袁艷，黃建國,徐世光

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.云南地礦工程勘察集團公司，昆明 650041)

1 引言

崩塌落石是指斜坡上巖塊在重力或其他外力作用下脫離母巖而發(fā)生傾倒、墜落等運動方式，它具有隱蔽性、突發(fā)性和危害大[1]等特點，是山區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害。隨著城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展，同時對土地的建設(shè)需求也相應(yīng)增長。但由于建設(shè)工程缺乏科學(xué)合理的指導(dǎo)，開挖邊坡、切坡出現(xiàn)了很多問題，邊坡的變形破壞引起崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，造成了一定程度上的生命財產(chǎn)損失。汪曉鋒、劉傳正等[2-3]對典型的崩塌落石的成因、形成機理和崩塌的破壞模式進(jìn)行了研究。

崩塌的規(guī)模大小不一，大部分為單一巖塊的崩落，體積小于1 m3。近年崩塌發(fā)生的頻率有增多趨勢，主要以滑移式為主。在開展應(yīng)急勘查的基礎(chǔ)上，借助赤平投影分析了危巖體節(jié)理裂隙的組合特征，對危巖體的特征進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)行穩(wěn)定性分析評價，并提出對應(yīng)的治理措施，對崩塌地質(zhì)災(zāi)害的防治提供了現(xiàn)實依據(jù)[3-5]。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

小金縣位于高原西部地區(qū)。地勢東高西低，河流切割較深。山脈主要呈南北、北東走向，東部四姑娘山主峰達(dá)6 250 m，為全境之巔，最低點在潘安鄉(xiāng)門子溝，海拔1 750 m，絕對高差4 500 m。

工作區(qū)屬于高山地貌與河谷地貌交界部位(圖1)，坡腳為小金川河的高階地河谷地貌，海拔一般在 2 440～2 475 m之間，相對高差在35 m左右，地形坡度在10°～30°。植被覆蓋較小，多為耕地和民房，小金川河河谷較為平坦開闊，主要由河流一～三級階地組成。崩塌變形區(qū)處于工作區(qū)山體陡坡處，與威脅對象之間的高差在150～270 m左右，坡度上段坡度在40°～65°，陡坡下部斜坡坡度相對較緩，坡度在20°～30°。工作區(qū)地形地貌如圖1所示。

圖1 工作區(qū)地形地貌圖

2.2 地層巖性

工作區(qū)內(nèi)巖組可劃分為沉積巖類、松散土類兩大類。工作區(qū)巖性分類見表1所示。

表1 工作區(qū)巖性分類表

(1) 土體工程地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)土體分布于斜坡體表層，第四系全新統(tǒng)崩積物堆積于斜坡坡腳，為碎塊石，碎石含量50%～60%，其厚度分布不均。該巖組承載力變化大，當(dāng)局部松散堆積體較厚時，易出現(xiàn)滑坡或崩塌等。

(2) 巖體工程地質(zhì)特征

該地區(qū)的巖性主要是砂巖。礦物成分以長石為主，其次是石英，還含有少量鉀長石和部分黑云母，主要出露于崩塌所在斜坡，中等至強烈的風(fēng)化作用，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育并無序分布，在降雨、地震等外力作用下，有發(fā)生崩塌的可能。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

(1) 地質(zhì)構(gòu)造

境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以褶皺為主，褶皺由一系列面向南的排列緊密的線性褶皺組成，形成了一條由東向西或西北延伸的結(jié)構(gòu)帶，斷裂構(gòu)造少，規(guī)模小，地層主要為泥盆系危關(guān)群-三迭系西康群，兩翼均伴有花崗巖侵入。

(2) 地震

小金縣屬于“5.12”大地震中的重災(zāi)區(qū)，由于地震引起縣境內(nèi)崩塌、崩塌堆積體等地質(zhì)災(zāi)害。由于地震及引起的次生災(zāi)害，小金縣森林、經(jīng)濟作物、耕地大量受損，且造成了人員傷亡事件。

2.4 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單，地下水類型為松散巖類孔隙潛水及基巖裂隙水。松散巖類孔隙潛水主要賦存于區(qū)內(nèi)第四紀(jì)全新世沖積沉積物中，豐水期間埋深在3～5 m之間，枯水季節(jié)埋深在3～7 m之間。山坡上以散流形式排泄，然后以地下徑流或小河的形式排放到平坦地面的基巖孔洞和裂縫中?；鶐r裂隙水和碎屑巖裂隙水在區(qū)內(nèi)大面積分布，單井涌水量達(dá)到100 m3/d左右，含水層巖性為板巖、砂巖等，但水量匱乏。

3 地質(zhì)災(zāi)害特征及穩(wěn)定性分析

3.1 危巖體特征

昌家?guī)r崩塌位于三關(guān)橋村靠山側(cè)，災(zāi)害體分布于斜坡上2 380～2 580 m高程段，相對高差大，山坡坡度一般大于35°，部分地段大于60°，甚至陡立形成多級陡崖，具較陡的臨空面，這為危巖體的變形破壞提供了有利的地形和空間條件。根據(jù)陡壁巖體的位置、危巖發(fā)育情況、崩塌方向、穩(wěn)定性及危害性的不同，劃分為3處危巖帶、1處危石WS1和1處崩塌堆積體。威脅人數(shù)較多，需給予重視，及時治理，預(yù)防造成重大傷亡。

各危巖體特征如表2所示。

表2 危巖體特征

利用赤平投影圖分析可知，危巖體穩(wěn)定性較差。

由于Ws1為孤石，故1#、2#、3#危巖體，潛在的危巖體主要分布在1#、2#危巖體后側(cè)塌陷凹腔的獨立巖塊(崩塌體分布如圖2所示)。危巖帶巖體節(jié)理裂隙發(fā)育密度較大，裂隙間相互切割，危巖帶表面形成較多懸而未掉的松動的碎裂危巖塊體，加之在地震、降雨等作用下，危巖帶裂隙卸荷張開更加明顯，危巖體更加松動，隨著裂隙進(jìn)一步發(fā)展，1#、2#危巖體將最終失穩(wěn)崩落。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害分布圖

因此對1#、2#危巖體和孤石Ws1采取工程冶理措施勢在必行。

3.2 穩(wěn)定性分析

根據(jù)危巖結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征，結(jié)合崩塌危巖分布區(qū)分析結(jié)果可知，本區(qū)危巖破壞模式以滑移式為主，部分為墜落式(圖3)。

圖3 滑坡破壞模式示意圖

各危巖體典型剖面如下圖4所示。

J3zh.三疊系上統(tǒng)侏倭組；Q4col.第四系崩積物；Q4edl.第四系殘坡積物；Q4al+pl.第四系沖洪積物；1.鉆孔編號及深度；2.探槽及編號；3.砂巖；4.碎塊石土；5.亞粘土夾碎石；6.漂卵石層；7.地層分界；8.地層產(chǎn)狀圖4 小金縣昌家?guī)r崩塌勘察剖面圖

滑移式危巖體計算(計算示意圖如圖5所示)：

圖5 滑移式危巖計算示意圖

對于后緣無陡傾裂隙的危巖體，其計算公式為:

后緣有陡傾裂隙、滑面緩傾時，按下式計算：

式中，F(xiàn)為危巖穩(wěn)定系數(shù)；W為危巖體自重(kN/m)；c為裂隙面等效黏聚力(kPa)；φ為裂隙面等效內(nèi)摩擦角(°)；L為滑動面(危巖下部斷續(xù)貫通段)長度(m)；V為滑面水壓力(kN/m)，V=1/2γwLhw；h為后緣裂隙深度(m)；hw為后緣裂隙充水高度(m)；Q為單位長危巖塊體承受的水平地震力 (kN/m)，Q=ζeW，ζe為地震水平系數(shù)；θ為滑動面傾角(°)。

3.3 參數(shù)計算

3.3.1 危巖體穩(wěn)定性計算參數(shù)

根據(jù)巖石物理力學(xué)試驗成果及野外調(diào)查的裂隙產(chǎn)狀，綜合分析確定砂巖巖體穩(wěn)定性計算參數(shù)。危巖體穩(wěn)定性計算參數(shù)見表3所示。

表3 危巖體穩(wěn)定性計算參數(shù)一覽表

(1) 容重

以巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗報告為依據(jù)來選取相關(guān)的巖體參數(shù)，天然容重通過室內(nèi)試驗成果資料確定，飽和容重以地方經(jīng)驗確定。巖體容重：天然23.8 kN/m；飽和24.2 kN/m。

(2) 地震參數(shù)

研究區(qū)基本烈度為Ⅶ度，地震加速度為0.10 g，設(shè)計地震分組為第三組。

(3) 抗剪強度

結(jié)構(gòu)面抗剪強度指標(biāo)根據(jù)本次勘查，野外工作時對危巖體裂隙情況調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)場原位試驗，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50/330-2002)查表確定。

(4) 危巖穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》[6](DZ/T0218-2006)，防治工程等級為二級，滑移式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.3，可建立如表4評價標(biāo)準(zhǔn)。

表4 危巖穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)

(5) 計算工況

根據(jù)工作區(qū)具體情況，為全面分析土質(zhì)斜坡所處的各種工況下的穩(wěn)定狀態(tài)(表5)。工況Ⅰ：自重；工況Ⅱ：自重+暴雨或連續(xù)降雨；工況Ⅲ：自重+地震(校核)。(注：裂隙充水高度：在天然工況時，根據(jù)裂隙發(fā)育情況，按裂隙深度的1/3取值；暴雨工況時，則主要根據(jù)當(dāng)?shù)乇┯昙把┤谒饔镁C合考慮，按裂隙深度的2/3取值。)

從表5可知，我們發(fā)現(xiàn)大部分危巖體在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或地震工況下，多處于基本穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)，在3個危巖帶內(nèi)發(fā)育有多個危巖破碎帶，本次特別羅列了危巖破碎帶中發(fā)育特征比較典型、有一定代表意義的共計15個危巖體，危巖帶內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，相互切割，將巖體分割成雜亂不一的危巖塊體，主要根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合赤平投影分析其穩(wěn)定性，由于破碎巖體不時發(fā)生崩落掉塊，在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定到欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨狀態(tài)、地震作用下均處于基本穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)。

表5 危巖體穩(wěn)定性系數(shù)及穩(wěn)定性評價

3.3.2 崩塌體穩(wěn)定性參數(shù)計算

崩塌體也按照3種工況計算，選取5-5′剖面進(jìn)行傳遞系數(shù)法計算。崩塌堆積體抗剪強度確定采用和經(jīng)驗類比綜合取值。即崩塌堆積體天然抗剪強度c=5.5 kPa，φ=35°；飽和抗剪強度為c=4.8 kPa，φ=32°。崩塌堆積體抗剪強度確定采用和經(jīng)驗類比綜合取值，如下表6所示。

表6 崩積體物理力學(xué)參數(shù)

斜坡穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)如表7所示。

表7 斜坡穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)

在工況III條件下，按1.05進(jìn)行反算，對5-5′剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計算，按評價標(biāo)準(zhǔn)劃分其穩(wěn)定性結(jié)果見表8。

表8 各斜坡區(qū)土體穩(wěn)定性計算成果表

通過上面的分析所有計算剖面在各種工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。目前，該崩積體的變形主要出現(xiàn)在前緣的少量垮塌，計算結(jié)果與實際調(diào)查情況相吻合。

4 崩塌體治理措施

該崩塌地質(zhì)災(zāi)害以單體崩塌、落石為主，破壞的模式為滑移式。受坡體結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙、降雨、植被和人類工程活動等因素影響，它具有隱蔽性和危害性大等特點。根據(jù)崩塌(危巖)體的變形破壞特征，擬采用以下工程措施進(jìn)行治理。

4.1 樁板攔石墻

樁板墻設(shè)置在危巖帶崩塌堆積體前緣，樁板墻所受沖擊力按堆積在棧道側(cè)最遠(yuǎn)處的落石計算，計算出的落石沖擊力，沖擊力按后部緩沖層折減后作為設(shè)計荷載，緩沖層的重度取19.0 kN/m3，內(nèi)摩擦角取35°，在按此荷載進(jìn)行抗滑樁的設(shè)計。

在坡腳堆積體前緣設(shè)樁板攔石墻，崩塌落石進(jìn)行防護，防護總長度約265 m(圖6)，由于斜坡上面積較大，為了預(yù)留排水通道和人行上山通道，將抗滑樁根據(jù)地形及沖擊能量的不同分為3段，抗滑樁共55根，其中A型樁20根(按105 kN的設(shè)計荷載進(jìn)行設(shè)計)，B型樁16根(按82 kN的設(shè)計荷載進(jìn)行設(shè)計)，C型樁19根(按178.75 kN的設(shè)計荷載進(jìn)行設(shè)計)。樁板后設(shè)碎石土緩沖層。

4.2 主動防護網(wǎng)

由于1#、2#危巖帶巖體穩(wěn)定性相對較差，且結(jié)構(gòu)較破碎，節(jié)理裂隙分布較多，采用GPS2型主動網(wǎng)+錨桿防治。危巖帶節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)采用主動網(wǎng)+錨桿進(jìn)行支護。主動網(wǎng)采用GPS2型主動網(wǎng)，主要對斜坡中上部進(jìn)行防護，因坡面較多較大凹凸不平處，應(yīng)使主動網(wǎng)緊貼坡面，在大塊危巖體四周和坡面較大凹凸處、以及其他必要處增設(shè)3 m長的加強錨桿，見圖6(a)。

圖6 治理措施示意圖

4.3 漿砌石嵌補和危石清除

部分危巖體底部存在凹腔，本次采用漿砌石進(jìn)行嵌補，漿砌塊石所用石料強度應(yīng)達(dá)到MU30以上，砌筑砂漿強度為M10。且由于針對坡面上存在的方量較大的孤石塊體，需進(jìn)行人工解小后清除，見圖6(b)。

4.4 排水溝設(shè)計

樁板墻后設(shè)置排水溝，采用梯形斷面型式，靠山側(cè)邊墻為1∶0.25的斜面，背山側(cè)直立，排水溝總長268 m，分3段，其中P01～P08段長97.8 m，P09～P13段長77.2 m，P14～P18段長93.0 m，排水溝底寬0.4 m，深0.4 m，邊墻和底板均厚0.2 m，采用C15混凝土結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

崩塌災(zāi)害主要分布于道路兩側(cè)斜坡中上部。根據(jù)陡壁巖體的位置、危巖發(fā)育情況、崩塌方向、穩(wěn)定性及危害性的不同，劃分為3處危巖帶、1處危石WS1和1處崩塌堆積體。道路南側(cè)、西側(cè)及北西側(cè)各1處。主要針對滑移式崩塌(WY1-1、WY1-2、WY1-4、WY2-1、WY3-2)等5處提出治理措施，且對崩塌體進(jìn)行了基于赤平面投影的定性和不同工況下的定量分析，3個崩塌危巖體均會出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)崩塌區(qū)的變形特征及危害性，結(jié)合各項防護工程措施的適用條件，以及與美興鎮(zhèn)景觀的協(xié)調(diào)性，得出危巖體采用主動防護網(wǎng)、錨桿、嵌補、清除危巖體的綜合治理措施再加上后期監(jiān)測更為合適。這些結(jié)果對于附近區(qū)域內(nèi)的崩塌穩(wěn)定性分析與治理具有一定價值的資料參考。