黄琴1
成都理工大学工程技术学院 乐山 614000
摘要：危岩崩塌地质灾害是指出现在岩石裸露的陡峻边坡上一些较大的土体或岩块骤然与其母体发生脱离，进而发生倾倒、崩落以及相应的滚动地质现象。通过对危岩体发育特征和崩塌地质灾害成因机制的研究，对后续相关危岩崩塌地质灾害治理具有一定程度上的指导和借鉴意义。本文对国内外相关学者对危岩发育特征、危岩崩塌地质灾害内在和外在因素进行综述，以地质灾害为研究方向，分析了危岩体形成机制。
关键词：危岩崩塌；发育特征；成因机制
1 引言
危岩崩塌是因为一些出现在陡峻斜坡上的岩（土）体突然之间发生倾倒或瞬间脱落的现象。根据崩塌类型危岩可大致分为倾倒式崩塌、滑移式崩塌以及坠落式崩塌三种形式。判断危岩崩塌发育特征时，要结合边坡的内在结构要素和外在因素进行综合分析[[[2] 黄青能．滑坡、崩塌和危岩地质灾害的发育特征及形成机制[J]．中国资源综合利用，2020，38(07)：158-160+165．
HUANG Qingneng. Development characteristics and formation mechanism of landslides, collapses and dangerous rock geological disasters[J]. China Resources Comprehensive Utilization. 2020,38(07)：158-160+165．]]。我国地理位置位于亚洲东部，紧靠太平洋西岸，相应大地构造处在亚欧板块的东南缘，并和冈底斯—印度板块以及太平洋板块相连接。从西到东各地出现差异较大的地质环境，总体上呈现西高东低的趋势。总体而言，地层发育齐全，活动带与稳定区并存，地质构造复杂，地质灾害泛生。为了能够从容地应对地质灾害发生，降低危岩崩塌发生时的风险和损失，人们需要对灾害进行实地勘查，分析其活动变形情况[[[3] 杨丽娜，张浩．水工环地质灾害危险性评估措施分析[J]．资源节约与环保，2019(2)：7．
YANG lina, ZHANG hao. Analysis on Risk Assessment Measures of Geo-hazards in Hydraulic Engineering Environment[J]. Resource Conservation and Environment Protection,2019(2):7.]]，为了能在灾害发生时科学灵活、从容不迫地应对，应该准确掌握其成因机制。
2 危岩成因机制
有关崩塌的成因可以简化为根据不同的裂隙面和结构面的组合与切割导致，实际上其成因种类繁多，成因也十分复杂。STROM等[[[4] STROM A L, KORUP O. Extremely large rockslides and rock avalanches in the Tien Shan Mountains, Kyrgyzstan[J]. Landslides,
2006,3(2):125-136.]]对天山山脉9个特大型岩质边坡进行实地考察发现大多数破坏位于危岩的活动断层附近，他们认为强烈度震级可能引发这些大规模的岩体出现滑动破坏现象。刘传正等[[[5] 刘传正，葛永刚，江兴元，等．鲁甸地震红石岩崩塌触发机理分析[J]．防灾减灾工程学报，2016，36(4)：601-608．
LIU Chuanzheng, GE Yonggang, JIANG Xingyuan, et al. Dynamic analysis the Hongshiyan collapse triggered by Ludian earthquake[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,
2016,36(4):601-608.]]人对鲁甸地震导致的红石岩崩塌灾害进行分析，认为红石岩山体发生破坏的主要原因是由于地震持续时长和地震加速度引起。陈洪凯等[[[6] 陈洪凯，秦鑫．危岩稳定性分析研究现状及趋势[J]．重庆交通大学学报（自然科学版），2018，37(10)：49-60．
CHEN Hongkai, QIN Xin. Status quo and trend of unstable rock stability analysis[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University (Natural Science),2018,37(10):49-60.]]在评价工程岩体稳定性研究中得出陡崖底部泥岩内腔的形成会发生崩塌灾害。曹卫刚等[[[7] 曹卫刚，侯林洋，周祖虎，等．贵州纳雍镇地坝古崩塌成因机理及演化过程探讨[J]．贵阳学院学报（自然科学版），2019，14(4)：67-70．
CAO Weigang, HOU Linyang, ZHOU Zuhu, et al. The genetic mechanism and evolutionary processes of Zhendiba ancient collapse in Nayong County, Guizhou Province[J]. Journal of Guiyang University (Natural Sciences),2019,14(4):67-70.]]对镇地坝古崩塌进行分析，总结出在崩塌形成过程中前后依次经历了以下6个阶段：地层形成、地壳抬升、溶蚀初期、溶洞扩大、溶洞垮塌、倾倒崩塌，提出崩塌的直接原因归属于地下溶洞垮塌。冯振等[[[8] 冯振，陈云霞，李滨，等．重庆南川甑子岩山体崩塌机制研究[J]．水文地质工程地质，2016，43(1)：50-56．
FENG Zhen, CHEN Yunxia, LI Bin, et al. Failure mechanism on the Zengziyan collapse in Nanchuan of Chongqing[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2016,43(1):50-56.]]对南川甑子岩山体崩塌案例进行研究得出，崩塌的原因主要有岩溶风化、岩石自然孕育以及人类活动等多个方面。最开始在岩体中出现倾斜节理发育，随后陡崖边缘在卸荷作用下会形成张拉裂隙，加上地下采空加速软弱造成基座破坏变形，当应力叠加超过岩体抗破坏强度时发生崩塌现象。由此可见，不同地区发生崩塌灾害的成因机理都不尽相同，不仅会受到多个内部主控因素的耦合作用的影响，如岩体自身强度、结构面性质以及边界条件等，还会受到来自降雨、冰冻、地震、月球和太阳对地球产生的固体潮及人类活动等一些外部致灾成因的影响。
2.1 崩塌灾害的内因
根据不同危岩体位于不同位置的地质环境，认为构成危岩体的内部因素主要有地层岩性、当地地形地貌、相应坡体结构以及高陡临空面等。发生崩塌灾害与岩体及当地所处的地质环境条件等内部主控因素密切相关。可以将这些因素分为两大类：第一类直接影响岩体的强度，是发生崩塌灾害最为直接的岩体自身控制的主控因素，称作岩体主观因素，如岩体强度、裂隙面贯通性能以及结构面粗糙程度等；第二类是地质环境等客观因素，如不利地质条件下断层、大裂隙及溶洞等。
造成崩塌的内部因素归结起来是由于岩体中存在降低的结构面强度会引起岩桥的损伤破坏，进而使危岩体发生崩塌地质现象。M．FRAYSSINES 等[[[9] FRAYSSINES M, HANTZ D. Modelling and back－analysing failures in steep limestone cliffs[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2009,46(7):1115-1123．]]主要分析了位于高陡边坡处的灰岩破坏机制，并据此提出了在岩体稳定性评价中应当综合需要分析相应岩桥的影响。J.P．CARTER等[[[10] CARTER J P, BOOKER J R. Sudden excavation of a long circular tunnel in elastic ground[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanics Abstracts,1990,27 (2):129-132.]]从理论上证明岩（土）体在初始应力的瞬态卸荷时可能诱发围岩中的振动荷载。朱振飞等通过对花岗岩岩桥试样进行声发射监测和单轴压缩试验综合得到了裂纹扩展的声发射特征，提供了有关岩桥破坏机制的研究和监测依据[[[11] 朱振飞，陈国庆，肖宏跃，等．基于声发射多参量分析的岩桥裂纹扩展研究[J]．岩石力学与工程学报，2018，37(4)：909-918．
ZHU Zhenfei, CHEN Guoqing, XIAO Hongyue, et al. Study on crack propagation of rock bridge based on multi parameters analysis of acoustic emission[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2018,37(4):909-918.]]。由于当前经典连续介质力学理论没有考虑岩体的内部主控因素，对岩体破坏前存在的非协调应力应变状态也没有形成理论体系，所以对解释岩体崩塌破坏导致弹冲加速机制欠缺探讨。有研究表明，岩桥锁固段大小对岩体破坏时的启程剧动模式有很大影响[[[12] 赵晓彦，胡凯，梁瑶，等．王家岩滑坡锁固段剪切震动触发启程剧动试验[J]．岩石力学与工程学报，2018，37(1)：104-111．
ZHAO Xiaoyan, HU Kai, LIANG Yao, et al. Experiment on sudden departure triggered by shearing vibration for locked segment of Wangjiayan landslide[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2018,37(1):104-111. ]]。所以在不同地区的工程案例研究中，需要准确识别该地区工程岩体内部主控因素，然后在分析岩桥力学性质与损伤状态的基础上，进一步探讨岩体崩塌破坏时的弹冲效应，突破岩体破坏前的非协调性变形等理论与技术方法，更好地为工程现场应对崩塌灾害提供相应理论支持。
2.2崩塌灾害的外因
崩塌灾害除了其内部主控因素外，还受到了一些外部因素的影响。崩塌灾害外部因素可大致分为两大类：一类是降雨、风化、地震、植物根劈等外物影响和冰雪冻胀、昼夜温差等自然作用影响[[[13] 赵平光．崩塌灾害的成因、治理及应急措施探讨[J]．资源信息与工程，2019，34(2)：168-169．
ZHAO Pingguang. Discussion on causes, treatment and emergency measures of collapse disaster[J]. Resource Information and Engineering,2019,34(2):168-169. ]]，第二类是钻孔爆破以及施工扰动等人为因素。外部致灾因素会降低岩体力学性能，使岩桥损伤加快，在形成较高的风险性危岩体后就会有突发性的崩塌破坏发生。
对于崩塌灾害诱发的外部成因机理得到许多学者的研究证实。曾芮等[[[14] 曾芮，姜明顺，孙琳馗，等．强降雨条件下岩质边坡倾倒崩塌破坏机理——以鄂西赵家岩崩塌为例[J]．中国地质灾害与防治学报，2018，29(3)：12-17．
ZENG Rui, JIANG Mingshun, SUN Linkui, et al. Toppling failure mechanism of rock slope induced by heavy rainfall: a case study of the
Zhaojiayan rockfall in Western Hubei[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2018,29(3):12-17. ]]通过研究发现强降雨等降水作用能够使岩体裂隙快速充水，孔隙水压力使岩体产生向外的推力能够使岩体产生崩塌倾倒破坏。何思明等[[[15] 何思明．崩塌滚石灾害的力学机理与防治技术[J]．自然杂志，2014，36(5)：336-345．
HE Siming. Formation mechanism and key prevention technology of rockfalls[J]. Chinese Journal of Nature,2014,36(5):336-345. ]]分析了崩塌滚石灾害的形成机理，提出地震可能在造成岩体上下振动时可能引起危岩体松动，岩体可能由于自身的左右晃动沿临空方向爆出。此外当水渗入危岩体裂缝中会产生较大的孔隙水压力，进而会引起较大的水劈和冰劈作用，此外人类工程活动会使岩体内应力进行重新分布，从而导致裂隙加速发展。 AYDAN[[]]对地震影响岩质边坡失稳进行研究分析，提出海啸引发岩石边坡破坏的是因为在岩石边坡上施加的冲击波导致的有效应力降低。
在此基础上，陈洪凯等搜寻大量资料发现约60%的危岩崩塌事件发生在凌晨0点至7点，提出地月引潮力可能对危岩的稳定性具有一定影响。在地月系统中，地壳表层在月球引力和绕地月公共质心产生的惯性离心力的合力作用下可以产生较高的固体潮振幅，此外当地月日三者位于同一条直线时，太阳对地球产生的固体潮汐离对地月有叠加效应。当固体引潮力作用在危岩体会影响危其稳定性态。按地月日三者之间的运动关系（如图1），可知月球绕地球公转到C、D两点时，相应会出现大潮，处在A、B两点时相应出现小潮。
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图1 地球－月球－太阳运动关系
Fig.1 Movement relationship along earth, moon and sun
分析可以知道引潮力的作用主要是引起危岩体的重力发生变化，一种是引力造成的重力变化，另一种则是因为地球变形引起的重力变化，所以地月日固体引潮力对危岩稳定性有一定影响。
3 结论
本文通过对危岩发育特征、危岩崩塌成因机理以及危岩崩塌灾害的防治策略势进行整理和分析，得到以下结论：
（1）危岩体会出现稳定性差以及相应多组结构面具有切割分离等特点，是可能出现倾倒、滑移以及坠落等三种崩塌形式的岩体。根据危岩体所处相对高度可大致分为三种危岩体，三者之间的主控结构面、裂隙等有明显的差异。
（2）造成崩塌灾害的影响具有内部和外部因素，因素众多且相互作用，其中起重要作用是岩桥破坏，即开展相应岩体岩桥强度的稳定性分析预评价。当前国内外学者都相当注重危岩体主控结构面，并在此基础上对危岩体的形成机制以及相应影响因素进行了系统研究，提出了危岩的形成与其主控结构面尖端裂纹扩展在一定程度上有必不可少的联系。后期对一些如地月日固体引潮力因素等细加分析并综合到崩塌灾害的成因机制里可能对危岩崩塌会有更明显的认识。
参考文献：