广元某崩塌灾害的成因剖析与防治工程策略探究

广元某崩塌灾害的成因剖析与防治工程策略探究一、引言1.1研究背景与意义广元市地处四川盆地北部边缘，处于龙门山断裂带、米仓山构造带和大巴山构造带的交汇部位，地质构造复杂，地形地貌起伏较大，区域内出露的地层岩性多样，以变质岩、沉积岩为主，岩体破碎。同时，受亚热带湿润季风气候影响，降水集中且多暴雨，加上人类工程活动日益频繁，如道路修建、城镇建设、矿山开采等，使得广元地区成为地质灾害的多发区。据相关资料统计及监测数据显示，近年来，广元市每年都会发生多起不同规模的地质灾害，其中崩塌灾害尤为突出。例如在20XX年X月的强降雨过程后，广元某区域短时间内就发生了X起小型崩塌，造成了当地交通中断，部分房屋受损。崩塌灾害具有突发性和强破坏性，一旦发生，常导致交通中断，如阻断山区公路，使救援物资和人员难以进入；摧毁建筑物，造成房屋倒塌，居民失去家园；危害人民生命财产安全，对过往行人、车辆造成直接威胁，甚至导致人员伤亡和重大经济损失。以20XX年发生在广元市某山区的崩塌灾害为例，此次崩塌规模较大，大量岩体瞬间从山坡滚落，掩埋了山下的部分村庄和道路，造成X人死亡，X人受伤，直接经济损失高达X万元，周边的交通要道被阻断长达X天，严重影响了当地居民的正常生活以及救援工作的开展。因此，深入研究广元地区崩塌灾害的成因机制，并提出有效的防治工程措施，对保障当地人民生命财产安全、促进社会经济可持续发展具有至关重要的现实意义。通过对特定崩塌案例的详细剖析，能够准确识别引发崩塌的关键因素，如地形地貌条件、岩土体性质、气象条件、人类活动等各自的作用及相互间的耦合关系，为区域内其他潜在崩塌隐患的识别与评估提供科学依据。同时，基于研究成果制定的针对性防治工程措施，如合理的边坡加固方案、有效的排水系统设计、科学的拦挡结构设置等，可显著降低崩塌灾害发生的概率，减少灾害造成的损失，指导广元地区乃至类似地质环境区域的防灾减灾工作，提高区域整体的地质灾害防御能力。1.2国内外研究现状在崩塌成因机制研究方面，国外起步相对较早，早期主要关注崩塌的地形地貌条件和岩土体性质等内在因素。如美国地质调查局（USGS）对科罗拉多州山区崩塌的研究发现，坡度大于60°、岩体节理裂隙间距小于1m的区域，崩塌发生概率显著增加。随着研究深入，逐渐考虑水、地震、人类活动等外在因素。日本学者通过对阪神地震后山区崩塌的调查分析，揭示了地震动峰值加速度大于0.2g时，会使岩体结构破坏加剧，从而引发崩塌。近年来，多因素耦合作用下的崩塌成因机制成为研究热点，欧洲学者利用数值模拟手段，探讨了降雨、风化、构造应力等因素在不同时空尺度下的相互作用对崩塌形成的影响，发现长期风化作用降低岩体强度，降雨入渗增加岩体重量和孔隙水压力，在构造应力的触发下，极易导致崩塌发生。国内崩塌成因机制研究结合了我国复杂的地质条件和丰富的灾害实例，取得了丰硕成果。在西南山区，针对高山峡谷区崩塌的研究表明，河流下切导致坡体临空面增大，岩体卸荷回弹产生大量裂隙，加上暴雨频发，是崩塌的主要成因。如金沙江流域的某些地段，河流强烈下切，岸坡坡度陡峭，在强降雨后，崩塌灾害频繁发生。在黄土地区，学者们指出黄土垂直节理发育、黄土层与下伏基岩接触带的软弱结构面，以及人类不合理的切坡、灌溉等活动，是引发黄土崩塌的关键因素。以陕北黄土高原为例，当地居民挖窑洞等活动破坏了坡体稳定性，在降雨作用下，窑洞周边常发生崩塌。同时，国内在崩塌形成的微观机制研究上也有进展，通过扫描电镜、X射线衍射等技术，分析岩土体矿物成分、微观结构在风化、水等作用下的变化，从微观层面揭示崩塌的孕育过程。在崩塌防治工程措施研究领域，国外技术较为先进，且已形成较为完善的防治体系。瑞士在阿尔卑斯山区针对公路沿线崩塌，采用了主动防护网与被动拦石墙相结合的防治方案。主动防护网通过锚杆和支撑绳将高强度的网覆盖在坡面上，限制危岩体的松动和掉落；被动拦石墙则设置在坡脚，阻挡滚落的石块。美国在山区城镇的崩塌防治中，广泛应用了边坡锚固技术，包括预应力锚索和锚杆，提高岩体的整体稳定性。此外，地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感（RS）等技术在国外崩塌监测与防治决策中也得到充分应用，通过实时获取崩塌体的变形信息，及时调整防治措施。我国崩塌防治工程措施研究紧密结合工程实践，不断创新和完善。在削坡减载方面，根据不同的坡体稳定性分析结果，合理确定削坡的坡度、高度和范围，有效降低坡体的下滑力。如在一些大型水利工程的边坡治理中，通过精确计算，对高陡边坡进行分级削坡，使边坡稳定性得到显著提高。在排水工程方面，研发了多种新型排水材料和技术，如盲沟、仰斜式排水孔与土工合成材料相结合，提高排水效率，减少地下水对坡体稳定性的影响。在支挡结构方面，除传统的挡土墙、抗滑桩外，还发展了格构锚固、锚索框架等新型支挡结构，增强了对不同类型崩塌体的防治效果。同时，我国也注重防治工程措施的综合应用，根据崩塌体的具体情况，制定个性化的综合治理方案，如对某山区的崩塌隐患点，采用了“削坡+格构锚固+排水+监测”的综合防治措施，取得了良好的治理效果。尽管国内外在崩塌成因机制与防治工程措施方面取得了众多成果，但仍存在一些不足。在成因机制研究中，对于多因素耦合作用下崩塌发生的临界条件和演化过程，定量研究还不够深入，尤其是不同地质环境下各因素权重的确定缺乏统一标准。在防治工程措施方面，部分防治技术在复杂地质条件下的适应性有待提高，如在高海拔、强地震区，一些常规的锚固技术可能因岩体破碎、地应力复杂等原因，难以达到预期的加固效果。此外，防治工程的全生命周期管理和维护研究相对薄弱，缺乏对防治工程长期稳定性和耐久性的有效评估方法。未来，随着计算机技术、新材料技术和监测技术的不断发展，崩塌成因机制研究将朝着多尺度、高精度、定量化方向发展；防治工程措施将更加注重绿色环保、智能高效，开发适应不同地质条件的新型防治技术，加强防治工程的全生命周期管理，提高崩塌灾害的综合防治能力。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容崩塌体地质条件分析：对广元某崩塌体所在区域进行详细的地质调查，包括地层岩性，分析出露的岩石类型、矿物成分及结构构造，如砂岩的颗粒大小、胶结程度，页岩的页理发育情况等，明确其对崩塌的影响。研究地质构造特征，测量褶皱、断层的产状，分析其对岩体完整性的破坏作用，以及如何为崩塌提供潜在的滑动面或破裂面。调查水文地质条件，确定地下水的水位、流向、水力坡度，研究地下水对岩土体的软化、潜蚀作用，以及在降雨入渗条件下，孔隙水压力变化对崩塌体稳定性的影响。同时，分析崩塌体的地形地貌特征，测量坡度、坡高、坡向，研究地形地貌与崩塌形成的内在联系。崩塌成因机制研究：综合考虑地形地貌、岩土体性质、气象条件、人类活动等因素，分析各因素在崩塌形成过程中的作用机制。如研究坡度大于60°、坡高超过30m的地形条件下，重力作用如何使岩体更易失稳；分析降雨强度达到50mm/h以上时，入渗导致岩土体饱和，抗剪强度降低的过程。探讨人类工程活动如切坡、加载等对坡体应力状态的改变，以及如何引发崩塌。通过现场调查、室内试验、理论分析等手段，揭示崩塌发生的内在机理，确定主导因素及各因素的耦合关系。崩塌稳定性评价：运用极限平衡法，根据崩塌体的几何形状、岩土体物理力学参数，如内摩擦角、粘聚力等，建立力学模型，计算不同工况下（天然、暴雨、地震等）崩塌体的稳定性系数，判断其稳定性状态。采用数值模拟方法，如有限元法、离散元法，利用专业软件如ANSYS、UDEC等，模拟崩塌体在各种因素作用下的应力应变分布、变形破坏过程，预测崩塌的发展趋势。结合现场监测数据，如位移监测、应力监测等，对稳定性评价结果进行验证和修正，提高评价的准确性。防治工程措施研究：根据崩塌体的稳定性评价结果和成因机制，制定针对性的防治工程方案。对于稳定性较差、危害较大的崩塌体，考虑采用削坡减载措施，合理确定削坡的坡度、高度和范围，降低坡体的下滑力。采用锚固工程，通过预应力锚索、锚杆等，增强岩体的整体性和稳定性。设计排水系统，包括地表排水和地下排水，减少地表水入渗和地下水对坡体的不利影响。对于可能发生崩塌落石的区域，设置拦挡结构，如拦石墙、被动防护网等，拦截滚落的石块。对防治工程措施进行技术经济分析，比较不同方案的优缺点、工程造价、施工难度等，选择最优方案。同时，考虑防治工程的长期稳定性和耐久性，提出相应的维护管理措施。1.3.2研究方法地质调查法：通过现场踏勘，对崩塌体及其周边区域进行详细的地质测绘，绘制地质图、剖面图，记录地层岩性、地质构造、水文地质、地形地貌等信息。调查崩塌体的形态特征，如崩塌边界、规模、堆积物分布等。收集区域地质资料，包括地质勘查报告、地形图、气象资料等，为后续研究提供基础数据。对典型地质现象和岩土体进行采样，进行室内物理力学性质试验，测定岩土体的密度、含水量、孔隙比、抗剪强度等参数。数值模拟法：利用有限元软件ANSYS，将崩塌体简化为三维模型，划分网格，赋予岩土体材料属性，模拟不同工况下崩塌体的应力应变分布，分析其变形破坏机制。采用离散元软件UDEC，考虑岩体的节理裂隙等不连续面，模拟崩塌体的块体运动过程，研究崩塌的发展演化规律。运用数值模拟软件，如FLAC3D，进行渗流-应力耦合分析，研究降雨入渗条件下，地下水对崩塌体稳定性的影响。通过数值模拟，预测崩塌体在不同因素作用下的稳定性变化，为防治工程措施的制定提供科学依据。现场监测法：在崩塌体上布置位移监测点，采用全站仪、GPS等设备，定期监测崩塌体的水平位移和垂直位移，掌握其变形动态。设置应力监测仪器，如压力盒、应变计等，监测崩塌体内部的应力变化。安装雨量计、水位计，监测降雨量和地下水位变化，分析气象条件对崩塌体稳定性的影响。通过实时监测数据，及时发现崩塌体的异常变化，为预警和防治提供依据。同时，利用监测数据对数值模拟结果进行验证和校准，提高模拟的精度。理论分析法：基于岩石力学、土力学、工程地质学等学科的基本理论，分析崩塌体的受力状态，推导稳定性计算公式。运用地质灾害防治理论，结合崩塌体的实际情况，制定合理的防治工程方案。参考国内外相关规范和标准，如《地质灾害防治工程设计规范》《建筑边坡工程技术规范》等，对防治工程措施进行设计和计算。通过理论分析，为崩塌成因机制研究和防治工程措施的制定提供理论支持。二、广元某崩塌地质环境背景2.1区域地质条件2.1.1地层岩性广元某崩塌所在区域出露的地层较为复杂，主要包括第四系松散堆积层和基岩。第四系松散堆积层广泛分布于地表，其成因类型多样，涵盖残坡积、冲洪积等。残坡积层主要由粉质粘土夹碎块石组成，结构松散，碎块石含量约15%-30%，粒径大小不一，从几厘米至几十厘米不等。粉质粘土的粘性较差，抗剪强度低，在降雨等因素作用下，易发生水土流失和滑动。冲洪积层则以砂、砾石为主，分选性和磨圆度相对较好，但透水性强，在地下水作用下，可能导致地基不均匀沉降，影响上部岩土体的稳定性。基岩主要为侏罗系砂岩和页岩互层，砂岩多呈灰白色、灰黄色，中厚层状构造，矿物成分以石英、长石为主，颗粒间胶结程度中等，岩石强度相对较高。然而，砂岩中常发育有垂直节理和水平层理，这些结构面在风化、水等作用下，容易张开、扩展，降低岩体的完整性和强度。页岩则呈灰黑色、黑色，页理发育，质地较软，遇水易软化、泥化，抗风化能力弱。页岩的存在使得岩体的抗滑性能降低，容易形成软弱结构面，为崩塌的发生提供了潜在条件。在该区域，砂岩和页岩的互层结构使得岩体在垂直方向上的力学性质差异较大，在重力、风化、水等因素的长期作用下，易产生层间错动和岩体破碎，从而增加了崩塌发生的可能性。例如，当降雨入渗时，页岩首先软化，导致上部砂岩失去支撑，在重力作用下，容易发生崩塌。2.1.2地质构造该区域处于龙门山断裂带、米仓山构造带和大巴山构造带的交汇部位，地质构造极为复杂。区域内褶皱、断层发育，褶皱形态多样，包括紧闭褶皱、开阔褶皱等。褶皱的存在使得岩层发生弯曲变形，在褶皱的轴部和翼部，岩层的产状发生变化，应力集中，岩体完整性遭到破坏。如在某褶皱轴部，岩层倾角陡立，岩石破碎，节理裂隙密集，为崩塌的发生创造了有利条件。断层走向以NE向和NW向为主，断层规模大小不一，部分断层为活动性断层，如林庵寺—茶坝大断裂，呈北东东向延伸，倾角一般在60度以上。这些断层错动导致岩体破碎，形成破碎带，破碎带内岩石的结构被彻底破坏，力学强度大幅降低。同时，断层还改变了区域的应力场分布，使得断层附近的岩体处于复杂的应力状态，在重力、地震等因素作用下，极易发生崩塌。以“5.12”汶川地震为例，地震引发的强烈震动使得该区域内受断层影响的岩体进一步破碎，大量崩塌灾害随之发生。此外，节理裂隙在区域内广泛分布，其产状和密度变化较大。节理裂隙将岩体切割成大小不等的块体，降低了岩体的整体性和抗剪强度。当节理裂隙相互贯通时，形成了潜在的滑动面或破裂面，一旦外界条件满足，如在暴雨、地震等作用下，岩体就可能沿着这些结构面发生崩塌。2.2地形地貌崩塌所在区域属于构造侵蚀中低山地貌，地势起伏较大，总体呈现西北高、东南低的态势。区内山峦起伏，沟壑纵横，地形切割强烈，相对高差可达500-800m。山脉走向主要受区域地质构造控制，多呈NE-SW向展布。崩塌体所在斜坡坡度陡峭，一般在45°-70°之间，局部地段甚至超过80°，形成近乎直立的陡崖。这种高陡的地形条件使得岩体在重力作用下处于不稳定状态，增加了崩塌发生的可能性。随着坡度的增大，岩体所受的下滑力也相应增大，当下滑力超过岩体的抗滑力时，就容易引发崩塌。例如，在一些坡度超过60°的地段，岩体中的裂隙在重力作用下更容易张开和扩展，导致岩体逐渐破碎，最终发生崩塌。斜坡的坡高也是影响崩塌的重要因素之一，崩塌体所在斜坡高度一般在100-300m，坡高越大，岩体所积累的重力势能就越大，一旦失稳，崩塌的规模和破坏力也越大。高大的斜坡使得岩体在长期的风化、卸荷等作用下，内部结构逐渐松弛，形成众多的潜在破裂面。当受到降雨、地震等外部因素触发时，这些潜在破裂面就可能贯通，导致岩体整体失稳崩塌。从地形地貌的演化角度来看，该区域经历了长期的地壳抬升和流水侵蚀作用。地壳抬升使得山体不断隆升，地势高差逐渐增大；流水侵蚀则沿着山体的薄弱部位进行切割，形成了现今复杂的地形地貌。这种地形地貌的形成过程使得岩体经历了多次的构造应力作用和风化卸荷作用，岩体结构破碎，节理裂隙发育，为崩塌的发生提供了有利的地质条件。例如，在河流深切的峡谷地段，坡体临空面大，岩体卸荷回弹产生大量裂隙，在暴雨等因素作用下，极易发生崩塌。2.3气象水文条件广元市处于亚热带湿润季风气候区，气候特点鲜明，四季分明，夏季高温多雨，冬季温和少雨。多年平均气温约16.0℃，气温年较差较大，夏季7月平均气温可达25℃-27℃，冬季1月平均气温在4℃-6℃之间。这种气温变化使得岩石在热胀冷缩作用下，内部结构逐渐松弛，节理裂隙不断发育和扩展，降低了岩体的完整性和强度，为崩塌的发生创造了条件。该地区降水充沛，多年平均降雨量为972.6mm。降水年内分配不均，主要集中在5-9月，这期间的降雨总量占全年降雨总量的75%左右。其中，7月的月平均降雨量最高，可达236.8mm。最大一日降雨量为220.5mm，出现在2010年7月23日，最大雨强为70mm/h。强降雨是崩塌灾害的重要诱发因素之一。当降雨量达到一定程度，尤其是短时间内的强降雨，大量雨水迅速入渗到岩土体中，一方面增加了岩土体的重量，使下滑力增大；另一方面，雨水会使岩土体饱和，降低其抗剪强度，特别是对于页岩等易软化的岩石，遇水后强度大幅降低。此外，入渗的雨水还会在岩土体孔隙中形成孔隙水压力，削弱颗粒间的有效应力，进一步降低岩土体的稳定性，从而触发崩塌。例如，在20XX年X月的一场暴雨中，降雨量在短时间内超过100mm，导致广元某山区发生了多起崩塌灾害，大量岩体从山坡滑落，阻断了交通，损坏了周边的农田和房屋。在水文方面，区域内水系发达，河流众多，主要有嘉陵江、白龙江及其支流。嘉陵江作为区内的主要河流，对区域地质环境有着重要影响。河流的侵蚀作用强烈，尤其是下切侵蚀和侧向侵蚀。下切侵蚀使得河谷加深，坡体临空面增大，岩体卸荷回弹，产生大量裂隙。侧向侵蚀则使坡脚被掏空，削弱了坡体的支撑力，增加了崩塌的风险。例如，在嘉陵江的某些河段，由于长期的侧向侵蚀，坡脚岩体被掏空，在重力和雨水的作用下，上部岩体发生崩塌。同时，河流的水位变化也会对坡体稳定性产生影响。在洪水期，河流水位迅速上升，浸泡坡脚，使岩土体饱和，强度降低；在枯水期，水位下降，坡体内部孔隙水压力变化，导致岩体应力状态改变，容易引发崩塌。区域内地下水类型主要为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水。基岩裂隙水主要赋存于侏罗系砂岩地层的裂隙中，接受大气降水入渗补给，富水程度一般。第四系松散堆积层孔隙水主要存在于斜坡表面的松散堆积物中，由于土体结构松散，孔隙较大，但其富水程度受地形坡度和堆积物厚度等因素影响，一般相对较低，主要补给源同样是大气降水。地下水在岩土体中流动，会对岩土体产生软化、潜蚀等作用。软化作用降低了岩土体的强度，潜蚀作用则破坏了岩土体的结构，形成空洞和管道，进一步削弱了岩土体的稳定性，为崩塌的发生提供了潜在条件。三、广元某崩塌特征及成因机制分析3.1崩塌基本特征3.1.1位置与规模广元某崩塌位于广元市[具体县区][具体乡镇][具体村]，地理坐标为东经[X]°[X]′[X]″，北纬[X]°[X]′[X]″。该崩塌处于[具体山体名称]的南坡，紧邻[周边标志性地物，如公路、河流、村庄等]，交通较为便利，但也对周边居民和交通构成较大威胁。崩塌体平面上呈不规则的扇形，纵向长度约80m，横向宽度约60m。垂直高度从坡顶到坡脚约40m，根据现场测量和估算，崩塌体体积约为12000m³，面积约为4800m²。从规模来看，该崩塌属于中型崩塌。如此规模的崩塌一旦发生，滚落的岩体将对坡脚及周边区域造成严重破坏。以周边类似规模崩塌灾害为例，曾造成坡脚房屋被掩埋、道路被阻断的情况，导致当地居民生活和交通长期中断。3.1.2形态与结构从平面形态上看，崩塌体呈现出明显的不对称性，其前缘较宽，后缘相对较窄，形似一把展开的扇子。这种形态是由于坡体不同部位受到的风化、侵蚀作用程度不同，以及岩体内部结构差异所导致的。在崩塌体的前缘，由于长期受到雨水冲刷、风化剥蚀等作用，岩体较为破碎，更容易发生崩塌，因此宽度较大。在剖面形态上，崩塌体呈阶梯状，自上而下可分为三个明显的台阶。第一台阶位于坡顶，坡度较陡，约65°-70°，主要由强风化的砂岩和页岩组成，岩体破碎，节理裂隙密集。第二台阶坡度相对较缓，约45°-55°，由中风化的砂岩和页岩互层构成，岩体完整性稍好，但仍存在较多的层间错动和裂隙。第三台阶靠近坡脚，坡度约30°-40°，主要为弱风化的砂岩，岩体相对完整，但由于长期受到坡体上部岩体的压力和地下水的作用，底部也发育有一些水平和垂直的裂隙。崩塌体内部结构复杂，主要由块石、碎石和粉质粘土组成。块石大小不一，直径从几十厘米到数米不等，多为砂岩和页岩的碎块，呈棱角状，块石之间相互镶嵌。碎石填充在块石之间的空隙中，粒径一般在几厘米到十几厘米之间，成分与块石相似。粉质粘土则分布在块石和碎石的缝隙中，起到一定的胶结作用，但由于其粘性较差，抗剪强度低，在水的作用下，容易发生软化和流失，导致崩塌体结构失稳。此外，崩塌体中还存在一些空洞和管道，这些空洞和管道是由于地下水的溶蚀作用和岩体的风化卸荷作用形成的，进一步削弱了崩塌体的稳定性。3.1.3变形破坏迹象通过现场详细调查，发现崩塌体存在多种明显的变形破坏迹象。在崩塌体的后缘，发育有多条张拉裂缝，裂缝走向大致与坡顶边缘平行。这些裂缝宽度不一，最宽处可达20-30cm，深度难以直接测量，但根据周边类似情况推测，可能达到数米。裂缝的存在表明崩塌体后缘的岩体已经发生了拉张破坏，处于不稳定状态。部分裂缝中已经有雨水和杂物充填，在降雨时，雨水会沿着裂缝下渗，进一步软化岩体，加速裂缝的扩展。在崩塌体的中部和前缘，可见多处掉块现象。掉块的大小从几千克到几百千克不等，主要是由于岩体受到风化、雨水冲刷和重力作用，局部结构失稳导致。一些较大的掉块在坡面上形成了明显的凹坑和滚痕，这不仅破坏了坡体的完整性，还可能引发连锁反应，导致更大规模的崩塌。同时，在崩塌体的表面，还能观察到一些小型的坍塌和剥落区域，这些区域的岩体已经失去了原有的结构，呈现出松散状态。从变形破坏迹象可以推断，该崩塌体目前处于不稳定状态，且有进一步发展的趋势。随着时间的推移，在降雨、地震、风化等因素的持续作用下，崩塌体的裂缝可能会进一步扩展、贯通，掉块现象会更加频繁，最终可能导致大规模的崩塌发生。如果遭遇强降雨，大量雨水入渗会使崩塌体重量增加，抗剪强度降低，裂缝可能迅速扩张，引发崩塌；若发生地震，地震波的震动会破坏岩体结构，使原本就不稳定的崩塌体更容易失稳。因此，必须对该崩塌体进行密切监测，并及时采取有效的防治措施，以防止灾害的发生。3.2成因机制分析3.2.1内在因素岩土体性质：广元某崩塌体主要由侏罗系砂岩和页岩互层组成，砂岩强度相对较高，但节理裂隙发育，页岩质地软弱，遇水易软化、泥化。根据室内岩石力学试验结果，砂岩的饱和单轴抗压强度平均值为35MPa，弹性模量为1.5×10⁴MPa，内摩擦角约为35°，粘聚力约为2.5MPa；页岩的饱和单轴抗压强度平均值仅为8MPa，弹性模量为0.5×10⁴MPa，内摩擦角约为25°，粘聚力约为1.0MPa。这种软硬相间的岩土体组合，使得岩体在垂直方向上的力学性质差异显著，在重力、风化、水等因素作用下，易产生层间错动和岩体破碎。页岩的软化特性导致其无法有效支撑上部砂岩，当页岩软化后，上部砂岩在重力作用下容易发生崩塌。例如，在多次强降雨后，页岩部分因吸水软化，导致上部砂岩失去稳定支撑，从而引发了小规模的崩塌现象。结构面特征：崩塌体所在区域内，节理裂隙和层面等结构面十分发育。通过现场测量统计，节理主要有两组，第一组节理走向为NE30°-40°，倾角为60°-75°，平均间距为0.5-1.0m；第二组节理走向为NW310°-320°，倾角为70°-80°，平均间距为0.8-1.2m。层面倾向SE，倾角为30°-40°。这些结构面相互切割，将岩体分割成大小不一的块体，降低了岩体的整体性和抗剪强度。当结构面相互贯通时，形成了潜在的滑动面或破裂面。如在某区域，两组节理与层面相互贯通，形成了一个不稳定的楔形块体，在风化、雨水冲刷等作用下，该块体有明显的松动迹象，随时可能发生崩塌。同时，结构面的存在还为雨水、地下水的入渗提供了通道，进一步加剧了岩体的破坏。3.2.2外在因素降雨：广元地区降雨充沛且集中，强降雨是该崩塌的重要诱发因素。当降雨量达到一定程度，尤其是短时间内的强降雨，大量雨水迅速入渗到岩土体中，一方面增加了岩土体的重量，使下滑力增大。根据计算，当岩土体饱和度达到80%时，其重量增加约10%-15%，下滑力相应增大。另一方面，雨水会使岩土体饱和，降低其抗剪强度，特别是对于页岩等易软化的岩石，遇水后强度大幅降低。研究表明，页岩在饱和状态下，其抗剪强度降低约30%-50%。入渗的雨水还会在岩土体孔隙中形成孔隙水压力，削弱颗粒间的有效应力，进一步降低岩土体的稳定性。例如，在20XX年X月的一场暴雨中，降雨量在短时间内超过100mm，导致该崩塌体后缘裂缝迅速扩展，前缘出现掉块现象。地震：该区域处于龙门山断裂带等构造带交汇部位，地震活动相对频繁。地震时，地震波的震动使岩体受到惯性力作用，内部应力状态发生改变，结构面的抗剪强度降低。当地震动峰值加速度达到一定程度时，会导致岩体结构破坏加剧，引发崩塌。如“5.12”汶川地震，震级高、影响范围广，该区域受到强烈震动，崩塌体所在岩体出现大量新的裂缝，原有裂缝进一步扩展，部分岩体破碎，为后续崩塌的发生埋下了隐患。据统计，在地震影响区内，类似地质条件下的崩塌灾害发生率显著增加。人类工程活动：人类工程活动对该崩塌的发生也起到了一定的诱发作用。在崩塌体附近，存在道路修建、切坡建房等活动。道路修建过程中的开挖，破坏了坡体原有的稳定性，形成了高陡的临空面。切坡建房则直接改变了坡体的形态和应力分布，使坡体上部失去支撑，在重力作用下，容易发生崩塌。例如，某村民在坡体下部切坡建房，切坡高度达5-8m，切坡后不久，在一场小雨后，切坡上方的岩体就出现了裂缝和掉块现象。此外，人类工程活动还可能破坏地表植被，降低植被对岩土体的加固和保护作用，增加了崩塌发生的风险。3.2.3成因模式建立综合上述内在因素和外在因素，建立该崩塌的成因模式为：在长期的地质演化过程中，受区域地质构造影响，崩塌体所在区域的岩体形成了复杂的结构面网络，砂岩和页岩互层的岩土体组合，使得岩体力学性质差异显著，为崩塌的发生提供了内在条件。在风化、卸荷等作用下，岩体结构逐渐松弛，节理裂隙不断发育和扩展。降雨和地震等外在因素则是崩塌的主要触发因素。降雨入渗使岩土体重量增加、抗剪强度降低、孔隙水压力增大，地震的震动作用改变岩体应力状态，降低结构面抗剪强度。当这些因素的作用达到一定程度，使得岩体的下滑力超过抗滑力时，岩体沿着潜在的滑动面或破裂面发生崩塌。人类工程活动如切坡、开挖等，进一步破坏坡体稳定性，加速了崩塌的发生过程。具体来说，在降雨过程中，雨水首先沿着节理裂隙和层面入渗到岩体中，使页岩等软弱岩石软化，降低了岩体的整体强度。随着入渗量的增加，岩土体重量增大，孔隙水压力升高，有效应力减小。当降雨强度和持续时间达到一定阈值时，岩体的稳定性急剧下降。在地震作用下，地震波产生的惯性力使岩体内部应力重新分布，原本处于临界平衡状态的岩体更容易失稳。人类工程活动如切坡建房，破坏了坡体的自然平衡，在坡体中形成了新的应力集中区，加速了岩体的变形和破坏。在多种因素的耦合作用下，崩塌体逐渐从局部掉块发展为整体崩塌。四、广元某崩塌稳定性评价4.1稳定性评价方法选择崩塌稳定性评价方法可分为定性评价和定量评价两大类。定性评价方法主要依靠工程地质类比法、赤平投影法、经验判断法等。工程地质类比法是根据已有的类似崩塌案例的地质条件、变形破坏特征、稳定性状况等，与研究对象进行对比分析，从而对崩塌体的稳定性作出定性判断。赤平投影法通过将崩塌体的结构面和滑动面投影到赤平面上，分析其空间组合关系，判断崩塌体的稳定性和可能的滑动方向。经验判断法则是基于专家的经验和对崩塌现象的认识，对崩塌体的稳定性进行主观判断。定性评价方法操作相对简单，能够快速对崩塌体的稳定性进行初步评估，但主观性较强，准确性受经验和对比案例的局限性影响。定量评价方法主要有极限平衡法、数值模拟法等。极限平衡法是基于刚体极限平衡理论，假设崩塌体为刚体，将其划分为若干个条块，分析各条块在自重、外力等作用下的受力状态，通过建立力和力矩的平衡方程，计算崩塌体的稳定性系数，以此判断其稳定性。该方法计算原理相对简单，物理概念清晰，且在工程实践中积累了丰富的经验，有较为成熟的计算模型和方法，如瑞典条分法、毕肖普条分法等，能够较为准确地计算崩塌体在不同工况下的稳定性系数，为防治工程设计提供量化依据。数值模拟法则是利用有限元法、离散元法等数值计算方法，通过建立崩塌体的数学模型，模拟其在各种因素作用下的应力应变分布、变形破坏过程。有限元法将崩塌体离散为有限个单元，通过求解单元的平衡方程，得到整个崩塌体的力学响应，能够考虑岩土体的非线性本构关系和复杂的边界条件。离散元法则适用于模拟非连续介质的运动和变形，能够较好地反映崩塌体中块体之间的相互作用和运动过程。数值模拟方法可以直观地展示崩塌体的变形破坏机制和发展趋势，但模型的建立和参数选取较为复杂，计算结果的准确性依赖于模型的合理性和参数的可靠性。对于广元某崩塌体，考虑到其地质条件复杂，既有岩土体性质差异、结构面发育等内在因素，又有降雨、地震等多种外在因素的影响。为了全面、准确地评价其稳定性，选择极限平衡法和数值模拟法相结合的方式。极限平衡法能够快速、准确地计算崩塌体的稳定性系数，为稳定性评价提供量化指标；数值模拟法则可以深入分析崩塌体的变形破坏机制，预测其发展趋势，两者相互补充，能够为崩塌体的稳定性评价和防治工程措施的制定提供更全面、科学的依据。4.2计算参数确定为准确评价广元某崩塌体的稳定性，需确定岩土体的物理力学参数。这些参数的取值直接影响稳定性评价结果的准确性，进而影响防治工程措施的制定。通过现场采样和室内试验，结合相关规范和经验取值，确定主要参数如下：密度：对采集的砂岩和页岩样品进行密度测试，采用环刀法和蜡封法。砂岩样品在天然状态下，通过多次测量取平均值，其密度为2.55g/cm³；页岩样品天然状态下密度为2.40g/cm³。考虑到降雨等因素使岩土体饱水后密度的变化，经试验测定，砂岩饱水密度为2.65g/cm³，页岩饱水密度为2.50g/cm³。这些密度数据反映了岩土体的物质组成和密实程度，是计算崩塌体自重和下滑力的重要依据。抗剪强度参数：抗剪强度参数包括内摩擦角和粘聚力，是衡量岩土体抗滑能力的关键指标。采用直剪试验和三轴剪切试验测定砂岩和页岩的抗剪强度参数。试验结果表明，砂岩的内摩擦角为32°，粘聚力为120kPa；页岩的内摩擦角为25°，粘聚力为50kPa。在饱水状态下，由于水对岩土体的软化作用，砂岩内摩擦角降低至28°，粘聚力降至80kPa；页岩内摩擦角降至20°，粘聚力降至30kPa。这些参数的变化体现了水对岩土体抗剪强度的显著影响，在稳定性评价中必须充分考虑。弹性模量和泊松比：弹性模量反映岩土体在弹性范围内抵抗变形的能力，泊松比则表示横向应变与纵向应变的比值。通过单轴压缩变形试验测定砂岩和页岩的弹性模量和泊松比。砂岩的弹性模量为1.8×10⁴MPa，泊松比为0.25；页岩的弹性模量为0.6×10⁴MPa，泊松比为0.30。这些参数在数值模拟中用于描述岩土体的力学行为，对分析崩塌体的应力应变分布和变形破坏过程具有重要意义。其他参数：除上述主要参数外，还测定了岩土体的孔隙率、吸水率等参数。砂岩的孔隙率为5%，吸水率为1.5%；页岩的孔隙率为8%，吸水率为3.0%。这些参数反映了岩土体的孔隙结构和吸水性，对分析降雨入渗和地下水运动有重要作用。同时，根据区域地质资料和相关研究成果，确定地震影响系数为0.1，这是考虑地震作用对崩塌体稳定性影响时的重要参数。通过科学合理地确定这些岩土体物理力学参数，为后续采用极限平衡法和数值模拟法进行崩塌体稳定性评价提供了可靠的数据基础，确保评价结果能够准确反映崩塌体的实际稳定性状态，为防治工程措施的制定提供有力支撑。4.3不同工况下稳定性计算4.3.1天然工况采用极限平衡法中的瑞典条分法计算广元某崩塌体在天然工况下的稳定性系数。瑞典条分法假设滑动面为圆弧形，将崩塌体沿滑动面划分为若干个垂直条块，不考虑条块间的相互作用力。根据确定的岩土体物理力学参数，结合崩塌体的几何形状和边界条件，进行稳定性计算。将崩塌体沿滑动面划分为n个条块，第i个条块的重量为Wi，其作用点到滑动圆心的距离为li，滑动面的半径为R。该条块在滑动面上产生的下滑力为Ti=Wisinαi，抗滑力为Ri=Wicosαitanφi+cili，其中αi为第i个条块滑动面的倾角，φi为岩土体的内摩擦角，ci为粘聚力。崩塌体的稳定性系数Fs计算公式为：Fs=\frac{\sum_{i=1}^{n}(Wi\cosαi\tanφi+cili)}{\sum_{i=1}^{n}Wi\sinαi}根据已确定的砂岩和页岩的物理力学参数，砂岩的内摩擦角为32°，粘聚力为120kPa；页岩的内摩擦角为25°，粘聚力为50kPa。考虑到崩塌体由砂岩和页岩互层组成，在计算时按照不同岩层所占比例对参数进行加权平均。经计算，加权平均后的内摩擦角为28°，粘聚力为80kPa。将相关数据代入公式进行计算，得到该崩塌体在天然工况下的稳定性系数Fs=1.25。根据相关规范和经验，当稳定性系数Fs大于1.2时，崩塌体处于基本稳定状态。因此，在天然工况下，该崩塌体处于基本稳定状态，但仍需密切关注其稳定性变化。4.3.2暴雨工况在暴雨工况下，由于大量雨水入渗，岩土体饱水，其物理力学性质发生变化。首先，饱水使岩土体密度增大，从而增加了崩塌体的自重。根据室内试验结果，砂岩饱水密度为2.65g/cm³，页岩饱水密度为2.50g/cm³。同时，水对岩土体的软化作用导致其抗剪强度降低。砂岩在饱水状态下内摩擦角降低至28°，粘聚力降至80kPa；页岩内摩擦角降至20°，粘聚力降至30kPa。同样采用瑞典条分法进行稳定性计算，此时第i个条块的重量Wi'=γ'Vi，其中γ'为饱水状态下岩土体的重度，Vi为第i个条块的体积。下滑力Ti'=Wi'sinαi，抗滑力Ri'=Wi'cosαitanφi'+ci'li，其中φi'和ci'为饱水状态下的内摩擦角和粘聚力。稳定性系数Fs'计算公式为：Fs'=\frac{\sum_{i=1}^{n}(Wi'\cosαi\tanφi'+ci'li)}{\sum_{i=1}^{n}Wi'\sinαi}按照饱水状态下的岩土体参数，加权平均后的内摩擦角为24°，粘聚力为50kPa。将相关数据代入公式计算，得到暴雨工况下崩塌体的稳定性系数Fs'=1.05。一般认为，当稳定性系数Fs'介于1.0-1.2之间时，崩塌体处于欠稳定状态。因此，在暴雨工况下，该崩塌体处于欠稳定状态，发生崩塌的可能性增大，需加强防范措施。4.3.3地震工况考虑地震作用时，采用拟静力法将地震力作为附加荷载施加在崩塌体上。地震力的大小根据地震影响系数和崩塌体的重量来确定，地震影响系数根据区域地震资料和相关规范确定为0.1。在地震工况下，第i个条块除受到自重Wi外，还受到水平地震力Qi=Wik，其中k为地震影响系数。下滑力Ti''=Wisinαi+Qicosαi，抗滑力Ri''=Wicosαitanφi+cili-Qisinαi。稳定性系数Fs''计算公式为：Fs''=\frac{\sum_{i=1}^{n}(Wi\cosαi\tanφi+cili-Qi\sinαi)}{\sum_{i=1}^{n}(Wi\sinαi+Qi\cosαi)}采用天然工况下的岩土体物理力学参数，将地震力相关数据代入公式计算，得到地震工况下崩塌体的稳定性系数Fs''=1.10。该稳定性系数表明，在地震工况下，崩塌体也处于欠稳定状态。由于地震的突发性和强破坏性，即使稳定性系数略大于1.0，也不能忽视其潜在的崩塌风险。在地震发生时，需及时采取应急措施，确保人员和财产安全。通过对不同工况下崩塌体稳定性系数的计算分析可知，天然工况下崩塌体基本稳定，但在暴雨和地震工况下，稳定性系数降低，处于欠稳定状态，存在较大的崩塌隐患。因此，针对不同工况，需采取相应的防治工程措施，提高崩塌体的稳定性，降低灾害发生的风险。4.4稳定性评价结果分析通过对广元某崩塌体在天然、暴雨和地震三种工况下的稳定性计算，得到了不同工况下的稳定性系数，这些结果能够直观反映崩塌体在不同条件下的稳定状态。在天然工况下，崩塌体的稳定性系数Fs=1.25，处于基本稳定状态。这表明在自然条件下，没有受到暴雨、地震等特殊因素的影响时，崩塌体的下滑力与抗滑力相对平衡，整体处于相对稳定的状态。然而，由于崩塌体本身的岩土体性质和结构特征，如砂岩和页岩互层、节理裂隙发育等，使其存在一定的潜在不稳定因素，仍需要对其进行持续监测，关注其稳定性变化。当处于暴雨工况时，稳定性系数Fs'=1.05，崩塌体处于欠稳定状态。这是因为暴雨工况下，大量雨水入渗导致岩土体饱水，岩土体的物理力学性质发生显著变化。一方面，饱水使岩土体密度增大，增加了崩塌体的自重，从而增大了下滑力。另一方面，水对岩土体的软化作用导致其抗剪强度降低，内摩擦角和粘聚力减小，抗滑力随之降低。孔隙水压力的增加也削弱了颗粒间的有效应力，进一步降低了岩土体的稳定性。这种情况下，崩塌体发生崩塌的可能性明显增大，需要采取有效的防范措施，如加强排水系统建设，减少雨水入渗对崩塌体稳定性的影响。在地震工况下，稳定性系数Fs''=1.10，崩塌体同样处于欠稳定状态。地震作用时，地震波产生的惯性力使崩塌体受到附加的地震力作用，导致其内部应力状态发生改变。地震力作为附加荷载施加在崩塌体上，增加了下滑力，同时地震波的震动使岩体结构受到破坏，节理裂隙进一步扩展，岩体的完整性和强度降低，结构面的抗剪强度也随之下降。这些因素综合作用，使得崩塌体在地震工况下的稳定性降低，存在较大的崩塌风险。鉴于地震的突发性和强破坏性，即使稳定性系数略大于1.0，也必须高度重视其潜在的崩塌危险，制定应急预案，加强地震监测和预警，以便在地震发生时能够及时采取措施，保障人员和财产安全。通过对不同工况下崩塌体稳定性系数的对比分析，可以清晰地看出，暴雨和地震等外在因素对崩塌体的稳定性影响显著。随着这些不利因素的作用，崩塌体的稳定性系数明显降低，从基本稳定状态转变为欠稳定状态，发生崩塌的风险增大。因此，在制定防治工程措施时，应重点考虑如何降低暴雨和地震对崩塌体稳定性的影响。例如，对于暴雨工况，应加强地表和地下排水系统的设计与建设，及时排除雨水，减少岩土体饱水时间和程度；对于地震工况，可以采用加固岩体、增强结构面抗剪强度等措施，提高崩塌体在地震作用下的稳定性。同时，持续的监测工作也至关重要，通过实时掌握崩塌体的变形和稳定性变化情况，及时调整防治措施，有效降低崩塌灾害发生的风险。五、广元某崩塌防治工程措施研究5.1防治原则与目标针对广元某崩塌，防治工程遵循“安全、经济、合理”的原则。安全原则是首要考量，必须确保防治工程能够有效阻止崩塌的发生，保障周边居民生命财产安全，使崩塌体在各种工况下都能处于稳定状态。在实际工程中，如在选择锚固工程的锚索和锚杆时，严格按照相关标准进行设计和施工，确保其锚固力能够抵抗崩塌体的下滑力，防止岩体滑落。经济原则要求在满足安全的前提下，尽可能降低工程成本。通过对不同防治方案进行详细的成本核算，包括材料费用、施工费用、后期维护费用等，选择性价比高的方案。例如，在比较削坡减载和锚固工程的成本时，综合考虑工程规模、施工难度等因素，确定最经济的方案。合理原则强调防治工程要与当地的地质条件、地形地貌、生态环境相适应。在设计排水系统时，充分考虑当地的水文地质条件，合理布置排水管道和截水沟，确保排水效果的同时，减少对周边生态环境的破坏。防治工程的目标明确，一是保障安全，通过有效的工程措施，使崩塌体达到稳定状态，消除崩塌隐患，避免人员伤亡和财产损失。根据稳定性评价结果，当崩塌体在暴雨、地震等不利工况下的稳定性系数提高到1.2以上时，可认为达到了保障安全的目标。二是减少损失，对已发生崩塌的区域，及时清理堆积物，恢复交通和生产生活秩序；对潜在崩塌区域，提前采取防护措施，降低崩塌可能造成的经济损失。如在崩塌体周边设置拦挡结构，拦截可能滚落的石块，减少对周边建筑物和道路的破坏。同时，防治工程还应注重生态环境保护，尽量减少工程施工对自然环境的扰动，在工程结束后，及时进行植被恢复，实现工程与生态的协调发展。5.2防治工程措施比选5.2.1清除与卸载清除危岩是一种较为直接的防治方法，通过人工或机械手段，将处于不稳定状态的危岩从坡体上移除，从而消除崩塌隐患。其原理在于直接去除可能引发崩塌的根源，使坡体处于相对稳定状态。卸载减重则是针对高陡且稳定性较差的坡体，通过削减坡体上部的岩土体，降低坡体的重量和重心，减小下滑力，增强坡体稳定性。清除危岩和卸载减重措施适用于崩塌体规模较小、危岩分布较为集中、且坡体整体稳定性受上部荷载影响较大的情况。例如，在一些小型崩塌隐患点，危岩体积较小且数量有限，采用人工或小型机械即可将危岩清除。对于一些因开挖等人类活动形成的高陡边坡，若上部岩土体松散，通过卸载减重可有效改善边坡稳定性。这种措施的优点是操作相对简单，效果明显，能迅速降低崩塌风险。但缺点也较为突出，清除危岩时可能会对周边岩土体造成扰动，引发新的不稳定因素；卸载减重工程规模较大时，工程量大，成本较高，且可能会对周边环境造成较大破坏，如破坏植被、改变地形地貌等。5.2.2支挡与加固支挡与加固措施是通过增强崩塌体的抗滑力和整体稳定性来防治崩塌。锚杆是将钢筋或钢索等材料插入预先钻好的孔中，然后注入水泥砂浆，使锚杆与岩体紧密结合，利用锚杆的锚固力来抵抗岩体的下滑力。锚索则是一种更为强大的锚固手段，通过施加预应力，将岩体与稳定的地层锚固在一起，提高岩体的稳定性。挡土墙则是在坡脚或潜在滑动面附近设置的结构物，依靠自身重力和结构强度来阻挡崩塌体的下滑。锚杆适用于浅层崩塌体的加固，当岩体中存在一定深度的稳定锚固层时，锚杆能够有效发挥锚固作用。锚索则常用于深层、大型崩塌体的加固，其施加的预应力可以更好地约束岩体变形，提高岩体的整体稳定性。挡土墙适用于坡脚稳定性较差、崩塌体规模不大且主要以滑动形式失稳的情况。这些支挡加固措施的优点是能够有效增强崩塌体的稳定性，适用范围较广。但锚杆和锚索施工技术要求较高，对锚固深度、锚固角度等参数要求严格，施工质量难以保证时，加固效果会大打折扣。挡土墙的缺点是占地面积较大，对场地条件有一定要求，且在遭遇较大规模崩塌时，可能无法承受巨大的冲击力。5.2.3排水工程排水工程包括地表排水和地下排水。地表排水主要通过设置截水沟、排水沟等设施，将坡面的地表水迅速引离崩塌体范围，减少地表水入渗对坡体稳定性的影响。截水沟一般设置在崩塌体后缘及周边，拦截地表水，使其不进入崩塌体区域；排水沟则沿坡面布置，将地表水有序排出。地下排水则通过设置排水孔、排水盲沟、仰斜式排水孔等设施，降低地下水位，减少地下水对岩土体的软化、潜蚀作用，降低孔隙水压力，提高岩土体的抗剪强度。排水工程的设计思路是根据崩塌体所在区域的地形地貌、水文地质条件，合理规划排水路径和设施布局。对于地形起伏较大的区域，截水沟和排水沟的坡度要合理设置，以保证排水畅通。在地下水丰富的地区，排水孔和排水盲沟的间距和深度要根据地下水位和岩土体的透水性来确定。排水工程对崩塌防治具有重要作用，通过减少地表水和地下水对坡体的不利影响，能够有效提高崩塌体的稳定性。但排水工程的维护成本较高，需要定期清理排水设施，防止堵塞。5.2.4拦挡工程拦挡工程是在崩塌体可能滚落的路径上设置拦挡结构，拦截滚落的石块，减少其对周边环境和设施的破坏。拦石墙一般采用块石或混凝土砌筑而成，依靠自身重力和结构强度来阻挡落石。被动防护网则是一种柔性防护结构，由钢丝绳网、锚杆等组成，能够吸收和分散落石的冲击力。拦石墙适用于崩塌规模较大、落石冲击力较强的区域，如交通要道、居民区等周边。被动防护网适用于地形复杂、不适宜修建拦石墙的区域，以及对景观要求较高的地段。拦挡工程的优点是能够直接拦截落石，保护下游的人员和设施安全。但拦石墙的高度和强度需要根据落石的冲击力进行设计，若设计不合理，可能无法有效拦截落石。被动防护网的缺点是使用寿命有限，在长期的风吹日晒和落石冲击下，防护网的性能会逐渐下降。5.2.5各措施比选结果从技术角度来看，清除与卸载措施对小型崩塌体效果显著，但对大型崩塌体或复杂地质条件适应性差。支挡与加固措施技术成熟，能有效提高崩塌体稳定性，但施工技术要求高。排水工程是崩塌防治的基础，对各种情况都有辅助作用，但单独使用效果有限。拦挡工程能直接拦截落石，保障下游安全，但需准确评估落石冲击力。在经济方面，清除与卸载措施工程量大时成本高，且可能破坏环境导致后期生态修复成本增加。支挡与加固措施中，锚索、锚杆成本相对较高，挡土墙成本则与规模和材料有关。排水工程一次性投资相对较小，但维护成本需长期考虑。拦挡工程中，拦石墙成本与规模和材料相关，被动防护网成本相对较低。施工难度上，清除与卸载在地形复杂区域施工困难，且易造成二次破坏。支挡与加固施工技术复杂，对施工人员技能要求高。排水工程施工相对简单，但需准确掌握水文地质条件。拦挡工程中，拦石墙施工受地形和材料运输影响，被动防护网施工相对便捷。综合考虑，对于广元某崩塌体，由于其处于交通要道附近，且存在一定规模的不稳定岩体。建议采用“支挡与加固+排水工程+拦挡工程”的综合防治方案。在坡体上采用锚杆和锚索进行加固，增强岩体稳定性；设置完善的地表和地下排水系统，减少水对坡体的影响；在坡脚和可能的落石路径上设置拦石墙和被动防护网，拦截滚落的石块，保障交通要道和周边居民安全。这种综合方案能够充分发挥各措施的优势，有效防治崩塌灾害。5.3防治工程设计方案5.3.1总体设计思路广元某崩塌防治工程总体设计思路是综合运用多种防治措施，针对崩塌体的成因机制和稳定性状况，进行系统、全面的治理，以达到消除崩塌隐患、保障周边区域安全的目的。鉴于该崩塌体由砂岩和页岩互层组成，岩土体性质差异大，节理裂隙发育，且受降雨、地震等因素影响显著。首先，通过锚固工程增强岩体的整体性和稳定性，利用锚杆和锚索将不稳定岩体与稳定地层锚固在一起，抵抗岩体的下滑力。在坡体上按一定间距和角度钻孔，插入锚杆和锚索，注入高强度的水泥砂浆，使锚杆、锚索与岩体紧密结合，形成一个整体，提高岩体的抗滑能力。针对降雨入渗导致岩土体强度降低和孔隙水压力增大的问题，设计完善的排水系统。地表排水方面，在崩塌体周边及后缘设置截水沟，拦截地表水，使其不流入崩塌体区域；在坡面上根据地形和汇水情况，合理布置排水沟，将坡面径流迅速引离。地下排水通过设置排水孔和排水盲沟，降低地下水位，减少地下水对岩土体的软化和潜蚀作用。排水孔采用仰斜式，深入到地下水位以下，将地下水引出；排水盲沟则填充透水性好的材料，如碎石、粗砂等，引导地下水流动。考虑到崩塌体一旦发生崩塌，滚落的石块可能对周边交通要道和居民造成危害，在坡脚和可能的落石路径上设置拦挡结构。在交通要道附近设置坚固的拦石墙，拦石墙采用混凝土或块石砌筑，根据落石的冲击力和规模，合理设计其高度、厚度和基础深度。在地形复杂或对景观要求较高的区域，采用被动防护网，其由钢丝绳网、锚杆等组成，能够吸收和分散落石的冲击力，保护下游区域安全。在整个防治工程设计过程中，充分考虑各防治措施之间的协同作用。锚固工程提高岩体稳定性，减少崩塌发生的可能性；排水工程降低水对坡体的不利影响，为锚固工程和拦挡工程创造良好条件；拦挡工程则是在崩塌发生时的最后一道防线，有效保护下游的人员和设施。同时，注重防治工程与周边环境的协调，尽量减少工程施工对自然环境的扰动，在工程结束后，及时进行植被恢复，实现工程与生态的和谐发展。5.3.2具体工程设计锚固工程：采用预应力锚索和锚杆相结合的锚固方式。预应力锚索用于深层加固，锚杆用于浅层加固。预应力锚索选用高强度、低松弛的钢绞线，直径为15.24mm，每束由7根钢绞线组成。锚索钻孔直径为130mm，倾角为20°-30°，锚固段长度不小于8m，自由段长度根据坡体实际情况确定，一般为5-10m。锚索张拉锁定值为设计拉力的0.7-0.8倍，张拉过程中严格控制张拉力和伸长量，确保锚索的锚固效果。锚杆采用HRB400钢筋，直径为25mm。锚杆钻孔直径为40mm，间距为2m×2m，呈梅花形布置。锚杆长度根据岩体破碎程度和稳定性确定，一般为3-5m，锚固段长度不小于1.5m。锚杆安装时，先将钢筋插入钻孔，然后注入M30水泥砂浆，确保钢筋与岩体紧密粘结。施工工艺方面，锚索和锚杆钻孔采用潜孔钻机，钻孔过程中保证孔位、孔径、孔深和倾角符合设计要求。钻孔完成后，对孔内进行清洗，清除岩粉和杂物。锚索安装时，将钢绞线和注浆管一并放入孔内，然后进行注浆。注浆材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥配制的水泥净浆，水灰比为0.4-0.5。注浆压力不小于0.5MPa，确保浆液充满锚固段。锚杆安装完成后，及时进行拉拔试验，检验锚杆的锚固力是否满足设计要求。质量控制要求：锚索和锚杆的材质、规格必须符合设计要求，有产品合格证和质量检验报告。钻孔过程中，每钻进5m测量一次孔斜，确保孔斜偏差不超过3%。注浆过程中，记录注浆量和注浆压力，如发现注浆量不足或压力异常，及时查找原因并处理。锚索张拉时，采用张拉力和伸长量双控，实际伸长量与理论伸长量的偏差应控制在±6%以内。锚杆拉拔试验的数量不小于锚杆总数的1%，且不少于3根，拉拔力应达到设计值的90%以上。排水工程：地表排水系统由截水沟和排水沟组成。截水沟设置在崩塌体后缘及周边，采用浆砌片石结构，断面尺寸为0.6m×0.6m（宽×深），沟底纵坡不小于0.3%。截水沟内侧采用M10水泥砂浆抹面，厚度为20mm，防止渗漏。排水沟沿坡面布置，采用C20混凝土浇筑，断面尺寸根据坡面汇水面积计算确定，一般为0.4m×0.4m（宽×深），沟底纵坡不小于0.5%。排水沟每隔10-15m设置一道伸缩缝，缝宽20mm，内填沥青麻筋。地下排水系统包括排水孔和排水盲沟。排水孔采用仰斜式，孔径为75mm，间距为3m，倾角为15°-20°，深入到地下水位以下不小于2m。排水孔内安装直径为50mm的PVC花管，花管外包裹滤网，防止堵塞。排水盲沟设置在坡体内部，采用碎石和粗砂填充，断面尺寸为0.5m×0.5m（宽×深），盲沟底部和侧面铺设土工布，防止土颗粒进入。施工工艺：截水沟和排水沟施工时，先进行沟槽开挖，然后进行基础处理和砌筑或浇筑。砌筑片石时，采用坐浆法，灰缝饱满，片石之间相互咬接。混凝土浇筑时，振捣密实，表面平整。排水孔钻孔采用地质钻机，钻孔完成后，及时安装PVC花管，并进行反滤层施工。排水盲沟施工时，先开挖沟槽，铺设土工布，然后填充碎石和粗砂。质量控制要求：截水沟和排水沟的尺寸、坡度、结构强度必须符合设计要求。砌筑片石的强度等级不低于MU30，水泥砂浆强度等级不低于M10。混凝土的配合比和强度符合设计标准。排水孔的位置、角度、深度和PVC花管的安装质量应满足要求。排水盲沟的反滤层铺设均匀，碎石和粗砂的粒径符合设计规定。定期对排水系统进行检查和清理，确保排水畅通。拦挡工程：在坡脚和交通要道附近设置拦石墙，拦石墙采用C30混凝土浇筑，基础埋深不小于1.5m。拦石墙高度根据落石的冲击力和可能的滚落高度确定，一般为3-5m，墙顶宽度为0.5m，墙背坡度为1:0.2。拦石墙每隔10m设置一道伸缩缝，缝宽20mm，内填沥青麻筋。在墙后设置缓冲层，采用碎石或砂填充，厚度为1-2m，以减轻落石对墙体的冲击力。在地形复杂或对景观要求较高的区域，采用被动防护网。被动防护网选用高强度的钢丝绳网，网孔尺寸为300mm×300mm，钢丝绳直径为8mm。防护网通过锚杆和支撑绳固定在坡面上，锚杆长度为2-3m，间距为3m×3m。支撑绳采用直径为16mm的钢丝绳，与锚杆连接牢固。施工工艺：拦石墙施工时，先进行基础开挖，然后进行钢筋绑扎和模板安装。混凝土浇筑时，分层振捣，确保墙体密实。被动防护网施工时，先根据设计要求确定锚杆位置，然后钻孔安装锚杆。安装支撑绳和钢丝绳网，将网与支撑绳和锚杆连接牢固，确保防护网的张紧度。质量控制要求：拦石墙的混凝土强度、尺寸、基础埋深等必须符合设计要求。钢筋的材质、规格和绑扎质量应满足规范规定。被动防护网的钢丝绳网、锚杆、支撑绳等材料的质量必须合格，有产品检验报告。防护网的安装牢固，张紧度适中，无松弛现象。定期对拦石墙和被动防护网进行检查，如发现墙体裂缝、防护网破损等问题，及时进行修复。六、防治工程效果预测与监测方案6.1防治工程效果预测为了准确预测广元某崩塌防治工程实施后的效果，采用数值模拟方法，利用有限元软件ANSYS建立崩塌体的三维模型。该模型充分考虑了崩塌体的地层岩性、结构面特征以及防治工程措施的影响。在模型中，根据现场勘查和室内试验确定的岩土体物理力学参数，对砂岩和页岩赋予相应的材料属性。砂岩的弹性模量设置为1.8×10⁴MPa，泊松比为0.25，密度为2.55g/cm³；页岩的弹性模量为0.6×10⁴MPa，泊松比为0.30，密度为2.40g/cm³。对于结构面，采用节理单元进行模拟，考虑其抗剪强度和变形特性。针对防治工程措施，在模型中添加锚固单元模拟锚索和锚杆的作用，锚固单元的参数根据设计方案进行设置，如锚索的预应力、锚杆的锚固长度等。同时，模拟排水系统的作用，通过设置渗流边界条件，降低地下水位，减少孔隙水压力。拦挡结构则通过在坡脚和可能的落石路径上设置刚性边界来模拟。模拟不同工况下崩塌体的稳定性变化，包括天然工况、暴雨工况和地震工况。在天然工况下，模型仅考虑崩塌体的自重和初始地应力。模拟结果显示，防治工程实施后，崩塌体内部的应力分布更加均匀，最大主应力和最小主应力的差值减小，表明岩体的稳定性得到提高。通过计算得到崩塌体的稳定性系数为1.45，相比防治工程实施前的1.25有明显提升，说明在天然工况下，防治工程能有效增强崩塌体的稳定性。在暴雨工况下，模型考虑雨水入渗导致岩土体饱水，物理力学性质发生变化。饱水后的砂岩密度增加到2.65g/cm³，内摩擦角降低至28°，粘聚力降至80kPa；页岩密度增加到2.50g/cm³，内摩擦角降至20°，粘聚力降至30kPa。模拟结果表明，虽然雨水入渗对崩塌体稳定性有一定影响，但由于排水系统的作用，地下水位得到有效控制，孔隙水压力增加幅度较小。此时崩塌体的稳定性系数为1.28，仍处于稳定状态，说明防治工程在暴雨工况下能够有效抵御雨水的不利影响，保障崩塌体的稳定。对于地震工况，模型按照地震影响系数0.1施加水平地震力。模拟结果显示，地震作用下崩塌体的应力应变分布发生明显变化，但由于锚固工程的加固作用，岩体的整体性得到增强，能够承受一定的地震力。计算得到地震工况下崩塌体的稳定性系数为1.22，处于稳定状态，表明防治工程在地震工况下也能发挥较好的作用，降低崩塌发生的风险。通过数值模拟分析可知，广元某崩塌防治工程实施后，在天然、暴雨和地震等不同工况下，崩塌体的稳定性均得到显著提高，能够有效防止崩塌灾害的发生，保障周边居民生命财产安全和交通要道的畅通。6.2监测方案设计6.2.1监测目的与内容监测目的在于实时掌握广元某崩塌体的稳定性变化，及时捕捉灾害发生前的征兆信号，为崩塌防治工程效果评估提供数据支持，保障周边居民生命财产安全和交通要道的正常运行。通过持续监测，能够准确了解崩塌体在自然因素（如降雨、地震）和人为因素（如工程活动）作用下的变形趋势，提前预测崩塌灾害的发生，以便采取有效的预警和应急措施。监测内容涵盖多个关键方面。位移监测是核心内容之一，包括水平位移和垂直位移。在崩塌体表面及内部布置多个监测点，通过监测点的位移变化，分析崩塌体的整体移动趋势和局部变形情况。如在崩塌体后缘、中部和前缘等关键部位设置监测点，若后缘监测点的水平位移在短时间内急剧增加，可能预示着崩塌体后缘的张拉裂缝正在扩展，有发生崩塌的风险。应力监测同样重要，监测崩塌体内部的应力变化，能够了解岩体的受力状态。在节理裂隙发育部位和潜在滑动面附近布置应力计，当应力超过岩体的极限强度时，崩塌体可能发生破坏。例如，在潜在滑动面处监测到的剪应力逐渐增大，接近岩体的抗剪强度，表明崩塌体处于不稳定状态。地下水位监测也是必不可少的环节，掌握地下水位的变化，可分析地下水对崩塌体稳定性的影响。在崩塌体周边及内部设置水位监测孔，当降雨后地下水位迅速上升，可能导致岩土体饱水，抗剪强度降低，孔隙水压力增大，从而增加崩塌的风险。降雨量监测能够记录降雨过程和强度，为分析降雨与崩塌体变形的相关性提供数据。通过雨量计记录每次降雨的降雨量和降雨历时，研究当降雨量达到一定阈值时，崩塌体位移、应力等参数的变化规律。此外，还对崩塌体的裂缝开展监测，包括裂缝的宽度、长度和深度变化。在裂缝两侧设置观测标志，定期测量裂缝宽度，若裂缝宽度持续增大，说明崩塌体的变形在加剧，稳定性在降低。6.2.2监测方法与仪器位移监测采用全站仪和GPS相结合的方法。全站仪利用极坐标法，通过测量水平角、竖直角和距离，确定监测点的三维坐标。其优点是测量精度高，能够精确测量监测点的微小位移变化。例如，在崩塌体表面的监测点布置反射棱镜，全站仪可对棱镜进行精确照准和测量，精度可达毫米级。GPS则基于卫星定位原理，通过接收多颗卫星信号，实时获取监测点的三维坐标。它不受通视条件限制，可实现远程、实时监测。在地形复杂、难以通视的区域，GPS能发挥独特优势，如在崩塌体内部的隐蔽监测点，可通过安装GPS接收机进行监测。应力监测选用振弦式应力计。其工作原理是利用钢弦的振动频率与所受应力的相关性，当应力计受到应力作用时，钢弦振动频率发生变化，通过测量频率变化可计算出应力大小。在钻孔中安装应力计时，将应力计与岩体紧密接触，确保能够准确测量岩体的应力变化。例如，在潜在滑动面附近的钻孔中，将应力计固定在孔壁上，实时监测该部位的应力变化。地下水位监测使用水位计。常用的水位计有浮子式水位计和压力式水位计。浮子式水位计通过浮子随水位升降，带动钢丝绳转动，通过计数器记录水位变化。压力式水位计则根据水压力与水位的关系，通过测量水压力计算水位。在地下水位监测孔中安装水位计时，确保水位计的探头位于地下水位以下，且安装牢固，避免受到水流冲击和人为破坏。降雨量监测采用翻斗式雨量计。其工作原理是通过翻斗的翻转次数来计量降雨量，每翻转一次，记录一定量的降雨量。将雨量计安装在空旷、无遮挡的地方，确保能够准确接收降雨，如在崩塌体周边的开阔地带，将雨量计固定在支架上，离地面一定高度，避免地面径流的影响。裂缝监测采用裂缝计。裂缝计有多种类型，如电阻式裂缝计、振弦式裂缝计等。以电阻式裂缝计为例，它通过测量电阻变化来反映裂缝宽度的变化。在裂缝两侧的岩体上固定裂缝计的两端，当裂缝宽度变化时，电阻发生改变，通过测量电阻可计算出裂缝宽度。在裂缝监测过程中，定期检查裂缝计的连接是否牢固，数据传输是否正常。6.2.3监测频率与预警值监测频率根据不同阶段进行合理确定。在防治工程施工前，为全面掌握崩塌体的初始状态，每周监测2-3次。此时，通过对崩塌体位移、应力等参数的多次测量，建立初始数据基准，为后续监测提供对比依据。施工期间，由于工程活动可能对崩塌体稳定性产生影响，增加监测频率至每天1次。密切关注施工过程中崩塌体的变形响应，如在进行锚固工程钻孔时，若发现位移监测数据出现异常变化，及时停止施工，分析原因并采取相应措施。防治工程竣工后初期，每2-3天监测1次。这一阶段主要是评估防治工程对崩塌体稳定性的改善效果，观察崩塌体在新的受力条件下的变形趋势。随着时间推移，若崩塌体稳定性良好，可适当降低监测频率至每周1次。在暴雨、地震等特殊时期，如遇日降雨量超过50m