危岩体

定义

危岩体指陡坡或陡崖上被一组或多组结构面切割、具有潜在脱离母体而塌落的岩土体。^[1]多组岩体结构面相互组合、构成稳定性较差的岩体即被称为危岩体。^[4]在通俗表述中，它指位于陡峭山坡上、被裂缝分开的块石，规模可从大型岩体到陡坡上的一块孤石不等。^[5]

危岩体与崩塌是两个相互关联但层次不同的概念：危岩是尚具潜在失稳可能性的岩体，崩塌则是危岩在重力和其他外力作用下脱离母体、突然向下运动直至落地形成堆积体的过程及结果。^[1]按物质组成，崩塌可划分为土体崩塌与岩体崩塌，危岩体研究主要针对可能形成岩体崩塌的情形。^[6]

工程实践中，危岩体可按多种标准分类。按失稳破坏模式可分为滑移式（滑塌式）、倾倒式和坠落式 3 类；^[7]按单体破坏体积可分为小型（小于等于 1000 立方米）、中型、大型和特大型危岩崩塌体；按危岩体顶端距陡崖坡脚的高差可分为低位、中位、高位和特高位崩塌。^[8]

原理

危岩体的发育和失稳是内因与外因共同作用的结果。内在条件包括地形坡度、岩性、结构面组合及其产状、风化卸荷程度等；外部诱发因素则包括降雨、地震、温差变化、植物根劈、库水位变动和人类工程活动等。^[3]当主控结构面倾向与临空面倾向一致、且其倾角小于临空面倾角时，岩体在该方向上趋于不稳定。^[7]

一种有代表性的理论认为，危岩破坏的本质是主控结构面端部岩石在荷载作用下发生断裂扩展。^[9]据此，工程上按力学机制把危岩体分为滑塌式、坠落式和倾倒式 3 类：滑塌式沿后部倾向坡外的主控裂隙面剪切滑移失稳；坠落式底部受结构面切割而临空，由未贯通段岩体拉断塌落；倾倒式以后缘陡倾裂隙与母体分开，绕底部支点转动倾倒。^[7]

稳定性评价通常以稳定系数 $F_s$ 表征，即抗滑（抗倾覆）力与滑移（倾覆）作用力之比。以沿单面滑动的剪切破坏为例，其简化计算式为 $F_s = \frac{G\cos\alpha\tan\varphi + cS}{G\sin\alpha}$，其中 $G$ 为危岩体重力，$\alpha$ 为滑面倾角，$\varphi$ 与 $c$ 分别为滑面内摩擦角和黏聚力，$S$ 为潜在破坏面黏结部分面积。^[10]工程计算一般考虑天然、暴雨和地震 3 种工况，作用荷载包括危岩体自重、裂隙水压力和地震力。^[11]

flowchart TD

A[结构面切割岩体] --> B[风化卸荷形成主控裂隙面]

B --> C[降雨/地震/库水位变动等诱发]

C --> D{失稳模式}

D --> E[滑塌式: 沿裂隙面剪切滑移]

D --> F[坠落式: 底部临空拉断坠落]

D --> G[倾倒式: 绕支点转动倾倒]

E --> H[崩塌落石]

F --> H

G --> H

发展历程

对危岩体的系统研究在中国的推进与大型工程建设和库区地质灾害防治需求密切相关。自 2001 年三峡库区地质灾害防治工程实施以来，围绕危岩的识别、破坏机制和稳定性评价研究逐步展开。以陈洪凯及其团队为代表的研究者立足三峡库区及西部地区，从主控结构面抗剪强度、损伤与断裂机制等方面提出了危岩崩塌链式演化规律及相应力学机制。^[12]

此后，相关成果从破坏机理扩展到稳定性分析方法、锚固计算方法和防治技术体系。2009 年出版的《危岩崩塌演化理论及应用》系统论述了危岩稳定性、锚固、支撑、支撑-锚固联合、落石拦挡及灾害警报等工程应用方式。^[12]《崩塌防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219—2006）等行业标准的实施，为危岩崩塌的勘察、设计与施工提供了技术依据。^[13]

近年来，研究手段不断丰富，三维激光扫描、离散元与块体理论等数值方法被用于危岩体形态采集、稳定性分析和落石运动路径预测。^[14]研究趋势进一步聚焦于危岩体破坏的三维断裂表达、稳定性预测以及监测预警技术。^[2]

应用

危岩体评价与防治广泛服务于山区交通、水利水电、城镇和矿山工程。危岩发育路段常威胁公路、铁路的施工与运营安全，例如青藏铁路、G109 国道和京藏高速公路交汇路段就存在需专门评价的危岩体。^[15]在水电工程中，坝址区高陡岸坡上的大型危岩体一旦失稳落入水库，可能产生涌浪并威胁大坝施工和运营安全，需通过数值模拟计算其运动速度和冲击动能。^[16]

防治工程分为主动防治与被动防护两类。主动措施包括支撑、锚固、封填、灌浆、排水和清除，常用于直接处理危岩单体；被动措施则包括拦石墙、拦石栅栏和柔性防护网等，用于拦截可能崩落的落石。^[1]工程上通常按地形条件优先采用支撑技术，并谨慎使用清除技术，以免损伤危岩体后部围岩。

监测预警是危岩体管理的重要环节。工程上宜对危岩的张裂缝进行监测，对有较大危害的大型危岩，应结合监测结果对其可能发生崩塌的时间、规模、滚落方向和危害范围作出预测。^[6]按安全等级要求，安全等级为 I 级的防护工程应进行长期实时监测。^[17]

局限

危岩体研究仍面临若干难以克服的限制。危岩的勘察水平长期处于定性和半定量的阶段，尚未建立统一的危岩识别标准，导致防治工程常需采用动态设计、信息法施工的方式。由于危岩体的位置、范围、主控结构面组合、开度和长度常与勘察结果存在较大差异，实际工程中方案变更比例较高，并存在漏勘、误勘现象。

稳定性分析本身也存在理论局限。已有研究多聚焦于主控结构面端部裂纹的平面扩展问题，较少考虑危岩空间形态的影响，对主控结构面四周贯通、中部非贯通情形下的三维断裂稳定性研究仍较缺乏。^[2]此外，现有锚固计算方法对危岩缺乏针对性，危岩锚固计算在很大程度上仍停留在概念设计层次。

危岩体失稳后的落石运动同样难以精确预测。落石的运动方式随斜坡坡度、坡形和表面性质变化，可表现为滑动、滚动、跳跃和自由崩落等多种形式，可能的运动路径众多，需借助数值模拟软件对优势路径进行预测。^[7]在库区等环境中，库水位周期性涨落会引起岩体强度劣化和结构面劣化，其损伤过程具有渐进性、非均匀性、累积性和不可逆性，缩短了危岩从损伤到失稳的时间。^[18]

参见

• 崩塌 —— 危岩体失稳脱离母体后向下运动并堆积的过程与结果。

• 滑坡 —— 与危岩崩塌并列为斜坡岩土体失稳的主要地质灾害类型。

• 地质灾害 —— 危岩体评价与防治工作所属的灾害防治领域。

• 结构面 —— 切割岩体、控制危岩体形成与失稳模式的关键地质界面。

• 锚杆 —— 危岩体主动防治中常用的加固构件。

• 边坡工程 —— 危岩体勘察、稳定性评价与治理所依托的工程分支。