危巖體穩(wěn)定性及崩落運動軌跡分析

王翰強

摘要：危巖體是山區(qū)常見的一種不良地質現象，臥龍山就存在潛在不穩(wěn)定性。通過分析，說明了危巖體變形機制和特點。從天然狀態(tài)和暴雨狀態(tài)兩種工況對危巖體進行了穩(wěn)定性計算，得出其存在不穩(wěn)定性。通過危巖體的落石運動軌跡作對比推測出危巖體破壞后的運動模式是做斜拋運動，然后與地面發(fā)生碰撞彈起的過程。通過計算得出危巖體在碰撞過程中的彈起高度和水平運行的最大距離。在此基礎，結合工程實際提出了工程防治措施建議。

關鍵詞：山體危巖體；穩(wěn)定性分析；運動模式；防護網

1工程概況

臥龍山位于嘉祥縣城區(qū)西1.5km，危巖體發(fā)育分布在臥龍山近山頂部位，山坡坡度45-55度，多年來受無序開山、采石影響，使臥龍山山體形態(tài)、生態(tài)地質環(huán)境發(fā)生了明顯改變，形成了連綿高陡邊坡，產生危巖體崩塌地質災害。

2危巖體形成原因

人工開挖形成高陡邊坡，由于卸荷作用，應力重新分部后在邊坡卸荷區(qū)內形成張拉脹裂縫，并與其它裂隙和結構面組合，逐步貫通形成危巖體，在地震或爆破震動、降水等外力觸發(fā)作用下，導致危巖體突然 脫離母體，翻滾、墜落下來。該地區(qū)邊坡屬水平巖層，在邊坡卸荷作用下，卸荷裂隙在構造裂隙的基礎上繼承發(fā)展，在危巖體壓應力作用下，層面垂向裂隙貫通后危巖體底部發(fā)生剪切破壞，形成崩落，危巖底部含有破碎夾層的蠕變和超前風化，加速危巖體底部剪切破壞最終形成危巖體崩落。

3危巖體穩(wěn)定性分析

對危巖體進行穩(wěn)定性計算，穩(wěn)定性計算有很多種方法，在此選用極限平衡法對該危巖體進行穩(wěn)定性計算。極限平衡法即假定邊坡沿某一形狀滑動面破壞，按力學平衡原理進行計算。從天然狀態(tài)和暴雨狀態(tài)兩種工況對其穩(wěn)定性計算。

通過計算，可以看出，在天然狀態(tài)下危巖體穩(wěn)定性較好，但是在暴雨狀態(tài)下，危巖體穩(wěn)定性較差。存在潛在的不穩(wěn)定性，有破壞的可能。臥龍山危巖體存在不穩(wěn)定性。

4危巖體運動模式及參數計算

⑴危巖體破壞后運動軌跡

危巖體一旦失穩(wěn)脫落，將會向下運動。研究其運動模式對其治理有很大作用。經上述穩(wěn)定性分析，危巖體很有可能發(fā)生破壞，形成大面積的碎石流。發(fā)生滑塌后，落石將沿什么樣的運動軌跡向下運動，是我們研究的重點。根據現場調查，在危巖體南側坡底有一垮塌的落石，停留在山坡下較平緩的位置。而在坡面上可見有一些深坑，坑深約80cm，寬約70cm，內有明顯擦痕，由此可以判斷一些塊狀的落石，不是沿著斜坡滑落下來，而是在下落過程中作斜拋運動，然后與地面發(fā)生碰撞，之后彈起在再做上拋運動，最后落下。在與地面發(fā)生碰撞時就會形成反彈坑，我們看到的深坑就是反彈坑。在危巖體下也可以看見一些停留在山坡下的落石。其形狀為方形狀，最大礫徑為2.2×1.2×0.7 m3，就是由于危巖體發(fā)生破壞后形成的。以此作為參考，可以推斷危巖體發(fā)生垮塌后的運動軌跡也大致如此。

⑵計算落石下落的參數

塊狀落石下落時有碰撞彈起的過程。在治理時，就要考慮落石碰撞時的彈起高度，水平下落的最大距離。就以南側的落石為參考物，對危巖體破壞后下落過程進行定量分析。

危石下落，勢能的減少等于動能的增加.據能量守恒定律：

危巖從陡坡上沖下撞擊地面的碰撞屬于非彈性碰撞，在這一碰撞過程中，在通常情況下，危與地面接觸點的相對速度沒有在它們的公法線上，為斜碰撞.斜坡切向速度（Vt）在碰撞過程中，用Hunger和胡厚田等人的研究，考慮瞬間摩擦的作用，其損失率為10%，即沿碰后斜坡切線速度為：

通過對勘查區(qū)危巖帶各危巖體崩落距離的預測，計算的最大水平落距為15.73m，最大垂直落距 18.75m，最大塊石體積 1.85m3.根據計算落石的運動軌跡和彈跳高度，以及下滑時的沖擊能量。以及該處地形?？蓪ζ溥M行防治設計。

6治理方案建議

該處危巖體屬于高邊坡，分布區(qū)域較大，采用主動防護系統(tǒng)全坡面覆蓋面積太大，經濟上不可取。安裝更是難度較大。因此采用被動防護網。根據上述落石運動計算參數，我們選用RX- 050型防護網。

根據 RX- 050材料的型號和規(guī)格，通過對計算所得的參數進行分析可知，設計網高為4m；防護網型號為D0/8/200；柱間距為10m；鋼柱截面為250mm。支撐繩單根長度40m。

在危巖體下部可以看見落石的地方長約200m.因此，設計防護網的總長度為200m。

根據經驗一般設定：

上拉錨繩到鋼柱的垂直距離應設為：

0.5×（網高+柱間距）=0.5×（4+10）=7m

側拉錨繩到鋼柱的水平距離應設為：

1.5×（網高）=1.5×4=6m

側拉錨繩與鋼柱的夾角一般為12-15°，設計中取夾角為15°。

鋼柱傾斜角度，與坡面成75°。中間設一φ16 mm加固拉錨繩。

7結語

1、通過分析，危巖體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，裂縫隨時間的變化在不斷增大，在暴雨和其他外力條件下會導致破壞。

2、通過計算得出落石在碰撞過程中的彈起高度和水平運行的最大距離。在此基礎，可用于評估落石可能產生災害的范圍、災害程度以及防護結構的幾何尺寸設計。

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