上海某岛屿危岩体稳定性及治理措施分析

刘宝石，朱宝林，田少杰

（1.中船勘察设计研究院有限公司，上海 200063；2.上海申通地铁建设集团有限公司，上海 201103）

1 引言

该岛屿地处中亚热带北缘，位于强潮型海湾中部，由晚侏罗纪强烈的陆缘火山活动形成。岛体坡面覆盖有典型亚热带自然植被常绿阔叶林，山体坡脚处因长期受海浪侵蚀，造成坡脚上覆植物消失，基岩裸露，岩石风化严重，岩体受本区域构造运动的影响，出现临空面，存在岩体崩塌或滑坡的危险，对边坡稳定及岛上生态环境造成严重影响。因此需要对该地质灾害点采取治理措施，为下一阶段综合开发创造条件。

本文以该岛屿危岩体治理工程为分析实例，对危岩体的稳定性进行分析评价，并选择合理的危岩体防治措施。危岩体的稳定性评价较为复杂，宜以定性定量相互验证[1]。定量计算以极限平衡法及数值分析法为主[2]。对不同类型的岩体采用不同的计算模型和方法进行定量计算分析，并以此为依据设计经济、合理的治理方案。

2 工程概况

该岛屿是由晚侏罗纪火山超浅层喷溢而形成的火山地貌，具备火山地貌典型的锥形火山和火山口的特点，同时新老地层构成比较显著的火山锥外围呈斜层叠瓦状的特点，造成北坡陡峻、南坡较缓的地貌特征。

危岩体孕发过程具有渐进性、失稳过程具有突变性、致灾过程具有严重性[3]。开发岛屿的工程活动，如修建道路、削坡、道路路堑开挖等已经改变了坡体自然形态，形成多处临空边坡，增大了斜坡临空面，由于岩体节理裂隙较为发育，极易引发崩滑。同时降雨、海水入浸引起地层含水量增大，海水的腐蚀作用以及水流渗入坡体，软化了土石，增加了岩土体的荷重，消弱了岩土体的抗滑能力，进一步影响了边坡稳定性。目前岛北侧及东侧有崩塌趋势，坡度陡峭，局部已崩塌，下部堆积有碎石、卵石夹黏性土层。

根据危岩体分布的地形地貌差异，将岛内危岩体分为五处危岩区（图1）。其中危岩区Ⅰ位于岛东侧下部，长度约139m，平面面积0.0038km2。危岩区Ⅱ位于岛东侧下部，长度约305m，平面面积0.0117km2。危岩区Ⅲ位于岛东侧下部～上部，长度约244m，平面面积0.012km2。危岩区Ⅳ位于岛东侧上部，长度约189m，平面面积0.0091km2。危岩区Ⅴ位于岛东侧上部，长度约145m，平面面积0.0056km2。

图1 危岩区平面分布图

3 危岩区特征分析

上述五处危岩区内分布规模较大的危岩体共9处，各危岩区分布特征及危岩体形态特征描述如下。

危岩区Ⅰ（图2）为斜坡地形，临空条件发育，平均坡度65°，上部坡度约60°～70°，下部坡度为55°，中部陡坎发育，其顶部植被较发育，东部及陡崖处基岩裸露。本段不良地质条件主要是坡体上部岩体风化严重、裂隙发育，局部岩体呈倒悬。该区域分布WY1和WY2两处危岩体，特征参数见表1所示。

危岩体基本特征 表1

图2 危岩区Ⅰ岩土体

危岩区Ⅱ（图3）为陡崖地形，临空条件发育，平均坡度60°，区内散布着大量坡面危石。从崖顶边缘及崖面位置，平面总体呈长条形。崖面陡峻，节理裂隙极为发育，浅表岩体多层块状，个别孤悬呈危岩，在暴雨、暴晒长期风化作用或外力作用下易形成崩塌或坠石。该区域分布WY3、WY4和WY5三处危岩体，特征参数见表1所示。

图3 危岩区Ⅱ岩土体

危岩区Ⅲ（图4）内危岩体呈离散分布，且数量多，并且存在众多浮石（或松动孤石）。该危岩带内危岩体基本都以滑移式破坏为主，其中危岩体上个别岩块为倾倒破坏，岩体结构裂隙发育，并且出现局部的崩塌或掉块，形成大小不一的岩腔。该区域共分布有WY6和WY7两处危岩体，危岩体特征参数见表1所示。

图4 危岩区Ⅲ岩土体

危岩区Ⅳ（图5）局部临空条件发育，岩体完整性较差，结构裂隙发育且多张开。该区域分布WY8和WY9两处危岩体。危岩体特征参数见表1所示。其中WY9岩性为石英斑岩，临空条件极为发育。随着卸荷作用的发展，后缘陡倾结构面逐渐张大，在自重、水压力和震动等作用下，岩体向临空方向发生较强烈的倾倒变形，直至失稳，完全脱离母岩，造成危岩体灾害。

图5 危岩区Ⅳ岩土体

危岩区Ⅴ（图6）为陡崖地形，区域内无明显危岩体，地形临空较发育，基岩裸露，岩体力学强度低，节理发育，岩体后部卸荷裂隙发育，极易发生基岩表层剥落。本段边坡高度较高，主要地质问题是边坡暴露面风化严重，裂隙较为发育，坡顶存在松动块石，当前坡脚已进行加固处理。

图6 危岩区Ⅴ岩土体

4 稳定性分析与评价

危岩体的稳定性评价预测主要是对与人类工程活动有关的危岩体的稳定性和演化趋势做出评价预测，并为设计合理的危岩体防治措施提供设计依据[4]。勘查区内的危岩体的变形破坏模式主要有倾倒式崩塌、滑移式崩塌以及坠落式崩塌，对于不同类型的块体采用不同的计算模型和方法进行定量计算分析。

根据现场调查，边坡发生垮塌后等同于开挖后的岩质边坡，竖向构造裂隙发育，在多组裂隙的共同作用下，岩体被切割成碎裂状，危岩的破坏方式主要以倾倒式的零星掉块为主，再次发生大规模崩塌的倾倒式破坏的可能性小，同时由于该岩质边坡多为小块状岩石，因此发生楔形体破坏的可能性小，破坏形式主要由岩体破裂角控制。

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ T0218－2006)相关规定，危岩稳定性分析计算评价标准见表2所示。

该场地根据建筑《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）规定，岩体内摩擦角可根据岩石的内摩擦角按岩体的裂隙发育程度乘以折减系数确定，本工程岩体裂隙发育，折减系数取0.8，岩体折减后的内摩擦角φ=28°。边坡的破裂角为45+φ/2=59°,边坡岩体等效内摩擦角标准值建议取42°。

针对每个危岩块体选取具有代表性的剖面（图7），根据各个块体的计算参数，采用静力解析法对危岩体的稳定性系数进行计算，结果见表3所示。

图7 典型地质剖面

倾倒式、滑移式、坠落式崩塌破坏块体稳定性计算结果表 表3

由计算结果可知，除WY2处于稳定状态外，其余危岩体均处于不稳定或欠稳定状态。

5 治理措施及计算分析

5.1 危岩治理措施

该岛内共发育有9处较大危岩体，且坡体上还发育有多处较小危岩体，因此上述危岩体均需要进行工程治理。根据现场勘查，结合保护对象及现场施工可行性，治理措施主要采用锚固、清危、裂缝填充。

①对危岩区后缘卸荷裂隙采用C20灌注处理。

②表面危石等危岩体，多直接分布在坡体表面，仅靠危石与坡面接触面的摩擦力阻止危石向下滑动，随着后缘节理面发育增大，将失稳崩落，危岩方量较小，可做清除处理。

③部分坡体表层风化强烈，岩体破碎，易发生风化剥落及掉块，可进行锚固处理。

5.2 危岩治理后稳定性计算

施加锚杆后由于未施加预应力，因此仅考虑锚杆切向力作用，不考虑法向力作用，锚杆提供的破裂面切向力取最大锚杆轴向力210kN进行计算：

未施加预应力不考虑锚杆提供的破裂面法向力

加固后边坡稳定安全系数：

由于WY3、WY5、WY9进行锚固处置，WY1、WY2、WY8采取裂缝填充处置，WY4、WY6、WY7采取清危处置。本次计算对WY3、WY5、WY9处置后增加197kN的抗力，对WY1、WY2、WY8采取裂缝填充处置后的裂缝深度调整为0，同时增加其裂隙黏聚力10kPa。

处置后危岩块体稳定性计算结果表 表4

根据上述计算结果可知，采用锚杆和裂缝填充进行支护后，由锚杆提供的水平支护力使危岩体处于稳定状态，满足规范要求。

6 结论

本文以上海某岛屿危岩治理工程为实例，根据危岩体分布的地形地貌差异，将岛内危岩划分为五处危岩区，对危岩区内的九处主要危岩体进行特征分析，根据危岩体的发育机理及稳定性分析，提出合理的治理措施[5]。经验算处理后的危岩体稳定性满足规范要求。