巫山望霞危岩破坏机理研究现状与趋势

　

(重庆交通大学河海学院　重庆　400074)

一、引言

危岩崩塌灾害的防灾减灾一直都是三峡库区管理养护与基础建设的重要环节，但至今都没有得到有效解决。特别是望霞危岩，近十几年以来有不同的团队进行的不同形式的研究与分析，但都没有取得有效的解决方法，更没有构建科学的危岩破坏灾害防治关键科学技术，使其一直都影响着库区的安全与基本建设。随着“丝绸之路经济带”提出，长江沿线经济高速发展，对巫山望霞危岩构建科学的预警预报机制及灾害防治关键技术，有效减小危岩崩塌对长江航运的影响，加快构建望霞危岩体的科学清除方法，减小危岩体对区域范围内的人民生命财产安全的影响，即时三峡黄金水道减灾的迫切需要，也是望霞危岩体减灾的研究方向需求。

二、能量平衡方程

能量平衡方程是研究巫山望霞危岩体破坏的重要理论基础，从能量转化的角度分析了危岩整体破碎的能量基础。何晓英等在研究前人的成果和方法的基础上，通过对比发现了其中的不同，在此基础上建立了一套自己的研究方法，即把危岩崩塌破坏视为能量损耗与能量释放的系统过程[1]。在把危岩体视为理想弹塑性体的前提下，推理总结出危岩解体的能量判定依据，即U+Ue>Ud，在此能量判据中综合考虑了危岩崩落体释放出的剪切形变能、危岩体内部释放的弹塑性形变能以及危岩体在崩塌过程中的消耗能[2]。

三、力学模型与稳定系数

力学模型与稳定系数是进行危岩防治预警的荷载依据。从地质构造、软硬岩层组合、水动力特性等方面综合研究了危岩的形成及破坏机理。通过分析陡崖后退和危岩形成过程，把危岩崩塌分为四个阶段，并通过建立不同荷载组合作用下的力学模型，计算出了危岩稳定状态[3]。前期通过研究区域地质构造、软弱相见岩性组合、风化作用、降水和地下水、采煤活动等方面，分析了危岩形成所需的外部条件以及对危岩形成的影响因素，经过对危岩体发育过程的研究，分析了危岩地区的地质结构以及危岩发育模式的演绎过程，总结出了危岩软硬互层边坡发育地貌过程与破坏模式[4]。

四、实地勘探调查研究

对望霞危岩的解体过程进行实地勘察监测可以有效地搜集数据。通过仪器对危岩的位移解体变形进行了数据采集，总结出了危岩体的整体破坏特性。从诱发危岩的直接因素—持续强降雨入手，得出由于雨水渗入使泥页岩软基强度降低，加大了塑流变形，使得危岩体下部发生巨大变形，使砂岩层出现拉裂现象，同时水流也加快了危岩体中的节理和裂隙发育[5]；加之危岩体上部变形大于下部，水平变形的同时伴随沉降变形，加大了危岩体的不均匀变形以及相对沉降量，使得危岩体在纵向和横向裂缝的影响下发生解体并最终崩塌。在研究了外部因素的同时，结合望霞危岩特殊的地质构造环境和临空的高陡边坡条件等内在因素，得出望霞危岩体的形成和解体过程具有典型的内外动力耦合作用特性[6]。

五、巫山望霞危岩破坏灾害研究趋势

综上可见，目前国内对望霞危岩的防灾减灾理论与预警预报中，在能量转化、力学模型和实地数据勘察方面，研究周期最长，研究也最深入，但在望霞危岩的仿真模拟、危岩破坏的预警预报及危岩体的清除技术方面研究进展缓慢，缺乏能实际解决危岩体危害的工程技术方法；缺乏对巫山望霞危岩的数值仿真模拟分析研究，对危岩的破坏过程只是停留在对采集数据的分析上，因此需要在已有数据的基础上，对望霞危岩的破坏力学特性进行仿真模拟；由于危岩破坏的突发性，国内还缺少对危岩破坏有效的预警预报技术，多数学者关注理论分析，而对相应的工程实践缺乏经验。鉴于此，为了适应当前及以后对望霞危岩防灾减灾的需求，须对望霞危岩破坏机理中的关键问题开展进一步的科学系统的研究，特别硬关注一下三个方面：

(一)危岩崩塌的数值仿真模拟实验

PFC2D/3D是一种离散元软件，建立的离散元模型力学行为取决于构成这个模型的颗粒单元集合体，单元之间的接触方式和接触力不同，整个颗粒集合体的力学行为则不同，集合体复杂的非线性力学行为是由颗粒单元之间简单的力学关系集合而成，因此，在利用该软件解决问题时不需要定义模型的本构关系，只需要赋予颗粒之间适合的细观参数即可。

(二)危岩体应急清理通行技术

由于对危岩体的清理工程技术还不够成熟，一旦危岩体发生解体崩塌就会产生大量随时，严重影响周围设施和群众的安全，所以应加强危岩清理技术的研究，加快清理技术在工程中的应用；危岩体路段应急通行技术是危岩体灾害防治的薄弱环节，特别是针对像望霞危岩这中大型危岩体，危岩体破坏后石方量大，影响范围广，为此，需针对危岩体周围的应急通行山路，采用模型试验、理论分析等研究手段，进行危岩体周围山体承载力变化特性研究，研发危岩体清除交通应急通行技术。

(三)危岩崩塌的预警预报技术方法

危岩体的崩塌具有突发性，高速运动的碎石威胁着危岩体区域内的人员、道路、水运、基础设施等的安全，进行危岩体应急安全警报研究，消除危岩体暴发期间的道路交通运输及行人安全隐患，是当前三峡库区减灾的重要环节之一。

六、结语

巫山望霞危岩灾害是三峡库区重要地质灾害类型，其防灾理论与防灾技术长期受到国内学者及政府管理部门的高度重视，并予以系统研究。论文详细总结、梳理了巫山望霞危岩灾害的研究现状，科学分析了现有研究存在的薄弱环节，据此提出了进一步实施巫山望霞危岩防灾减灾研究的三个方向。研究成果对推动巫山望霞危岩灾害研究与防治有积极意义。