王晗旭，范雷偉，李葛

(陜西核工業(yè)工程勘察院有限公司，西安 710054)

1 前言

高灘鎮(zhèn)地處陜西省安康市西南部，行政區(qū)劃隸屬于紫陽(yáng)縣。該區(qū)位于大巴山北麓，坡陡谷深，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，深大斷裂發(fā)育，巖體破碎，地質(zhì)環(huán)境條件差，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，且分布廣、損失大，是該省乃至全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重的地區(qū)之一。由于修路、建房等工程建設(shè)，高灘鎮(zhèn)街道坡體路塹遭受開(kāi)挖，形成直立甚至負(fù)角度陡坎，加之該區(qū)降雨豐富，310國(guó)道沿線幾乎每年雨季都會(huì)發(fā)生崩塌、落石事件，造成坡腳房屋受損、居民傷亡事故，嚴(yán)重威脅群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 危巖體概況

該危巖體位于紫陽(yáng)縣高灘鎮(zhèn)下街310國(guó)道公路里側(cè)，一溝道西南側(cè)凸出山脊上部陡坡，地理坐標(biāo)為N：32°25′11.03″，E：108°19′49.47″。危巖物質(zhì)組成為奧陶系高灘組(O1g)灰?guī)r，寬20 m，高18～22 m，厚3～5 m，體積約0.16×104m3。危巖結(jié)構(gòu)較為破碎，危巖體受風(fēng)化及裂隙、層面切割形成塊狀，局部已發(fā)生了脫落，堆積在坡腳；路邊有崩落巖塊，最大尺寸長(zhǎng)約4 m，寬約3 m，高1.5～2.5 m；右側(cè)頂部有一條形巖塊(高約10 m，寬約5 m，厚約3 m)懸空，與母巖之間存在一條自上而下的貫穿性裂縫，裂縫寬5～20 cm，巖塊幾乎已完全脫離母巖，危險(xiǎn)性較大，嚴(yán)重威脅坡腳住戶及過(guò)往行人車輛(圖1～圖4)。

圖1 危巖體平面圖

圖2 危巖體全貌

圖3 危巖體1-1′剖面

圖4 危巖體2-2′剖面

3 危巖體特征

勘查區(qū)內(nèi)地形陡峻，陡崖(坎)眾多，且坡度大，地形臨空條件好。坡體地層結(jié)構(gòu)為硬質(zhì)灰?guī)r與軟質(zhì)的泥質(zhì)板巖的軟硬相間結(jié)構(gòu)，且灰?guī)r多分布于上部陡崖地帶。巖體的差異風(fēng)化易以形成凹槽，或下部質(zhì)軟的泥質(zhì)板巖風(fēng)化剝落后，上覆灰?guī)r塊體崩落形成臨空。巖體中構(gòu)造裂隙和卸荷裂隙發(fā)育，各裂隙面與層面組合將巖體切割成梭型體或柱狀體。區(qū)內(nèi)降雨豐沛，氣溫年較差和日較差大，坡頂植被生長(zhǎng)良好，植被根須發(fā)達(dá)，根劈作用較強(qiáng)。

該危巖體失穩(wěn)破壞方式為墜落式。由于風(fēng)化作用、斬坡修路等人類活動(dòng)作用，上部堅(jiān)硬巖層在縱剖面上常以懸臂梁形式突出來(lái)。在突出來(lái)的巖體上，通常發(fā)育有構(gòu)造節(jié)理、風(fēng)化節(jié)理。在長(zhǎng)期重力作用下，節(jié)理會(huì)逐漸擴(kuò)大和發(fā)展。因此，拉力更進(jìn)一步集中在尚未產(chǎn)生節(jié)理裂隙的部位，一旦拉應(yīng)力大于這部分巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，拉裂縫就會(huì)迅速向下發(fā)展，突出的巖體就會(huì)突然向下崩落。除重力長(zhǎng)期作用以外，震動(dòng)，各種風(fēng)化作用都會(huì)促進(jìn)危巖體的發(fā)展。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查危巖體坡向140°，坡度80°，巖層產(chǎn)狀140°∠18°(①)，巖體內(nèi)發(fā)育3組裂隙：140°∠72°(②)、180°∠35°(③)、30°∠65°(④)；根據(jù)各結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及邊坡坡向作赤平投影圖如圖5?？梢钥闯觯孩?③、②-④及①-③、①-④的裂隙組合傾覆角均小于坡角，形成危險(xiǎn)外傾結(jié)構(gòu)面組合，裂隙面相互切割形成不穩(wěn)定楔形體，這幾種裂隙組合一旦貫通，將把危巖體切割成碎裂的、不穩(wěn)定梭體，進(jìn)而可能發(fā)生崩塌。該危巖體一直處于發(fā)展變形過(guò)程中。目前，降雨是主要原因，降雨促進(jìn)了巖體與母巖的風(fēng)化作用，產(chǎn)生靜水壓力，同時(shí)水對(duì)裂隙內(nèi)充填物質(zhì)有軟化作用，在流動(dòng)時(shí)還能帶走細(xì)粒物質(zhì)，降低縫內(nèi)充填物的凝聚力，降低危巖體穩(wěn)定性。

圖5 危巖體赤平投影

4 危巖體運(yùn)動(dòng)特征分析及危害范圍劃分

由于危巖體斜坡較陡，危巖體不具備現(xiàn)場(chǎng)落石試驗(yàn)條件，而收到收集資料的局限，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)分析也不能很好的研究落石的運(yùn)動(dòng)特征，因此運(yùn)用數(shù)值模擬軟件來(lái)模擬落石的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

運(yùn)用ROCKFALL軟件進(jìn)行模擬時(shí)首先假設(shè)邊坡坡面是單一的連線、落石為質(zhì)量均勻的球體、不考慮落石間的相互作用且在碰撞后保持完整。該軟件主要考慮巖體形狀、初始運(yùn)動(dòng)方式、坡面幾何形態(tài)、法向和切向阻尼系數(shù)(Rn、Rt)及摩擦角等基本參數(shù)來(lái)模擬其不確定特征，模擬得到落石運(yùn)動(dòng)軌跡等相關(guān)結(jié)果，能較好的反映落石的下落過(guò)程。

首先選取1-1′剖面例塊石作為軌跡1，剖面2-2′作為軌跡2，然而落石的運(yùn)動(dòng)過(guò)程本身并不是完全沿直線運(yùn)動(dòng)，因此只有簡(jiǎn)化為近似直線來(lái)進(jìn)行模擬。同時(shí)借鑒參考前人研究給出的切向、法向阻尼系數(shù)(Rt、Rn)建議值和區(qū)內(nèi)已有的巖土體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出相關(guān)模擬參數(shù)(表1)，選取落石數(shù)量為20個(gè)，軌跡1選取落石為一般塊石(塊徑0.5～1 m)，軌跡2選取落石參考路邊已崩落最大塊石。由該危巖體失穩(wěn)模式可知其初始速度很小，因此取初始水平和豎直速度均為0.01 m/s。模擬運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖6、7所示。

表1 模擬參數(shù)取值

從中可以看出：路徑1模擬運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖6所示，落石質(zhì)量較小，落石在坡面碰撞彈跳運(yùn)動(dòng)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，墜落后多以彈跳方式運(yùn)動(dòng)，落石滾落位置一般在國(guó)道上，但由于落石彈跳方式運(yùn)動(dòng)，個(gè)別落石滾落至國(guó)道邊河岸一線；模擬路徑2(見(jiàn)圖7)落石同樣在墜落后跳躍運(yùn)動(dòng)，由于其質(zhì)量較大，一般落石在坡腳一線，但個(gè)別落石在墜落后經(jīng)彈跳滾落至國(guó)道另一側(cè)加油站范圍。結(jié)合落石運(yùn)動(dòng)路徑，可以劃分出該危巖體的潛在危害范圍，如圖8所示。

圖6 落石運(yùn)動(dòng)路徑1

圖7 落石運(yùn)動(dòng)路徑2

圖8 危巖體潛在危害范圍

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)野外調(diào)查，了解了該危巖體的概況和主要特征，并進(jìn)行了相關(guān)分析。該危巖體發(fā)育多組節(jié)理裂隙，降雨時(shí)該危巖體失穩(wěn)的主要誘因，重力、風(fēng)化等作用會(huì)加速危巖體的變形發(fā)展。運(yùn)用軟件模擬崩塌落石的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，結(jié)合前人研究選取相關(guān)參數(shù)模擬危巖失穩(wěn)后運(yùn)動(dòng)路徑，根據(jù)模擬分析劃分出該危巖體的潛在危害范圍。本文分析方法對(duì)區(qū)域內(nèi)同類型危巖體的研究具有一定參考價(jià)值。

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