環境邊坡危險源穩定性及危險性等級劃分探討

包 祎

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環境邊坡危險源穩定性及危險性等級劃分探討

包 祎

（四川省林業調查規劃院，成都 610000）

隨著大型水利水電工程的修建，環境邊坡的危險源穩定性問題也日益受到人們的重視。該文以環境邊坡危險源為研究對象，結合危險源穩定性的因素，進行危險源穩定性定性評價；通過CSMR分類體系對環境邊坡危險源進行半定量評價；同時以鋼筋混凝土構筑物可能受到的損害為研究對象提出危險源危險性等級劃分方法，其研究結果對以后環境邊坡危險源的評價及設計治理具有一定的借鑒意義。

邊坡；危險源；穩定性評價；危險性等級

近年來，隨著我國大型水利水電工程的修建，產生了越來越多的工程邊坡，在關注工程邊坡穩定性的同時，外圍的環境邊坡是否存在危險源以及危險源的穩定性問題，也越來越受到人們的關注，為了消除邊坡安全隱患，預測及防治危險源對工程區建筑部位的影響，保障車輛、設備和人員的安全，保障工程的順利施工和長期運營，對環境邊坡的危險源的穩定性等級進行劃分是必要的，本文就環境邊坡危險源的穩定性評價和危險性等級劃分方法進行探討。

1 影響危險源穩定性的因素

影響邊坡穩定性的因素不是相互獨立的，往往相互作用對邊坡穩定性產生影響，可歸納為以下四類：

1）邊坡幾何特征，包括邊坡坡度、高度、長度、形態以及邊坡的臨空條件等;

2）巖體結構特征，巖體結構單元類型；結構面的組合形式；結構面的連通情況；

3）水文地質條件，地下水沿結構面的滲流弱化作用；地下水引起坡體內部動水壓力增大作用；

表1 環境邊坡危險源穩定性評價標準

注：可根據植被發育情況，對危險源穩定性程度進行適當調整

4）外動力作用，外動力作用包括開挖方式和降雨等因素。

2 危險源穩定性評價

2.1 現場評判標準

根據環境邊坡危險源發育的工程地質條件、可能失穩模式，評價因素包括地形坡度、植被發育狀況、結構面及巖體特征和危險源類型等幾方面，結合工程特點制定評判標準（表1），分為穩定性極差、穩定性差、穩定性較差等三類。

2.2 半定量評價方法－CSMR

CSMR分類體系是中國水利水電邊坡工程登記小組于1997年發展起來的分類體系在RMR-SMR體系的基礎上，引入高度修正系數和結構面條件修正系數，提出的一種不僅可用于邊坡巖體質量評價，還可進行穩定性評價的方法，CSMR分類體系。其具體表達式如下式：

CSMR=ξRMR-λ（F1′F2′F3）+F4（1）

1）RMR是巖體質量得分；

2）ξ坡高修正系數，計算表達式

表2 不同結構面調整因子評分值

注：P.平面破壞；T.傾倒破壞；αs.邊坡傾向；αj.結構面傾向；βs.邊坡傾角；βj.結構面傾角；

ξ=0.57+0.43×（Hr/H）

式中，Hr=80m，H-邊坡高度（單位：m）；對于傾倒邊坡：ξ=1。

3）F1、F2、F3：由表2確定。

4） F4：由表3確定

5）λ為結構面條件系數。

CSMR的值以20分為間隔，劃分5個級別，然后可根據邊坡巖體質量分級標準確定巖體質量類別，半定量地評價巖體質量和穩定性，預測可能的破壞模式，見表4。

表3 邊坡開挖方法調整評分值

根據危險源定義，危險源安全儲備均不高，穩定性狀況中不存在穩定、完全穩定等級別，因此，為和現場定性判定保持統一，將表4修正后如表5所示。

最終危險源穩定性由現場判斷和半定量評價方法綜合后得出。

表4 CSMR分級描述表（據Romana）

表5 環境邊坡危險源穩定性CSMR分級描述表

（據Romana分級描述表修正）

3 危險源危險性等級

3.1 危險源危害程度分析

環境邊坡的危險源對工程區的建筑物、施工人員、機械設備、交通等造成了一定的沖擊威脅，不同研究對象的抗災能力不同，本次以鋼筋混凝土構筑物可能遭受的損壞為對象進行研究。

為確定危險源破壞能力的大小，提出以危險源破壞后動能大小W、混凝土抗壓強度標準值fcu，k及混凝土配制強度fcu,0為基本參數的較為簡捷的評價指標。

混凝土的配制強度是指，實際工程施工中作所使用的混凝土的最大抗壓強度，計算公式是：

表6 不同混凝土強度標準差的取值規定

據：《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB50204）

fcu，0=fcu，k+1.645σ （2）

式中：fcu，0—混凝土配制強度（MPa）；fcu，k—混凝土立方體抗壓強度標準值（MPa）；σ—混凝土強度標準差（MPa）

σ的值應當按現行國家標準《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB50204）的規定取用，見表6。

混凝土所承受的壓強大于其實際所能承受的抗壓強度時即被破壞，而當其小于實驗標準值時不會被破壞，故根據實際情況，本文將fcu，k與fcu，0值作為混凝土在承受外力時是否被破壞的上、下限分界點。即當經過計算后，得出的危險源對混凝土的壓力值p＜fcu，k時，危險源對混凝土輕微破壞，當fcu，k≤P≤fcu，0時，危險源對混凝土建筑物破壞為中等破壞，當p＞fcu，0時，危巖體對混凝土建筑物的破壞為嚴重破壞。

1）經驗性假設：①危險源下落時能量守恒，以獲得碰撞時的較大動能；②危險源在碰撞混凝土建筑物后到能力消失的過程動量守恒，以獲得較大動能并簡化計算；③碰撞類型為剛體碰撞，碰撞時間t均為0.01s；④選取碰撞面積時取危巖塊體較小面的面積，以獲得較大的沖擊力；⑤假設對混凝土的破壞為正向、垂直受撞擊破壞，以獲得較大破壞動能；⑥假設危巖塊體對混凝土建筑物的破壞為危巖體對立方體混凝土塊的破壞，以獲得較大破壞能力，同時滿足fcu，0值及fcu，k的使用條件；

2）已知條件：危巖體的高度h、塊體尺寸l×x×y、危巖體的密度ρ，重力加速度g，碰撞時間t，碰撞時取的較小面積為s=x×y。

3）計算公式：危巖體對混凝土建筑物的沖擊壓強P計算公式為：

P—危巖體對混凝土產生的沖擊壓強（MPa）；T—碰撞時間（取經驗值0.01s）；G—重力加速度（9.8N/kg）；l—危巖體較大面的長度（m）；ρ—危巖體的密度（kg/m3）；h—危巖體相對混凝土建筑物的高度（m）；m—危巖體質量（kg）；V—危巖體撞擊混凝土建筑前的速度（m/s）；f—危巖體的沖擊力（N）；x·y—危巖體撞擊混凝土的較小面積（m2）。

表7 沖擊壓強與危害程度評價之間的關系

如一工程區混凝土標號主要為C25，則據前表可得其強度標準差σ應取5.0，則由公式可知該混凝土建筑物遭受危巖體破壞的下限值fcu，k=25Mpa，上限值fcu，0為25+1.645×5.0等于33.225Mpa，取33Mpa。評價方法見表7。

表8 危險源危害程度計算結果（舉例表示）

根據式（2）可計算出危巖體的沖擊壓強，并結合表7可以得出危險源的危害性等級，危險源相關計算結果及危害性等級見表8（舉例表示）。

4 結論

本次研究在對危險性等級劃分時，只考慮危險源對混凝土構筑物的危險性等級評價，因此評價結果也只針對混凝土構筑物適用。本文通過對環境邊坡危險源的穩定性定性和半定量評價，危險源危險性等級劃分，針對不同穩定性，不同等級的危險源進行有針對性的設計，以期能獲得優化設計，節省資金的目的。

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An Approach to Environmental Slope Hazard Stability and Hazard Classification

BAO Yi

（Sichuan Institute of Forestry Investigation and Planning, Chengdu 610000）

Environment slope hazard stability is getting more and more attention.This paper makes an approach to assessment of environment slope hazard stability and hazard classification. Semi-quantitative assessment of hazard carried out by CSMR system. The hazard classification is based on damage of reinforced concrete structures.

slope; hazard; stability assessment; hazard rating

2017-12-01

包祎（1985-），男，河南南陽人，碩士，工程師，研究方向：地質災害評價與預測

P642.2

A

1006-0995（2018）03-0502-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.03.034