曾進軍

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司土建三院, 四川成都 610000)

貴州關嶺某危巖體穩(wěn)定性及危險性分析

曾進軍

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司土建三院, 四川成都 610000)

貴州某危巖體位于關嶺縣境內，文章通過對該危巖體的地質環(huán)境特征、巖體結構特征的分析，判定該危巖體易發(fā)生錯落式崩塌。穩(wěn)定性計算結果表明，在暴雨、地震的作用下，危巖體的穩(wěn)定性差，失穩(wěn)的可能性大。失穩(wěn)后易發(fā)生短距離的滑移或長距離的拋射及反復彈跳，威脅坡腳居民的安全。

崩塌； 錯落式； 穩(wěn)定性分析； 落石軌跡

我國是一個多山的國家，在降雨、地震等不利因素影響下，地質災害的發(fā)生往往帶來巨大的經濟損失及人身傷亡[1～3]。其中崩塌是指斜坡上的巖土體在重力作用下突然脫離母體崩落、滾動、堆積在坡腳(或溝谷)的地質現(xiàn)象[4]。在2010年貴州連續(xù)遭受強降雨襲擊，導致地質災害頻發(fā)、群發(fā)，特別是關嶺縣2010年6月28日特大地質災害的發(fā)生，給當地人民群眾生命財產以及部分交通干線等國家重要基礎設施造成極大危害。本文研究區(qū)就位于貴州省關嶺縣境內，該地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風性氣候區(qū)。該崩塌隱患點位于夜郎組地層，上部分布一層5～8 m的灰?guī)r，其下部為紫紅色砂巖、泥巖地層，產狀為181°∠30°。由于風化、溶蝕作用，節(jié)理切割，在自重作用下，各個塊體四周界面逐漸形成、貫通，逐漸失穩(wěn)破壞。2011年2月24日，孤石掉落，部分落在坡體中部，其中一塊較大體積的落石砸毀房屋一間。崩塌災害主要屬自然因素造成，降雨及風化是該崩塌形成的主要誘發(fā)因素。危巖帶總方量約1 000 m3，其中典型危巖體有兩塊，總方量約100 m3，一旦發(fā)生崩塌將對當地村民的生命財產安全造成極大危害，目前威脅下方居民及學校學生共計300余人，威脅人民財產預計達280萬元人民幣。

1 地質環(huán)境背景

本文研究區(qū)屬低中山侵蝕溶蝕地貌，地形切割深度較大，崩塌體所在山體頂部高程約1 702 m，其下部深切部位高程約1 350 m，上陡下緩，斜坡中上部坡度30～39°，下部坡度在20°左右，緩坡位置主要為玉米地，多數呈臺階狀，上部陡坡植被茂密。上部崩塌點所在位置近直立，局部巖體下部形成倒巖腔。面向崩塌點，山體東面為一深切割形成的溝谷，其坡度約為45°。該崩塌地質災害隱患點為低中山侵蝕溶蝕地貌，組合形態(tài)有洼地、谷地、陡崖及斜坡等。崩塌區(qū)主要出露三疊系下統(tǒng)夜郎組紫紅色砂質泥巖、灰?guī)r地層，巖層傾向與坡向相反，由于構造及差異性風化，灰?guī)r形成陡崖微地貌，下部砂巖風化強烈，坡積物厚度較大，在山體中下部形成相對較緩的斜坡地形。

崩塌區(qū)水文地質條件較簡單。地下水主要由大氣降水補給，崩塌區(qū)山體的上部基巖裂隙水、溶蝕裂隙水滲入地下，由于巖體反傾于坡內，地下水順巖層層面滲入山體背面，最后通過裂隙、溶洞等流出地表。同時，大氣降水中的少量水通過裂隙排泄通道流向崩塌山體正面，由于上部巖體直立而下部坡體上陡下緩，加之坡體主要為坡殘積的碎石土等，有利于地下水的排泄，最終多數流向側緣的深切溝谷，巖體富水性差。危巖體主要分布在坡體中上部的灰?guī)r地層中，沿公路方向呈帶狀分布，勘查區(qū)下部坡體植被較發(fā)育，坡體下部為耕地，主要為平臺和陡坎兒組合，對崩塌落石的緩沖有較大作用。通過本次勘查，發(fā)現(xiàn)有兩處危巖體，分別為W1和W2(圖1)。

(a)W1危巖體

(b) W2危巖體圖1 墜落體

2 危巖體失穩(wěn)機理及穩(wěn)定性評價

2.1 失穩(wěn)機理

W1危巖體后方形成一組產狀為335°∠73°的卸荷裂隙，裂隙長約10 m，張開度在1～10 cm之間，間距在2 m左右，貫通性良好。卸荷裂隙面呈不規(guī)則鋸齒狀，局部由崩坡積物及泥質充填，充填物潮濕—濕潤；巖體左右兩側各發(fā)育一組卸荷張裂隙，節(jié)理產狀：J1:40°∠54°，卸荷張裂隙，傾向于山體危巖體主崩方向呈50～70°左右，與危巖體后部卸荷裂隙呈60～70°相交，張開度3～5 cm，節(jié)理間距約0.8 m貫通性良好，無充填，節(jié)理面呈不規(guī)則鋸齒狀；J2：275°∠73°，卸荷張裂隙，傾向與山體危巖體主崩方向呈55～75°左右，與危巖體后部卸荷裂隙呈60～70°相交，張開度3～5 cm，節(jié)理間距約1.2 m，貫通性良好，無充填，節(jié)理面呈不規(guī)則鋸齒狀。由于該危巖體所處位置在砂巖層之上，砂巖強風化而灰?guī)r弱風化，差異性風化使其下部局部被淘空形成倒巖腔，淘空形成的巖腔高度約1.7 m，長5 m左右，寬約1 m。節(jié)理裂隙與灰?guī)r、砂巖層理對巖體進行組合切割，形成長7 m，高5 m，寬約2 m體積約70 m3危巖體(圖2)。

圖2 W1危巖體結構面赤平投影分析

W2危巖體后部發(fā)育產狀為310°∠67°的卸荷裂隙，張開度在2～5 cm之間，間距在1 m左右，貫通性一般。卸荷裂隙面呈不規(guī)則鋸齒狀，無充填；巖體局部位置風化嚴重，最發(fā)育一組節(jié)理產狀為 43°∠62°，為卸荷張裂隙，傾向與山體危巖體主崩方向夾角約80°，與危巖體后部卸荷裂隙走向夾角約90°，節(jié)理張開度3～5 cm，貫通性良好，無充填，節(jié)理面呈不規(guī)則鋸齒狀，節(jié)理間距約1 m。由于該危巖體所處位置在砂巖層之上，差異性風化使其下部局部被淘空形成臨空面。

節(jié)理裂隙與灰?guī)r、砂巖層理對巖體進行組合切割，形成長3 m，高2 m，寬約3 m體積約18 m3的危巖體(圖3)。

圖3 W2危巖體結構面赤平投影分析

2.2 穩(wěn)定性定量計算

根據DZ/T 0218-2006《崩塌防治工程勘查規(guī)范》，穩(wěn)定性系數取兩種計算結果的最小值：

(1)

(2)

式中：W為單位長度危巖體重力(kN)；P為單位長度危巖體承受的水平地震力(kN)，水平地震系數為z，則地震力為P=zW；H為危巖體高度(m)；h為危巖體后緣潛在破壞面高度(m)；h1為地震力作用點到傾覆點的垂直距離(m)；β為破裂面傾角(°)；α為為重力作用點距傾覆點的水平距離(m)；[σt]為危巖體抗拉強度標準值(kPa)，根據巖石抗拉強度標準值乘以0.20 ～0.30的折減系數確定；ζ為危巖抗彎力矩計算系數，依據潛在破壞面形態(tài)取值，一般可取1/12～1/16，當潛在破壞面為矩形時可取1/6；c、φ為分別為破裂面的粘聚力(kPa)和內摩擦角(°)；c1、φ1為分別為結構面的粘聚力(kPa)和內摩擦角(°)；c0、φ0為分別為危巖體粘聚力標準值(kPa)和內摩擦角(°)。

在計算模型中，主要計算三種工況下的巖體穩(wěn)定性，即天然狀態(tài)、暴雨、地震。暴雨工況下巖體按照飽水狀態(tài)下的相關參數進行計算且根據危巖體裂隙發(fā)育情況考慮凈水壓力，地震工況下主要考慮地震動峰值加速度，根據《中國地震動參數區(qū)劃圖》，勘查區(qū)地震基本烈度為VI度，動峰值加速度為0.05g(表1、表2)。

表1 W1危巖體穩(wěn)定性計算參數(墜落式)

3 危巖體失穩(wěn)崩塌后的運動軌跡

沙營鄉(xiāng)大田村大田組崩塌斜坡體可視為一單斜坡體(圖4)。

3.1 落石運動速度計算

單一坡度的山坡，包括山坡是臺階式的，但各個臺階的高度小于5 m，即山坡為折線，但其各段長度小于10 m或相鄰坡度差在5°以內者，均可視為單一坡度的山坡。

表2 W2危巖體穩(wěn)定性計算參數(墜落式)

圖4 落石崩落斜坡剖面

(3)

(4)

(5)

式中：H為石塊墜落高度(m)；g為重力加速度(m/s2)；α為山坡坡度角(°)；K為阻力特性系數。

取石塊墜落高度183 m，坡度37°，阻力特征系數0.589，μ計算得0.467，得到速度V為28.1 m/s。

3.2 落石崩落距離的計算

從山坡上崩落下來的巖塊其運動形式可能是滑動、滾動和跳躍。一般來說，跳躍的速度越大，跳落距離越遠，而且最后一次跳躍距離離坡肩越近，跳落距離越遠。在計算危巖可能跳落距離時總是假定最后一次跳躍從坡肩一點開始。計算公式為式(6)。

(6)

要確定崩落距離xr值，必須已知：自然邊坡下部分的高度H，邊坡坡腳а；重力加速度g；發(fā)射角β；邊坡以上山坡坡度а0；巖塊從山坡上崩落下來至坡肩時速度V0，H、а、g、а0的值為已知；V可按尼·米·羅依尼什維里公式計算；β值為崩塌角；а0為山坡坡度。

取發(fā)射角70°，速度V0為4.4 m/s，計算得到落實崩塌距離242 m。

3.3 落石運動的軌跡

落石運動的形式最常見的是滾動和跳躍式運動，在理論上可以用指點或球體撞擊斜面后的運動軌跡曲線來表示。根據落石運動軌跡可以了解石塊在空間運動時的任何位置，以此確定攔截建筑物的合理位置和尺寸。

(7)

式中：V0為石塊落至0點時的反射速度(m/s)，近似地可用計算速度Vi值；β為石塊反射速度V0的方向與縱坐標軸間的夾角；g為重力加速度(m/s2)。

β角值根據大量試驗觀測資料為：

(8)

將落石從陡坎上崩落下的速度V0、α、β帶入公式，得到危巖帶落石崩塌軌跡為：

y=0.273x2+0.305x

(9)

3.4 落石騰躍計算

質點運動軌跡在水平方向對斜坡面的最大偏離Lmax為：

(10)

質點運動軌跡在垂直方向對斜坡面的最大偏離hmax為：

(11)

計算得到最大偏離Lmax為7.1 m，最大偏離hmax為5.3 m。

3.5 現(xiàn)場落石運動特征

危巖帶內危巖體在重力、暴雨等作用下發(fā)生墜落、滑塌等方式形成崩塌。危巖脫離母巖掉落于斜坡上，由于斜坡高陡，其坡度一般在25～35°間，崩塌體不易停積于危巖體下陡坡上，多在陡坡坡面滾動、滑移，當略有阻擋或坡面凹凸不平，崩塌體就以滾動的方式運動，在陡坡上加速運動具備一定速度后在陡坎頂部拋射而出，沖擊斜坡，反彈放射啟動，到達地面后以滾動或跳躍的方式運動一段距離后在坡體較平緩處停止。崩塌體運動方式不僅受地形地貌條件控制，同時受自身形態(tài)、自重和崩塌堆積碎塊石土層影響。崩塌塊體形狀多為楔形體、近長方體狀等，該類崩塌體重心偏高，不利于沿斜坡坡面滑移，偶有阻擋，或坡面摩擦較大，均發(fā)生翻轉，變滑移為滾動方式運動；當崩塌體自重大，體積大，其穩(wěn)定性較強，多以滑移方式運動，其運動距離較短；由于人類工程活動致使斜坡局部呈現(xiàn)出臺階狀，表面凹凸不平，且粗糙，崩塌體不易滑動，再者斜坡坡度較大，易于崩塌體翻滾。此外，一部分崩塌體可能呈拋射狀或自由墜落狀到達地面后與坡體塊石碰撞，由于危巖體堅硬，反彈力大，崩塌體跳彈得較高較遠，因其損失能量較少，運動距離較遠。如在暴雨期間從坡體上崩塌，一直運動到坡底，并沖壞了斜坡下村民房屋。相反，斜坡區(qū)部分地段由于坡殘積層較厚，土層較為松散，加之局部位置植被茂盛或坡體較為平緩，巖體在滾動跳躍過程中能量損失較大，整體運動距離小。

4 結論和建議

本文通過對川西會理縣蓮花村四組滑坡的形成機制及穩(wěn)定性進行分析，得出以下結論：

(1)崩塌點所在山體上陡下緩，巖體上硬下軟，差異性風化后形成不同規(guī)模的倒巖腔，加之巖體卸荷裂隙發(fā)育，貫通性好，局部泥質充填，節(jié)理面風化嚴重，為崩塌的形成提供了必備條件，易形成墜落式崩塌。

(2)該崩塌點分為W1及W2共兩個危巖帶，在暴雨及地震工況下穩(wěn)定性較差。在暴雨、風化、地震、溶蝕等內、外營力作用下，均可能發(fā)生不同程度的崩塌。

(3)危巖體失穩(wěn)后，一部分巖體可能發(fā)生短距離滑移，一部分巖體可能呈拋射狀或自由墜落狀到達地面后與坡體塊石碰撞，反彈后繼續(xù)運動，運動距離較遠。

[1] 董秀軍，裴向軍，黃潤秋．貴州凱里龍場鎮(zhèn)山體崩塌基本特征與成因分析[J]. 中國地質災害與防治學報，2015,26(3):3-9.

[2] 張?zhí)?，孫強，黃金玉，等．黟縣Y027公路溪下村段崩塌變形破壞機理分析[J]．地質災害與環(huán)境保護，2015,26(4):40-43 .

[3] 劉傳正. 重慶武隆雞尾山危巖體形成與崩塌成因分析[J]. 工程地質學報, 2010, 18(3):297-304.

[4] 胡厚田. 崩塌與落石[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 1989.

P642.21

A

[定稿日期]2017-04-20

曾進軍(1978～)，男，本科，工程師，從事工程地質勘察工作。

住房城鄉(xiāng)建設部要求嚴厲打擊安全生產非法違法行為

今年以來，全國建筑施工安全生產形勢嚴峻，一些企業(yè)安全生產非法違法行為屢禁不止，安全事故時有發(fā)生，給人民群眾生命財產造成重大損失。日前，住房城鄉(xiāng)建設部辦公廳下發(fā)《關于嚴厲打擊建筑施工安全生產非法違法行為的通知》，嚴厲打擊建筑施工安全生產非法違法行為。

一、嚴肅查處建筑施工生產安全事故

各級住房城鄉(xiāng)建設主管部門要從嚴追究事故責任企業(yè)和責任人的責任。強化資質資格管理相關處罰措施的適用，對較大事故負有責任的建設、施工、監(jiān)理等單位，依法責令停業(yè)整頓，對重大及以上事故負有責任的，依法降低資質等級或吊銷資質證書；對事故負有責任的有關人員，依法責令停止執(zhí)業(yè)或吊銷執(zhí)業(yè)資格證書。嚴格執(zhí)行建筑施工企業(yè)安全生產許可證動態(tài)核查制度，事故發(fā)生后，立即組織對相關建筑施工企業(yè)安全生產條件進行復核，根據安全生產條件降低情況，依法暫扣或吊銷其安全生產許可證。

二、加大危大工程安全生產違法行為查處力度

各級住房城鄉(xiāng)建設主管部門要把危險性較大的分部分項工程(以下簡稱"危大工程")作為建筑施工安全監(jiān)管執(zhí)法工作的重點，嚴格危大工程安全管控流程，強化危大工程安全管控責任，對危大工程安全生產違法行為重拳出擊、嚴肅查處。特別是對于未編制危大工程專項方案，未按規(guī)定審核論證、審查專項方案，未按照專項方案施工等行為，要立即責令整改，依法實施罰款、暫扣施工企業(yè)安全生產許可證、責令項目經理和項目總監(jiān)理工程師停止執(zhí)業(yè)等行政處罰。對涉及危大工程的安全隱患，要掛牌督辦、限時整改，對重大典型案例要向社會公開通報。

三、嚴厲打擊非法違法建筑施工活動

各級住房城鄉(xiāng)建設主管部門要會同有關部門，嚴格依照建筑施工有關法律法規(guī)，采取切實有效措施，嚴厲打擊非法違法建筑施工活動。對于未辦理施工許可及安全監(jiān)督手續(xù)擅自施工的項目，一律責令停工整改，并向社會公開通報建設單位及施工單位非法違法行為查處情況。造成安全事故的，建設單位要承擔首要責任，構成犯罪的，對有關責任人員依法追究刑事責任。

四、強化建筑施工安全信用懲戒

各級住房城鄉(xiāng)建設主管部門要加快建立完善建筑施工安全信用體系，對違法失信責任主體實施信用聯(lián)合懲戒，充分發(fā)揮市場和社會的監(jiān)督作用。要建立建筑施工安全生產信用檔案和信用承諾制度，對于存在安全生產違法行為的失信責任主體，要在依法處罰的同時，將其失信行為記入信用檔案，并依法依規(guī)向各類信用信息共享平臺推送不良信用信息。要將不良信用記錄作為安全生產標準化考評、日常監(jiān)督檢查等工作的重要依據，對于存在不良信用記錄的企業(yè)和個人在申領相關行政許可證時，從嚴審查把關。

要建立非法違法行為查處通報機制。各級住房城鄉(xiāng)建設主管部門在查處建筑施工安全生產非法違法行為時，處罰權限不在本部門的，要及時向有處罰權的部門通報，并提出處罰建議，切實強化查處工作聯(lián)動，確保處罰措施落實到位。對于安全事故，屬于本省(區(qū)、市)企業(yè)施工的，省級主管部門要在事故發(fā)生后20日內進行復核，并依法作出暫扣或吊銷安全生產許可證的處罰；跨省(區(qū)、市)施工的，事故發(fā)生地省級住房城鄉(xiāng)建設主管部門要在事故發(fā)生后15日內向其安全生產許可證頒發(fā)管理機關通報，并附具違法事實、相關證據材料及處罰建議，頒發(fā)管理機關要在接到通報之日起20日內對企業(yè)安全生產條件復核，并依法作出處罰。各省級住房城鄉(xiāng)建設主管部門要將事故通報和處罰文件及時上傳至全國房屋市政工程生產安全事故信息報送系統(tǒng)，并按季度向住房城鄉(xiāng)建設部報送事故企業(yè)安全生產許可證處罰情況和非法違法行為處罰情況。住房城鄉(xiāng)建設部將每季度予以通報，對于不按規(guī)定時限對事故企業(yè)安全生產許可證進行處罰的，予以通報批評。

摘自《中國建設報》