■ 廣東省地質(zhì)建設(shè)工程集團(tuán)公司 曾錚

1.研究背景

崩塌主要由巖土在重力條件下產(chǎn)生，崩塌體為不規(guī)則的松散塊體、沒(méi)有整體性。大型的巖石崩塌在巖石塊體崩落后，會(huì)以流動(dòng)的方式夾帶超過(guò)10×104m3以上體積的巖屑，移動(dòng)至遠(yuǎn)超過(guò)其原始巖坡高度的距離[1]。隨著城鎮(zhèn)建設(shè)高速發(fā)展，道路開(kāi)發(fā)、邊坡開(kāi)挖等人類(lèi)活動(dòng)的日益頻繁，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害也呈現(xiàn)上升的明顯態(tài)勢(shì)，而崩塌災(zāi)害因發(fā)生時(shí)間不確定、崩落速度極快、主要沿垂直方向墜落的特點(diǎn)，可在較短的時(shí)間內(nèi)造成巨大的危害，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)極大的威脅。因此，針對(duì)崩塌開(kāi)展危險(xiǎn)性評(píng)估具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，崩塌災(zāi)害的研究工作主要集中在崩塌的形成和破壞機(jī)理研究、 勘查評(píng)價(jià)、治理技術(shù)手段等方面，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要集中在對(duì)崩塌災(zāi)害的小比例尺區(qū)域性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)單體災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究較少。國(guó)外對(duì)崩塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的相關(guān)工作起步較早，并獲得了較為顯著的成果，Pierson 等[2][3]根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)分系統(tǒng)建立了最為簡(jiǎn)單的崩塌發(fā)生地點(diǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型；Azzoni 等[4]基于剛性體的力學(xué)理論和二維統(tǒng)計(jì)分析模型對(duì)崩塌的運(yùn)動(dòng)軌跡及一些相關(guān)的參數(shù)（滾石的能量、彈起的高度、運(yùn)移距離）進(jìn)行了預(yù)測(cè)；Crosta 等[5][6]利用空間分布方法研究了崩塌滾石到達(dá)的概率和崩塌的密度，為崩塌危險(xiǎn)性評(píng)估和分區(qū)奠立了良好的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)在崩塌災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面也開(kāi)展了相關(guān)的研究，胡厚田[7]對(duì)各類(lèi)落石的速度、崩落距離和運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了計(jì)算；唐紅梅等[8]對(duì)危巖的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、碰撞過(guò)程、滑動(dòng)過(guò)程、滾動(dòng)過(guò)程等進(jìn)行了較為深入的研究，獲取了運(yùn)動(dòng)軌跡方程；張路青等[9]對(duì)川藏公路南線（八宿至林芝段）滾石的發(fā)生頻率進(jìn)行了估算，通過(guò)遭遇滾石的概率及承災(zāi)體的易損性分析，得出了車(chē)輛和行人經(jīng)過(guò)不同滾石區(qū)時(shí)遭遇滾石而致命風(fēng)險(xiǎn)的概率。

在國(guó)內(nèi)外崩塌災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估研究成果的基礎(chǔ)上，本文以某工業(yè)場(chǎng)地危巖崩塌災(zāi)害為例，采用數(shù)值模擬的手段，對(duì)危巖運(yùn)動(dòng)過(guò)程和最終的堆積區(qū)域進(jìn)行研究。

3. 實(shí)例分析

3.1 崩塌危巖體基本特征

崩塌危巖體位于某工業(yè)場(chǎng)地西側(cè)的邊坡，邊坡基巖裸露，為燕山期第三期（γ52-3）花崗巖，花崗巖體為褐紅、褐黃色、原巖結(jié)構(gòu)清晰，部分斜長(zhǎng)石未風(fēng)化、夾硬塊、手捏易碎，強(qiáng)風(fēng)化巖風(fēng)化裂隙較發(fā)育，受節(jié)理裂隙發(fā)育影響，完整性差、巖體質(zhì)量差。

崩塌源區(qū)所處邊坡位置高程約32m，邊坡下方油罐區(qū)及道路高程約11m，崩塌區(qū)距離下方道路高程差約21m，水平距離約18m，距離下方油罐區(qū)高程差約21m，水平距離約50m。崩塌區(qū)長(zhǎng)度約30m，高度約5m，厚度約1.2m，規(guī)模約為180m3。

3.2 形成原因

崩塌形成原因主要是由于邊坡巖體結(jié)構(gòu)面相互組合，切割巖體，組成的楔形體崩落條件好，邊坡巖體長(zhǎng)期裸露，風(fēng)化剝離，造成巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性差，發(fā)生崩落地質(zhì)災(zāi)害。

3.3 穩(wěn)定狀態(tài)分析

該邊坡高度較大，裂隙發(fā)育，主要發(fā)育有三組節(jié)理裂隙：①產(chǎn)狀22～25°∠55～60°，延伸長(zhǎng)度大于10m，線密度1條/m，裂隙面較平直；②產(chǎn)狀96～119°∠74～79°，延伸長(zhǎng)度一般5～10m，線密度一般0.3～1條/m，裂隙面較平直；③產(chǎn)狀145～174°∠59～70°，延伸長(zhǎng)度一般大于10m，線密度一般1條/m，裂隙面平直光滑。本次評(píng)估利用赤平投影法預(yù)測(cè)邊坡的穩(wěn)定性，如圖1所示，分析結(jié)果表明，巖體節(jié)理結(jié)構(gòu)面相互組合，切割巖體，組成的楔形體崩落條件好，巖體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生巖石崩落等安全隱患可能性較大。崩塌地質(zhì)災(zāi)害主要危害對(duì)象為評(píng)估區(qū)庫(kù)區(qū)道路、庫(kù)區(qū)工作人員以及112#、113#油罐，據(jù)以上分析判斷，西側(cè)邊坡發(fā)生崩塌可能性較大，危險(xiǎn)性大。

圖1 巖質(zhì)邊坡崩塌預(yù)測(cè)結(jié)果

3.4 崩塌危害程度評(píng)估

本次評(píng)估利用數(shù)值模擬分析軟件對(duì)崩塌落石失穩(wěn)墜落的運(yùn)移運(yùn)動(dòng)軌跡以及最終終點(diǎn)距離進(jìn)行模擬，以達(dá)到對(duì)崩塌落石危害程度的分析和判斷。

本次數(shù)值模擬選擇AA'剖面上崩塌區(qū)進(jìn)行模擬，剖面AA'上崩塌區(qū)所處高程約32m，距離下方道路高程差約21m，水平距離約18m，距離下方油罐區(qū)高程差約21m，水平距離約50m。崩塌落石數(shù)值模擬模型如圖2所示。

圖2 崩塌落石數(shù)值模擬模型

圖3 滾石運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)值模擬

通過(guò)對(duì)崩塌落石數(shù)值模擬模型的運(yùn)算分析（圖3），根據(jù)崩塌落石墜落的運(yùn)動(dòng)軌跡，在落石運(yùn)動(dòng)的前半段，由于處于加速階段，落石主要沿著斜坡坡面呈滾動(dòng)式向下方運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滾石達(dá)到坡腳時(shí)，其速度已經(jīng)達(dá)到峰值，并且由于坡腳道路為水泥路面，落石砸向水泥路面后呈跳躍ü?jié)L動(dòng)式運(yùn)動(dòng)，隨著速度的逐步降低，落石最后呈現(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)。

圖4 滾石運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)距離數(shù)值模擬

根據(jù)對(duì)落石運(yùn)動(dòng)最終點(diǎn)的分析及統(tǒng)計(jì)（圖4），滾石最遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)距離已經(jīng)超過(guò)了儲(chǔ)油罐與危巖體最短水平距離，其危險(xiǎn)范圍已經(jīng)覆蓋下方的道路及油罐，因此，崩塌落石的危害對(duì)象包括了下方的庫(kù)區(qū)道路、庫(kù)區(qū)工作人員以及112#、113#油罐。

根據(jù)以上對(duì)崩塌落石的數(shù)值模擬，由于崩塌地處高位，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速以及勢(shì)能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，其沖擊破壞作用驚人，危害性中等，因此，綜合判斷崩塌的危害程度中等。

4. 結(jié)論

崩塌給人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)極大的威脅，針對(duì)崩塌開(kāi)展危險(xiǎn)性評(píng)估具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文以某工業(yè)場(chǎng)地危巖崩塌作為研究對(duì)象，采取數(shù)值模擬的方法，分析了崩塌在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)移軌跡以及影響范圍重要因素，可以為后期崩塌的防災(zāi)減災(zāi)提供借鑒。同時(shí)，根據(jù)野外調(diào)查情況，并結(jié)合數(shù)值模擬研究，證明該方法可以很好地模擬泥崩塌運(yùn)動(dòng)、堆積的動(dòng)力過(guò)程，在崩塌危險(xiǎn)范圍預(yù)測(cè)工作中具有較高的準(zhǔn)確性。