劉寶石，朱寶林，田少杰

（1.中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063；2.上海申通地鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，上海 201103）

1 引言

該島嶼地處中亞熱帶北緣，位于強(qiáng)潮型海灣中部，由晚侏羅紀(jì)強(qiáng)烈的陸緣火山活動(dòng)形成。島體坡面覆蓋有典型亞熱帶自然植被常綠闊葉林，山體坡腳處因長(zhǎng)期受海浪侵蝕，造成坡腳上覆植物消失，基巖裸露，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，巖體受本區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，出現(xiàn)臨空面，存在巖體崩塌或滑坡的危險(xiǎn)，對(duì)邊坡穩(wěn)定及島上生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此需要對(duì)該地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)采取治理措施，為下一階段綜合開(kāi)發(fā)創(chuàng)造條件。

本文以該島嶼危巖體治理工程為分析實(shí)例，對(duì)危巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并選擇合理的危巖體防治措施。危巖體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)較為復(fù)雜，宜以定性定量相互驗(yàn)證[1]。定量計(jì)算以極限平衡法及數(shù)值分析法為主[2]。對(duì)不同類(lèi)型的巖體采用不同的計(jì)算模型和方法進(jìn)行定量計(jì)算分析，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理的治理方案。

2 工程概況

該島嶼是由晚侏羅紀(jì)火山超淺層噴溢而形成的火山地貌，具備火山地貌典型的錐形火山和火山口的特點(diǎn)，同時(shí)新老地層構(gòu)成比較顯著的火山錐外圍呈斜層疊瓦狀的特點(diǎn)，造成北坡陡峻、南坡較緩的地貌特征。

危巖體孕發(fā)過(guò)程具有漸進(jìn)性、失穩(wěn)過(guò)程具有突變性、致災(zāi)過(guò)程具有嚴(yán)重性[3]。開(kāi)發(fā)島嶼的工程活動(dòng)，如修建道路、削坡、道路路塹開(kāi)挖等已經(jīng)改變了坡體自然形態(tài)，形成多處臨空邊坡，增大了斜坡臨空面，由于巖體節(jié)理裂隙較為發(fā)育，極易引發(fā)崩滑。同時(shí)降雨、海水入浸引起地層含水量增大，海水的腐蝕作用以及水流滲入坡體，軟化了土石，增加了巖土體的荷重，消弱了巖土體的抗滑能力，進(jìn)一步影響了邊坡穩(wěn)定性。目前島北側(cè)及東側(cè)有崩塌趨勢(shì)，坡度陡峭，局部已崩塌，下部堆積有碎石、卵石夾黏性土層。

根據(jù)危巖體分布的地形地貌差異，將島內(nèi)危巖體分為五處危巖區(qū)（圖1）。其中危巖區(qū)Ⅰ位于島東側(cè)下部，長(zhǎng)度約139m，平面面積0.0038km2。危巖區(qū)Ⅱ位于島東側(cè)下部，長(zhǎng)度約305m，平面面積0.0117km2。危巖區(qū)Ⅲ位于島東側(cè)下部～上部，長(zhǎng)度約244m，平面面積0.012km2。危巖區(qū)Ⅳ位于島東側(cè)上部，長(zhǎng)度約189m，平面面積0.0091km2。危巖區(qū)Ⅴ位于島東側(cè)上部，長(zhǎng)度約145m，平面面積0.0056km2。

圖1 危巖區(qū)平面分布圖

3 危巖區(qū)特征分析

上述五處危巖區(qū)內(nèi)分布規(guī)模較大的危巖體共9處，各危巖區(qū)分布特征及危巖體形態(tài)特征描述如下。

危巖區(qū)Ⅰ（圖2）為斜坡地形，臨空條件發(fā)育，平均坡度65°，上部坡度約60°～70°，下部坡度為55°，中部陡坎發(fā)育，其頂部植被較發(fā)育，東部及陡崖處基巖裸露。本段不良地質(zhì)條件主要是坡體上部巖體風(fēng)化嚴(yán)重、裂隙發(fā)育，局部巖體呈倒懸。該區(qū)域分布WY1和WY2兩處危巖體，特征參數(shù)見(jiàn)表1所示。

危巖體基本特征 表1

圖2 危巖區(qū)Ⅰ巖土體

危巖區(qū)Ⅱ（圖3）為陡崖地形，臨空條件發(fā)育，平均坡度60°，區(qū)內(nèi)散布著大量坡面危石。從崖頂邊緣及崖面位置，平面總體呈長(zhǎng)條形。崖面陡峻，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，淺表巖體多層塊狀，個(gè)別孤懸呈危巖，在暴雨、暴曬長(zhǎng)期風(fēng)化作用或外力作用下易形成崩塌或墜石。該區(qū)域分布WY3、WY4和WY5三處危巖體，特征參數(shù)見(jiàn)表1所示。

圖3 危巖區(qū)Ⅱ巖土體

危巖區(qū)Ⅲ（圖4）內(nèi)危巖體呈離散分布，且數(shù)量多，并且存在眾多浮石（或松動(dòng)孤石）。該危巖帶內(nèi)危巖體基本都以滑移式破壞為主，其中危巖體上個(gè)別巖塊為傾倒破壞，巖體結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育，并且出現(xiàn)局部的崩塌或掉塊，形成大小不一的巖腔。該區(qū)域共分布有WY6和WY7兩處危巖體，危巖體特征參數(shù)見(jiàn)表1所示。

圖4 危巖區(qū)Ⅲ巖土體

危巖區(qū)Ⅳ（圖5）局部臨空條件發(fā)育，巖體完整性較差，結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育且多張開(kāi)。該區(qū)域分布WY8和WY9兩處危巖體。危巖體特征參數(shù)見(jiàn)表1所示。其中WY9巖性為石英斑巖，臨空條件極為發(fā)育。隨著卸荷作用的發(fā)展，后緣陡傾結(jié)構(gòu)面逐漸張大，在自重、水壓力和震動(dòng)等作用下，巖體向臨空方向發(fā)生較強(qiáng)烈的傾倒變形，直至失穩(wěn)，完全脫離母巖，造成危巖體災(zāi)害。

圖5 危巖區(qū)Ⅳ巖土體

危巖區(qū)Ⅴ（圖6）為陡崖地形，區(qū)域內(nèi)無(wú)明顯危巖體，地形臨空較發(fā)育，基巖裸露，巖體力學(xué)強(qiáng)度低，節(jié)理發(fā)育，巖體后部卸荷裂隙發(fā)育，極易發(fā)生基巖表層剝落。本段邊坡高度較高，主要地質(zhì)問(wèn)題是邊坡暴露面風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙較為發(fā)育，坡頂存在松動(dòng)塊石，當(dāng)前坡腳已進(jìn)行加固處理。

圖6 危巖區(qū)Ⅴ巖土體

4 穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

危巖體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)主要是對(duì)與人類(lèi)工程活動(dòng)有關(guān)的危巖體的穩(wěn)定性和演化趨勢(shì)做出評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)，并為設(shè)計(jì)合理的危巖體防治措施提供設(shè)計(jì)依據(jù)[4]?？辈閰^(qū)內(nèi)的危巖體的變形破壞模式主要有傾倒式崩塌、滑移式崩塌以及墜落式崩塌，對(duì)于不同類(lèi)型的塊體采用不同的計(jì)算模型和方法進(jìn)行定量計(jì)算分析。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，邊坡發(fā)生垮塌后等同于開(kāi)挖后的巖質(zhì)邊坡，豎向構(gòu)造裂隙發(fā)育，在多組裂隙的共同作用下，巖體被切割成碎裂狀，危巖的破壞方式主要以?xún)A倒式的零星掉塊為主，再次發(fā)生大規(guī)模崩塌的傾倒式破壞的可能性小，同時(shí)由于該巖質(zhì)邊坡多為小塊狀巖石，因此發(fā)生楔形體破壞的可能性小，破壞形式主要由巖體破裂角控制。

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ T0218－2006)相關(guān)規(guī)定，危巖穩(wěn)定性分析計(jì)算評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2所示。

該場(chǎng)地根據(jù)建筑《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）規(guī)定，巖體內(nèi)摩擦角可根據(jù)巖石的內(nèi)摩擦角按巖體的裂隙發(fā)育程度乘以折減系數(shù)確定，本工程巖體裂隙發(fā)育，折減系數(shù)取0.8，巖體折減后的內(nèi)摩擦角φ=28°。邊坡的破裂角為45+φ/2=59°,邊坡巖體等效內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值建議取42°。

針對(duì)每個(gè)危巖塊體選取具有代表性的剖面（圖7），根據(jù)各個(gè)塊體的計(jì)算參數(shù)，采用靜力解析法對(duì)危巖體的穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3所示。

圖7 典型地質(zhì)剖面

傾倒式、滑移式、墜落式崩塌破壞塊體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表 表3

由計(jì)算結(jié)果可知，除WY2處于穩(wěn)定狀態(tài)外，其余危巖體均處于不穩(wěn)定或欠穩(wěn)定狀態(tài)。

5 治理措施及計(jì)算分析

5.1 危巖治理措施

該島內(nèi)共發(fā)育有9處較大危巖體，且坡體上還發(fā)育有多處較小危巖體，因此上述危巖體均需要進(jìn)行工程治理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合保護(hù)對(duì)象及現(xiàn)場(chǎng)施工可行性，治理措施主要采用錨固、清危、裂縫填充。

①對(duì)危巖區(qū)后緣卸荷裂隙采用C20灌注處理。

②表面危石等危巖體，多直接分布在坡體表面，僅靠危石與坡面接觸面的摩擦力阻止危石向下滑動(dòng)，隨著后緣節(jié)理面發(fā)育增大，將失穩(wěn)崩落，危巖方量較小，可做清除處理。

③部分坡體表層風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，易發(fā)生風(fēng)化剝落及掉塊，可進(jìn)行錨固處理。

5.2 危巖治理后穩(wěn)定性計(jì)算

施加錨桿后由于未施加預(yù)應(yīng)力，因此僅考慮錨桿切向力作用，不考慮法向力作用，錨桿提供的破裂面切向力取最大錨桿軸向力210kN進(jìn)行計(jì)算：

未施加預(yù)應(yīng)力不考慮錨桿提供的破裂面法向力

加固后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)：

由于WY3、WY5、WY9進(jìn)行錨固處置，WY1、WY2、WY8采取裂縫填充處置，WY4、WY6、WY7采取清危處置。本次計(jì)算對(duì)WY3、WY5、WY9處置后增加197kN的抗力，對(duì)WY1、WY2、WY8采取裂縫填充處置后的裂縫深度調(diào)整為0，同時(shí)增加其裂隙黏聚力10kPa。

處置后危巖塊體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表 表4

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，采用錨桿和裂縫填充進(jìn)行支護(hù)后，由錨桿提供的水平支護(hù)力使危巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

6 結(jié)論

本文以上海某島嶼危巖治理工程為實(shí)例，根據(jù)危巖體分布的地形地貌差異，將島內(nèi)危巖劃分為五處危巖區(qū)，對(duì)危巖區(qū)內(nèi)的九處主要危巖體進(jìn)行特征分析，根據(jù)危巖體的發(fā)育機(jī)理及穩(wěn)定性分析，提出合理的治理措施[5]。經(jīng)驗(yàn)算處理后的危巖體穩(wěn)定性滿(mǎn)足規(guī)范要求。