SNS 被動防護系統(tǒng)在崩塌地質災害治理中的應用

項文江

（北京市地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司，北京 100050）

崩塌屬于規(guī)模大且破壞性較強的地質災害問題，在發(fā)生時可能會對周邊居民的房屋或是各項基礎設施造成破壞。在國內(nèi)地質災害統(tǒng)計資料中有記錄，山西省某地發(fā)生黃土崩塌地質災害，崩塌體積2.5萬立方米左右，厚度9米左右，災害的發(fā)生造成了高達20余人的死亡。從此案例中便能夠看出，崩塌地質災害的重大危害性，為此，需要有關部門不斷開展對此種災害防治措施的研究。

1 崩塌地質災害發(fā)生原因及危害性

1.1 內(nèi)在因素分析

導致崩塌發(fā)生的內(nèi)部因素包括三種：其一，巖土類型與結構。不同類型的巖土均有發(fā)生崩塌的可能性，但在崩塌特點上卻存在著一定的差異性，例如，堅硬的碳酸鹽是或是變質巖等的崩塌，其特點在于數(shù)量多、規(guī)模大；互層巖石與松土層等，基于風蝕等外部因素影響導致其耐受力會受到不同程度的影響，在發(fā)生崩塌時以墜落與剝落形式最為常見，危害性相對較輕?？偨Y而言，巖土結構完整性與均一性與崩塌的發(fā)生率呈負相關[1]。其二，地質構造條件。巨大斷裂發(fā)育的構造活動帶，屬于大規(guī)模崩塌的多發(fā)地帶，此種結構面發(fā)育中斜坡越傾斜則崩塌發(fā)生的可能性越大。其三，地形地貌條件。從以往大量崩塌地質災害案例來看，經(jīng)常發(fā)生崩塌的地區(qū)多具有著坡度大、切割劇烈特征。

1.2 外在因素分析

引發(fā)崩塌的外在因素包括以下幾種：其一，地震與火山等活動對邊坡的穩(wěn)定性造成破壞，從而增加崩塌發(fā)生可能性。其二，冰雪融化或是雨水較大的環(huán)境下，地表水會深入到坡體中，從而軟化巖土與軟弱面，促使其之間形成孔隙，此種孔隙便是屬于崩塌的引發(fā)因素。其三，河湖、水庫等地表水長時間浸泡與沖刷，導致坡體的支撐能力受到影響，致使邊坡的穩(wěn)定性降低，從而引發(fā)崩塌。其四，基于各項工程的建設，認為的進行爆破與開挖等，會導致周邊地質環(huán)境的坡體穩(wěn)定性受到破壞，比較容易引發(fā)崩塌。其五，巖土體中原本存在的裂隙在外部環(huán)境的侵蝕下進一步發(fā)展，加之晝夜溫差的影響，在自身穩(wěn)定性以及平衡性上均有所弱化，從而進一步增加了崩塌發(fā)生可能性[2]。

2 崩塌地質災害治理方案分析

2.1 方案概述

（1）坍塌特征

坍塌地質災害發(fā)生的山坡處于斜核處，屬于自然環(huán)境下形成的陡坡，標高368m～410m，山體基巖出露，坡度為64°～81°，部分危巖體近直立狀，高度為16m～33m，長度超出250m，陡崖山露巖層屬于寒武系中統(tǒng)中厚層灰?guī)r，表層巖石表現(xiàn)出的分化程度較大，且伴隨著裂縫的發(fā)育[3]。基于種種外部因素的影響，此地區(qū)比較頻繁的發(fā)生落石情況，周邊存在居民區(qū)，在雨季時，崩塌災害發(fā)生的可能性急劇上漲，促使村民的財產(chǎn)與生命安全受到極大威脅[4]。

（2）方案設計

針對懸崖位置的危巖、險石及時的給予清除；針對崖腔與空洞等給予支撐或是鑲補；控制坡面巖土體的風化剝落，合理的應用SNS主動防護系統(tǒng)。結合當前所了解到的邊坡信息，坡面沒有出現(xiàn)明顯的崖腔與空洞，支撐與鑲補等措施不能夠起到效果；陡崖受到風化侵蝕的面積較大，危巖與險石眾多，若選擇危巖與險石清除措施，則會面臨著較大的工作量，且危險系數(shù)較高，無法在根本上對問題進行解決；錨固措施的應用比較合理，但應該完全的了解坡面的危巖與險石，實際工作執(zhí)行會遇到諸多阻礙因素，且施工風險較大，為此，以上措施均存在著不合理之處[5]。SNS主動防護系統(tǒng)具有著一定的工程適應性與施工安裝便捷性優(yōu)勢，結合工程實際情況，應用SNS主動防護系統(tǒng)左坡面加固不符合經(jīng)濟性原則，且施工條件不夠理想，為此，主動防護系統(tǒng)也不適合應用。

2.2 方案對比選擇

若處于落石的物源區(qū)范圍過大，可能滑落或是墜落的石頭數(shù)量過多的條件下，在中途對滾石進行攔截的方案有效性較強，為此，制定兩種具體方案。

其一，攔石墻+落石槽。此方案的優(yōu)勢體現(xiàn)在對施工材料的要求不高，可就近取材，經(jīng)濟性較高，投入成本較?。涣觿轂橛脛傂缘慕Y構進行動力沖擊的阻攔，可能會起到適得其反的作用，需要建造一個規(guī)模巨大的攔石結構。同時，基于工程規(guī)模的影響，導致施工過程所需時間較多，若在此過程中發(fā)生崩塌，則會導致施工人員面臨著生命安全的威脅[6]。

其二，SNS被動防護系統(tǒng)。此系統(tǒng)應用中結構支撐為鋼柱，攔石結構具有柔性特征，其優(yōu)勢體現(xiàn)在整體的柔性較強，能夠有效的分散動力沖擊力，同時此系統(tǒng)對地形的適應性較強，且所應用的材料具有環(huán)保屬性。另外，此方案的施工便捷性優(yōu)勢較為明顯，施工過程不會受到過多因素的干擾，實現(xiàn)快速安裝，快速施工效果，避免在施工過程中發(fā)生崩塌情況。

2.3 防護網(wǎng)設計

（1）參數(shù)設置

為確保SNS防護系統(tǒng)應用安全性，在方案設計中根據(jù)最不利參數(shù)組合進行計算，陡崖段高度取最大值，坡度根據(jù)直立進行計算，斜坡取最大度數(shù)。山坡參數(shù)為：陡崖段：90°，坡高31m，坡腳長度256m；斜坡段：坡度42°，坡高50m，坡腳長度340m。落石參數(shù)：落石體積為1m3。巖體參數(shù)：巖性：中厚層灰?guī)r；密度：2.76g/cm3。

（2）落石運動計算

圖1 落實運動簡圖

陡崖段坡面危巖體，脫離母體下落，運動軌跡可分為三個階段：墜落-碰撞彈跳-滾動。陡崖段危巖在墜落后會形成自由落體運動，后在下落的過程中與突出的巖壁發(fā)生接觸，接觸后改變原有的運動軌跡，且出現(xiàn)碰撞的次數(shù)不固定，之后會向居民區(qū)方向運動。落石運動計算分析將落石視為球體，從坡體最高處位置（H-82m）出現(xiàn)崩塌落石，計算方式如圖1所示，落石的初始速度為v0=0m/s，重力加速度為d=9.8m/s2，落實碰撞彈跳發(fā)生在斜坡段，斜坡表面多有植被覆蓋，表層多為風化巖石與碎石土，因為接觸面為風化巖石或是碎石，常規(guī)法向阻尼系數(shù)為0.35.法向阻尼系數(shù)Rn取值為0.35，切向阻尼系數(shù)R1取值為0.85。設定落石在陡壁崖墜落，墜落高度為32m，結合公式1、2能夠計算出落石墜落階段耗費時間為2.56s左右，碰撞斜坡坡面前的速度為25.04m/s。

落實墜落段：加速度：g=9.8m/s2

彈跳段：落石觸底后再次彈跳初始速度分量如下：

公式3：v1=R1(vxcosθ-vysinθ)

vn=Rn(vxsinθ+vycosθ)

公式4：vx=vcosθ-vsinθ

vy=-(v1sinθ+vncosθ)

公式中vx是落石觸底前水平方向速度分量；vy是落石觸底錢豎直方向速度分量，速度向上為正，向下為負。

落石碰撞后接觸地面歷時與水平運動距離為：

公式5：t=2(vxtanθ+v'y)/g

公式6：L=vxt

（3）SNS被動防護網(wǎng)設計

首先，防護網(wǎng)型號的選擇需要結合落石的計算結果而定，同時，基于落石形狀的差異性，其運動過程存在著諸多不可控因素，為此，需要在落石運動能的基礎上乘以1.2的系數(shù)來近似考慮其運轉功能。其次，防護網(wǎng)高度設計過程中，需要結合多次落石運動情況以及計算結果而定，取最終所獲取到的彈跳最高值。

3 結語

從本文中引入的案例來分析，在條件不夠理想的環(huán)境下，以往所應用的攔石墻+落石槽方案不能夠達到最佳效果，為最大化的控制崩塌危害性，最終選定SNS被動防護系統(tǒng)，其所表現(xiàn)出來的優(yōu)勢也較為明顯。將SNS被動防護系統(tǒng)應用到崩塌防治中，能夠輔助明確防護設施的位置，同時也能夠經(jīng)由計算明確攔石網(wǎng)的最高位置，以及落石的運動速度與軌跡等，將這些參數(shù)融入到方案設計中，促使整個方案的可靠性有明顯提升。

[1]彭景亮.SNS防護系統(tǒng)在某危巖帶防治中的應用初探[J].山西建筑，2017，43(25):72-74.

[2]劉占梅.遼寧省喀左縣道虎溝山坡崩塌地質災害防治工程設計[J].地質災害與環(huán)境保護，2017，28(02):16-20.

[3]趙立峰，趙樹偉.淺析崩塌災害的成因、治理及應急措施[J].四川水泥，2016(08):228-123.

[4]李玉雯，王妮妮，朱明.青島嶗山風景區(qū)崩塌地質災害防治措施探討——以大平嵐危巖體崩塌治理工程為例[J].巖土工程技術，2015，29(03):144-148.

[5]竇波元.SNS被動防護系統(tǒng)在龍灘水電站進場專用公路邊坡防護中的應用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2012，05(12):57-60.

[6]樓莉莉，王洪林.SNS柔性防護系統(tǒng)在高邊坡地質災害治理中的應用[J].四川水力發(fā)電，2012，31(02):177-179.