环境边坡危岩体勘察
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2.1 危岩体发育的主要影响因素

2.1.1 地形地貌

危岩体的发育与地形地貌条件关系密切。地形条件是危岩体形成并造成崩塌、坠落的必要条件。危岩体在陡峻的斜坡地形,如河流迅速下切的河谷地区、岸坡陡立的水库库岸地区以及人类工程活动形成的高陡边坡处最易发生。通常崩塌落石发生在坡度大于45°的边坡上,同时,边坡高度对危岩体的形成有重要影响,有关研究表明:危岩体绝大多数发育在边坡高度大于20m以上的边坡,且边坡越高形成的概率越大。地貌条件对危岩体的形成也有影响,陡峻的峡谷岸坡、山区河谷凹岸、分水岭区、冲沟岸坡和山坡陡崖处常形成危岩体。

2.1.2 地层岩性

地层岩性对危岩体的形成具有显著的控制作用。由于块状的或厚层状的,坚硬的或较坚硬的脆性岩体,可以形成陡峻的边坡,若构造节理或卸荷裂隙发育且存在临空面,适于危岩体的形成;而较软的柔性岩体,由于不能形成陡峻的边坡,较难形成危岩体。然而软硬不同岩层组合,当软岩层在下时,并且在水流冲蚀与风化等软化作用破坏下,上部坚硬岩体易形成大规模的危岩体。

2.1.3 地质构造

1.断层影响

断层带岩体因受挤压、错动等作用,十分破碎,呈大小不一的块体状;同时,断层破碎带孔隙大,常为地下水渗流的通道,使岩体强度降低,从而形成危岩体。

2.褶皱作用影响

背斜和向斜对危岩体的形成都有一定的影响。具体来说:强烈弯曲的背斜核部岩层折断,同时在岩层法向发育张性结构面,使岩体破碎。破碎岩体在地质构造、风化、震动以及水压力作用下,常形成危岩体;向斜核部岩层受到挤压,褶皱作用强烈时,向斜核部岩层也会折断,并产生一系列压张结构面,使岩体破碎,继而形成危岩体。褶皱两翼岩层呈单斜状,在岩层倾向与高陡边坡倾向一致时(高陡顺向坡),易于发育滑塌式危岩体。

2.1.4 岩体结构

危岩体发育与岩体结构关系紧密,不同类型岩体结构条件下发育的危岩体形式不同,发育的密度也不同。陡倾坡外的层面、构造结构面以及卸荷形成的软弱结构面是危岩体形成的重要条件。另外,构造作用下岩体结构破碎部位和火成岩岩脉侵入界面等,当结构面倾向坡体临空面时易形成危岩体。

2.1.5 风化卸荷

边坡岩体在风化营力的长期作用下,其强度和稳定性不断降低,从而形成危岩体。风化作用对危岩体发育的作用主要表现在以下几个方面。

(1)由软硬互层岩体组成的边坡,性质较软的岩层抵抗风化的能力弱,风化速度快,风化后剥落,形成凹岩腔;而坚硬的岩体抵抗风化的能力强,风化速度慢,突出坡面,下部悬空,在其他因素的共同作用下,形成危岩体。

(2)坚硬岩体组成的边坡,如果风化作用很严重,浅表层岩体结构破碎,易形成危岩体。而软弱岩体组成的边坡,在强风化作用下,浅表层岩体常呈泥状和碎石,形成危岩体的情况比较少见。

(3)边坡中存在能发生泥化作用的结构面或软弱结构面中有泥质充填,软弱结构面在长期风化作用下,形成泥化夹层。泥化结构面、泥质充填和泥化夹层大幅度地降低边坡岩体地物理力学性质,形成危岩体。

卸荷变形破坏现象在自然界中广泛存在。在岩质边坡中,卸荷将引起临空面附近岩体内部应力重分布、造成局部应力集中效应。在张引力集中带发展成拉裂面;在平行于临空面的压应力集中带处发展成平行于临空面的压致拉裂面或剪切破裂面。卸荷回弹同样可以在岩体中形成残余剪应力,并导致剪切破裂。卸荷作用对危岩体的影响主要有以下几个方面。

(1)整体(块状)结构的岩质边坡在遭受强烈剥蚀和侵蚀的过程中,由于卸荷引起临空面附近岩体回弹变形和应力重新分布,形成新的次生破裂面,即卸荷裂隙,使岩体原有结构松弛,破坏岩体的完整性,不利于岩体的稳定性,可能形成新的危岩体。

(2)坡表结构面较发育的岩质边坡在遭受强烈剥蚀和侵蚀的过程中,受岩体原先结构控制,卸荷岩体的变形与破裂多追踪甚至继承先成结构面而发生,往往追踪与卸荷方向近于垂直的结构面发生离面卸荷回弹,或追踪与卸荷方向近于一致的结构面发生差异回弹错动,促进危岩体的形成或加速其变形破坏过程。

(3)卸荷岩体的变形表现为沿卸荷方向的强烈扩容,其破坏是因为内部应变能的突然释放引起的,卸荷岩体的变形与破裂是卸荷引起的应力场调整所致。卸荷岩体的变形与破裂受地应力场高低和卸荷强度两个主要因素影响有关:地应力场高且卸荷强烈,则卸荷岩体的变形与破裂明显;地应力场地且卸荷缓慢,应力调整充分,则卸荷岩体的变形与破裂不明显。

2.1.6 地震

当地震发生时,会产生垂直方向和水平方向的地震作用力,无论是横波还是纵波,都会在原有结构面上产生很强的拉应力,使结构面贯通,并且使岩体的结构产生新的结构面,促使岩体内应力释放,强度降低,使处于临界状态的边坡瞬间失稳。在强震作用下,地震会产生两种作用:地震惯性力作用和地震产生的超静空隙水压力作用和累计作用。这两种作用都会对危岩体的形成及破坏提供动力作用。

2.1.7 冻融循环

冻融作用对危岩发育的影响因素主要有3个方面:一是在高寒区山区岩体中含有一定量的水,冻结后,水冰相变体积膨胀,体积膨胀约10%,产生巨大的冻胀力,这种不均匀的冻胀力对危岩体的稳定性产生重要的影响。二是其经过反复冻融后,冻胀力的作用使岩石内部颗粒析出甚至表面剥落,岩体内部“架空”,致使岩石强度衰减。三是夏季雪融化成水渗入岩体后,形成孔隙水压力和降低抗剪强度,使岩体崩塌破坏。

2.1.8 其他因素

除以上几种因素以外,水的作用、植被因素、开挖因素以及其他一些人类活动都可能对危岩的形成产生影响。裂隙中的水及其流动,对裂隙岩体产生静水压力和动水压力以及向上的浮托力,降低岩体稳定性,促进危岩体的形成。同时水的软化作用及润滑作用都会加速危岩的形成。植物根劈作用使岩石裂缝、节理和层面不断张开,并使岩体进一步破坏,进而导致崩塌落石的形成。此外,人工开挖促进危岩体的形成。人工边坡开挖过高过陡,同时又未及时支护,为危岩体的形成提供良好的地形地貌条件,加速危岩体的发育;边坡开挖施工过程中,有时盲目为了节省人工,先挖下部,导致上部岩体悬空,形成危岩体;洞室和采矿的开挖,也可能使上部岩体悬空,形成危岩体。