滑塌類危巖體的穩定性分析

王學鵬+楊華舒+彭鑫龍+蒲應舉

摘要： 危巖體崩塌往往導致重大的生命財產損失。針對白云質灰巖的特定產狀，應用相關理論建立了滑塌式崩塌模型。在三種不同的荷載組合下計算了危巖體的穩定性，分別得出穩定性系數。對危巖的安全性進行了定性和定量的分析評價，并提出了防治的原則性建議。分析過程和結論可供類似的地質和巖體治理參考。

Abstract： Rockfall of dangerous rock mass always leads to a significant loss of life and property. Aming at specific occurrence of dolomitic limestone，the slide collapse model is built by using relevant theory. The stability of dangerous rock mass is caculated in three different load combinations, and the stability coefficients were obtained respectively. Security of dangerous rock is evaluated in qualitative and quantitative ways, and principled suggestion of control is proposed. Similar geology and rock management can refer the process ofanalysis and conclusion.

關鍵詞： 地質災害；危巖體；滑塌；穩定分析

Key words： geological disaster；dangerous rock mass；slump；stability analysis

中圖分類號：P642.21 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0026-02

0引言

隨著社會經濟的飛速發展，山區建設進程加快。山區的公路、鐵路以及水利樞紐的興建使得危巖體災害發生的頻率越來越高，人們也越來越重視對危巖體的防治[1]。

很多地區都存在著危巖體的地質災害隱患，而對危

巖體進行穩定性分析，是消除這些災害隱患必不可少的

工作。

本文對某危巖體進行了分析，并就該危巖體的穩定性作出評價，進而提出了該類危巖體的災害預測和防治方案建議。

1危巖體的特征

1.1 地貌概況

該區屬河谷斜坡地形，為青竹江東岸階地后緣，基巖零星裸露。坡腳高程788米，地形高差為290米。山脊兩側坡體較為陡峻，自然坡角30°～70°，坡面植物發育，多為灌木等低矮樹叢，局部地帶危巖聳立，岌岌可危。山坡坡頂為裸露的巖質山坡，巖性為白云質灰巖。半坡多為殘坡積碎塊石土。坡腳為崩坡積物，巖性為中密粘土夾碎塊石，坡腳前緣為青竹江一級階地的砂卵石堆積，階地高2-3m。

1.2 地質要素

該危巖體位于東山山脊南側半坡處，后緣中心坐標為：X=522507.3679，Y=3607579.3073。經初步調查，該危巖體于“5.12”地震時發生崩塌，主方向為S20°W，危巖體長9m，寬8m，分布范圍前緣高程872.5m，后緣高程882m，高差9.5m，坡度為50°，根據槽探TC-01查明：卸荷帶厚度約3m，危巖體體積約216m3，為小型崩塌。危巖體坡腳為地震后崩落巖體形成的倒石堆，倒石堆順坡長度為8m，寬度為9m，坡度為45°。坡體總體為順向坡。通過實地調查并結合坡面與裂隙組合方式（圖1），滑塌式崩塌可斷定為該災害體主要崩塌破壞模式。

[N][E][W][S][X][編輯

1

2

3

4

5][傾角/傾向

050/190

068/175

056/213

068/325

045/150][備注

坡面

層面

裂隙L1

裂隙L2

裂隙L3][+][2][+][1][+][3][+][5][4][2][+][3][+][4]

圖1危巖體坡面與結構面赤平投影圖

1.3 物理力學指標

經過工程地質勘查和試驗得出危巖體結構面的物理力學參數。經綜合考慮后，表1的參數被用作該危巖體的計算參數。

表1危巖體的物理力學參數

[結構面參數灰巖重度（kN/m3）][C(kPa) ?（°）][天然

42][飽和

38][天然

34][飽和

31][

24.4][

25][天然狀態][飽和狀態]

綜合考慮該地區白云質灰巖的抗壓抗拉強度參數取值為：天然狀態下，抗拉強度為64.6MPa，抗拉強度為3.876MPa;飽和狀態下抗拉強度為37.4MPa，抗拉強度為2.244MPa。

2穩定性計算

2.1 選擇計算方法

前危巖體穩定性定量分析方法有極限平衡法和有

限元法等。極限平衡法的優點是：不考慮危巖體的應力-應變關系，受力比較明確，所需要的計算參數較少，計算結果基本反映了危巖體的實際穩定狀況。有限元法能很好地反應危巖體的應力-應變關系，并不受邊坡幾何形狀和材料不均勻的限制，因而是危巖體穩定性分析中一種較為理想的方法[7]。但是有限元法有建模困難，運算過程冗長等不足。該危巖體形狀比較規則，巖性單一，相關參數較少，采用極限平衡法比較合理。

2.2 建立計算模型

據調查及前述結構面赤平投影圖可知，該危巖體其巖層傾向與山坡坡向大體一致；且該危巖體的傾角與山坡坡腳也大小相當。所以可得知該危巖體為典型的順層不良地質，邊坡穩定性較差。在地震、雨水等外力作用下，巖體傾向坡外的兩組較陡結構面被震松，形成地震震裂裂縫，故巖體在地震的誘發下易發生滑塌崩塌。

[Q][e][e1][P][W][β][O][H][圖2滑塌式危巖計算模型]

滑塌式危巖計算模型（圖2），其傾角為β（°），等效強度參數為c、?。W為危巖體的自重（kN），P為水平地震力（kN）。針對主控結構面進行分解[2-3]，有：

法向分量 N=Wcosβ-Psinβ，切向分量T=Wsinβ+Pcosβ

假定法向分量和切向分量沿主控結構面均勻分布，破裂面上的平均法向應力、平均剪應力及抗剪強度分別為：σ=N/H/sinβ，τ=T/H/sinβ，τf=σtg?+c

穩定系數為：

Kf=[（Wcosβ-Psinβ-Q）·tg?+cH/sinβ]/（Wsinβ+Psinβ）

對于工況Ⅰ，結構面內的充水深度為主控結構面深度的1/3。裂隙水壓力與穩定系數分別為：Q=γwe2/18，Kf=[（Wcosβ-Q）·tg?+cH/sinβ]/（Wsinβ）

對于工況Ⅱ，結構面內的充水深度為主控結構面深度的2/3。裂隙水壓力與穩定系數分別為[3]：Q=2γwe2/9，Kf=[（Wcosβ-Q）·tg?+cH/sinβ]/（Wsinβ）

對于工況Ⅲ，結構面內的充水深度為主控結構面深度的1/3。裂隙水壓力與穩定系數分別為：Q=γwe2/18，Kf=[（Wcosβ-Psinβ-Q）·tg?+cH/sinβ]/（Wsinβ+Pcosβ）

2.3 確定工況和荷載組合

定量對危巖體計算，穩定性的計算工況和荷載組合狀況要考慮。查閱規范并且依足夠數量的工程實例，工況和荷載組合一般需要考慮如下三種[5]：

①工況：天然狀態下。危巖自重+裂隙水壓力。②工況：天然狀態+暴雨狀態下。危巖自重+裂隙水壓力。③工況：天然狀態+地震狀態下。本次危巖穩定性計算工況及荷載組合按照以上三種工況來考慮。

2.4 選取其它參數

由據勘查資料并通過地區經驗和參數反演的方法進行綜合取值得出各結構面的抗剪強度的取值。因為危巖體結構面的不同故參數取值也有所不同，其結構面參數取值范圍為 C=30～50kPa，?=25～35°，各段的結構面參數及物理參數取值詳見表1。

3安全分析與評價

陳洪凱等根據危巖穩定系數將危巖穩定性分為三種狀態:不穩定、基本穩定和穩定[6]。

表2 崩塌穩定性分級評價指標

[崩塌類型

滑塌式

穩定

F>1.3

基本穩定

1.0-1.3

不穩定

F<1.0]

3.1 定性評估

根據現場的調查和勘探，并結合前述赤平投影分析，該危巖體在“5.12”地震過程中發生了崩塌。目前坡體上還殘留有較多的危巖塊石，坡面極為松散破碎。這些危巖體處于欠穩定狀態，未來在暴雨或地震的情況下很可能再次發生崩塌。

3.2 量化分析

按照2.2所述計算方法及表1提供的計算參數，根據對危巖體的現場調查和分析，確定危巖體的破壞模式為滑塌式。下面利用滑塌式破壞模式計算方法，根據勘查提供的剖面，對該危巖體進行穩定性計算和分析評價。

該危巖體在工況I（天然狀態）下的穩定性系數為1.32，處于穩定狀態；在工況Ⅱ下的穩定性系數為1.12，處于欠穩定狀態；在工況Ⅲ下的穩定性系數為1.11，處于欠穩定狀態。該危巖體目前處于極限平衡狀態，隨著各裂隙不斷延伸，其穩定性會越來越差。建議對已解體的危石進行開挖除險，或考慮被動防護網攔擋措施。治理措施可考慮采用主動防護網進行防護[4]。

4結語

關于滑塌類危巖體的穩定性分析方法有很多，不同方法有各自的優缺點。對于特定的危巖體，在對其進行穩定性分析時應該根據其特點，選擇適合的穩定性分析方法。本文的分析過程，可供類似地質和巖體的安全評價參考。

在實際的地形地貌條件下，危巖體的勘察往往難度較大。隨著時間的推移，危巖體本身的某些地質要素也會發生變化，穩定分析只能大致反應危巖體被勘察時的性狀。對危巖體進行安全鑒定后，應該及時進行相應的治理。

參考文獻：

[1]張偉鋒.危巖體危險性評價及防治對策研究——以雅礱江錦屏一級水電站為例[D].成都理工大學，2007.

[2]陳洪凱，鮮學福，唐紅梅等.危巖穩定性分析方法[J].應用力學學報，2009，26（2）:278-282.

[3]李衛民，耿宏漢.FAST臺址區危巖穩定性分析[C].2010年全國工程勘察學術大會論文集，2010:578-587.

[4]駱銀輝，胡斌，朱榮華等.崩塌的形成機理與防治方法[J]. 西部探礦工程，2008，20（12）.

[5]張瑛.“5.12”汶川大地震震裂山體災害勘查評價與治理設計方法研究[D].成都理工大學，2009.

[6]陳洪凱，唐紅梅，胡明等.三峽庫區危巖穩定性計算方法及應用[J].巖石力學與工程學報，2004，23（4）:614-619.

[7]谷拴成，張士兵.ANSYS在高邊坡危巖穩定性分析中的應用[J].西安科技學院學報，2003，23（4）:375-378.

endprint

對于工況Ⅲ，結構面內的充水深度為主控結構面深度的1/3。裂隙水壓力與穩定系數分別為：Q=γwe2/18，Kf=[（Wcosβ-Psinβ-Q）·tg?+cH/sinβ]/（Wsinβ+Pcosβ）

2.3 確定工況和荷載組合

定量對危巖體計算，穩定性的計算工況和荷載組合狀況要考慮。查閱規范并且依足夠數量的工程實例，工況和荷載組合一般需要考慮如下三種[5]：

①工況：天然狀態下。危巖自重+裂隙水壓力。②工況：天然狀態+暴雨狀態下。危巖自重+裂隙水壓力。③工況：天然狀態+地震狀態下。本次危巖穩定性計算工況及荷載組合按照以上三種工況來考慮。

2.4 選取其它參數

由據勘查資料并通過地區經驗和參數反演的方法進行綜合取值得出各結構面的抗剪強度的取值。因為危巖體結構面的不同故參數取值也有所不同，其結構面參數取值范圍為 C=30～50kPa，?=25～35°，各段的結構面參數及物理參數取值詳見表1。

3安全分析與評價

陳洪凱等根據危巖穩定系數將危巖穩定性分為三種狀態:不穩定、基本穩定和穩定[6]。

表2 崩塌穩定性分級評價指標

[崩塌類型

滑塌式

穩定

F>1.3

基本穩定

1.0-1.3

不穩定

F<1.0]

3.1 定性評估

根據現場的調查和勘探，并結合前述赤平投影分析，該危巖體在“5.12”地震過程中發生了崩塌。目前坡體上還殘留有較多的危巖塊石，坡面極為松散破碎。這些危巖體處于欠穩定狀態，未來在暴雨或地震的情況下很可能再次發生崩塌。

3.2 量化分析

按照2.2所述計算方法及表1提供的計算參數，根據對危巖體的現場調查和分析，確定危巖體的破壞模式為滑塌式。下面利用滑塌式破壞模式計算方法，根據勘查提供的剖面，對該危巖體進行穩定性計算和分析評價。

該危巖體在工況I（天然狀態）下的穩定性系數為1.32，處于穩定狀態；在工況Ⅱ下的穩定性系數為1.12，處于欠穩定狀態；在工況Ⅲ下的穩定性系數為1.11，處于欠穩定狀態。該危巖體目前處于極限平衡狀態，隨著各裂隙不斷延伸，其穩定性會越來越差。建議對已解體的危石進行開挖除險，或考慮被動防護網攔擋措施。治理措施可考慮采用主動防護網進行防護[4]。

4結語

關于滑塌類危巖體的穩定性分析方法有很多，不同方法有各自的優缺點。對于特定的危巖體，在對其進行穩定性分析時應該根據其特點，選擇適合的穩定性分析方法。本文的分析過程，可供類似地質和巖體的安全評價參考。

在實際的地形地貌條件下，危巖體的勘察往往難度較大。隨著時間的推移，危巖體本身的某些地質要素也會發生變化，穩定分析只能大致反應危巖體被勘察時的性狀。對危巖體進行安全鑒定后，應該及時進行相應的治理。

參考文獻：

[1]張偉鋒.危巖體危險性評價及防治對策研究——以雅礱江錦屏一級水電站為例[D].成都理工大學，2007.

[2]陳洪凱，鮮學福，唐紅梅等.危巖穩定性分析方法[J].應用力學學報，2009，26（2）:278-282.

[3]李衛民，耿宏漢.FAST臺址區危巖穩定性分析[C].2010年全國工程勘察學術大會論文集，2010:578-587.

[4]駱銀輝，胡斌，朱榮華等.崩塌的形成機理與防治方法[J]. 西部探礦工程，2008，20（12）.

[5]張瑛.“5.12”汶川大地震震裂山體災害勘查評價與治理設計方法研究[D].成都理工大學，2009.

[6]陳洪凱，唐紅梅，胡明等.三峽庫區危巖穩定性計算方法及應用[J].巖石力學與工程學報，2004，23（4）:614-619.

[7]谷拴成，張士兵.ANSYS在高邊坡危巖穩定性分析中的應用[J].西安科技學院學報，2003，23（4）:375-378.

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對于工況Ⅲ，結構面內的充水深度為主控結構面深度的1/3。裂隙水壓力與穩定系數分別為：Q=γwe2/18，Kf=[（Wcosβ-Psinβ-Q）·tg?+cH/sinβ]/（Wsinβ+Pcosβ）

2.3 確定工況和荷載組合

定量對危巖體計算，穩定性的計算工況和荷載組合狀況要考慮。查閱規范并且依足夠數量的工程實例，工況和荷載組合一般需要考慮如下三種[5]：

①工況：天然狀態下。危巖自重+裂隙水壓力。②工況：天然狀態+暴雨狀態下。危巖自重+裂隙水壓力。③工況：天然狀態+地震狀態下。本次危巖穩定性計算工況及荷載組合按照以上三種工況來考慮。

2.4 選取其它參數

由據勘查資料并通過地區經驗和參數反演的方法進行綜合取值得出各結構面的抗剪強度的取值。因為危巖體結構面的不同故參數取值也有所不同，其結構面參數取值范圍為 C=30～50kPa，?=25～35°，各段的結構面參數及物理參數取值詳見表1。

3安全分析與評價

陳洪凱等根據危巖穩定系數將危巖穩定性分為三種狀態:不穩定、基本穩定和穩定[6]。

表2 崩塌穩定性分級評價指標

[崩塌類型

滑塌式

穩定

F>1.3

基本穩定

1.0-1.3

不穩定

F<1.0]

3.1 定性評估

根據現場的調查和勘探，并結合前述赤平投影分析，該危巖體在“5.12”地震過程中發生了崩塌。目前坡體上還殘留有較多的危巖塊石，坡面極為松散破碎。這些危巖體處于欠穩定狀態，未來在暴雨或地震的情況下很可能再次發生崩塌。

3.2 量化分析

按照2.2所述計算方法及表1提供的計算參數，根據對危巖體的現場調查和分析，確定危巖體的破壞模式為滑塌式。下面利用滑塌式破壞模式計算方法，根據勘查提供的剖面，對該危巖體進行穩定性計算和分析評價。

該危巖體在工況I（天然狀態）下的穩定性系數為1.32，處于穩定狀態；在工況Ⅱ下的穩定性系數為1.12，處于欠穩定狀態；在工況Ⅲ下的穩定性系數為1.11，處于欠穩定狀態。該危巖體目前處于極限平衡狀態，隨著各裂隙不斷延伸，其穩定性會越來越差。建議對已解體的危石進行開挖除險，或考慮被動防護網攔擋措施。治理措施可考慮采用主動防護網進行防護[4]。

4結語

關于滑塌類危巖體的穩定性分析方法有很多，不同方法有各自的優缺點。對于特定的危巖體，在對其進行穩定性分析時應該根據其特點，選擇適合的穩定性分析方法。本文的分析過程，可供類似地質和巖體的安全評價參考。

在實際的地形地貌條件下，危巖體的勘察往往難度較大。隨著時間的推移，危巖體本身的某些地質要素也會發生變化，穩定分析只能大致反應危巖體被勘察時的性狀。對危巖體進行安全鑒定后，應該及時進行相應的治理。

參考文獻：

[1]張偉鋒.危巖體危險性評價及防治對策研究——以雅礱江錦屏一級水電站為例[D].成都理工大學，2007.

[2]陳洪凱，鮮學福，唐紅梅等.危巖穩定性分析方法[J].應用力學學報，2009，26（2）:278-282.

[3]李衛民，耿宏漢.FAST臺址區危巖穩定性分析[C].2010年全國工程勘察學術大會論文集，2010:578-587.

[4]駱銀輝，胡斌，朱榮華等.崩塌的形成機理與防治方法[J]. 西部探礦工程，2008，20（12）.

[5]張瑛.“5.12”汶川大地震震裂山體災害勘查評價與治理設計方法研究[D].成都理工大學，2009.

[6]陳洪凱，唐紅梅，胡明等.三峽庫區危巖穩定性計算方法及應用[J].巖石力學與工程學報，2004，23（4）:614-619.

[7]谷拴成，張士兵.ANSYS在高邊坡危巖穩定性分析中的應用[J].西安科技學院學報，2003，23（4）:375-378.

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