桂林市某中学后山危岩破坏机理及其防治

1、第卷 第 期 年 月地质灾害与环境保护 ，文 章 编 号 ： （）桂林市屏风山西侧危岩成因及稳定性分析 刘 宝 臣 ，郑 金 ，向 志 坤（桂林理工大学土木与建筑工程学院 ，桂 林 ）摘 要 ： 研究区属于典型的喀斯特岩质边坡 。 在调查的基础上 ，分析危岩体发育的内因和外因 ，对 危 岩体 进 行 分 类 。 采用静力解析法 ，对各类型危岩体进行受力模型分析和稳定性计算 ，判断各危岩体的稳定 情 况 。关 键 词 ： 喀 斯 特 ；发 育 成 因 ；静 力 解 析 ；致 灾 因 子中 图 分 类 号 ： ；文 献 标 识 码 ： 人 工 防 空 洞 ，其 中 建 干 路 一 侧 的 防 空

2、洞 已 经 封 闭 。引 言桂 林 地 处 喀 斯 特 地 貌 区 ，孤 峰 兀 立 、平 地 拔 起 ， 属 典 型 的 亚 热 带 峰 林 平 原 （市 区）、峰 丛 洼 地 （漓 江 两 岸）地 貌 单 元 ，区 内 山 体 直 立 、陡 壁 甚 至 反 坡 较 为 常 见 ，加 之 石 灰 岩 裸 露 及 其 质 硬 性 脆 、裂 隙 发 育 等 特 性 ，决 定 了 危 岩 发 育 ，极 易 发 生 岩 块 崩 塌 灾 害 。其 独 特的地 质环 境孕育了桂 林市地 质 灾害类型为危岩和 岩 溶 地 面 塌 陷，给 山 体 附 近 居 民 的 生 命 财 产 安 全 带 来 了 威

3、胁 ，严 重 影 响了喀斯特景区特色 旅 游业的 发 展 。由 于 其 变 形 破 坏 是 十 分 复 杂 的 动 力 过 程 ，发 生突然 且一 次发生的规 模及可 能 带来的综合损失不 及 典 型 的 滑 坡 ，从 而 使人们对这种灾害现 象 的研究 不 够 重 视。为 此 ，本文 以屏风山西侧危岩 为 例 ，对 岩溶地 区岩 质边坡典型 的危岩 发 育特征和致灾因素 展 开 研 究 ，判 断 危岩体稳定状态 。 对 于 不 稳 定 或 极 限 稳 定 的 危 岩 ，建 议后期 采取 一定的治理措施 ，例 如 ，以 锚 固 、清 除 和 支 撑 为 主 的 主 动 防 护 措 施 ，以 拦

4、 石 墙（堤 、栅 栏）、被动柔 性防护 为 主的被动防护措施 等。此 次 研 究 的 危 岩 主 要 位 于 屏 风 山 的 西 北 角 处 ，如 图所 示 。图 屏风山西北角危岩体平面分布图 危岩的分布特点及发育类型 危 岩 的 分 布 特 点屏 风 山 位 于 桂 林市 七星区建干路 东 侧 ，南 、北 、在 评 估 区 内 共 发 现 处 危 岩 体 ，主 要 以 块 状 、层 状 、碎 块 状 、片 状 、柱 状 等 不 规 则 形 态 存 在 于 山 体的 陡 壁 中 ，危 岩 体 大 小 为 ，临 空 高 度 。大 部 分 危 岩 位 置 高 、体 积 大 ，若 产 生 崩 塌

5、，将 会 造 成 极 大 的 灾 害 。东 三 侧 被 桂 林 电 力 电 容 器 厂和桂林理工大学 包 围 ，西 侧 毗 邻 建 干 路 ，山体下方分布有 个 大 小 不 等 的收 稿 日 期 ： 改 回 日 期 ： 基 金 项 目 ： 广西科学研究与技术开发计划项目 “广西喀斯特区域危岩灾害防控技术研究 ”（桂 科 攻 ）危 岩 的 发 育 类 型研 究 区 地 形 地 貌 及 危 岩 体 分 布 如 图所 示 。根 据 危 岩 的 结 构 和 状 态 特 征 ，将其划分为以下 种 类 型 ：图 典型贴坡型危岩体 危 岩 体 重 心 偏 移 ，最 后 在 重 力 、地震力作用下 滚 落 稳

6、 。典 型 危 岩 体 如 图 所 示 。图 屏风山建干路陡壁地形及危岩体分布 （）临 空 型 ：此 类 型 危 岩 一 般 两 面 或 三 面 临 空 ，另 一 面 或 两 面 被 构 造 裂 隙 切 割 而 与 母 岩 脱 离 ，前 方临 空 ，下 方 悬 空 ，后 缘 贯 通 度 高 。 本 次 共 发 现 、 、 、 、 、 、 、 、 等 临 空 型 危 岩 体 处 ，在 山 体 的 陡 壁 面 及 陡 坎 反 坡 的 下 方 均 有 分 布 ，裂 缝 宽 度 ，典 型 危 岩 体 如 图 所 示 。图 典型孤石型危岩体 危岩发育的成因分析 岩 性 与 构 造 因 素地 层 岩 性工

7、 作 区 地 层 主 要 由 泥 盆 系 上 统 融 县 组 （）成 ，浅 灰 色 至 灰 白 色 ，中 厚 层 构 造 ，岩性为灰岩夹 粒 灰 岩 ，岩 石 坚 硬 性 脆 ，中 等 风 化 ，在应力作用下 易 形 成 裂 隙 。基 岩 大 部 呈 裸 露 状 态 ，坡 脚 前 方 为图 典型临空型危岩体 江 二 级 阶 地 ，上 更 新 统 （ ）冲 积 物 ；少 量 第 四 系（）贴 坡 型 ：此 类 型 危 岩 体 后 缘 存 在 与 边 坡 倾斜 方 向 一 致 ，贯 通 或 断续贯通的贴于坡面 上 的危岩 体，岩 层 在 边 坡强烈卸荷过程中 ，沿 层 面 被 拉 开 ， 产 生

8、裂 缝 ，加 上 后 期 的 重 力 、风 化 作用及裂隙水的作 用 进 一 步 使 裂 缝 扩 张 ，形 成 滑 面 ，直 至 危 岩 体 失 稳 ，完 全 脱 离 母 岩 下 滑 ， 危 岩 体 属 于 该 类 型 危 岩 体 。典 型 危 岩 体 如 图 所 示 。（）孤 石 型 ：此 类 型 位 于 较 陡 斜 坡 上 ，与 母 岩 完 全 脱 离 ，表 面 溶 蚀 现 象 明 显 ，下 伏 往往是松散的残积 坡积含碎石粉 质 粘 土 覆盖于坡顶或坡面相对 凹 平 位 ，或 充 填 于 缝 隙 中 ；坡顶岩体表面具有溶蚀现 象可 见 溶 沟 、溶 槽 、石 牙 发 育 。这些为危岩的发

9、 育 提 了 条 件 。地 质 构 造根 据 野 外 勘 查 发 现 ，在 山体陡坡部位有 组要 裂 隙 发 育 。 第 一 组 ：走 向 近 向 ，近 直 立 ，发 方 向 与 陡 坡 走 向 大 体 一 致 ，不 利 于 岩 体 的 稳 定 ，岩向 ，倾 向 ，倾 角 ；第 三 组 ：走 向，倾 向 ，倾 角 。 工 作 区 位 于 近 东 西 向 老 人 山 背 斜 的 南 翼 ，无 区 域 性 断 裂 通 过 ，使 得 山 体 陡坡 被 组 裂 隙 所 切 割 ，在 组 裂 隙 和 层 面 组 合 下 ，岩 体 被 切 割 ，形 成 数 量 众 多 的 孤 立 岩 块 ，加 之 裂 隙

10、 经 后期 溶 蚀 加 宽 ，进 一 步 促 进 危 岩 体 发 育 。常 要 比 自 然 营 力 要 快 得 多 。这些人为因素打 破 了危 岩 的 稳 定 平 衡 状 态 ，加 剧 了 危 岩 失 稳 。危岩体稳定性分析 临 空 型 危 岩 体 稳 定 性 分 析 、 、 、 、 、 、 、 、 危 岩 属 于地 形 地 貌 因 素 及 植 物 根 系 影 响工 作 区 属 于 岩 溶 孤 峰 平 原 地 貌 单 元 ，地 形 呈 现 为 南 西 北 东 向 延 伸 的 陡 坡 ，总 体 坡 度 左 右 ，局 部 呈 反 坡 ，最 大 坡 高 达 ，底 部 宽 约 ，靠 近 建 干 路 一

11、 侧 ，因 为 路 基 开 挖 ，已 形 成 陡 坎 ，具 备 临 空 面 ， 在 强 烈 的 卸 荷 作 用 下 ，后 缘 拉 裂 ，主控结构面进一步 贯 通 。 同 时 ，岩 体 周 围 植 被 较 发 育 ，榕 、樟 等 自 然 树 木 根 径 ，长 达 以 上 ，沿 节 理 裂 隙 不 断 向 里 生 长 ，对 裂 隙 产 生 劈 裂 作 用 ，使 得 岩 石 的 裂 缝 、节 理 进 一 步 张 开 ，加 剧 了 危 岩 体 的 形 成 。临 空 型 危 岩 体 ，其 后 缘 部 主 控 结 构 面 陡 倾 ，贯 通 度 较高 ，在 受 到 自 重 、地 震 力 、裂 隙 水 压 力

12、 的 作 用 下 ，主 控结 构 面 卸 荷 ，裂 隙 加 深 ，直到主控结构面全部贯通 ，从 而 危 岩 体 与 母 岩 分 离 ，发 生 错 落 失 稳 。 根 据 其 结构 特 点 进 行 受 力 分 析 ，模 型 如 图 所 示 。气 象 、水 文 因 素雨 季 是 危 岩 失 稳 的 多 发 季 节 ，降 雨 强 度 大 ，历 时 长 越 容 易 发 生。 工作 区地处亚热带季 风 气 候 ，雨量 充 沛 ，多 年 平 均 降 雨 量 约 ，降 雨 集 中 在月 份 ，占 全 年 降 雨 量 的 ，每 年 均 会 有 几 次 大 暴 雨 及 强 降 雨 过 程 ，附 近 无 地 表

13、河 流 ，降 水 沿 裂 隙 面 下 渗 ，一 方 面 增 加 了 岩 体 的 重 量 ，同 时 ，短 期 内 产 生 裂 隙 水 压 力，这 些 都 是 危 岩 崩 塌 的 致 灾 因 素 。图 临空型危岩体计算模型 运 用 静 力 解 析 法 ，推 导 出 稳 定 系 数 计 算 公 式 如岩 溶 发 育工 作 区 属 于 纯 碳 酸 盐 岩 岩 溶 发 育 强 烈 区 ，溶 洞 发 育 ，地 下 岩 溶 呈 管 道 状 、网 络 状 ，发 育 不 均 一 。 地 表 岩 溶 形 态 主 要 表 现 为 石 牙 、溶 蚀 宽 缝 、溶 槽 等 ，在 构 造 裂 隙 和 风 化 裂 隙 作

14、用 下 易 形 成 孤 石 。下 ：（） 式 中 ， 为 危 岩 体 自 重 ； 为 地 震 力 ； 为 静 水 压力 ；、 为 主 控 结构面等效强度 参 数 ； 为 裂 隙 面 倾 角 。通 过 对 上 述 块 临空型危岩体进行实地 调 查测 量 ，得 出 危 岩 体 各 项 数 据 并 进 行 稳 定 性 计 算 ，其 结 果人 为 因 素建 干 路 修 建 期 间 ，曾 在 坡 脚 开 凿 加 宽 ，以 及 世 纪 五 、六 十 年 代 ，山 体 内 开 挖 防 空 洞 ，均 采 用 大 剂 量 有 声 爆 破 。另 外 ，建干路每天来往的行 人 和车辆 产 生 的 震 动 ，这 些

15、因 素的作用机制和自然 营 力的改 造 作 用 类 似，但 是 相 对 而 言 ，人 类 活 动 作 用 过 程 通如 表 所 示 ，其中危岩体部分物 理 力学参数如表 所 示 。表 危岩体物理力学参数设计值 单 轴 抗 拉 变 形 模 量强 度 容 重承 载 力 标 准 值岩 体 粘 聚 力岩 体 摩擦 角结 构 面 粘聚 力结 构 面 内摩 擦 角地 震 系 数名 称泊 松 比石 灰 岩贴 坡 型 危 岩 体 稳 定 性 分 析 危 岩 体 属 于 贴 坡 型 危 岩 体 ，其 位 于 陡 坡 上 ， 在 卸 荷 过 程 中 ，岩 层 层 面 被 拉 开 ，出 现 张 拉 裂 隙 ，在 后

16、 期 的 自 重 、裂 隙 水 等 力 的 作 用 下 ，裂 隙 进 一 步 扩大 ，形 成 潜 在 的 滑 移 面 ，直到危岩体的下滑力 超 过结 构 面 的 抗 滑 力 时 ，发 生 失 稳 。现 场 调 查 ，其 主 控 结 构面 为 二 维 斜 线 型 状 态 ，未 完 全 贯 通 ，受 力 模 型 如 图 所 示 。运 用 静 力 解 析 法 ，推 导 稳 定 系 数 计 算 公 式 如 下 抗 滑下 滑抗 滑 （ ） 下 滑 通 过 对 危岩体进行实地调 查 测 量 ，得 出 危 体 各 项 数 据 ，并 进 行 稳 定 性 计 算 ，其 结 果 如 表 示 。图 贴坡型危岩体计算

17、模型 表 临空型危岩体稳定性计算结果 稳 定 系 数重 量高 度裂 隙 深 度破 裂 面 倾 角等 效 粘 聚 力 等 效 内 摩 擦 角地 震 力编 号稳 定 情 况 极 限 稳 定不 稳 定 极 限 稳 定 极 限 稳 定 极 限 稳 定 基 本 稳 定 不 稳 定基 本 稳 定 不 稳 定表 贴坡型危岩体稳定性计算结果 重 量高 度裂 隙 深 度破 裂 面 倾 角等 效 粘 聚 力 等 效 内 摩 擦 角地 震 力稳 定 系 数编 号稳 定 情 况 不 稳 定孤 石 型 危 岩 体 稳 定 性 分 析 危 岩 体 属 于 孤 石 型 危 岩 体 ，孤 立 于 山 坡 上 ， 其 下 部

18、嵌 入 坡 表 土 体 内 ，目 前 靠 摩 擦 力 、嵌 入 力 保 持 平 衡 ，在 后 期 雨 水 的 浸 泡 、冲 刷 作 用 下 ，下 部 土 体 松 散 ，摩 擦 力 和 嵌 入 力 降 低 ，加上 后 期重力和地震力作 用 ，当 由 地 震 力 产 生 的倾覆力矩大于由重 力 产生的 抗 倾 覆 力 矩 时 ，危 岩 体将绕倾覆点发生偏 心 滚落失 稳 ，其 受 力 模 型 如 图 所 示 。运 用 静 力 解 析 法 ，推 导 稳 定 系 数 计 算 公 式 如 下 ：为 转 点 至 水平地震力延长线 垂 直 距 离 （）。通 过 现 场 测 量 ，得 出 危 岩 体 各 项

19、数 据 ，并 进 行定 性 计 算 ，其 结 果 如 表 所 示 。 式 中 ， 为 转 点 至 重 力 延 长 线 的 垂 直 距 离 （）；图 孤石型危岩体计算模型 表 孤石型危岩体稳定性计算结果 转点到水平地震力 延 长 线 的 距 离 转 点 至 重 力延 长 线 的 距 离 编 号重 量 稳 定 系 数稳 定 情 况不 稳 定根 据 危 岩 体 稳 定 性 判 据 ，当 稳 定 性 系 数 时 ，为 基 本 稳 定 状 态 ；当 稳 定 性 系 数 在 时 ，为 极 限 稳 定 状 态 ；当 稳 定 性 系 数 时 ，为 不 稳 定状 态。块 危 岩 体 的 稳 定 状 态 分 别

20、见 各 稳 定 性 计 算 结 果 表 。于 基 本 稳 定 状 态 ； 、 、 、 危 岩 体 处 于 极 限 稳定 状 态 ； 、 、 、 、 危 岩 体 处 于 不 稳 定 状 态 。参 考 文 献结 论（）工 作 区 内 存 在 着 对 建 干 路 构 成 威 胁 的 块 危 岩 ，其 大 小 在 ，大部分分布在 较 高 且 陡 峭 的 位 置 ，若 产 生 崩 塌 ，将 会 有 很 大 的 破 坏 力 。本 文 根 据 危 岩 体 的 结 构 和 状 态 特 征 ，将 其 划 分 为 临 空 型 、贴 坡 型 、孤 石 型 等 种 基 本 类 型 。（）工 作 区属岩溶孤峰平原地貌 单 元 ，山 体 陡 峭 ，岩 石 节 理 裂 隙 发 育 ，山体表面岩体溶蚀 强 烈 ，较破 碎 ，加 上 暴 雨 、大 风 、地震都是危岩