安顺北椅子山危岩形成机制与防治对策研究

蔡国升，陈志强，钟焰梨

(贵州大学 国土资源部喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室，贵阳 550025)

1 概 述

崩塌类地质灾害是我国西南部山地地区常见的灾害类型，崩塌的发生是受多种因素的影响而综合导致的，其破坏模式大体分为以下几种[1]：落式、倾倒式、滑移式。目前，对于各种不同的破坏类型均有对应的工程防治措施，比较常用的手段有被动网、主动网、锚定支护、嵌固等。因此，分析研究危岩的形成机制能够为工程防治提供科学的理论依据。

2 危岩区工程地质条件

灾害点属于中亚热带高原型湿润亚热带季风气候区，雨量充沛，区内植被沿陡崖发育，植被长势良好(主要为灌木丛)，危岩带临空面暴露地表，受风化作用强烈，局部陡崖一线及陡坡处的植被具有根劈作用，对危岩的稳定性产生负面影响。该点位于黔中山区麻山腹地，为典型岩溶地貌，以石灰岩峰丛山地为主，山脉纵横交错，地势较为复杂，地表切割深，相对高差大，沟壑纵横，山高坡陡， 溶蚀现象明显，区内没有泉水出露，降雨多靠地表水排泄，地下水不富足。南北两侧山高坡陡，多为陡斜坡和陡崖，最高高程为1 386.4 m，最低高程为1 146.7 m，最大相对高差约239.7 m；区内出露地层为第四系残坡积层(Qdl+el)及崩塌堆积层(Qcol)，二叠系茅口组(P2m)。工作区内无大型断裂发育，但受区域构造及溶蚀影响，风化、溶蚀、节理裂隙较发育[2]。根据对工作区节理裂隙调查统计，该区主要发育四组节理裂隙，发育密度为1～3条/m，最密处可达5条/m。其中，一、二组为卸荷裂隙，产状为123°∠78°、140°∠85°，多倾向坡外，切割岩体成块状并形成明显的外倾结构面，主要控制该区危岩体的危岩类型。三、四组为走向近垂直山体，产状为350°∠60°、65°∠80°，与前两组裂隙间互相切割，加剧了岩体的破碎程度，为危岩的形成及危岩创造了有利的条件，主要控制危岩体的块体大小。另外，受植被根系劈裂作用影响，发育多级杂乱无章的节理裂隙。

3 危岩体特征

勘查区危岩体规模以小型为主，危岩体破坏模式以滑移式和倾倒式为主，危岩体岩性为灰色、浅灰色厚层块状灰岩，危岩体形状多以连体状、单体状为主。其变形破坏与岩体风化破碎及植被根系劈裂作用具有较大联系，同时受节理裂隙与岩层面影响，致使危岩体沿裂隙发育方向脱离母岩，形成危岩体。同时。其斜坡至缓坡处分布的松散零星崩塌堆积体，厚度在2.0 m以内。另外，其顶部有松散的孤石，呈块状，岩性为硬质灰岩，粒径小于2.5 m，有可能发生滑移式 “滚动”危岩。该区段危岩体整体分布范围较大，威胁对象主要为周边的居民集中分布区，威胁对象较集中，危害性较大。从图1、图2中可以看出，危岩体受竖向节理与水平机理切割，稳定性较差。

图1 危岩体全貌及陡崖

图2 危岩体近照

4 危岩体形成机制研究

危岩体的变形破坏受多种因素的影响，如外倾结构面、地层岩性、节理裂隙发育情况、风化程度和外力作用等，但危岩体变形失稳的本质，不外乎结构面或岩体的剪切破坏，以及岩体的张拉破坏等，结构面或岩体抗剪强度不足引起危岩体变形破坏为坠落式或滑移式，岩体抗拉强度不足引起的危岩体变形破坏为倾倒式或拉裂式[3]。该点中的危岩单体及松散危岩堆积体，几乎不存在支撑点位于破裂面外侧的情况，或者危岩体内侧陡倾节理裂隙距支撑点很远而不可能使危岩体发生倾倒式破坏，而多以倾倒式和滑移式破坏为主[4]。

该危岩带的形成机理是由于在垂直于地层走向方向上节理裂隙较发育，且平行于区域性的陡倾裂隙或外倾结构面，然后由于山体本身风化较破碎，植被较发育，受植被根系劈裂作用较强烈，同时受多组节理裂隙组合切割致使山体上岩体被分割成多个离散的单体，形成危岩体。同时还有该点危岩的诱发因素[5]：①水的作用。水是使危岩体失稳的重要因素，暴雨或持续降雨将造成危岩体及下伏岩组饱水，增大岩体的重度，降低岩土体的抗剪强度，导致危岩体的稳定性降低；同时静动水压力对坡体的稳定性影响很大，可能导致坡体的失稳破坏。②地层岩性。叠系茅口组灰岩灰色、浅灰色厚层块状灰岩长期遭受溶蚀、风化、剥落、卸荷、植被根系劈裂等作用，在长期雨水冲刷等地质作用下，岩体节理裂隙不断发展、贯通，在自重和其它内外作用下对岩体产生脱离母岩的可能大于其岩体相对的黏结强度而产生危岩。

以下是该点失稳破坏的影响因素[6]：①地形地貌。危岩带临空面为多级陡崖，陡崖坡度多在65°以上，容易发生落石、掉块等现象。②植被根系劈裂作用。山体植被较发育，且岩质坚硬、性脆，在植被生长过程中，根系劈裂作用致使形成多处大面积危岩分布，大大降低岩体的完整性，随着时间推移，在垂直和水平方向继续延伸发育，较硬岩体则容易发生破坏，有利于零星落石、掉快等的发生。③风化作用。危岩带岩体岩性为厚层块状灰岩，质硬、性脆，虽抗风化能力较强，但在冷暖交替、温差变化作用下岩石易受热涨冷缩作用下，易于风化破碎，为危岩提供必要的物质基础[7]。

5 危岩体稳定性分析

通过赤平投影图分析危岩体的稳定性[8]，根据对区内节理裂隙的调查，结合危岩分布范围、规模、风化程度、变形破坏特征、破坏模式及已经出现的变形破坏迹象，采用地质类比法对稳定性进行宏观判断。即利用赤平极射投影分析方法对边坡的稳定性分段进行宏观定性分析，按边坡稳定分析理论来评价其稳定性，节理裂隙发育与岩体的关系见图3。

图3 结构面赤平极射投影图

由图3可知，结构面组合交线a、b、c倾向于边坡坡面相同，且其倾角小于坡角，工作区危岩均处于不稳定状态，可能沿组合交线方向发生危岩，图3中afbe、ofad、ocd均为不稳定楔形体。上述评价方法是针对整个工作区危岩地质灾害宏观定性评价方法，加之植被根系劈裂作用减弱岩体的完整性，分化作用的比表面积加大，致使岩体的抗剪强度、抗拉强度降低，从而增加危岩体发生危岩的可能，整个工作区危岩岩体的稳定性较差。

6 危岩体防治对策研究

根据该区危岩体特征，对于零星的堆积体可以采取人工清除的方式进行处理；但是对于体积较大的危岩体，采用人工清理的难度较大，不利于操作，花费工期较长，提高了工程的预算费用，对于大块危岩体拟采用主动网加被动网加锚杆的工程手段，见图4。

图4 危岩体防治剖面图

本次治理削方工程主要针对7处危岩单体及WD-1和WD-2两处危岩带局部削方，由于上述危岩单体及危岩带节理裂隙较发育，本身岩体的风化程度较破碎，加之植被根系劈裂作用较强烈，且在水平及垂直方向均有较大的位移，若对危岩单体实施锚固或支撑等均不能有效加固危岩体。同时，因对WD-1实施主动防护网进行防护，但主动防护网安装条件需对安装面整平后才能发挥防护效能；对WD-2实施被动防护网进行防护，但被动防护网抗冲击能力有限， 需对危岩带上危岩方量较大的地段进行清除。削方方法严格按照“从上至下、由外到内、层层剥离”的方法进行，原则上采用人工削方，在条件允许的情况下可借以机械辅助削方，如岩石预裂机、风镐机等辅助机械。单次削方块体体积不宜超过0.3 m3，建议单次削方块体尺寸为0.5 m×0.5 m×1.0 m(长×宽×高)，从危岩体上削方剥离下的碎块应人工搬运至危岩体所在斜坡的最底部。

另外，在整个治理工作区域斜坡处还分布有许多松散零星危岩堆积体，也应该按照同样方法进行肢解清除。治理区域松散零星危岩堆积体是由于历史时期危岩体发展变形留下的零星崩落物，因数量较多，本次调查未对其进行编号，施工时对其进行肢解破碎，然后人工搬运至危岩体所在斜坡底部即可。

7 结论与建议

1) 通过赤平投影以及野外调查表明，该区节理发育，将岩体切割成块状，外加不利的岩性组合下，导致岩体稳定性较差，大量雨水的冲刷等外部因素，随时有发生崩塌的可能。

2) 危岩体因失稳而发生破坏的现象是在长时间的孕育中形成的，不是一蹴而就。西南地区雨水充沛，该区盐酸岩盐分布广泛，受溶蚀现象严重，岩体上随处可见溶蚀的痕迹，这些因素都在一定程度上加速了崩塌的进度，所以该区危岩体的形成也受这些因素的控制和影响。

3) 在分析危岩体成因的基础上，对于该区的危岩体防治主要有以下建议：在坡体的零星堆积体，建议采用人工清除的方式，其余没有脱离母岩的岩体采用主动网加被动网加锚定支护等综合手段进行治理。