玉井小学危岩体稳定性分析

于 超，韩 岭，李 浩，马 煜

(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059;2.成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室，四川 成都 610059)

危岩体是指陡峭边坡上被多组结构面切割，在重力、风化营力、地应力、地震、水体等作用下与母岩逐渐分离，稳定性较差的岩体［1］－［3］。破坏形式有滑塌、坠落和倾倒3种。

玉井小学位于巴中市，危岩总体上表现为沿陡崖带呈进南北向带状展布。坡体由白垩系苍溪组砂岩夹泥岩组成，岩层产状近水平。危岩体坡度总体在70°～85°左右，局部在85°以上，整个危岩分布范围长约150m左右。危岩体裂隙较发育，层理面略倾向坡外，裂隙内充填泥土。“5·12”地震导致危岩体开裂、松动、变形加剧，稳定性较差。通过现场勘察，可将危岩分为三个区段:分为W－1、W－2、W－3。危岩体下部为玉井小学，由于危岩体处于欠稳定状态，在余震以及强降雨作用下，严重影响着师生的生命财产安全。

1 工程区地质概况

该工程区位于玉井乡中心小学，属于低中山丘陵区，地形局部高差起伏较大。工程区总体表现为北高南低，最高点位于危岩一区高程824 m，最低点危岩三区高程752 m，高差72m，高程地形坡度一般在70°～85°之间，最大坡脚为85°以上，坡向为290°。地层结构主要为表层第四系全新统残破积粉质黏土(Q4edl)，下覆基岩为白垩系苍溪组砂岩夹泥岩(K1c)组成。

2 危岩体形成条件分析

危岩体分布与崩落的主要影响因素有地形条件、地层岩性、地质构造与风化卸荷、降雨、地震和人工开挖等，其中风化、降雨、地震和人工开挖为诱发因素。

2.1 地形地貌

陡峻的斜坡地形是岩体形成危岩的必要条件，陡峻的峡谷区的地段，山区河曲凹岸也是崩塌落石集中之处。危岩区自然坡度较大，岩体临空卸荷，应力释放，而后斜坡体内岩层应力重新调整，产生向临空方向的倾倒拉裂和变形，随着变形时间增长，裂隙逐渐向深部扩展，以致岩体从上至下形成破碎(破裂岩体)—较破碎(块裂岩体)—较完整(基岩)的分布规律。随着风化、侵蚀等地质作用的进一步加剧，应力加剧调整积累，拉张裂隙进一步扩张，并逐步向深部发展，从而形成裂隙面的贯通(图1～图3)。

图1 危岩体

图2 危岩体岩腔

2.2 岩体结构的作用

区内危岩体为中厚层砂岩，风化严重，此结构类型边坡岩石力学性质差，在各种地壳内应力条件下可导致岩体变形破坏，加之在外应力迭加下，加剧了危岩体的变形破坏。

图3 危岩体裂隙

2.3 卸荷作用

危岩体在形成高陡崖壁过程中，由于侧向岩体的渐退和松动肢解，垮塌坠落而产生卸荷裂隙，沿着原有构造裂隙及层间裂隙逐渐向下延伸，不断扩大边坡崩塌，形成现今危岩陡壁。

2.4 水的作用

包括地表降水和地下水的作用，一方面地表降水入渗卸荷拉张裂隙产生的水压力进一步使裂隙开裂扩大，另一方面地下水沿砂岩接触界面富集，浸泡软化、泥化，使砂岩力学强度降低，从而加剧了岩体的破坏。

3 危岩体基本特征

根据危岩体结构及发育特征，将危岩分为危岩一区、危岩二区和危岩三区。

3.1 危岩一区基本特征

W1危岩主要为碎裂结构，分布高程为760～785m，相对高差25 m，危岩区高10～20m，宽约35 m，裂隙延伸最大10～20m。顶部岩体突出，下部形成空腔。危岩发育有2组控制裂隙，产状 195°∠88°，35°∠3°。该区由三块危岩组成。W1－1危岩体突出，危岩体面积为25～30m2，W1－2危岩体突出，中部、下部形成空腔，面积为150～170m2，W1－3危岩体突出，下部形成较大空腔，面积为130～150m2。

3.2 危岩二区基本特征

W2危岩区分布高程为765～785 m，相对高差20m，危岩区高约20m，长约30m，裂隙延伸最大5～15 m，危岩发育有2 组控制裂隙，产状分别为:210°∠87°，115°∠5°。裂隙结构面平直粗糙，裂隙宽度2～15cm，充填黏土、岩屑，延伸5～10m。该危岩区由七块危岩组成，W2－1危岩体突出，危岩体面积为20～25 m2，W2－2危岩体突出裂隙较发育，上部已经人工清危，下部形成空腔，面积为50～55 m2，W2－3危岩体突出，裂隙较发育，下部形成较大空腔，面积为15～20m2。W2－4危岩体突出，下部临空形成较大空腔，面积为60～70m2。W2－5危岩体较破碎，裂隙较发育，上部形成空腔，面积为30～35 m2。W2－6危岩体突出，裂隙较发育，面积为90～100m2。W2－7危岩体位于危岩区上部，裂隙较发育，贯通整个危岩体，极易崩落，面积为17～20m2。

3.3 危岩三区基本特征

W3区危岩分布高程为765～785 m，相对高差20m，危岩区高约15 m，长20～25 m，裂隙延伸最大为6 m。危岩发育有2组控制裂隙，产状分别为:215°∠80°;30°∠3°。裂隙结构面平直粗糙，张开1～10cm，充填黏土和砂，平均延伸2～5 m。该区危岩由四块危岩组成，W3－1危岩体突出，裂隙较发育，危岩体面积为100～110m2，W3－2危岩体突出，下部岩体破碎，形成岩腔，面积为15～20m2，W3－3为危岩体右上方浮石，下部裂隙贯通，面积为15～17 m2。W3－4为危岩体右上方另一浮石，下部裂隙贯通，面积为25～30m2。

4 危岩体破坏方式

危岩体的破坏主要表现为失稳崩塌。破坏型式有滑塌、坠落和倾倒3种。根据其变形破坏模式，可概括成以下三种:

(1)滑移式破坏。当软弱结构面倾向山外，上覆盖体后缘裂隙与软弱结构面贯通，在动水压力和自重力作用下，缓慢向前滑移变形，形成滑移式破坏。W1－1、W2－1、W2－3、W2－5、W3－1危岩体即为此种破坏模式。

(2)倾倒式破坏。危岩体呈块状，后侧裂缝近于直立或微倾向坡外，底侧结构面近于水平，下覆泥岩因差异风化形成岩腔，岩腔边沿形成支点，岩腔上部岩体临空，呈悬臂梁式伸出，形成倾向坡外的转动力矩，当其大于抗转力矩时，危岩体产生倾倒式破坏。W1－2、W1－3、W2－2、W2－4、W2－6、W3－2危岩体即为此种破坏模式。

(3)坠落式破坏。多组结构面将岩体切割成不稳定的块体，当底部凹腔发育时，使局部岩体临空，不稳定块体发生崩塌，进而使上部岩体失去支撑，卸荷作用加剧，形成切割岩体的结构面，从而形成坠落式破坏。W2－7、W3－3、W3－4危岩体即为此种破坏模式。

5 危岩体稳定性分析及评价

5.1 计算方法的选取

对于危岩体的稳定性计算及评价采用《岩土工程勘察设计手册》的相关计算方法，分别对各区危岩按最不利单体(按平均体积)计算(图4～图6)。

危岩体由于形状不规则，其体积、重心很难精确确定，一般采用把边界理想化来考虑，重心为各对角线的交点。

图4 滑移式危岩稳定性计算

图5 倾到式危岩稳定性计算

图6 坠落式危岩稳定性计算

危岩体结构面的取值也十分困难，此次采用试验的残余强度值和地区经验值综合确定。推荐参数列于表1。

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5.2 计算结果

危岩体稳定系数计算结果见表2。

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5.3 稳定性分析

危岩稳定性评价标准根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218－2006)，防治工程等级Ⅰ级，滑塌式危岩稳定安全系数取值为1.6，坠落式式危岩稳定安全系数取值为2.5，倾倒式危岩稳定安全系数取值为2.5，可建立下列评价标准。(表3)

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(1)对于滑塌式破坏型危岩，计算块体包括W1－1、W2－1、W2－3、W2－5、W3－1五个危岩块体，天然状态，暴雨+地震因素下，W1－1、W2－1、W2－3均处于基本稳定状态，W2－5、W3－1两处处于欠稳定状态。

(2)对于倾倒式破坏型危岩，计算块体包括、W1－2、W1－3、W2－2、W2－4、W2－6、W3－2等6个典型危岩块体，天然状态状态下W2－4处于欠稳定状态，W3－2处于稳定状态其余处于基本稳定状态，暴雨+地震状态下，块体W1－2、W2－4处于欠稳定状态，W3－2处于稳定状态，其余处于基本稳定状态。

(3)对于坠落式破坏型危岩，计算块体包括W2－7、W3－3、W3－4块体在内的3个典型危岩块体，在天然，暴雨+地震的情况下，W2－7、W3－4处于欠稳定状态，W3－3处于基本稳定状态

6 结束语

(1)危岩带危岩体破坏模式分为滑移式、坠落式及倾倒式3种模式。(2)危岩带在暴雨及校核工况下，处于基本稳定至欠稳定状态，其安全度不能满足规范的要求，斜坡上部的基岩裂隙水及地表水对危岩带影响较大，因此控制好危岩体上部地表水的入渗，可以较好地控制地下水补给量，从而减少对危岩带的影响。(3)针对雨季地下水的补给情况，采用地表排水渠的形式，对危岩带斜坡上部地表水进行拦截，修筑排水沟。(4)对欠稳定及不稳定的危岩体采取支撑、锚固等方法，还可以辅以清除危石、填缝防渗、 喷浆护壁等手段［4］。(5)危岩带处于学生活动区，应加强对学生的安全保护。

［1］陈洪凯，唐红梅，胡明，等.危岩锚固计算方法研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(8):132 －137

［2］杨淑碧，董孝壁.重庆市中心危岩稳定性研究［M］.成都:成都科技大学出版社，1994

［3］吴文雪，刘耕.三峡库区危岩稳定性分析［J］.重庆交通学院学报，2003，22(B12):112 －116

［4］罗向奎，曾云川.大佛寺危岩带稳定性研究［J］.山西建筑，2009，35(7):118 －119