桂林喀斯特危岩体发育特征及稳定性分析

刘宝臣1 ，郑金1

（1.桂林理工大学土建学院，桂林541004）

摘要：危岩体是由多组的结构面组合而形成，在地表风化作用、卸荷作用、重力、地震、降雨等诱发因素作用下处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态的岩体。笔者对桂林市15座山的326块危岩体发育情况进行实地调查，测绘等手段得到几组重要数据，根据危岩体的结构特征和状态特征，将桂林市的危岩体类型分为悬挂式式、倾倒式、贴坡式、孤立式三种基本类型，本文以屏风山1号危岩体为对象进行研究，并采用极限平衡法对该危岩体稳定性进行定量验算，综合分析评价桂林市危岩体的发育特征及稳定性。

关键词：危岩；极限平衡状态；稳定性；定量验算

Stability analysis and risk assessment for three typical rocks

in the Guilin city

liuBao-chen1 Zheng-jin1

（1.Guilin University of Technology，Guilin 541004）

Abstract：Dangerous rock is combined to form groups of the structure surface ，In the Unstable, less stable or

equilibrium state of the rock and the factors of Surface weathering, unloading, gravity, earthquake, rainfall and so on.

Through the investigation and mapping on the 326 dangerous rocks of fifteen mountains of the Guilin city，the

writer get some important data , According to the structure and State features of dangerous rocks ，Guilin

dangerous rocks are divided into Hanging-type , dumping-type、posted slope -type and Isolated style. using the

three typical rocks as the research object and checking the stability of the dangerous rocks by Limit equilibrium

method, analyze the stability of the dangerous rocks.

Key word：dangerous rock；Limit equilibrium；Stability；Quantitative Checking

0前言

危岩崩塌灾害是我国三大地质灾害之一，已成为我国山地开发和建设的重要制约因素。由于危岩崩塌灾害分布零散, 通常规模有限, 爆发随机性强,难以有一个准确的灾害统计数据,但是其危害程度并不亚于泥石流、 滑坡等灾害。我区石灰岩出露面积广大，这些地区岩溶山峰和地下洞穴非常发育，形成了独特的喀斯特旅游风景名胜区。举世瞩目的桂林景区以其独特秀丽的风景吸引了广大的国内外游客参观，其中岩溶山峰和洞穴景观占景区主要部分。但其独特的喀斯特区山体岩石突露、奇峰林立，在特殊的地质条件下风化剥蚀已形成大量危岩，严重威胁山体附近居民及游人的人身和财产安全，严重影响喀斯特景区特色旅游业的稳定快速发展。而国内外对此种危岩的研究甚少。为此，研究岩溶地区岩质边坡和洞穴危岩发生发展的机理、致灾因素，显得非常必要。本文通过地质灾害勘查、物探、室内模拟试验与计算机模拟等，确定危岩失稳破坏的过程与临界条件，提出桂林市危岩体的类型，确定危岩的稳定性判别指标，并对区内典型的危岩体作出稳定性评价，为后期区内危岩体的治理防控技术体系的研究创造条件。

1.1危岩体发育特征分析 地形地貌、地质构造、地层岩性、岩体结构、岩溶发育、重力、风化荷载、震动、植被、气候因素、以及开挖等对危岩体的形成均可能产生影响。但总的说来，危岩体的发育与地形地貌、地质构造、地层岩性、岩体结构、岩溶发育、风化荷载与植被的关系更为密切。

1.1 与地形地貌的关系

地形条件是危岩体形成并造成崩塌、坠落的必要 条件。危岩体在陡峭的斜坡地形以及人类工程活

动形成的高陡边坡处最易发生。对桂林市15座山

高边坡的危岩体的分布与地形坡度的关系进行统计，结果如表1。

表1 危岩体的分布与地形坡度的关系

Table1 the relationship of distribution of dangerous rock and Terrain slope

边坡坡度 30°~50° 50°~70° 70°~90° 合计

危岩数量 85 161 80 326

百分比 26% 49.4% 24.6% 100%

可见有74%的危岩体发育在坡度大于50°的陡坡地形，小于50°的坡度只占26%。高程与危岩体的分布有密切的关系，危岩体场分布在边坡高高程 部位的变形区。对桂林市15座山的危岩体的分布与高程的关系进行统计，如表2所示。

表2 危岩体的分布与边坡高程的关系

Table2 the relationship of distribution of dangerous rock and slope height

危岩体的相对高程（m） 0~30m 30~60m 60~90m 90m以上 合计

危岩体数量 60 112 120 34 326

百分比 18.4% 34.4% 36.8% 10.4% 100%

说明 ：危岩体相对高程是以危岩体上、下边界的中心为准。

可见，30m以下的低高程危岩体分布60块，占总危岩体的18.4%,30~90 m的中高程危岩体分布232块，占总危岩体的71.2%，90m以上的高高程危岩体分布34块，占总危岩体的10.4%。发育在中高程 的危岩体远大于高、低高程的危岩体。

1.2 与地层岩性的关系

区内危岩体主要分布于上泥盆统桂林组（D3g）、东村组（D3d）和融县组（D3r）灰岩，如图1。

图1 区内地层岩性

Fig .1 the stratum lithology of this area

1.3与地质构造的关系

背斜和向斜对危岩体的发育有一定的影响。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、风化卸荷、震动以及雨水等的作用下，即形成了危岩体；向斜核部岩层受挤压，褶皱总用强烈时，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，就形成了危岩体。危岩体与断层、褶皱构造关系较为密切，多分布于构造裂隙、垂直节理、裂隙发育地段。

1.4与岩体结构的关系

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危岩体发育的密度存在显著差别，表现为边坡结构类型、岩体结构类型不同，危岩体发育密度不同。经统计可得，顺坡向发育36.02%22%1%0.82%0.82%39.34%D3dD3rD1yD1hD2dD3g危岩体230块，其中陡顺向坡发育岩体93块，缓顺向坡发育危岩体17块，近水平坡发育危岩体57块；逆向坡发育危岩体31块，其中斜切向发育26块。三者之间危岩体发育个数从小到大为逆坡向、切向坡、顺向破。经统计可得，不规则块状危岩体213块，板片状危岩体14块，层状危岩体4块，方块状危岩体60块，楔形危岩体7块，柱状危岩体22块，不同岩体结构中危岩体发育个数从大到小不规则块状、方块状、柱状、板片状、楔形体、层状。

1.5 与风化卸载的关系

风化、卸载是两个不同的概念，风化的本质为岩石矿物的蚀变与流失，卸载作用的本质为岩体应力松弛，但二者之间又存在者天然联系，是效应互动的统一体，岩体应力松弛为风化营力介入提供了通道，而风化作用从程度和范围上的日渐深入又不断地改变周围岩体的应力状态，迫使岩体不断进行应力调整以适应新环境，导致的结果是浅表岩体中应力场不断被削弱并进一步向深部扩展、破坏扰动其临近区域天然应力场从而将岩体卸荷逐步扩大。

在其他工程地质条件相似的情况下，危岩体发育随

着边坡强卸荷底界深度增大而增大。另外，在特定的情况下，工程开挖对危岩体的形成有重要影响。人工边坡开挖过高过陡，同时又未及时保护，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；铜室和采矿的开挖，也可能使上部岩体悬空，形成危岩体。

1.6与岩溶发育的关系

桂林地处典型的热带岩溶地貌区，岩溶组合

同时还有大量的溶潭，有水溶洞等。在地面以下埋藏溶洞、溶槽、溶蚀裂隙极为发育，纵横交错。

基岩面起伏，高差一般3~15m。近河谷地段5~15m，

岩溶水文现象都非常发育。岩溶个体形态在地表以

蚀缓丘、残丘等。区内无论地表岩溶、地下岩溶和

形态以峰丛洼地谷底、峰丛平原为主，局部形成溶 形态以洼地漏斗、落水洞、溶沟、溶槽、溶蚀塌陷最发育，局部形成孤峰或深30~40m的深槽。地下河多发育于峰丛洼地和峰林的簇峰中。

2 危岩的成因类型及失稳机理研究

危岩体的分类应考虑满足两个方面的要求：○1与变形失稳机理相结合；○2与防治措施相对应。通过野外精细的调查，查明桂林市15座山体共发育326块危岩体，如表3所示，可能失稳模式及相应的危岩数量如表4所示。现场调查主要是查明潜在

表3 15座山危岩数量统计

Table3 the number of dangerous rock of fifty

mountains

序号 山体名称 危岩数量（块）

1 凤凰山 18

2 九华山 15

3 观音阁山 20

4 鹦鹉山 24

5 青秀山 16

6 老人山 26

7 牛角山 18

8 独秀峰 12

9 屏风山 32

10 龙头山 29

11 相人山 23

12 铜鼓山 19

13 阳家山 25

14 溜马山 20

15 飞凤山 29

总结 326

现场调查主要是查明潜在危岩体的具体位置、表4 危岩体基本情况汇总

Table4 the summary of dangerous rock’s basic situation

危岩形态与结构 产出状态 可能失稳的方式 数量

不规则块状、柱状、三角状、 贴靠、侧悬、斜靠、三面临空、正悬 滑落 206

板片状、楔体状、层状、方块状

不规则块状、柱状 、板状、 正悬、贴靠、侧悬 脱落 17

楔体状、方块状

不规则块状、板状、方块状 侧悬、正悬、斜靠 滚落 45

柱状、层状、楔体状

不规则块状、柱状、方块状、三角状 正悬、侧悬、斜靠、三面临空 坠落 41

不规则块状、方块状 正悬、侧悬、贴靠 滚落、滑落 3

柱状、三角状、方块状 正悬、贴靠、斜靠、三面临空 坠落、滑落 10

方块状、不规则块状 方块状、不规则块状 贴靠、正悬 4