果，可知落石体积的尺度介于0.798×10-6～583.704×10-6m3之间，而其落下时产生的冲量最大可达49.318 N·s，如果该落石掉落在游人身上产生的灾害非常巨大。

4.3 马尾瀑山体坡面块体的风化及其稳定性评价

山体坡面的稳定性与组成山体坡面岩层的物理力学性质、坡面的规模、形态、空间分布、软弱面的发育和分布特征有着紧密的关系。衢州药王山体由上侏罗统磨石山群地层构成。侏罗纪晚期，海水退出后，发生了大规模的火山爆发，喷发形成大量的酸性岩浆岩，构成古老的磨石山群地层。所以岩石为块体状结构，岩石坚硬，力学强度高，从整体来看边坡稳定性较好，不过由于岩石长久风化、瀑布流水冲击以及流水顺着裂缝渗透到岩石内部和微生物共同作用导致其开裂程度加深，所以造成了一个恶性循环致使坡面稳定性变差，落石的数量不断增多，图8可以看到因上述影响造成的马尾瀑山体坡面内侧游路岩壁面部分快脱落的岩石。

表4 马尾瀑布山体坡面内侧游路落石密集区落石撞击冲量对落石的影响

图8(a) 马尾瀑内侧岩壁快脱落的落石

图8(b) 马尾瀑内侧岩壁 快脱落的落石

5 马尾瀑山体坡面落石风险分析

依据国际标准落石灾害的风险可以定义为人的生命、财产或环境遭受落石所带来不利影响的可能性大小和严重性程度。落石危险性的具体研究内容包括落石的位置、落石的体积、形状、落下后的速度及特定时期内发生的概率或频率等。落石风险分析是一项具有复杂性和困难性的工作，主要体现在有关落石测量数据记录的不足、研究结论强烈依赖于现场工程地质条件和具体特征、预测落石运动过程的复杂性，以及很多因素都存在不确定性和随机性[4-5]。

不确定性、随机性和变异性等概念被广泛应用于自然和人文社会科学的各个领域，其概念本源可追溯到哲学观上世界的必然性和偶然性大争论之中。对于随机性和不确定性的定义和内涵界定，不同的研究者或者不同的研究领域均有所差异。通常而言，随机性具有不可被预知的含义，如仍硬币、掷骰子和轮盘赌等行为过程的随机性。近代，随机性过程也被描述为偶然性。自然的“内在”随机性时常与自然变异性概念等同来用[6]。

水流冲击和岩石风化是落石的两种常见诱发因素，而这两者已是无法避免的，不过随着雨季的到来瀑布水流增大，其所能携带下来的落石数量以及落石的体积也会增大，这就使得来往行人的危险系数也得到了增长。

6 马尾瀑山体坡面防落石风险的措施

传统落石防护措施主要为拦石墙、落石槽等结构形式来阻挡以及收集落石。由于效果有限且破坏后不可修复，同时修建过程破坏自然环境，影响美观;以高强度柔性网为主要构件的柔性支护技术其具有材料性能稳定、施工简单、安装快捷、易修复、不破坏环境等优点，逐渐应用于边坡落石防护工程中[7]。

目前，工程中应用的柔性防护形式主要有主动网、被动网、帘式网、刚性格栅等。马尾瀑可以运用张口式帘式网这一新型柔性技术，其颠覆了传统防护网被动“拦截”的方式，而根据现场实际工况，科学的“引导”落石至落石区域。帘式网分为覆盖式、张口式，其原理落石在覆盖部分由于其外部金属网的反压力作用可有效的限制岩块弹跳，将岩块的运动轨迹限定在系统防护区域之内，极好的限制了落石的弹跳高度，使得落石沿坡表向下运动，最终落石滚落至坡脚设定的落石收集区，通过限制弹跳高度减小了落点与坡脚间的水平距离，避免了落石到坡脚时入侵防护对象;失稳落石在网内沿坡表向下运动中势能逐渐转化为动能，由于落石运动中在金属网压力和自身重力作用下会与坡表间形成摩擦而消耗能量，落石在网内一边运动一边与坡表及金属网间摩擦消耗能量，当落石运动到坡脚时落石由势能转化的动能因摩擦作用而变得很小，落石速度也得到减小，落石到达坡脚时能量得到了降低，其对防护对象的危害也大大的降低[8-10]。

7 结语

1）根据落石分布以及落石各种物理性质，分析落石带来的影响，判断落石对来往行人的危险程度，根据落石经验以及山体的稳定性来对落石进行风险性评估，进而确定防治措施。

2）植被覆盖对落石滚动影响显。王逸庶、杨俊毅等的研究表明植被覆盖于无植被覆盖落石分析结果差别明显[7]，本文没有讨论植被密度参数对落石影响的敏感度，需进一步进行研究。

3）柔性防护措施能够较好的起到防护效果，帘式网作为一种新型“引导”式防护产品，具有安全、适用、经济、环保等特点，值得应用推广。