关于柳州市北浩屯危岩地质灾害形成机制和治理措施的探讨

梁 敏, 李 耘, 鉴倩倩

(1.广西壮族自治区第一地质队，广西 桂林 541000；2.核工业(桂林)基础工程有限公司，广西 桂林 541000；3.桂林航天工业学院，广西 桂林 541000)

1 工程概况

北浩屯地处柳州市柳城县，经当地自然资源部门调查发现位于北浩屯北侧山体上存有危岩，并且已发生过岩体崩落，崩落的岩体停留于民居间的空地上，所幸未造成伤亡。北浩屯危岩区发育山体相对高差为62.0 m，落差较大，山体坡度整体呈下缓上陡之势。经调查，山体上共有3处危岩体，总体积218.0 m3，均发育于山体陡崖顶部位置。各危岩体形状、规模、破坏形式受微地貌、地层岩性、结构面特征等因素控制，其基本信息见表1。

表1 各危岩体基本信息表

2 地质环境条件

柳州市地处亚热带季风气候区，气候温润，雨量充足。据对统计的多年气象资料分析，降雨较为集中时段在每年的4—8月份，其降雨量占全年降雨量的70%，多年平均降雨量1 450 mm。危岩区地处构造溶蚀溶岭谷地，各危岩体均分布于山顶陡崖处，山体植被发育良好，以灌木刺丛为主，山体中部榕树发育，坡脚缓坡处种有少量竹子。该区出露的地层为：上覆黏土层，时代成因为第四系坡积成因(Q4dl)；下伏为灰岩，时代为泥盆系上统融县组(D3r)。黏土层主要分布于地表，呈可塑～硬塑状，棕黄色，厚度3～15 m；灰岩呈灰白色，隐晶质结构，中—厚层状构造，质纯性脆，工程力学性质较好，岩层产状272°∠26°，表层岩体受优势裂隙切割，岩石破碎，完整性差，裂隙中多有方解石充填。据1/20万区域水文地质普查资料(柳州幅)，第四系松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类溶洞裂隙水为该区地下水主要类型。第四系松散岩类孔隙水分布于地表黏土层中，由于含水层透水性、含水性弱，该层水量贫乏；碳酸盐岩类溶洞裂隙水赋存于岩石裂隙及溶洞、溶隙之中，水量一般，水位埋深为5.0～7.0 m，多属HCO3—Ca2+、HCO3—Mg2+型低矿化度水，其动态季节影响变化不大。危岩发育山体位于地下水位之上，上述地下水对危岩稳定性无影响，但大气降水短暂存在于基岩裂隙、溶蚀裂隙中，仍会对危岩稳定性产生较大影响[1]。

3 稳定性分析

3.1 分析参数的选定

选定合适的参数对危岩进行稳定性分析十分重要，主要以岩石现有裂隙的贯通、填充程度及各裂隙与基岩的结合情况作为重要参考依据，以此来选择分析参数。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2013)表4.3.1，对结构面的抗剪强度指标进行取值；根据《地质灾害防治工程勘察规范》(DB50/143—2003)10.6要求，综合岩体力学性质参数后进行取值，分析参数具体取值详见表2、表3。

表2 岩石稳定性基础分析参数表

表3 裂隙面(结构面)稳定性分析参数表

3.2 分析计算

(1)Y1危岩体失稳后以倾倒式发生崩落，由岩体后缘抗拉强度控制危岩体的稳定性，按下式分析：

(1)

(2)Y2、Y3危岩体失稳后以滑移式发生崩落，基岩面缓倾，参照岩体破碎的岩质滑坡模式分析其稳定性，分析公式如下：

(2)

式(2)中：F为稳定性系数；W为危岩体自重，kN/m3；Q为地震力，kN/m，按公式Q=ζeW计算，其中ζe为地震水平作用系数，取0.05；c为后部裂隙黏聚力标准值，kPa；φ为后部裂隙内摩擦角标准值，(°)；l为危岩体单位条块滑面长度，m；α为危岩体单位条块滑面倾角，(°)，当滑面反倾时取负值；V为裂隙水压力，kN/m，按公式V=0.5γwhw2计算得出，式中γw为水的容重，hw为后缘裂隙充水高度。

危岩体各计算参数取值具体见表4、表5。通过以上参数及计算公式得出的计算结果如表6、表7。

表4 倾倒式危岩稳定性计算各参数取值表

表5 滑移式危岩稳定性计算各参数取值表

表6 倾倒式危岩稳定性计算结果

表7 滑移式危岩稳定性计算结果

根据计算结果：在天然工况下，3处危岩体处于基本稳定状态；在暴雨工况下，3处危岩体处于欠稳定状态。

4 危岩形成过程及影响因素分析

4.1 危岩崩塌的形成过程

(1)陡崖岩体特征演化阶段。发育危岩山体微地貌为陡崖，在形成陡崖的过程中，临空面周围岩体发生卸荷回弹，导致其主应力迹线发生明显偏转。在临空面附近产生了应力集中带，其趾部附近形成最大剪应力增高带，从而产生与坡面平行的压致拉裂面。受到卸荷作用影响，坡体向临空方向回弹，使得岩体形成了卸荷裂隙带。

(2)陡崖岩体的时效变形破坏阶段。陡崖岩体卸荷裂隙带形成后，为其创造了进入时效变形破坏的条件，受风化作用、降雨形成裂隙水及人类工程活动等因素作用，灰岩岩体不断风化、崩解，在上覆岩体重力作用下进一步变形，拉裂扩张了陡倾裂隙，最终形成了危岩。

(3)陡崖岩体破坏阶段。陡崖岩体在经历了前两个阶段的变形后，在降雨、植物根劈和人类工程活动等因素影响下，发生崩塌破坏。由于各危岩体分布位置、规模形态及受裂隙切割程度的不同，失稳后其崩落方式或机理各异，主要为倾倒式和滑移式两种破坏形式。

4.2 危岩稳定性影响因素

(1)地层岩性与地形地貌。地层岩性与地形地貌是形成危岩的基本内在因素：危岩所处的山体山顶与地面之间的高差较大，坡度局部较陡，灰岩性脆、坚硬，同时危岩发育多组相互切割的节理裂隙，受高角度的构造裂隙切割，岩体相对破碎。

(2)地质构造作用。由于陡崖上发生岩石滚落，岩体原有应力变化，应力重分布后导致应力卸荷形成卸荷裂隙，岩体受裂隙切割变得破碎，最终形成危岩。

(3)气候变化。危岩区属于亚热带季风气候区，气候温润，雨量充足。在降雨、风化溶蚀等外营力影响下，表层岩体的构造裂隙完全串连贯通，使得岩体受到裂隙切割更加破碎，物理风化及化学风化等外营力作用加剧了裂隙的扩展，易形成危岩。

(4)溶蚀风化作用。因表层岩体和节理裂隙受到溶蚀、风化作用，扩大加深了危岩体周边的节理裂隙，使得危岩体卸荷裂隙加速扩展，导致岩体破坏，其完整性变差，降低了下部危岩基座岩体强度，加快了岩体的变形破坏。

(5)昼夜温差变化。昼夜温差变化是形成危岩的外在因素，引起岩体的胀缩变化，一旦达到岩体的疲劳强度，岩体强度将降低，形成裂隙，随着时间的推移，裂隙将变大、变宽，最终形成危岩。

(6)植物根劈作用。陡崖顶处和危岩裂隙内植被较发育，由于裂隙处充填有黏土，为植被沿裂隙生长提供了条件。植物的根系生长及附带的生物腐蚀作用都会使裂隙扩张，随着时间推移，植被根系生长变大，最终会将裂隙胀穿，使岩体形成危岩。

(7)振动。在雷雨天气，岩体受到雷击产生振动易形成新裂缝，同时也加剧已有裂缝的发展，最终导致裂隙贯穿，产生崩塌。

综合上述分析得出，北浩屯危岩的形成是内在因素和外在营力影响共同作用下的结果。

5 危岩治理工程措施

危岩治理工程措施主要分为主动防护和被动防护两大类。针对危岩岩体结构特征及不同的崩塌边界等条件，不同的危岩治理方式会形成不同的工程效果和经济效益，有着各自的优缺点。针对柳州市北浩屯危岩体的实际发育情况，采取多种方案相结合的防治措施：静态爆破清除+设置被动防护网+植被防护[2]。

(1)静态爆破清除工程。Y1～Y3危岩体发育于山体陡崖处，崩塌可能性较大，危岩体受裂隙切割岩体较破碎，不具备锚固条件；陡崖前部临空无支撑加固的条件，综合上述情况，对各危岩体采用静态爆破清除措施。施工步骤为:①于山脚处布设被动防护网；②搭设施工平台；③清除危岩体周围及表面浮石；④采用台阶法自上而下对危岩体进行静态爆破；⑤爆破后的岩块用卷扬机安全运送至山脚；⑥由人工将场地破碎岩块集中后运至空旷低洼处安全堆放；⑦组织验收；⑧验收合格后，拆除施工平台，清理场地，退场。

(2)被动防护网工程。根据Y1～Y3危岩体规模，预测其崩落后的落石块径及冲击能大小，确定被动防护网型号采用RIX-200型柔性网。再根据危岩崩落后的运动轨迹及堆积范围，结合现场实测地形确定，被动防护网分6段布设于高程289～297 m之间的山脚较为平缓的地段。被动防护网设置总长度为215 m，防护网系统高度为4 m，防护网型号为D0/08/150，钢柱型号GZ-18-4,钢柱间距为10 m。

(3)植被防护。北浩屯土体厚度3～15 m，能满足防护植被的种植生长要求。为更好地保护坡脚受威胁居民，据《广西壮族自治区地方标准——土地复垦技术要求与验收规范》表1，选择在被动防护网后部距离5 m位置种植适宜当地气候条件的刺竹。竹子按梅花形(株行距3 m × 3 m)，平行于被动防护网种植，共种植2排143棵。

6 结语

在碳酸盐岩地区，危岩多发育于陡坡、陡崖之上，受山体地形陡峭和调查手段的限制，勘查工作未能做到十分细致，相关部门应引起重视，安排巡视人员加强巡查，一旦发现岩石受到不利因素影响形成新的危岩时，应立即上报并展开监测预警，能让坡脚居民及时防灾避险，也便于采取有效的治理措施[3]。建议施工时采用信息法动态设计与信息法动态施工相结合，利于处理施工中遇到的特殊情况，从而取得理想的治理效果。