陳躍

（華北有色工程勘察院有限公司，石家莊 050021）

1 引言

斜坡上已有變形跡象，具有失穩(wěn)破壞征兆的巖塊體，稱為危巖，而危巖的失穩(wěn)過程亦被稱為崩塌［1]。崩塌一般發(fā)生在堅硬巖地區(qū)的高陡邊坡，其形成機制往往是河流切割或人工開挖形成的高陡邊坡在卸荷作用下的應(yīng)力重分布后，在邊坡卸荷區(qū)內(nèi)形成裂縫，同時與其他節(jié)理裂隙或結(jié)構(gòu)面組合逐步貫通形成危巖體，從而在地震或爆破震動、降雨等其他外力作用下導致危巖體突然脫離母體，翻滾、墜落下來。由于多種因素的影響，多山地帶的崩塌落石事件一般都具有多發(fā)性、突發(fā)性、隨機性等難以預(yù)測的規(guī)律，對交通線路、建筑設(shè)施及人身安全都具有極大的危害。根據(jù)危巖失穩(wěn)破壞的可能性，可將危巖分為墜落式危巖、傾倒式危巖和滑移式危巖［1]。唐紅梅等［2]對危巖落石的運動路徑進行了研究，獲取了各個階段的運動方程；陳洪凱等［3]對危巖體進行了分類研究，同時對其破壞機理和不同類型危巖體的錨固方法進行了研究；秦志英等［4]、何思明等［5]對崩塌落石運動過程中的碰撞恢復(fù)系數(shù)進行了分析；黃潤秋等［6－7]根據(jù)現(xiàn)場試驗對落石的啟動方式、斜坡坡度、坡面長度、植被特征及落石質(zhì)量和形狀等指標進行了分析，這些研究對認識崩塌落石的特征及對其防治具有實際意義。因此，研究危巖的特征、形成機制，崩塌落石的運動路徑、速度及能量大小是進行崩塌落石防護設(shè)施合理設(shè)計的當務(wù)之急。

本文以西藏玉龍銅礦的運礦道路兩側(cè)的危巖災(zāi)害為實例，通過現(xiàn)場調(diào)查研究對該道路的危巖特征及形成機制進行分析，并建立地質(zhì)模型，通過Rockfall數(shù)值軟件模擬落石的運動軌跡，得到其速度及能量大小，并對道路兩側(cè)危巖的防治提出相應(yīng)的建議，為今后對崩塌落石加深認識和整體防治提供理論依據(jù)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

玉龍銅礦位于西藏自治區(qū)昌都地區(qū)江達縣青泥洞鄉(xiāng)覺擁村玉龍溝內(nèi)，西距昌都140 k m，東至江達縣80 k m，距成都1 150 k m，國道317線從場地南側(cè)約2.2 k m處通過，礦區(qū)公路在玉龍溝溝口與國道317線相連，交通較方便，工作區(qū)交通位置見圖1。工作區(qū)位于青藏高原東南角的金沙江與瀾滄江之間的寧靜山脈北段，山脈、山系多呈北北西－南南東方向排列，地形切割程度中等至強烈，運礦膠帶道將連接玉龍銅礦采礦區(qū)與廠房，該范圍內(nèi)地形高差較大，海拔高程在4 506～4 765 m間，兩側(cè)山坡地形較陡竣。工作區(qū)地貌屬于“青南藏東川西高原區(qū)”，地貌類型以高山構(gòu)造剝蝕地貌類型為主，構(gòu)造侵蝕－溶蝕地貌、侵蝕堆積地貌及冰川地貌次之。

2.2 地層巖性

本次研究工作區(qū)及周邊的地層巖性較單一，運礦道路兩側(cè)山體斜坡出露的地層為上三疊統(tǒng)阿堵拉組（T3a）灰?guī)r和波里拉組（T3b）泥質(zhì)頁巖及泥質(zhì)粉砂巖，表部位第四系殘坡積物（Qel＋dl），未見侵入巖出露?，F(xiàn)由老至新分述如下：

圖1 交通位置圖

（1）上三疊統(tǒng)阿堵拉組（T3a）灰?guī)r：灰黑色－灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為方解石，節(jié)理裂隙發(fā)育，中風化至強風化，主要分布于坡頂部分地段。

（2）上三疊統(tǒng)波里拉組（T3b）泥質(zhì)粉砂巖：灰色－灰黑色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英及長石，節(jié)理裂隙發(fā)育，強風化，主要分布于邊坡中下部及溝谷處。

（3）上三疊統(tǒng)波里拉組（T3b）泥質(zhì)頁巖：灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物，節(jié)理裂隙發(fā)育，強風化，泥鈣質(zhì)充填，主要夾于泥質(zhì)粉砂巖中。

（4）第四系殘坡積（Qel＋dl4）的碎石土：雜色，松散－稍密，稍濕，主要組成為殘坡積灰?guī)r碎屑，主要粒徑10～40 mm，充填粉土，土質(zhì)不均。

2.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

工作區(qū)的整個大區(qū)域內(nèi)主要發(fā)生過6次構(gòu)造運動。加里東運動使元古界與古生界奧陶系呈不整合接觸；華力西運動使泥盆系與下伏地層呈不整合接觸；第三次構(gòu)造運動使部分地區(qū)下、中三疊統(tǒng)缺失和巖漿活動；瀾滄運動造成地殼褶皺變形使得上三疊統(tǒng)與下伏地層呈角度不整合接觸；印支運動使地殼沉降與上升，造成上三疊統(tǒng)厚大沉積和中下侏羅統(tǒng)變薄和缺失；喜馬拉雅運動使北西向構(gòu)造框架最后定型。區(qū)內(nèi)主要區(qū)域性構(gòu)造為壓扭性覺涌斷裂和宗拉夷向斜。

3 場地邊坡特征及穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡特征

由于區(qū)域構(gòu)造運動頻繁，特別是喜馬拉雅運動所引起的地層強烈擠壓、抬升以及斷裂的走滑、拉張，使場區(qū)內(nèi)雖然無大的區(qū)域構(gòu)造分布，但裂隙構(gòu)造發(fā)育。由于邊坡的潛在危巖落石主要出現(xiàn)于近坡頂處的灰?guī)r地層，在此僅說明灰?guī)r區(qū)的4組裂隙發(fā)育狀況，情況如下：（1）裂隙L1，產(chǎn)狀為275°∠73°，寬度為2～20 mm，延伸長20～130 cm，裂隙率為2～3條／m，裂面平直光滑，大都呈閉合狀，少量微張，充填物為粘性土、灰?guī)r；（2）裂隙L2，產(chǎn)狀為225°∠65°，寬度3～20 mm，延伸長10～210 cm，裂隙率為2～5條／m，裂面大都較平直、少數(shù)閉合至微張，充填物為粘性土；（3）裂隙L3，產(chǎn)狀為145°∠73°，寬度5～20 mm，延伸長30～120 cm，裂隙率為2～5條／m，裂面較平直，多呈張開狀，部分閉合，充填物為粘性土；（4）裂隙L4，產(chǎn)狀為75°∠68°，寬度5～20 mm，延伸長30～160 cm，裂隙率1～8條／m，裂面較平直，多呈張開狀，部分閉合，充填物為粘性土。

3.2 危巖特征及形成機制

邊坡因存在構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，長時間臨空巖體的卸荷作用等因素將巖體后緣的節(jié)理結(jié)構(gòu)面和裂隙逐漸形成貫通面，從而在坡面形成了大塊的危巖體，局部已崩塌掉塊形成了凹腔，在本次研究區(qū)主要存在滑移式危巖體（圖2）。由于邊坡開挖形成高陡臨空面，且發(fā)育一組中－陡傾外光滑裂隙面，巖體沿該光滑面向臨空方向發(fā)生滑動，脫離母巖，形成崩塌落石。危巖主要分布于邊坡的中上部陡壁處，分布和形態(tài)不規(guī)則，單塊體積較大的和較完整的為危巖體，單塊體積較小、分布集中、數(shù)量多的為危巖帶。

圖2 玉龍銅礦運礦道的潛在滑移式危巖落石

表1 各危巖帶描述及穩(wěn)定性判別

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，危巖體（帶）有4處，主要危巖受到卸荷裂隙和構(gòu)造裂隙的影響，巖體完整性較差，在降雨、地震或卸荷作用下，易產(chǎn)生崩落現(xiàn)象，危巖體最大規(guī)模約為20 m3，其余為零星小危巖體，直徑約為10～20 cm，分布高程約在45 m，基巖邊坡坡度近于65°～85°，而殘坡積物段坡度為對位于邊坡下部的運礦道路威脅性極大。通過野外調(diào)查，分析邊坡基本特征、危巖特征及滑移式崩塌類型，認為研究區(qū)的4個危巖帶的穩(wěn)定性描述如表1（不利工況為暴雨、地震作用）。

4 危巖落石數(shù)值模擬分析

在落石運動軌跡分析時，本研究采用Rockfall分析軟件對危巖落石的運動過程進行模擬，分析落石在坡面運動過程中沖擊能量、彈跳高度及運動速度的變化，為工程防治提供直觀有效的指導依據(jù)。

4.1 落石運動參數(shù)確定

采用Rock Fall軟件對危巖落石的運動軌跡進行數(shù)值模擬時，需要做出如下假設(shè)：邊坡的坡面是由若干段折線連接而成的；落石的形狀為質(zhì)量分布均勻的球體；落石及坡面均為各向同性彈塑性體；不考慮崩塌落石之間的水平相互作用力；忽略空氣的作用力；落石碰撞后不發(fā)生碎裂，形態(tài)保持完整。

對于落石的運動路徑運用Rockfall軟件進行模擬，需考慮落石的體積和密度、坡面形態(tài)、坡面滑動和滾動摩擦系數(shù)（φ）等，同時需考慮法向阻尼系數(shù)（Rn）和切向阻尼系數(shù)（Rt）。落石基本位于邊坡40 m的高度，在邊坡中AB段表面為灰?guī)r，BC段表面為砂巖夾頁巖，基本為裸露基巖，則選擇Rn＝0.35，Rt＝0.85，φ＝30°，選擇的而CD段表面為殘坡積物與草植被，則選擇Rn＝0.30，Rt＝0.80，φ＝30°，同時危巖體物理力學參數(shù)如表2所示。

表2 危巖體（灰?guī)r）物理力學性質(zhì)統(tǒng)計表

4.2 落石運動軌跡分析

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)生崩塌破壞的危巖體雖然整體規(guī)模較大，但受節(jié)理裂隙切割，啟動后多破壞分解成為小塊體，破壞后的巖體大部分在10 m3以下，危巖體距運礦道路的高度約為45 m，且危巖體的巖性都為灰?guī)r。本次數(shù)值模擬落石的原始數(shù)量設(shè)為50個，體積為10 m3來進行計算，其他參數(shù)見表2。

圖3 落石模擬的運動軌跡圖

從圖3對落石運動過程的數(shù)值模擬結(jié)果可知，落石開始在坡面滾動，值坡度較陡區(qū)域發(fā)生跳躍和碰撞，落石全部到達運礦道路位置，并分布于運礦道路下側(cè)的溝谷內(nèi)。在運礦道路附近落石的最大動量為47 000 kJ，同時在運礦道路附近的落石彈跳高度約為0.7～0.8 m（圖4）。

圖4 落石運動模擬的結(jié)果

5 崩塌落石防護處治設(shè)計

（1）主動處治

對于裂隙寬張，后緣裂隙張開，結(jié)構(gòu)面貫通，已基本脫離母巖、易崩落下滑且難以錨固的危巖體應(yīng)予以清除。對于裂隙張開度較大，整體基本穩(wěn)定的，宜采用錨桿錨固、裂隙灌漿等措施加固欠穩(wěn)定的部位，閉合裂隙，整體加固危巖體。

（2）被動防護

對于零星落石難以徹底清除段，可在本研究區(qū)結(jié)合地形條件選擇主動柔性防護網(wǎng)（SNS防護網(wǎng)）覆蓋于危巖帶，限制危巖的剝落或淺表的崩落來進行防護；或者選擇被動柔性防護網(wǎng)，在運礦道路里側(cè)設(shè)置被動柔性防護網(wǎng)，其抗沖擊性能和高度需滿足落石在該處的動能及彈跳高度的要求。

6 結(jié)論

（1）西藏玉龍銅礦地區(qū)位于構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)，且復(fù)雜的構(gòu)造作用形成高陡邊坡，潛在的崩塌落石對礦業(yè)運輸?shù)缆肪哂兄卮蟮陌踩[患。

（2）通過數(shù)值模擬認為本研究區(qū)的落石在運礦道路附近的彈跳高度為0.7～0.8 m，總動能達到47 000 kJ。

（3）對潛在崩塌落石可進行清除或加固措施，或者采用防護網(wǎng)技術(shù)對落石進行防護，以達到減輕落石災(zāi)害的目的。

［1]胡厚田.崩塌與落石［M].北京：中國鐵道出版社，1989.

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