浅谈广西碳酸盐岩山区危岩地质灾害成因及防治方案

2016-08-08周智慧

大科技 2016年7期

关键词：陡崖母岩危岩

周智慧

（广西地矿建设集团有限公司 530023）

浅谈广西碳酸盐岩山区危岩地质灾害成因及防治方案

周智慧

（广西地矿建设集团有限公司 530023）

碳酸盐岩在广西分布范围占全区面积40.72%，危岩是广西碳酸盐岩山区频发的地质灾害之一。本文从碳酸盐山区危岩的成因、破坏模式等作浅要分析，简单概括危岩地质灾害的防治方案。

危岩成因；破坏模式；防治方案

引言

危岩地质灾害具分布广、隐蔽性、突发性和破坏性强，监测和防治难度大的特点。根据各县市国土资源局管理部门不完全统计，危岩地质灾害隐患点在广西碳酸盐山区分布数以万计，灾害给当地居民、交通线路、学校等造成了严重威胁和损害，危岩灾害造成的人员伤亡和财产损失呈上升趋势。笔者通过多年从事危岩地质灾害调查评价，危岩防治工程勘查、设计积累的实践经验，从危岩的成因、破坏模式等作简要分析论述，对危岩地质灾害的防治谈谈个人浅见，旨在抛砖引玉。

1 危岩的基本概念

危岩是指陡坡或陡崖上被裂隙分割可能离开母岩崩落的岩体。陡坡或陡崖上的危岩可以由单个或多个危岩体组成，岩体在受两组或两组以上节理裂隙相互切割形成趋于脱离母岩的岩块，与母岩完全分离的为孤石，危岩在自重、降雨、爆破震动或地震等因素作用下，发生滑移、倾倒、坠落的现象。

2 危岩形成机制及影响因素

2.1 成因机制

碳酸盐山区危岩的形成是新构造运动和后期的内外营力长期作用的结果。一方面岩体受断裂构造挤压、张扭作用，岩体受两组或两组以上的裂隙相互交割，岩体节理裂隙发育，岩体破碎。另一方面在长期溶蚀风化及自重作用下，致使岩体卸荷回弹，发生拉裂、变形，随着变形时间增长，张裂隙逐渐向深部扩展、延伸，当切割岩体的裂隙贯通后，局部岩块脱离母岩，在外界因素作用下岩块向临空面发生倾斜，最终形成危岩。

2.2 影响因素

危岩是地质构造、岩体风化及卸荷等共同作用的产物，其形成条件和影响因素很多，地形地貌、地层岩性及地质构造是危岩形成的内在条件，大气降水、生物作用和人类工程活动是危岩形成和发展的重要因素。

（1）地形地貌危岩一般发育于岩溶峰丛地貌的斜坡或陡崖上，地形陡峻，陡崖作为危岩形成的基本条件之一，一方面促进了裂隙的发展；另一方面陡崖或陡坡加大了危岩崩塌产生的破坏力。

（2）地层岩性危岩在广西碳酸盐山区发育的地层主要为泥盆系至三叠系，其岩性由灰岩、白云岩、泥质灰岩，硅质灰岩等组成，岩溶中等～强烈发育。

（3）地质构造危岩在受断裂构造带的挤压、张扭影响，岩体受两组或两组以上的节理裂隙相互交割，被分割成不同规模的块体，局部破碎，完整性差，这为危岩及崩塌的产生奠定了基础。

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（4）大气降水危岩节理裂隙发育，贯通性好，大气降水渗入裂隙内，溶解可溶物质，加速了裂隙的扩展与贯通；暴雨期，雨水沿裂隙渗入岩体，不仅降低了岩体裂隙结构面的抗剪强度，而且还产生暂时性水压效应，促进危岩体崩塌。

（5）生物作用斜坡或陡崖植被发育，长有小灌木，树根对危岩崩塌影响主要表现在两方面：①生长在岩体裂隙中的植物根系具有根劈作用，使裂隙加宽加深，使小的危岩块体向坡外移动，移距可达30～100mm。②灌木本身的重量加大了岩体的荷载，并向岩体传递风的动力荷载。

（6）人类工程活动表现为采石场炸山采石，修建民房、修建公路等对溶蚀山峰坡脚开挖取石，局部陡坡底部形成凹腔。人类工程活动通常是诱发危岩体崩落的重要因素。

3 危岩的破坏模式

危岩分类系统多样，按危岩离开母岩的方式，可将危岩破坏方式概化为滑移式、倾倒式和坠落式三类。

（1）滑移式厚层状灰岩受地质构造作用的影响，在陡坡或陡崖上形成倾向与陡坡同向的结构面或破碎带，危岩在自重、动水压力等外因作用下，沿该结构面或破碎带滑移（图1）。

（2）倾倒式陡坡或陡崖上的危岩由陡倾角倾向坡内或垂向裂隙厚层状灰岩组成，在受自重、强爆破震动或地震作用下，危岩重心发生外移，并向临空面产生转动倾倒塌落（图2）。

（3）坠落式灰岩陡坡或陡崖受人类工程改造或坡坏，或长期溶蚀作用下，底部形成凹腔，上部岩体在自重、强爆破震动或地震作用下，沿未完全贯通溶蚀裂隙、节理裂隙面错断塌落（图3）。

图1 滑移式危岩

图2 倾倒式危岩

图3 坠落式危岩

4 危岩的防治方案

危岩防治方法有多种，最常见的有爆破拆除法、加固法，防治方法主要有搬迁避让。

（1）爆破拆除法爆破拆除可以通过动态爆破、静态破碎、铁钎开裂等方法进行，由于爆破拆除会产生飞石、滚石，动态爆破还会产生地震波、冲击波，势必会对周围环境产生影响。爆破拆除法一般适用于危岩体破碎，施工过程易于控制危石崩落对周围建筑物、行人车辆、居民点等敏感点的影响。故具体采用何种爆破方法，应着重从安全方面考虑。

（2）加固法该方法以锚固、支撑为主，并配合拦石网、种植竹林，喷射混凝土护面，SNS主动防护网等使用。加固法适用于岩体相对完整、裂隙发育相对较弱的危岩体。该方法仅对现有的危岩体进行了加固，却难以查明危岩发育的具体深度及潜在的不稳定结构面，对整个陡坡或陡崖可以发生新的地质灾害的可能性仍难以预测，达不到根治的目的。

（3）搬迁避让即对危岩体下方或受危岩影响范围的建（构）物、居民、学校等进行搬迁、绕道避让，并禁止在危岩体下方或受危岩影响范围内进行工程建设。搬迁避让具有安全可靠性大、可最大限度地杜绝财产、人身伤亡事故的发生，但搬迁避让首期资金投入相对较大，实施有一定难度，存在一定的局限性。

5 应用实例

以笔者在广西碳酸盐岩山区负责承担完成的《凭祥市莲塘新洞口附近危岩勘查报告》为例。

（1）危岩体特征危岩分布标高268～283.5m，距民房、公路水平距离约20m，危岩体呈不规则状，上凸下凹，底部临空。危岩体高约15.5m、宽约7.2m、厚0.5～3.5m，中部较厚，向顶和底部逐渐变薄，体积约200m3。岩性为二叠系下统茅口组（P1m）白云质灰岩，岩层产状为115°∠50°，主要受三组节理裂隙结构面切割，裂隙可见长3～15m，宽1～3cm，个别裂隙张开达10cm以上，发育间距3～5m，一般无充填物，裂隙并未完全相互贯通，危岩体部分斜靠在母岩上，尚受到母岩约束，但无基座岩体支撑（见图4地质剖面图）。

（2）危岩成因为新构造运动和后期的内外营力长期作用的结果。一方面受一系列仰冲断裂组成弧形状断裂影响，岩石节理裂隙发育，岩体破碎，岩体受三组裂隙（产状分别为：①65°∠70°；②310°∠70°；③25°∠70）的相互交割形成。人类工程活动主要为陡崖坡脚采石和建房，爆破、底部掏空式采石等是诱发危岩体崩落的主导因素。

（3）危岩的破坏模式和稳定性分析

通过对陡崖上岩体受三组裂隙相互切形成的切割体在陡崖上的分布情况，裂隙贯通率，危岩体所在的陡崖底部因采石被掏空，危岩体呈悬挂状态，危岩体尚受母岩的侧向约束，但无基座岩体支撑。通过对危石力学分解得出经过危岩体重心的铅垂线与坡脚无相交点，即危岩体无基座岩体支撑，呈悬挂状，确定其破坏形式为坠落式。危岩的稳定性分析通过定性评价和定量分析相结合，定量分析采用赤平投影，结合《重庆市地质灾害防治工程勘察规范》（DB50/143-2003）中有关坠落式危岩破坏计算公式进行，计算过程此处略。

图4 地质剖面图

（4）防治方案

勘查报告对该危岩治理提出了两种比较方案：①爆破拆除法，在清理表面浮石或破碎带的基础上，采用静态爆破。②加固法，即对原采石场采坡后缘条带状破碎带的岩块清除后，对危岩体采用预应力锚杆，外挂钢筋网+喷射混凝土进行加固（见图5～6）。

图5 预应力锚杆受力分析图

图6 锚孔分布示意图

通过两种治理方案从多角度比选，报告推荐采用“搬迁避让+爆破拆除”的综合防治方法，即先对陡崖下方危岩崩落可能危及的居民和民房进行搬迁，然后采用静态爆破对危岩体进行拆除。该勘查报告经地质灾害专家组评审认为，推荐方案具较强的针对性，符合该危岩治理条件，并建议国土管理部门采纳推荐方案指导该危岩治理施工图设计。