缓倾角层状岩质边坡小危岩体失稳破坏模式与稳定性评价

第25卷第8期岩石力学与工程学报V ol.25 No.8 2006年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2006缓倾角层状岩质边坡小危岩体失稳破坏模式与稳定性评价刘宏，宋建波，向喜琼(贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室，贵州贵阳 550003)摘要：缓倾角层状岩质边坡是小危岩体出露的主要坡型之一。

影响小危岩体失稳破坏的主要因素为边坡地形条件、地层岩性和岩体结构，诱发因素有暴雨、地震和人工开挖等。

小危岩体失稳破坏的基本模式可概化为倾倒–崩落、拉裂–崩落和滑落–崩落3种。

当缓倾内层状岩质边坡的岩层较厚，岩性呈软硬互层状产出，或岩层间软弱夹层较厚时，常发生倾倒–崩落式破坏；当缓倾内层状岩质边坡的岩层较薄，且岩性较均一，或层间结构面力学性质较好时，常发生拉裂–崩落式破坏；当缓倾角层状岩质边坡岩层倾向坡外时，在陡倾构造节理和风化卸荷裂隙切割下，常发生滑移–崩落式破坏。

针对这3种破坏模式，提出相应的稳定性评价理论和方法。

最后，以一修理厂陡崖边坡为例，系统阐述缓倾角层状岩质边坡小危岩体稳定性评价理论和方法。

关键词：岩石力学；缓倾角层状岩质边坡；小危岩体；失稳破坏模式；稳定性评价中图分类号：TU 457 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)08–1606–06 FAILURE MODEL AND STABILITY EVALUATION OF SMALL INSTABLE ROCKS DISTRIBUTED IN LOW-ANGLED STRATOFABRIC ROCK SLOPELIU Hong，SONG Jianbo，XIANG Xiqiong(Key Laboratory of Karst Environment and Geohazard Prevention，Ministry of Education，Guizhou University，Guiyang，Guizhou550003，China)Abstract：Usually，there are densely distributed small instable rocks in a low-angled stratofabric rock slope. Topographical condition，lithologic characteristics and rock mass structure of the slope control small instable rocks′ stability，and the influencing factors include strong rainfall，earthquake，and human′s cutting works，etc.. The failure models for a small instable rock distributed on a low-angled stratofabric rock slope are suggested with tilting-collapsing，splitting-collapsing and sliding-collapsing. If the slope′s rockmass is low counter-inclined or thick-interbedded with soft interlayer，its failure model is inclined to be tilting-collapsing；if the slope′s rockmass is homogeneous and thin-bedded with hard discontinuity，its failure model is inclined to be splitting-collapsing；if the slope′s rockmass is low sequence-inclined with densely deep tectonic joints and weathering fissures，its failure model is inclined to be sliding-collapsing. Then，the stability evaluation methods for these failure models are deduced respectively. By taking a steep slope behind the reparation workshop for example，the stability evaluation methods for small instable rocks distributed on low-angled stratofabric rock slope are systematically discussed. The research result shows，it is indispensable to investigate rockmass structure and analyze slope′s failure model in small instable rocks′ stability evaluation.Key words：rock mechanics；low-angled stratofabric rock slope；small instable rock；failure model；stability evaluation收稿日期：2005–04–04；修回日期：2005–07–23作者简介：刘宏(1976–)，男，博士，1997年毕业于兰州大学地质工程系水文地质与工程地质专业，现任副教授，主要从事岩土体稳定性评价、地质灾害防治等方面的教学与研究工作。

E-mail：liuhsohu1234@第25卷第8期刘宏等. 缓倾角层状岩质边坡小危岩体失稳破坏模式与稳定性评价 • 1607 •1 引言小危岩体是指规模较小的危岩体[1]。

虽小危岩体规模较小，体积由数立方米至数十、数百立方米不等，但对山区公路、铁路和城镇的危害却不容忽视。

如1981年8月16日，宝成线军师庙车站后200 m 高山坡上发生1.85 m3小危岩体崩落，落石击穿164次列车车厢，造成旅客1死21伤重大伤亡事故；1983年8月19日，襄渝铁路巴山—达县段线路右侧82 m 高山坡上发生12.6 m3小危岩体崩落，将楠木桥第一孔梁全部击毁，中断行车22小时58分[2]；重庆市綦江县隆盛区承丰乡一工厂后山坡上分布的小危岩体，严重危协工厂安全。

但与较大规模危岩体相比，小危岩体崩落灾害还未受到足够重视，国内外众多学者对较大规模危岩体展开大量而系统的研究工作[3～11]，如长江三峡链子崖危岩体，从地质环境、模型试验、数值模拟与防治技术等方面进行深入研究，堪称危岩研究的典范；而对小危岩体失稳破坏模式、失稳破坏发生机制、稳定性计算与小危岩体崩落灾害防治等方面研究工作仍较薄弱。

本文系统阐述缓倾角层状岩质边小危岩体失稳破坏的主要影响因素、基本模式及其稳定性评价，并以一修理厂陡崖边坡为例，开展缓倾角层状岩质边坡小危岩体稳定性评价。

2 破坏及失稳的影响因素危岩体分布与崩落的主要影响因素有地形条件、地层岩性、地质构造与风化卸荷、降雨、地下水、地震和人工开挖等，其中降雨、地震和人工开挖为诱发因素[5，6]。

缓倾角岩质边坡地层倾角较小，尤其是缓倾内边坡，在一般情况下，边坡的整体稳定性较好[7]。

但由于缓倾角边坡特殊的岩体结构和地层岩性，多形成高大陡峭或阶梯状斜坡(边坡)，为小危岩体形成提供极为有利的地形条件；加之受地质构造作用和不同岩层或岩层界面的差异性风化卸荷作用，使缓倾角岩质边坡在局部坡面上，极易形成众多深浅不一的凹岩腔。

这些凹岩腔的产生和发展，使得凹岩腔上覆岩体逐渐发展为小危岩体，并在降雨、地震或人工开挖等诱发因素下，发生小危岩体崩落。

如由厚层砂岩组成的宜宾市营盘山陡崖边坡，最高达110 m，沿陡崖面走向宽400 m，在坡面上分布有数十处1～3 m深凹岩腔，在陡崖坡脚处，可见大小不一的崩落岩块；由互层状中厚层砂岩和泥岩组成的成都—南充高速公路冯店边坡，最高80 m，为三级宽20～40 m阶梯状缓坡和二级20～30 m高的陡坡组成，薄层泥岩出露的坡面上，亦分布有众多的凹岩腔，陡缓坡段交界处也可见大小不一的崩落岩块。

大量工程实践表明，缓倾角岩质边坡在陡缓斜坡交界处，大多分布有大小不一的崩落岩块。

因此，缓倾角岩质边坡是小危岩体出露的主要坡型之一。

3 失稳破坏机制与基本模式国内外众多学者对较大规模危岩体失稳破坏机制与基本模式进行大量研究，并取得极为可贵的研究成果。

如胡厚田[2]在危岩体失稳破坏机制基础上，提出倾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓胀式崩塌、拉裂式崩塌和错断式崩塌5种基本模式。

针对缓倾角层状岩质边坡特殊情况，本文认为，小危岩体失稳破坏的基本模式可概化为倾倒–崩落、拉裂–崩落和滑移–崩落3种。

3.1倾倒–崩落当缓倾内层状岩质边坡的岩层较厚，岩性呈软硬互层状产出，且岩层间软弱夹层较厚时，在相对贯通的陡倾构造节理或风化卸荷裂隙切割下，坡面上常发育有以层面或夹层为底界的突出岩体。

当岩层面或夹层在地下水、大气降雨和气温等风化营力作用下，将逐渐软化甚至发生泥化，形成软弱结构面、泥化结构面和泥化夹层，与之相对应的是这些结构面的变形模量也将逐渐降低，当岩体底部软弱夹层变形模量过低。

发生较大压缩变形后，突出岩体将从较稳定的缓倾内结构逐渐过渡到较不稳定的缓倾外结构，并在降雨、地震和人工开挖等诱发因素作用下，易于进一步转动崩落或沿夹层面滑移崩落(见图1)。

这种小危岩体失稳破坏的基本模式可概化为倾倒–崩落，且当岩体由缓倾内结构向缓倾外结构转变时，是小危岩体形成与发展的重要标志。

3.2拉裂–崩落当缓倾内层状岩质边坡的岩层较薄，岩性均一，且层间结构面力学性质较好时，在陡倾构造节理和风化卸荷裂隙切割下，坡面上也常发育有以层面或夹层为底界的突出岩体。

由于这些突出岩体底界岩层面和夹层力学性质较好，所发生的压缩变形量有• 1608 • 岩石力学与工程学报 2006年S—砂岩；In—夹层；G—岩块自重；E H—水平向地震力；E V—铅垂向地震力；力；W—裂隙水推力；P—上覆岩体压应力；σmax—C点压应力图1 小危岩体倾倒–崩落破坏力学模型Fig.1 Failure mechanical model of small tilting-collapsing instable rock限，以致突出岩体难以发生较大转动而倾倒。