第２２卷
Ｖ０１．２２ 第３期
Ｎｏ．３ 重庆交通学院学报 ｊ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＯＮＧＱＩＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ２００３年９月
Ｓｅｐ．，２００３
危岩研究现状及趋势综述
陈洪凯， 王 蓉， 唐红梅
（重庆交通学院岩土工程研究所，重庆４ｏｏｏ７４）
摘要：ｆｄ岩是山丘地区陡高边坡主要的地质灾害类型之一，多组岩体结构面相互组合构成稳定性较差的岩体称
为危岩体，危岩体失稳、运动即为崩塌．笔者基于对国内外大量危岩研究资料的分析，将其研究现状概化为危岩
失稳模式、危岩稳定性计算方法及危岩锚固计算方法等三个方面，据此对危岩研究的发展趋势进行探讨．
关键词：危岩；研究现状；趋势；综述
中图分类号：Ｐ６４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—７１６ｘ（２００Ｂ）０３—００１８—０５
危岩（Ｄａｎｇｅｒｏｕｓ Ｒｏｃｋ）是多组岩体结构面组合
而构成在重力、地震、水体等诱发因素作用下处于不
稳定、欠稳定或极限平衡状态的结构体．危岩体一般
存在于高陡边坡及陡崖上，其失稳、运动而形成崩
塌，是山丘地区常见的地质灾害类型之一．软硬相问
的地层组合是形成危岩的主要地层组合特征，陡峻
的地形是危岩发育的地貌特征，大量存在的岩体结
构面是危岩发育的地质构造特征，裂隙水及地震等
是危岩发育的动力因子ｕ－２Ｊ．
我国是一个地质灾害频繁发育的国家，滑坡、泥
石流及危岩崩塌是三大主要地质灾害类型，集中分
布在ｌ５个地区（灾害多发区），累计１７３万平方公
里，占全国国土总面积的１８％ Ｊ．横断山区、三峡库
区、天山山区、云贵高原周边地区等是危岩集中分布
的地区．如位于三峡库区腹部的重庆市万州城区的
太白岩存在危岩体２００余个、天生城３００余个，单个
体积小的ｌｍ３左右、大的可及８０００ｍ３，直接经济损
失数亿元…１．危岩体孕发过程具有渐进性、失稳过程
具有突变性，因此，潜在威胁严重，直接威胁到危岩
体前方的居民、公路、铁路、航道及其相应的建（构）
筑物的安全与营运．
自２ｏ世纪中期以来，铁路部门对铁路沿线的危
岩给予了高度重视，在危岩的特性、发育环境、防治
措施等方面积累了丰富的资料和经验［４－５］．地质、国
土及相关科研院所在区域性地质灾害研究中取得了 较多实用性成果 －１ ，尤其是位于长江三峡的链子
崖危岩体是国内危岩研究的典范，从地质环境、模型
试验、数值模拟及防治技术等方面进行了深入研
究¨ －１ ．伴随着三峡库区地质灾害防治工作的深
入，陈洪凯等在危岩研究中取得了若干有价值的研
究成果［。一 ，。６１．
基于上述成果的综合分析，目前危岩研究现状
可概化为三个方面：（１）危岩失稳模式；（２）危岩稳定
性计算方法；（３）危岩锚固计算方法．笔者对这三个
方面进行了分析、评述，据此对其研究趋势进行探
讨．
１危岩失稳模式
危岩失稳模式也可称为危岩破坏模式，是危岩
稳定性及锚固研究的基础．迄今，危岩失稳模式尚未
统一，从不同角度出发存在多种分类方案．陈明东根
据受力模式将危岩失稳模式分为板梁旋滑移和悬臂
压杆破坏两类 ；张奇华将危岩失稳模式分为八
类，即蠕滑体滑移失稳、整体压陷倾斜崩塌、滑移．倾
斜交错崩塌、裂隙段屈曲变形破坏、上下滑出破坏、
倾斜．滑移破坏、倾斜．隐裂缝开裂－崩塌、倾斜一滑移
隐裂缝开裂－崩塌ｕ ；孙云志将危岩失稳模式分为
滑移和倾倒两类ｕ ．
大量的工程实践表明，危岩失稳模式应该从危
岩失稳的力学机理出发进行分类，陈洪凯等将危岩
·收稿日期：２００２—１０—１４；修订１３期：２００２—１２—２７ 基拿项目：查文为国家重点科技攻关项目（２００１ＢＡ６０４Ａ０２—３）及交通部人才基金项目（９５ｔＶ，ｏｓｏＳ成果之一．．） 作者简介：陈洪凯（１９６４一），男，教授，博士，交通部科技英才，长期从事公路病害、地质灾害及高新建筑材料研究．
ｒ— 下甄１ｌＩＩ
维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 陈洪凯，等：危岩研究现状及趋势综述 １９
失稳模式分为坠落式危岩、滑塌式危岩和倾倒式危
。 （图ｌ一３），该分类几何形态明显、力学机理清
晰，分类系统简明，易于掌握，已经在三峡库区的万
州太白岩、云阳磨子岭等工程得到成功应用．
图３倾倒式危岩
２危岩稳定性计算方法
危岩稳定性计算方法可分为４类，即基于有限
元法的静力稳定性分析法、可靠度分析法、基于监测
资料的比较辨识法及静力解析法．
２．１静力稳定性分析法
用有限元方法计算位移和应力时，工程中采用
的接触单元［或夹层单元］求解接触问题，因无法求
解有初始间隙的接触问题及因采用单元内应力作为
屈服判据可能导致失真现象，故其应用受到限制．刘
国明采用有限元对三峡链子崖危岩体进行静力稳定
性分析【ｌ Ｊ时，考虑了软弱夹层的材料非线性及裂缝
的接触非线性问题，提出连杆接触单元有限元模型
以满足求解工程接触问题的需要，并将岩块简化为
弹性体．
当危岩体滑动面已知，采用静力分析法，对给定
的材料参数计算位移、应力状态，以危岩体的滑动力
和阻滑力相等为条件确定材料参数的安全系数．该
方法软弱夹层的材料非线性问题采用夹层单元的非
线性模型来模拟，用连杆接触单元非线性模型模拟
岩体裂缝的接触问题，认为在一对接触点之间采用
连杆单元连杆的应力应变关系遵从不抗拉的理想弹
塑性模型准则，并假设连杆单元沿连杆的横断面及
高度（即夹层厚度）上应力应变均匀分布．这种模型
用于模拟岩体裂缝的接触问题，可以模拟裂缝的闭
合问题，也可以用于软弱夹层的材料非线性分析．刘
国明等人基于夹层单元及连杆接触单元非线性模 型、线弹性体单元模型及静力分析法，还研制了适于
复杂岩质边坡稳定分析的三维有限元程序，应用该
程序对链子崖危岩体进行稳定性计算，结论与该危
岩体的现场实际相符．
岩体变形破坏过程非常复杂，有限元计算不仅
对岩体中节理面的分布和特性难以作合理描述，而
且岩体既不是完全弹性体，也不是弹塑性体，计算出
的应力和位移与实际情况有一定出入，加上有限元
计算量大，这种方法在实际工程中难于推广应用．
２．２可靠度分析法
可靠度方法用于分析危岩体稳定性，关键在于
功能函数的建立和概率尺度的确定．谢全敏运用蒙
特卡罗边界无法分析危岩稳定性【１８】．这种方法是通
过求解危岩体破坏概率来评价其稳定性，实际上相
当于计算边界上点（ ｔ， ：，… ）处基本随机变量
的概率分布函数的均值，这样可免去对控制危岩
体基本随机变量 ｌ的抽样，具有较小的方差．该方
法建立了直接坠落、沿单面滑动和沿双面滑动三种
破坏的功能函数，并根据Ｇ．Ｇ．Ｍｅｙｅｔｈｏｆ和ＤｉｅｔｅｒＤ．
Ｇｅｎｓｋｅ等人的观点，岩体结构边坡破坏概率大于
ｌ％－－１％ｏ．
２．３比较识别法
张奇华提出了一种边坡变形破坏的比较辨识方
法Ｌ１ ，其主要思想是：在工程地质区域，考虑变形破
坏方式及相应的变形破坏特征、位移关系式，针对各
种可能的变形和破坏建立（或调整优化已有的）变形
监测网，由监测资料计算得到变形区域的空间位移
向量，对比各种可能的变形破坏方式相应的变形特
征和位移关系式，从而辨识出实际发生的变形破坏
方式、变形区域及变形演化成破坏的过程．
这种方法旨在探索将边坡的变形、破坏分析与
监测网、监测数据处理有机、系统地联系起来，并定
量化，主要针对在通常情况下（无地震、暴雨、人工大
扰动）的变形、破坏．该方法需要相应的变形监测网
及监测资料支持，而且变形．破坏的演化过程中，变
形区域、变形破坏方式不可能一成不变，监测点需要
及时补充，并注意系统辩识方法的完善，随机应变．
另外，该方法在工作时，会碰到一些不明确的情况，
在确定变形区域，求取空间位移矢量时，给结论带来
不确定性．
２．４静力解析法
在工程实际中最常用的稳定性分析方法还是静
力解析法，这种方法简单可行，结果髓确，但危岩体
破坏模式认识的区别导致 泰●舞纛麓万尾，
爿据 维普资讯 http://www.cqvip.com ２０ 重庆交通学院学报 第２２卷
中参数的确定又与地勘资料密切相关．通常分３种
情况对危岩体进行稳定性计算（图４）．
叼
图４危岩体稳定性分析计算简图
ａ型：其破坏形式为剪切破坏，稳定系数与重
量、滑面倾角、长度（或面积）及裂隙面上摩擦系数、
粘聚力有关．稳定系数为 上的水平地震力．
对于倾倒型危岩体，则将被深宽裂缝所切割的
长条形岩柱看作是顶端自由的悬臂梁，其失稳方式
是自由端的累积挠曲位移而产生的根部折断，第一
失稳判据为稳定系数，由固定端最大拉应力与岩体
抗拉强度确定．即
，’一 一 Ｋ： Ｌ （６） 盯Ｉ 式中， 为岩体抗拉强度；盯一为悬臂梁固定端产生
的最大拉应力．
孙云志等人还引进材料力学惯性矩概念［１７］，得 Ｋ： 止丛 （１）到： 一 ＧｓｉＩｌ口 式中，Ｇ为危岩体重量；口为破裂面沿滑动方向的倾
角； ，ｃｌ， １分别为破裂面上的裂隙面摩擦系数、粘
聚力及计算中占有的单宽长度（或面积）； ，ｃ２，Ｌ２
分别为未被裂隙切割部分的完整岩石的抗剪断强度
的摩擦系数、粘聚力及计算中占有的单宽长度（或面
积）．
ｂ型：由于重力偏心分布，引起拉应力而产生破
坏，稳定系数为岩体平均抗拉强度与产生的拉应力
的比值．
Ｋ＝Ｒ ／ａ （２）
式中，足为岩体平均抗拉强度；ｃｒｒ＝２Ｇ／ＬｌＢｌ±
６ＧＬ２／Ｌ２Ｂｌ（Ａ在ＯＢ外取“＋”，在 内取“一”）；
Ｉ为ＯＢ段长度；Ｌ２为ＯＡ段长度，即重心铅垂线
距０点距离；ＢＩ为岩体垂直剖面方向的宽度．
此形式如产生ＢＣ微裂面，亦可按口型计算．
Ｃ型：坡脚ＡＢ段压应力引起的破坏，稳定系数
由岩石或土层的抗压强度及危岩体重量确定．
Ｋ＝尺Ｚ／Ｇ （３）
式中，尺 为岩ｆｌｃ＿ｑ￣轴抗压强度；Ｌ为ＡＢ段长度．
如属剪切破坏，则按下式计算
（ｆｃｃ０６口＋吐 ）／Ｇｓｉｎａ （４）
式中，口＝４５￣＋ ／２； 为岩石的内摩擦角；Ｌ 为Ａｃ
段长度；，、Ｃ分别为岩石抗剪断的摩擦系数和粘聚
力．
在研究奉节李子垭危岩体稳定性时，孙云志等
人Ｌ１７Ｊ计算分两种情况，对于滑移型危岩体的稳定系
数用极限平衡理论求解
Ｆ一．ＣＳ＋（Ｖｒｅｏｓａ－Ｑｏｓｉｎａ）ｔａｎ￣ｐ ， 、 一 Ｖｙｓｉｎａ＋ｐｈｏ０ｓ口 、．Ｊ，
式中， 为安全系数；Ｖ为危岩体体积；），为危岩体
容重；Ｓ为破裂面面积；口为破裂面倾角；Ｃ为破裂
面粘聚力； 为破裂面摩擦角；Ｑ０为作用在危岩体 －２＿ （告） ｏｔ Ｕ （７）
式中，），为岩体容重；∞为悬臂梁自由端的挠曲，即
倾倒岩柱在地表的柱裂宽度，通常是指裂隙在地面
的出露宽度，即柱裂宽度；／／ｏ为岩柱高度；Ｄ为岩柱
底宽．
令Ｋ＝ｌ，得到临界柱裂宽度作为岩柱失稳的第
二判据，即
（ ） ∞０ Ｊ‘ （８）
陈明东等人虽然也认为危岩的破坏形式为沿软
弱层间结构面滑移和向临空面倾倒两种情况Ｌ１３］，但
分析其稳定性时，将滑移型危岩体视为置于倾斜平
板上以某裂缝端部岩体为支点的旋转梁，岩体在剩
余下滑力作用下，产生的最大横向力超过梁的抗压
或抗拉强度而引起失稳破坏（图５）．而对于倾倒型
危岩体则将其视为上端自由下端固定的垂直压杆，
在自重作用下弯曲产生弯矩和横向力，当横向力超
过岩体抗拉或抗压强度时，杆件折断而失稳．
图５板梁转动模式
尽管破坏模型建立不同，但破坏原因都是产生
的应力大于了岩体强度，陈明东对于两种形式的破
坏都采用
Ｋ＝（２ｓｌ—ａ）／ａ， （９）
参数同前．只不过倾倒破坏的应力为 ＝洳（Ｈ／
Ｄ） 滑移破坏的应力为
盯＝６／／－／Ｄ ·｛／Ｏ［ｓｉｎａ＋ａｃｏ６￣ｔ一（ｏｏ８口一 ｌｉｎ口）
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