毕节市南部某地危岩的稳定性分析及防治措施研究.pdf

Value Engineering0 引言研究区地处毕节市南部，属云贵高原黔中山原中部，2008 年以来，在自然因素影响下和人为工程活动诱发下，陡崖段岩体时常发生小规模崩塌及零星落石，对居住于陡崖脚、陡斜坡中下部的居民及乡村道路的安全构成了严重威胁。为了对该崩塌体有效治理提供依据，本文对该崩塌体的稳定性进行研究旨在为崩塌灾害防治奠定一定的理论基础1。1 研究区地质条件1.1 地形地貌研究区内山峦起伏，沟谷纵横，地势总体表现为北西高南东低，属于中山缓坡地貌，最高处标高 1910.2m，最低处位标高 1390m。相对高差 432.2m，地形起伏大，地形复杂。受剥蚀、侵蚀、风化、崩塌作用影响，在高程 1760.0耀1910.0m 之间形成陡崖，陡壁近于直立。陡崖以上斜坡坡度 3040毅，陡崖以下斜坡坡度 2535毅。斜坡坡脚一带为耕地、林地，斜坡植被主要是灌木，分布少量乔木。1.2 地层据区域资料及调查结果，研究区出露地层由新到老依次为第四系（Q）、三叠系下统永宁镇组（T1yn）、二叠系上统长兴+大隆组（P3c+d）、二叠系上统龙潭组（P3l）、二叠系中统峨眉山玄武岩组（P3茁）。1.3 水文地质条件根据地下水的赋存条件、水理性质和水力特征，研究区地下水类型可分为松散岩类孔隙水、岩溶水和基岩裂隙水三大类。受采煤影响，勘查区地下水下渗至采煤巷道及采空区内，地下水水位埋深较大，对崩塌危岩带稳定性影响较小，但上层滞水对崩塌危岩带稳定性影响较大。1.4 工程地质条件根据研究区内出露岩石的力学强度、物理力学性质、岩性及其组合，将区内岩性划分为松散岩类工程地质岩组、软硬相间岩类工程地质岩组、硬质岩类工程地质岩组。淤松散岩类工程地质岩组。岩性为残坡积体和崩塌堆积残坡积主要为混杂的块石、粘土，崩塌堆积主要成分为灰岩、泥灰岩、粉砂岩、粉砂质泥岩等，结构松散，孔隙度高，力学强度低，工程地质性质差，易产生滑塌、滑坡地质灾害。于软质岩类工程地质岩组。岩性为粉-细砂岩、粉砂岩及粘土质粉砂岩、菱铁质粉砂岩、泥岩、炭质泥岩与煤层组成，力学强度相对较低，易产生崩塌、滑塌、滑坡地质灾害。盂软硬相间岩类工程地质岩组。岩性为泥灰岩、砂质泥岩夹灰岩，岩体力学强度差异大，易产生滑坡、崩塌地质灾害，勘查区崩塌（危岩）带主要发育于该地岩组内。榆硬质岩类工程地质岩组。岩性为灰岩/玄武岩，岩石力学强度高，抗风化能力强，处于较高较陡斜坡时易产生崩塌地质灾害。1.5 地质构造与地震研究区地处扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区，褶皱和断裂均较发育，构造线方位变化较大。研究区位于银场沟背斜南西翼，索桥河断裂南东翼，阳场断裂北西翼。不明性质断层呈北东穿过勘查区，两翼产状变化不大，地层产状 62毅蚁18毅。经研究，区内构造节理发育，其中倾向 200耀210毅、290耀300毅两组节理是形成陡崖的控制性节理，与岩层层面贯通或局部贯通，将岩体切割成了大小不一的块石，破坏了岩体的完整性，陡崖带为三叠系下统夜郎组中部为灰岩，上下部为泥灰岩、砂质泥岩，中部硬、上下软的地质结构在长期差异性风化作用下形成临空面，为危岩体的发育提供条件。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2015），峰值加速度 0.05g（地震基本烈度为遇度），反应谱特征周期0.45s，属地壳稳定区域。2 研究区内崩塌分布特征危岩崩塌是贵州省煤矿开采引发的主要地质灾害类型之一2。研究区落差高达 432.2m，极易形成高位崩塌。高位崩塌是一种致灾能力极强的地质灾害，其隐蔽性高、运要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院刘倩（1989-），女，山西忻州人，工程师，主要从事水工环地质工作。毕节市南部某地危岩的稳定性分析及防治措施研究Stability Analysis of Collapsed Dangerous Rock in a Place South of Bijie City刘倩 LIU Qian（毕节市水务服务中心，毕节551700）（Bijie Water Service Center，Bijie 551700，China）摘要院危岩崩塌是贵州省煤矿开采引发的主要地质灾害类型之一，本文通过对毕节市南部某地危岩崩塌地质灾害调查及稳定性分析评价，得出崩塌区危岩主要破坏形式为倾倒式，目前处于欠稳定状态，为之后的防治工作提供依据。Abstract:Dangerous rock collapse is one of the main types of geological hazards caused by coal mining in Guizhou Province.Based onthe investigation and stability analysis and evaluation of the geological hazards of dangerous rock collapse in a place in the south of BijieCity,this paper concludes that the main failure form of dangerous rock in the collapse area is tipping type,which is currently in an unstablestate,providing a basis for the prevention and control work in the future.关键词院崩塌；分布特征；稳定性分析Key words:crumble；distribution characteristics；stability analysis中图分类号院P642.21文献标识码院A文章编号院1006-4311（2023）23-029-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.23.010价值工程动距离远、破坏力强、防范难度大，极易导致重大的人员伤亡及财产损失3。研究区危岩沿陡崖呈带状分布，分布高程约为 1532.001962.00m 间，呈北西向南东分布，坡向 185毅270毅，自然坡度 30毅90毅，由于危岩区范围较广，且相对较分散。根据详细调查、测绘、三维激光扫描，结合航空摄影技术，基本查清了危岩体的分布情况，结合三维激光扫描采集的三维数据进行危岩体识别，以岩体节理裂隙等结构为单体边界，圈定危岩体范围。2.1 危岩带分布特征通过详细勘查，基本查清了研究区内崩塌（危岩）带的分布数量、分布特征、规模、物质组成以及破坏形式。鉴于研究区面积较大，崩塌危岩体分布点多面广，规模大小不一，破坏方式也不尽相同，一一叙述显得累赘，选择典型的、最危险的、具有代表性的危岩带进行叙述。WYD 位于毕节市南部某地北东面大偏坡陡崖中上部，分布高程 1740.00耀1904.60m，宽 452m，高 10.00耀160.00m，平均高度 98.00m，厚 7.00耀83.00m，平均厚约 42m，体积186.04伊104m3，崩塌方向为 217毅。陡崖带为三叠系下统夜郎组灰岩、泥灰岩夹粉砂岩。岩体节理裂隙发育，其中一组“X”型共轭裂隙产状为：70毅蚁65毅、250毅蚁70毅，受裂隙切割，陡崖面岩体破碎，零星分布危岩体。陡崖顶部出现裂缝，长139m，宽 0.1耀0.5m。如图 1 所示。2.2 危岩体分布特征危岩体 WYT1、WYT2、WYT3 分布于某地北东面大偏坡陡崖危岩带 WYD 处，平面形态呈不规则状，节理裂隙发育，部分底部凹陷。选择典型的、最危险的、具有代表性的危岩进行叙述，见表 1。3 研究区内崩塌的稳定性分析与评价3.1 危岩带稳定性定性分析定性分析认为，大部分危岩体临空高度大，部分危岩与母岩完全分离，大部分裂缝长且宽，贯穿整个危岩，部分危岩带顶部裂缝发育较宽较深，仅由底部一段与母岩连接。随着基座岩石的不断风化剥落，强度不断降低，岩腔不断扩大，在卸荷作用下，顶部裂缝宽度随之增大，重心外移。在降雨、震动等不利因素诱发下，宏观上分析稳定性差，发生崩塌的可能性大。3.2 赤平极射投影分析对危岩带（体）进行赤平投影分析。该岩层产状 75毅蚁25毅崩塌方向 209毅，倾角 89毅，受区域地质构造影响，节理发育，根据对研究区岩体节理裂隙的统计、分析，最主要的节理有 3 组，JL1：230毅蚁68毅、JL2：194毅蚁88毅、JL3：203毅蚁62毅，根据结构面与坡面的赤平投影分析见图 2。根据赤平投影图可知：在 JL1、JL2、JL3 岩层面的组合切割下，裂隙切割岩体成块体状有可能发生滑移或倾倒，危岩带下方有采空区及巷道，可能出现大规模的整体失稳。3.3 崩塌体稳定性计算3.3.1 计算工况的选取综合分析崩塌体特征及荷载情况，确定以下三种计算工况来分析评价崩塌的稳定性：工况一：自重状态；工况二：自重+暴雨状态（岩体自重+暴雨）；工况三：自重+震动状态（岩体自重+暴雨+震动）（震动：井工开采爆破震动。）研究区内崩塌的主要破坏方式为倾倒式。3.3.2 计算参数计算参数的取值根据试验资料结合野外调查来综合确定。表1崩塌危岩体基本特征一览表序号危岩体编号分布高程（m）宽度（m）高度（m）厚度（m）体积（m3）规模 破坏形式崩塌方向（毅）危害对象变形破坏特征1WYT11832.00耀1846.0021.0012.002.00504.00小型倾倒式100.00林地、耕地、房屋及居民卸荷裂隙L4切割岩体成块体状，岩体略向外倾斜。2WYT21862.00耀1866.603.504.603.0048.00小型倾倒式75.00林地、耕地、房屋及居民风化裂隙、溶蚀发育，后缘与母岩分离，岩石面见明显裂缝。3WYT31806.60耀1808.702.702.101.8010.20小型倾倒式8.00耕地、房屋及居民、公路行人及车辆风化裂隙发育，侧缘岩石面见明显裂缝，岩石向外凸出悬空。图1危岩带WYD全景照图2 WYD危岩带赤平投影图NYCWEL2L3PML1编号 结构面名称 倾向 倾角PMYCL1L2L3坡面层面节理 1节理 2节理 3209752301942038925688862组合交棱线倾向 倾角PM-YCPM-L1PM-L2PM-L3YC-L1YC-L2YC-L3L1-L2L1-L3L2-L311929813311914410512328118728318438611102217576117Value Engineering淤工况一（自重）C=323kPa，准=28.7毅，酌=26.60kN/m3。于 工 况 二（自 重+暴 雨）C=290kPa，准=27.4毅，酌=27.60kN/m3。盂 工 况 三（自 重+震 动）C=290kPa，准=27.4毅，酌=27.60kN/m3。榆中风化危岩体抗拉强度为 ftk=2.82MPa 和饱和抗压强度为 fck=29.51MPa。3.3.3 稳定性计算崩塌（危岩体）的稳定性受多种原因制约，其稳定性计算涉及较多参数和复杂的边界条件，而确定参数的获得和边界条件的完全查明却非常困难。根据危岩体的稳定性评价，目前尚无较为合理的定量方法，根据 三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求 推荐的崩塌危岩体稳定性计算模型、计算公式进行危岩体稳定计算。因此，选择典型的、规模较大、危害性较大的、易发生倾倒式破坏的危岩体 WYT1耀WYT3 进行计算。计算模型见图 3。计算公式：3.3.4 崩塌稳定性评价根据崩塌防治工程勘查规范（T/CAGHP011-2018）4.2.1 表 1 规定，防治工程等级为玉级，通过稳定性计算，危岩体稳定性计算结果见表 2。根据上述分析判定，在自重+震动条件下整体处于欠稳定状态，危岩带上局部分布有零星危岩体，典型危岩体WYT1耀WYT3，均处于欠稳定状态，发生崩塌的可能性大。部分崩塌堆积体稳定性差，在暴雨诱发下或在上部崩塌落石撞击下发生二次崩塌的可能性较大。4 防治措施针对毕节市南部某地崩塌体的结构特征和稳定性分析结论，通过 RockFall 数值模拟分析模拟落石轨迹4，分析崩塌危岩体的崩塌路径、弹跳高度分布和撞击能量分布，最终分析得出 WYD 自崩落点起算，崩塌距离为 432m。由于崩落块石大，崩落后的弹跳高度和撞击能量大，破坏力强，随着崩落距离的增加，弹跳高度和撞击能量逐渐减小，直至停止。为有效防治该崩塌（危岩带）地质灾害隐患，保障人民群众的生命财产安全，建议采用被动网+张口型帘式网治理该危岩带。同时，治理过程中及治理完成后需要做好崩塌（危岩体）变形破坏的监测和预警，为地灾治理工程方案可行、安全可靠、经济合理提供有力依据5。5 防治效果危岩带中段曾发生崩塌，距下方公路、住户临空高度达 220m，崖脚距公路及住户较近，危岩带中段崖面布置覆盖型窗帘式柔性防护网，危岩跌落在防护系统内，钢丝绳及六边形网有效减缓石块下落速度，能有效限制落石弹跳高度，同时避免传统防护系统累积大量落石形成“鼓肚”造成二次灾害，高陡崖面上的危岩体经覆盖型帘式网的消能，崖脚设置张口型窗帘式柔性防护网，通过帘式网的覆盖、引导作用，能将落石控制在一定范围内运动，将落石引导进入预设的落石聚集区。危岩带中段坡体较陡，坡面植被少，距离公路及住户较近，采用帘式网防护，施工难度小，施工现场交通便利，施工难度不大，可操作性强。治理项目在 2020 年组织实施，于 2021 年完工，至今危岩崩塌体稳定，说明结论分析的正确性。6 结语通过对毕节市南部某地危岩带稳定性分析，危岩带在自重+震动条件下整体处于欠稳定状态时，通过被动网+张口型帘式网方式治理，经济、安全可靠，能达到防灾减灾、减轻地质灾害危害的目的。参考文献院1刘志强.崩塌危岩体形成机制分析及防治措施研究J.江西建材，2023（02）：144-145，148.2郑光，许强，巨袁臻，等援2017年8月28日贵州纳雍县张家湾镇普洒村崩塌特征与成因机理研究J援工程地质学报，2018，26（01）：223-240援3张辉，徐庆方，赵罡.纳雍鬃岭煤矿矿区高位崩塌地质灾害运动特征及数值模拟预测研究J.煤炭技术，2023，42（06）：104-107.4武中鹏，刘宏，董秀群，等.单体危岩崩塌灾害危险性评价以贵州威宁县新发乡樊家岩为例J.中国地质灾害与防治学报，2019，30（02）：30-34.5罗国峰，肖海平，黄华.某公园危岩崩塌地质灾害分析及其防治措施J.山西建筑，2015，41（03）：84-85.表2危岩体稳定性计算结果与稳定评价表破坏类型危岩带（体）工况稳定性计算稳定状态抗滑力矩 下滑力矩Fs倾倒式WYT1自重自重+震动自重+暴雨2547.182547.182547.181965.122101.792324.771.301.211.10基本稳定欠稳定欠稳定WYT2自重自重+震动自重+暴雨1576.561576.561576.561201.501273.901353.541.311.241.16基本稳定欠稳定欠稳定WYT3自重自重+震动自重+暴雨433.24433.24433.24347.10362.18380.181.251.201.14基本稳定欠稳定欠稳定图3倾倒式危岩计算模型aVbv