重庆市某公路危岩带成因分析及防治措施

张学哲 张 力

(核工业江西工程勘察研究总院有限公司，江西 南昌 330096)

0 引言

危岩是指位于陡崖或陡坡上被多组岩体结构面切割，在重力、地震、水体等诱发因素作用下处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态的结构体，其形成、失稳与运动属于斜坡动力地貌过程的主要表现形式[1]。其孕育过程具有渐进性，失稳过程具有突变性，致灾过程具有严重性[2]。陈洪凯等根据崩塌体发育的力学机制和运动方式，将危岩分为滑移式危岩、倾倒式危岩及坠落式危岩3类[3]。卢黎，胡克定等从内外部多个因素对其危岩体成因进行了分析[4,5]。叶四桥等[6]结合排水和监测措施，对危岩采取了综合防治措施。

1 工程概况

重庆某道路沿线为长江岸坡，道路路面标高187 m～202 m，海拔160 m～300 m，地貌类型为构造侵蚀丘陵，场区位于广佛寺向斜西翼，出露地层岩性主要为第四系河流冲积堆积卵石土、崩坡积砂岩块石、侏罗系中统沙溪庙组(J2s)砂岩及泥质砂岩。岸坡地貌形态为“外滩+陡坡+陡崖”，其中陡崖带位于道路上方约25 m，高15 m～20 m，厚层砂岩连续分布。该陡崖带的大部分地段由于卸荷裂隙和岩腔的切割已形成危岩带，危岩带呈串珠状断续分布，累计长度约1.2 km，总体积约6.4万m3，属特大型危岩带，严重威胁公路过往行人及车辆的生命财产安全。

2 危岩带特征

危岩带发育于巨厚层状结构的砂岩形成的陡崖中，岩层产状为120°∠6°，发育构造裂隙三组，各裂隙发育情况如下：

J1裂隙：为危岩的控制性裂隙，优势产状310°∠60°，倾向河谷，倾角60°～70°，平均间距3 m～5 m，延展长度数十米～上百米，切穿整个砂岩陡崖，张开度1 cm～30 cm，多为黏性土和碎石充填，结构面结合程度差，裂隙内植被根系发育。J2裂隙：优势产状220°∠80°。该组裂隙垂直于岸坡分布，平均间距2 m～5 m，张开度1 cm～5 cm，裂面平直局部可形成弧形，无充填，大多切穿整个砂岩陡崖，构成危岩的侧向切割面。J3裂隙：优势产状40°∠80°，倾向与J2相反，性质一致。

场区典型工程地质剖面见图1。

陡崖基座为砂质泥岩，在砂岩和砂质泥岩的界面处分布深0.5 m～4.3 m的岩腔。其下为陡坡，块石零星分布，最下部为河漫滩，沿线堆积较大崩塌块石，块径一般0.3 m～1.0 m，最大块径可达5 m。

3 危岩带成因

岸坡地层岩性和地质构造是危岩形成的内因，暴雨、水文地质、人类工程活动、根劈作用和温差等是形成和诱发危岩失稳的外因。

3.1 内在因素

1)地层岩性。

岸坡厚层砂岩为脆性岩石，岩质坚硬，抗风化能力较强，易形成陡崖地形，其下部砂质泥岩较软，易风化形成岩腔，在上部岩体重压下变形甚至压碎，一方面拉应力使陡倾裂隙张开，另一方面上部岩体重心外移，造成陡倾裂隙进一步扩展[5]，使得稳定岩体逐步转化为非稳定危岩体，最后突然崩塌破坏。

2)地质构造。

危岩带岸坡岩层产状平缓，倾角6°，倾向坡内，岩体发育受3组裂隙，裂隙多张开，延伸远、切割深，将岩层分割成块体，为岸坡变形破坏提供了边界条件。

3.2 外动力作用

1)暴雨。

暴雨是影响危岩崩塌的主要因素，主要表现为：a.降低了岩体结构面的粘聚力和内摩擦角；b.拉裂缝中暂时性水柱形成水压效应。这两个因素都使得危岩在雨季的稳定性大幅下降。场区5月～9月为雨季，日降雨量大于25 mm的大暴雨日数占全年降雨日数的62%左右。统计表明危岩带的崩塌大多在雨季发生，尤其在特大暴雨期间易产生突发性崩塌。

2)水文地质。

岸坡厚层砂岩裂隙发育，透水性强；而其下砂质泥岩为相对隔水层，降雨所产生的水压效应和砂泥岩交界面的强度软化效应，均将加速危岩体崩塌破坏。

3)人类工程活动。

主要为公路修建过程中的爆破，由此产生的震动可使欠稳定的危岩突然失稳。

4)植物根劈作用。

岸坡陡崖上部植被较发育。根劈作用一方面降低了岩体强度，另一方面加快了裂隙的发育，为降雨入渗提供有利条件。

5)温差。

温度的变化引起岩体膨胀、收缩，一方面加速岩体风化，降低岩体强度，另一方面进一步贯通岩体微裂隙，均加快了岩体的变形破坏。

4 稳定性分析

按危岩离开母岩的方式，危岩体的变形破坏模式分为滑移式、倾倒式和坠落式三种[9]，依据DB 50/143—2003地质灾害防治工程勘察规范12.2条推荐的公式进行计算。计算工况考虑现状工况(工况1)、暴雨工况(工况2)和地震工况(校核工况)，荷载考虑危岩自重、裂隙水压力和地震力，岩体及结构面物理力学指标见表1，表2。

表1 岩体物理力学性质指标统计表

表2 结构面物理力学指标统计表

根据现场勘查，危岩带发育危岩体17处，其中倾倒式危岩12处，坠落式危岩2处，滑移式危岩3处，对每处危岩选择代表性剖面进行稳定性计算，危岩稳定性系数参考DB 50/143—2003地质灾害防治工程勘察规范表14。结果表明：现状工况下，处于稳定状态的有15处，处于欠稳定状态的有2处；暴雨工况下，处于欠稳定状态的有15处，处于不稳定状态的有2处；地震工况下，均处于不稳定状态。

由此可见，场区内17个危岩体，在暴雨工况下处于欠稳定～不稳定的状态，在突遇特大暴雨或地震作用时，可能加速崩塌。

5 危害性预测

崩塌落石在斜坡面上的运动以滚动和滑动为主，见图2。为便于计算，落石运动可简化为沿斜坡面的综合摩擦运动。根据功能原理，落石势能的变化等于动能变化和克服综合摩擦所做的功[8]，见式(1)：

(1)

式中：vi——落石在斜坡面上的速度,m/s；

di——各直线段斜坡的平均坡度,(°)；

Δhi——各直线段斜坡的垂直高度,m；

φr——落石与坡面之间的综合摩擦角,(°)；

Li——各直线段斜坡的长度,m。

令末速度vi=0，即可求得总落距∑Li,∑Licosdi就是崩塌的最大水平运动距离。

危岩带距公路的斜坡长40 m～60 m，危岩底部距路面相对高差20 m～30 m，地形坡度30°～50°，地表植被主要为灌木，无阻挡大块危岩滚落的地形屏障和生物屏障。据计算，危岩脱离母岩后崩落的斜距一般在70 m以上，将直接威胁到公路过往车辆及行人的生命财产安全，应及时进行防治。

6 防治措施

综合考虑危岩体的形态特征、规模大小、破坏形式和施工可行性等多方面因素，采取相应防护措施，如表3所示。

表3 危岩带防治措施

危岩带防治措施分述如下：

1)对岩体破碎的危岩体，按陡崖的外倾结构面放坡清除，然后采用主动防护网对坡面进行防护，通过柔性防护网的嵌锁作用维持危岩体的稳定[7]。

2)对岩体较完整的滑移式和倾倒式危岩体上部进行锚固。一方面通过锚杆预应力使结构面压紧，增强岩体完整性，提高滑动面的抗滑力，另一方面锚杆本身也提供了部分抗剪力。

3)对岩体较完整、基座岩腔较大的坠落式危岩进行支撑加固。为确保支撑力指向坡内，支撑体底部岩体削成内倾斜坡；同时为确保支撑体与危岩体之间的有效接触，危岩体底部10 cm～20 cm采用膨胀型混凝土。

4)对顶部存在明显裂隙的危岩体[10]，采用灌浆封闭措施补充加固。

5)对危岩带布置长期动态监测工作，减少因突发事件带来的损失[5]。

7 结语

通过调查场区危岩带的发育特征，从内在因素和外动力作用两个方面阐述了危岩带的成因，其中暴雨是影响危岩崩塌的主要因素。通过对17处危岩代表性剖面进行稳定性分析，在暴雨工况下，危岩处于欠稳定～不稳定状态，在突遇特大暴雨或地震作用时，可能加速崩塌，威胁公路过往车辆及行人的生命财产安全，鉴于此，笔者提出了相应防治措施，对类似危岩带防治工程具有一定参考意义。