雷波县莫红集镇后山危岩的成因机制及稳定性分析

任恩

（四川省核工业地质调查院，成都 610011）

近年来，许多学者对凉山地质灾害的分布及工程地质特性进行了研究，对岩石崩解特性试验研究（周翠英等，2005；杨迪惠等，2019），对软硬相间边坡的失稳模式和稳定性研究（陈智强等，2004；李源等，2011）。凉山州雷波县莫红集镇的后山危岩近年来多次出现零星掉块，滚落落石多堆积于危岩带下方缓坡地带，现莫红集镇内零星有少量分布，该危岩对莫红集镇人民生命财产安全构成极大威胁。莫红集镇后山危岩最近一次崩塌发生于2019 年8 月，危岩带中上部的危岩体发生垮塌坠落，其中1 块体积约为3 m3的危岩体将电线杆砸断并滚落至平地；其余5 块危岩体被已建的被动网拦到，但被动网已被损坏，造成直接经济损失近万元，幸无人员伤亡，但安全隐患还未解除，为了切实做好当地地质灾害防治工作，确保人民群众生命财产安全，有必要对该崩塌的成因及稳定性进行分析，为防治工程提供依据。

1 危岩现状

危岩带以陡崖形态展布，平面形态呈长条状，总体呈北—南走向，长约480 m，坡向94°，近直立，危岩带顶部高程1 280～1 410 m，底部高程1 085～1 309 m，高差在110～170 m，坡面危险区面积约5.2×104m2。该危岩带近年来多次发生崩塌，主要表现为零星掉块，局部崩塌方量较大，达到800 m3以上，滚落落石多堆积于危岩带下方缓坡地带，为凹槽地形，部分块度较大的危岩滚落至村民的脐橙地，最远滚落距离约870 m。

该区域内地形坡度大，呈近直立状，岩体节理、裂隙较发育，岩体多被切割成镶嵌块状，大量块体下方悬空，形成凹腔，极易失稳发生坠落，根据本次调查，该危岩带岩性为震旦系上统灯影组（Zbd）灰质白云岩及含磷粉砂岩，共分布有危岩组合体7个（WY1～WY7），该危岩组合体整体稳定较差，其破坏多表现为零星块体和局部崩塌，破坏方式主要表现为滑移式，次为倾倒式，危岩带各危岩组合体的规模及破坏方式统计见表1。危岩带危岩总方量约1.4×104m3，崩塌规模等级属中型。

莫红集镇后山危岩地质结构特征较为清晰，根据本次调查以及前人资料分析危岩带岩性上部为灰质白云岩，下部为含磷粉砂岩。含磷粉砂岩为中厚层状，主要有石英、长石组成，钙质胶结、质坚；灰质白云岩为巨厚层状，主要由白云石组成，钙、铁质胶结，质坚。灰质白云岩及含磷粉砂岩呈韵律沉积，岩层产状195°∠22°，岩体裂隙发育，灰质白云岩具溶蚀现象，岩体破碎程度较含磷粉砂岩严重，主要是由于其抗风化能力较弱造成，且其切割块度较粉砂岩岩体大。

2 危岩基本特征

莫红集镇后山危岩地质结构特征较为清晰，根据本次调查以及前人资料分析危岩带岩性上部为灰质白云岩，下部为含磷粉砂岩。含磷粉砂岩为中厚层状，主要有石英、长石组成，钙质胶结、质坚；灰质白云岩为巨厚层状，主要由白云石组成，钙、铁质胶结，质坚。灰质白云岩及含磷粉砂岩呈韵律沉积，岩层产状195°∠22°，岩体裂隙发育，灰质白云岩具溶蚀现象，岩体破碎程度较含磷粉砂岩严重，主要是由于其抗风化能力较弱造成，且其切割块度较粉砂岩岩体大。

根据本次调查及实地测量，危岩体节理裂隙发育，主要发育2 组节理裂隙。

其一：产状130°～170°∠40°～78°，间距1～2 条/m，延伸长度2～4 m，结构面呈微张开状，一般张开度0.5～3 cm，局部地段呈张开状，张开度达20 cm，结构面整体较平直，光滑，缝隙间可见少量砾石充填。

其二：产状230°～265°∠63°～81°，间距2～3 条/m，延伸长度0.5～2.5 m，结构面呈微张开状，张开度1.0～2 cm，结构面较平直，较光滑，缝隙间可见少量砾石充填。

上述结构面控制了危岩体的发育和变形破坏。

此外，残坡积物分布于山脊地带，厚度不均，一般为2～4 m，为碎石土，表层为腐殖土，稍密状；而在坡体坡表主要为崩坡积层，多呈扇状分布，以碎石土为主，褐灰、灰黑、黄褐色，松散～稍密，碎块石主要成分为含磷粉砂岩及灰质白云岩，呈棱角～次棱角状，碎石粒径一般为50～100 mm，局部地段偶夹块石，最大粒径可达到3 m 以上，碎石含量一般约为60%～70%，充填物质为粉质粘土及砾石，局部地段具有架空现象，厚度3.0～10.0 m 不等；坡脚溜筒河两侧河漫滩及阶地上，以卵石为主，褐灰、灰白色，松散～稍密，卵石主要成分为砂岩、白云岩，圆～次圆状，卵石粒径一般为50～120 mm，局部地段夹漂石，卵石含量一般约为50%～60%，充填物质为中细砂。

（1）WY1 危岩，该危岩组合体位于危岩带北侧陡崖中上部，体积390 m3，所处坡面产状为105°∠78°，岩性为灰质白云岩。危岩体位于陡崖上，平面形态呈矩形状，在构造及风化作用影响下，岩体破碎，裂隙发育，多呈微张开状，张开宽度约3～5 cm，裂隙面较光滑，无充填。受岩体结构面控制，切割块体的块度大多数为1.0～1.8 m3。岩体前缘临空，在自身重力及外力作用下，岩体易向前部临空方向发生倾倒坠落。

（2）WY2 危岩，该危岩组合体位于危岩带北侧陡崖中部，体积52.8 m3，所处坡面产状为105°∠80°，岩性为灰质白云岩。危岩体位于陡崖上，平面形态呈矩形状，在构造及风化作用影响下，岩体破碎，裂隙发育，多呈微张开状，张开宽度约8～10 cm，裂隙面较光滑，无充填。受岩体结构面控制，切割块体的块度大多数为1.2～1.5 m3。岩体前缘临空，在自身重力及外力作用下，岩体易向前部临空方向发生倾倒坠落。

（3）WY3 危岩，该危岩组合体位于危岩带北侧陡崖中上部，体积704 m3，所处坡面产状为103°∠82°，岩性为灰质白云岩。危岩体位于陡崖上，平面形态呈矩形状，在构造及风化作用影响下，岩体破碎，裂隙发育，多呈微张开状，张开宽度约5～10 cm，裂隙面较光滑，无充填。受岩体结构面控制，切割块体的块度大多数为1.5～2.8 m3。岩体前缘临空，在自身重力及外力作用下，岩体易向前部临空方向发生倾倒坠落。

（4）WY4 危岩，该危岩组合体位于危岩带中部陡崖中上部，体积4 212 m3，所处坡面产状为92°∠80°，岩性为灰质白云岩。危岩体位于陡崖上，平面形态呈矩形状，在构造及风化作用影响下，岩体破碎，裂隙发育，多呈微张开状，张开宽度约3～8 cm，裂隙面较光滑，无充填。受岩体结构面控制，切割块体的块度大多数为1.0～4.0 m3。在自身重力及外力作用下，岩体易滑移式破坏。

（5）WY5 危岩，该危岩组合体位于危岩带中部陡崖中上部，体积约3 366.0 m3，所处坡面产状为112°∠84°，岩性为灰质白云岩。危岩体位于陡崖上，平面形态呈长方形，在构造及风化作用影响下，岩体破碎，裂隙发育，多呈微张开状，张开宽度约3～5 cm，裂隙面较粗糙，局部少量砾石充填。受岩体结构面控制，切割块体的块度大多数为1.5～6.0 m3，最大块度约7 m3。在自身重力及外力作用下，岩体易沿着节理发生滑移式破坏。

（6）WY6 危岩，该危岩组合体位于危岩带西南侧陡崖上部，WY5 的左侧，体积约3 650.0 m3，所处坡面产状为113°∠83°，岩性为灰质白云岩。危岩体位于陡崖上，平面形态呈长方形，在构造及风化作用影响下，岩体破碎，裂隙发育，多呈微张开状，张开宽度约2～4 cm，裂隙面较粗糙，局部少量砾石充填。受岩体结构面控制，切割块体的块度大多数为1.5～2.0 m3，最大块度约2.5 m3。岩体前缘临空，底部局部存在凹岩腔，在自身重力及外力作用下，岩体易发生滑移式破坏。

（7）WY7 危岩，该危岩组合体位于5#危岩带西侧陡崖下部，体积1 656 m3，所处坡面产状为118°∠77°，岩性为含磷粉砂岩。危岩体位于陡崖上，平面形态呈长条状，在构造及风化作用影响下，岩体破碎，裂隙发育，多呈微张开状，张开宽度约2～4 cm，裂隙面较光滑，无充填。受岩体结构面控制，切割块体的块度大多数为0.5～1.2 m3。岩体前缘临空，底部局部存在凹岩腔，在自身重力及外力作用下，岩体易沿着节理发生滑移式破坏。

3 危岩成因分析

现场调查表明，莫红集镇后山危岩的发育形成，主要是由以下几方面因素控制：

（1）岩体结构

岩性对岩质边坡具有明显的控制作用。勘查区内出露岩性为含磷粉砂岩及灰质白云岩，均属坚硬脆性岩石，为易崩岩层，是崩塌发生的物质基础。发生崩塌部位基岩裸露，形成陡峻的边坡，由于构造节理裂隙及风化裂隙发育，岩体多被切割成块状，直接破坏了斜坡结构和岩体完整性，且前缘存在高陡临空面及凹腔，在自身重力及外力作用下，将改变斜坡自然应力平衡，一旦各组结构面贯通，则极易形成崩塌，这些是崩塌（危岩）发生的结构条件（李果等，2017）。

（2）地形地貌

危岩出露部位坡度达80°以上，为近于直立的陡崖，前缘临空，高陡的地形条件为崩塌的发生提供了势能条件。

（3）降雨、风化、植物根劈等外动力因素

降雨：降雨是诱发该危岩发生崩塌的另一个重要因素，水的作用可以使岩体和结构面的强度参数降低，可以在后缘拉裂缝中形成一定的孔隙水压力，导致危岩体最终失稳形成崩塌。

风化作用：莫红集镇后山危岩所在区域属于金沙江高中山峡谷气候，气温年较差小，日较差大，冬暖无严寒，夏热无酷暑，年均气温大于16.1℃。风化营力主要包括阳光、气温、雨水等，在这些外营力的作用下，岩体中的结构面将不断张开，由闭合→微张→张开→宽张发展。在雨水、气温、生物风化的长期作用下，结构面逐渐贯通，从而导致危岩体的发育（图1）。

图1 危岩裂隙发育

植物根劈作用：岩体裂隙中通常充填有碎石及土壤，也是地表水渗透的通道，为植物生长提供了一个良好的环境，勘察区域的部分岩体裂隙中就多有植物生长。植物在岩体裂隙中生长，植物根系及枝干的生长膨胀将使得岩体裂隙加速扩张，从而降低岩体稳定性。

从以上影响因素分析可知，雨水是影响危岩体稳定性的主要因素同时也是其主要诱发因素，风化作用是影响危岩体稳定性的主要因素。

4 危岩稳定性评价

4.1 定性分析

危岩带位于陡崖上，岩体节理、裂隙较发育，岩体多被切割成镶嵌块状，大量块体将要脱离母岩，形成即将贯通的结构面，极易失稳发生坠落，根据现场调查共分布有危岩组合体7 处。

WY1：灰质白云岩，岩体呈块状，结构面发育，呈微张开—张开状，完整性较差，还未与母岩脱离，但岩体底部出现凹腔。块体现状整体稳定性一般，在暴雨或地震的作用下，有进一步失稳破坏的可能，其破坏多表现为表面零星掉块。对其进行赤平投影分析（图2），综合判定其稳定性为基本稳定—欠稳定。

图2 WY1 危岩赤平投影分析图

WY2：灰质白云岩，岩体呈块状，结构面发育，呈微张开—张开状，完整性较差，还未与母岩脱离，但岩体底部出现凹腔。块体现状整体稳定性一般，在暴雨或地震的作用下，有进一步失稳破坏的可能，其破坏多表现为表面零星掉块。对其进行赤平投影分析（图3），综合判定其稳定性为基本稳定—欠稳定。

图3 WY2 危岩赤平投影分析图

WY3：灰质白云岩，岩体呈块状，结构面发育，呈微张开—张开状，完整性较差，还未与母岩脱离，岩体底部节理较发育。块体现状整体稳定性一般，在暴雨或地震的作用下，有进一步失稳破坏的可能，其破坏多表现为表面零星掉块。对其进行赤平投影分析（图4），综合判定其稳定性为基本稳定—欠稳定。

图4 WY3 危岩赤平投影分析图

WY4：灰质白云岩，岩体呈块状，结构面发育，呈微张开—张开状，完整性较差，其后缘发育一组陡倾坡外的裂隙，张开约10cm，现还未与母岩完全脱离。块体现状稳定性较差，在暴雨或地震的作用下，有进一步失稳破坏的可能。对其进行赤平投影分析（图5），综合判定其稳定性为基本稳定—欠稳定。

图5 WY4 危岩赤平投影分析图

WY5：灰质白云岩，岩体呈块状，结构面发育，呈微张开—张开状，完整性较差，还未与母岩脱离，沿着节理有滑动可能。块体现状整体稳定性一般，在暴雨或地震的作用下，有进一步失稳破坏的可能，其破坏多表现为表面零星掉块。对其进行赤平投影分析（图6），综合判定其稳定性为基本稳定—欠稳定。

图6 WY5 危岩赤平投影分析图

WY6：灰质白云岩，岩体呈块状，结构面发育，呈微张开—张开状，完整性较差，还未与母岩脱离，沿着节理有滑动可能。块体现状整体稳定性一般，在暴雨或地震的作用下，有进一步失稳破坏的可能，其破坏多表现为表面零星掉块。对其进行赤平投影分析（图7），综合判定其稳定性为基本稳定—欠稳定。

图7 WY6 危岩赤平投影分析图

WY7：含磷粉砂岩，岩体呈块状，结构面发育，呈微张开—张开状，完整性较差，还未与母岩脱离，沿着节理有滑动可能。块体现状整体稳定性一般，在暴雨或地震的作用下，有进一步失稳破坏的可能，其破坏多表现为表面零星掉块。对其进行赤平投影分析（图8），综合判定其稳定性为基本稳定—欠稳定。

图8 WY7 危岩赤平投影分析图

4.2 稳定性计算

通过本次勘查表明，莫红集镇后山危岩各危岩体的破坏模式主要以滑移式为主，次为倾倒式，各种破坏模式计算模型选取如下：

（1）倾倒式崩塌计算模型

①计算模型。

计算模型如图9、图10 所示，即综合考虑危岩稳定的最利情况，将岩块按各自结构体特征沿长度方向选取若干截面进行计算，同时在考虑裂隙水压力Q 时，设裂隙深度与裂隙充水深度相等，每一截面按单元宽度考虑，不考虑基座抗拉强度，取O 点为倾覆点。计算公式如下：

图9 后缘岩体抗拉强度控制

图10 由底部岩体抗拉强度控制

图11 滑移式崩塌计算示意图

图12 滑移式危岩稳定性计算示意图

危岩破坏由后缘岩体抗拉强度控制时，按下式计算：

危岩体重心在倾覆点之外时：

危岩体重心在倾覆点之内时：

式中：h 为后缘裂隙深度（m）；hw为后缘裂隙充水高度（m）；H 为后缘裂隙上端到未贯通段下端的垂直距离（m）；a 为危岩体重心到倾覆点的水平距离（m）；b 为后缘裂隙未贯通段下端到倾覆点之间的水平距离（m）；n0为危岩体重心到倾覆点的垂直距离(m)；Jlk为危岩体抗拉强度标准值（kPa），根据岩石抗拉强度标准值乘以0.4 的折减系数确定：θ为危岩体与基座接触面倾角（°），外倾时取正值，内倾时取负值；β为后缘裂隙倾角（°）。其它符号意义同前。

当危岩的破坏由底部岩体抗拉强度控制时，按下式计算：

式中各符号意义同式（1）。

（2）滑移式崩塌计算模型

①计算模型。破坏模式为滑移式的危岩体稳定性计算示意图见图10、11。

②计算公式。后缘无陡倾裂隙（滑面较缓）时按下式计算：

式中：V 为裂隙水压力（kN/m），V=0.5γwhw2；hw为裂隙充水高度（m），取裂隙深度的1/3。rw取10kN/m；Q 为地震力（kN/m），按公式Q=ξe×W 确定，式中地震水平作用系数Ⅷ级烈度地区ξe取0.20；K 为危岩稳定性系数；c 为后缘裂隙粘聚力标准值（kPa）；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4 倍；φ为后缘裂隙内摩擦角标准值(kPa)；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段内摩擦角标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.95 倍；θ为软弱结构面倾角(°)，外倾取正，内倾取负；W 为危岩体自重（kN/m3）。

后缘有陡倾裂隙、滑面缓倾时，滑移式危岩稳定性按下式计算：

式中符号同前。

（3）危岩稳定性评价标准

在野外定性判别的基础上，对危岩体进行稳定性计算，按危岩体的稳定性系数将危岩体的稳定性状态分为稳定、基本稳定、欠稳定、不稳定四个状态，按计算结果来确定其稳定状态。针对不同变形破坏模式的危岩体，危岩体的量化标准是有差别的，表2 是参照《滑坡防治工程勘查规范》制定的判别依据。

表2 危岩稳定性评价标准

（4）计算结果

按照上述计算模型和方法，针对每个危岩块体选取具有代表性的剖面，根据各个块体的计算参数对危岩体的稳定性系数进行了计算，计算结果见表3。

表3 危岩体稳定性计算结果表

5 结论

（1）通过定性分析和稳定性计算分析，莫红集镇后山危岩各危岩体在天然工况下，均处于基本稳定状态，在暴雨或连续降雨条件下各危岩体处于欠稳定状态，在地震工况下各危岩体均处于欠稳定状态。

（2）危岩体的形成机制主要有以下几个方面的因素：

①地形地貌：危岩范围的斜坡地形坡度较大，坡度一般30°以上，局部基岩陡壁处近90°，为斜坡的变形提供了动力条件。

②地质构造：危岩区域地质构造较发育，构造活动强烈，岩体内节理裂隙发育，多组主要裂隙和少量无序裂隙的存在，将岩体切割块状。

③地震：地震使得危岩体裂隙扩张，岩体碎裂，同时也是诱发危岩失稳的最主要因素。

④降雨：大气降雨的冲刷和裂隙水压力是危岩失稳的激发因素。

⑤风化作用：在雨水、气温、生物风化的长期作用下，岩体中的结构面将不断张开，逐渐贯通，从而导致危岩体的发育。

（3）根据崩塌(危岩体) 结构、稳定现状及其主要影响因素，建议采取拦石墙+被动网（损坏段的被动网）+人工清危等工程治理措施，对崩塌进行综合治理，以确保崩源处危岩体整体稳定。