川中丘陵地区危岩稳定性分析及治理建议

崔宝帅，王学光

（1.四川成渝高速公路股份有限公司，四川 成都 610000；2.北京新桥技术发展有限公司，北京 100088）

0 引言

危岩是指高山陡坡上由多组岩体进行结构表面切割，在自身重力、风化作用和人类活动等因素影响下处于极限平衡状态、欠稳定或不稳定状态的岩体[1]。危岩崩塌过程的随机性和偶然性极强，影响因素也十分复杂[2]，且崩落过程中速度快，能在短时间内造成巨大经济损失，影响地区经济发展和社会的稳定。在我国西南地区，高山沟壑纵横，地质条件复杂，使得该类地质风险分布广泛，如在高速公路高陡边坡等[3-5]。因此，对危岩进行研究十分必要。本文以川中某丘陵地区为研究区，采用实地踏勘结合无人机倾斜摄影技术对研究区内的危岩分布进行调查。同时采用定量分析的手段，对区域内危岩的稳定性进行评价，并提出可靠的治理建议。

1 研究区概况

1.1 地理环境及气象条件

研究区为四川盆地典型的红色丘陵景观，沿线大面积分布白垩系（K）、侏罗系（J）紫红色砂泥岩。岩层产状平缓，倾角一般小于5°，地形形态受岩性控制，厚层砂岩常形成陡崖、方山或平顶爪状山梁，黏土岩则形成缓坡、圆丘或平坦坳沟。地面高程250～490 m，相对高差80～140 m，自然坡度10°～35°。

研究区域属亚热带季风气候。年平均气温15～16℃。全年无霜期长，一般可达10个月，但云雾多、湿度大、日照少、年降水量丰沛，夏季降水集中，多暴雨，冬春两季普遍少雨，在川中丘陵地带（图1）容易发生干旱。

图1 川中丘陵地带

1.2 不良地质现象

研究区内地质条件复杂多变，外加地震、暴雨等外界因素影响，存在多种不良地质现象，具体表现为泥岩风化剥落和软质岩层缓倾，受构造影响，区内缓倾软质岩层岩体多被节理裂隙切割成块体状。

2 危岩破坏模式及影响因素

本次研究采用无人机技术结合现场踏勘，查明研究区的危岩位置及形态如表1所示。

表1 研究区的危岩位置及形态

结合野外现场调查和室内分析，研究区的变形破坏模式主要受内因（地形地貌、地层岩性、节理裂隙）和外因（地震、降雨、风化作用、人类工程活动）影响。

（1）内因。地形地貌：该边坡由于风化作用，山体顶部易形成松动岩块，易产生滑移式破坏。地层岩性：该斜坡地层岩性单一，为软质岩，区内缓倾软质岩层岩体多被节理裂隙切割成块体状，易产生掉块。

（2）外因。降雨：岩体受到雨水以及地下水的软化作用，力学强度、结构面强度降低，危岩体的稳定性急剧降低，易诱发滑移式崩塌。施工爆破及地震：地震及施工振动易对破碎岩体内部造成损伤，同时也为危岩崩落提供了动力基础。

结合以上对影响因素的分析，笔者认为该研究区危岩体的主要变形失稳破坏模式主要为倾倒式、滑移式（表2）。

表2 危岩破坏变形模式

3 稳定性分析

3.1 计算模型

由于危岩所处自然地理环境复杂，单一计算自然条件下的稳定性显然是不合理的，因此分别计算3种工况下的危岩体稳定性系数。工况一：自重+孔隙水压力（天然状态）。工况二：自重+孔隙水压力（暴雨状态）。工况三：自重+孔隙水压力（天然状态）+地震力（地震状态）。各类型计算模型如图2所示。工况三计算模型列举如下。

图2 各类型危岩计算模型

（1）坠落式危岩。

（2）滑移式危岩。

（3）倾倒式危岩。

式中：W——单位长度危岩体重力，kN；P——单位长度危岩体承受的水平地震力，kN，取水平地震系数为ζ，则地震力为P=ζW；H——危岩体高度，m；β——破裂面倾角，（°）；c0——危岩体的黏聚力，kPa；ϕ0——

内摩擦角，（°）；c1——结构面的黏聚力，kPa；ϕ1——内摩擦角，（°）；c——破裂面的等效黏聚力，kPa；ϕ——内摩擦角，（°）。

3.2 评价标准及结果

对不同变形破坏模式的危岩体，其量化评判指标有所不同。本文参考大量工程实践经验，并充分考虑承灾体对于危岩落石滚落风险的接受程度，具体量化判断标准如表3所示。

表3 危岩体稳定状态的量化判断标准

将现场调查数据、测绘数据等代入相应的计算模型与公式，得出研究区危岩体稳定性计算结果。对照判断标准，得出稳定性评价结果为：①危岩1区-孤石6区剖面在工况一、工况二、工况三条件下的稳定性系数K分别为1.14（欠稳定）、0.98（不稳定）、1.16（不稳定）。②孤石1区-孤石3区剖面在工况一、工况二、工况三条件下的稳定性系数K分别为1.28（基本稳定）、1.2（基本稳定）、1.15（欠稳定）。分析可以进一步得出：孤石2、3、4、5号危岩在天然工况及暴雨、施工振动、地震等工况下，处于不稳定状态；推测其滚落路径及影响带，对坡下施工造成的风险较小，而危岩1区和孤石1、6滚落会对施工造成较大影响。

4 治理建议

目前对危岩体的治理措施可大致分为主动防治、被动防护和主被动结合[6]。主动防护技术包括支撑锚固、灌浆、封填、排水及清除等[7]。被动防护包括拦石墙、拦石栅栏及森林防护等[8-9]，主被动防护结合有锚固-拦挡联合技术和锚固-支撑结合技术等[10]。根据研究区危岩分布及形态，建议对危岩1区选择局部挂网喷浆方式，该方法适用于裂隙极为发育的坡面危岩体。挂网能有效拦挡小块危岩体，喷浆能减小岩体的风化作用，减缓裂缝的扩张[9]。建议对尺寸较小危岩直接人工清除，对于不便清除的大体积孤石建议采用底部支撑、被动防护网对其进行防治。对不同类型的危岩采取不同的方式进行加固、支挡，以减少其对下方工程施工的影响。

5 结语

通过对研究区内的危岩的排查，并对其稳定性进行分析，得出以下结论。

（1）研究区内危岩主要包括危岩1区和孤石1、2、3、4、5、6区，其变形破坏模式为倾倒式和滑移式。对其稳定性进行定量分析，发现这些危岩及孤石在暴雨状态下均不稳定，有坠落的风险，但推测仅危岩1区及孤石1、6区会对坡下施工产生安全隐患。

（2）对于危岩1区的坡面危岩建议采用挂网喷浆的方式防治；小体积孤石建议采用人工清除的方式，大体积孤石建议采用底座支撑、被动防护网的方式进行防治。