高陡边坡危岩体孤石的稳定性分析

作者:杨智翔;裴向军;袁进科; 刊名:路基工程 上传者:邓正栋

【摘要】采用理论公式法和Rockfall程序数值模拟法,对四川省汶川地区裕丰岩上部失稳危岩体孤石的稳定性进行了研究.结果表明:在自然、地震和暴雨工况下,暴雨工况是危岩体孤石失稳的主要因素.孤石在下落时运动特征具有随机性,通过对孤石弹跳高度和运动能量的分析,可以更有效地对危岩体孤石进行防护和治理.

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0引言危岩体孤石的工程地质条件复杂,岩体存在较多的裂隙、软弱夹层及断层,破坏模式多种多样,因此,给孤石稳定性的评估造成困难。在实践中出现了很多探索途径和分析方法,如:极限平衡法、散体理论法、应力应变法、地质力学模型试验、工程类比法、块体理论法等。这些方法都是在不同的阶段,在一些基本假定的基础上提出的,用于解决某一实际问题的分析方法,具有一定的适用范围和一定的局限性。对危岩体孤石稳定性分析应根据不同的岩体失稳方式采用相应的分析方法。目前,常用的危岩体稳定性计算方法主要有:物理模拟法、数值模拟法、可靠度分析法、静力解析法,以及基于监测资料的比较辨识法等。高边坡孤石掉落是影响藏区公路安全的一个主要因素[1],不少学者发表了关于孤石失稳方面的论文,如:刘卫华等[1]进行了大量现场滚石试验,研究了滚石坡面运动的一般特征和运动学参数的变化规律。刘锦华等[2]运用块体理论对工程岩体稳定性进行了详细分析,介绍块体理论的基本概念和基本方法。唐红梅等[3]对危岩落石运动路径研究,获取各个阶段运动轨迹方程。亚南等[4]对崩塌落石运动进行了模拟,研究了崩塌落石的运动学特征,并对防治方案提出建议。赵旭等[5]进行了运动学在边坡落石计算方面的研究,运用运动学原理计算了宝泉抽水蓄能电站开关站周围高边坡的落石速度、动能和弹跳高度。黄润秋等[6]对滚石运动特征的试验研究,为危岩体孤石防治时冲击能量的确定提供了依据,提出危岩体孤石整体防治的新方法。贾振华等[7]进行危岩崩塌运动轨迹特征的Rockfall数值模拟研究,绘制出危岩体的运动轨迹、能量分布和弹跳高度数值模拟图。本文通过理论计算法和数值模拟相结合的方法,对四川省汶川地区裕丰岩上部失稳危岩体孤石的稳定性和运动特征进行了分析,为藏区公路周围高边坡的治理提供参考。1高陡边坡危岩体孤石稳定性计算理论研究区内近年来时有危岩落石灾害发生,给坡下交通、行人及校舍带来严重威胁。为进一步了解落石运动特征,以便对未来落石运动趋势做出预测,本文重点对现场保留下来的运动迹象进行逐一勘察,通过分析弹坑、滑动痕迹以及最终停滞点,研究落石的可能运动路径,并将所推测路径与照片影像资料进行对比核实,从而确认坡脚处落石的运动路径。四川省汶川地区裕丰岩上部失稳危岩体滚石主要运动路径,见图1。图1滚石主要运动路径分析高边坡上方的岩体发生崩落后,经过滚动、跳跃、翻滚等到达坡下前缘坡度较缓、覆盖层较厚的部位,在运动能量消耗完后,堆积在覆盖层上,或者由于在运动过程中受到树木等拦挡而停止下来形成孤石。由于孤石依靠其与坡面的摩擦力、嵌合力或植被的拦挡等来维持稳定,其变形失稳过程一般为:水对基座的软化或溶蚀,拦挡的植被折断,自身渐进性风化等作用下,其与坡面摩擦力、嵌合力降低,重心逐渐偏移失去支撑而失稳。边坡表层孤石的稳定性主要是受底部覆盖层的支撑,一旦受到某些因素(如坡面流水冲刷、地震)的影响下,覆盖层受到扰动变形,会导致堆积的孤石失稳,其失稳模式为偏心滚落或偏心滑落,对应的稳定性计算方法为偏心滚落法和偏心滑落法。1.1偏心滚落法此类孤石会发生重心偏移,绕着一点发生转动失稳,沿着沟谷滚落至坡底。偏心滚落法计算和力学分解示意,见图2、图3。图2偏心滚落法计算示意图3偏心滚落法力学分解示意相对稳定状态的孤石一旦重心发生偏移,将以A点为转点发生转动失稳,其稳定性系数K和孤石承受的地震力P为K=GmPh(1)P=G(2)式中:G为上部孤石的重量,kN;m为转点A至重力线的距离,m;P为孤石承受的地震力,kN/m;为地震水平作用系数,取0.05;h为转点A至水平力线的距离,m。1.2偏

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