地震引發(fā)某危巖體防治工程設(shè)計(jì)

黃　超，丁保艷

地震引發(fā)某危巖體防治工程設(shè)計(jì)

黃超，丁保艷

（甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅蘭州730050）

通過(guò)野外調(diào)查，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)了某危巖體的各類(lèi)結(jié)構(gòu)面，采用赤平投影方法分析了危巖體變形失穩(wěn)的模式，通過(guò)定量計(jì)算確定了危巖體落石速度和彈跳距離，與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查較吻合，最后提出了危體巖防治措施，通過(guò)防治措施的實(shí)施，取得了較好的防治效果，可以為類(lèi)似危巖體防治提供參考。

危巖體；赤平投影；治理措施

1　概述

2008年5月12日14時(shí)28分，四川盆地西部龍門(mén)山斷裂帶發(fā)生了震級(jí)高達(dá)Ms8.0級(jí)的汶川特大地震。強(qiáng)烈的地震不僅對(duì)建筑物和構(gòu)筑物造成極大破壞，產(chǎn)生重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而且還觸發(fā)了大量崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。甘肅省隴南市某危巖體即是由于地震引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害之一，該段斜坡分布的危巖體威脅該村38戶(hù)約180人的生命、財(cái)產(chǎn)安全，特別是位于村內(nèi)一所由銀監(jiān)會(huì)投資設(shè)立的小學(xué)，威脅校內(nèi)師生約50人。本文在對(duì)該危巖體現(xiàn)場(chǎng)考察的基礎(chǔ)上，對(duì)危巖體中1、2號(hào)危巖體做了較為具體的描述，同時(shí)，結(jié)合危巖體地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征采用赤平投影的方法分析了危巖體變形失穩(wěn)的模式，最后根據(jù)對(duì)變形失穩(wěn)模式的判斷，采用定量計(jì)算的手段，對(duì)危巖體采取了錨桿和主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的防治措施。根據(jù)施工后的情況，取得了較好的防治效果。

2　1#、2#危巖體變形特征及穩(wěn)定性分析

1、2#危巖體位于斜坡左上方的條梁上，兩處危巖體性質(zhì)相近。兩處危巖體均由中厚層灰?guī)r組成，1#危巖體面積約495m2，厚度2～3m，危巖體積約1200m3，2#危巖體面積約550m2，厚度約2m，危巖體積約1100m3。兩處危巖體產(chǎn)狀紊亂，基本產(chǎn)狀為30° ∠5°，多為已發(fā)生移動(dòng)的巖體，本次選取有代表性的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和描述，薄層灰?guī)r節(jié)理裂隙極其發(fā)育，局部有粉土或碎石充填。下伏基巖為千枚巖夾板巖，地層產(chǎn)狀20°∠5°，產(chǎn)狀反傾。坡面巖石在各個(gè)結(jié)構(gòu)面作用下極為破碎，巖石崩落、掉塊等災(zāi)害發(fā)生易發(fā)，嚴(yán)重威脅坡腳村民安全。

在本次勘查中1、2#危巖體斜坡共統(tǒng)計(jì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)面20組，統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括各組結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀（傾向/傾角）、結(jié)構(gòu)面間距、結(jié)構(gòu)面延伸長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)面張開(kāi)度（裂縫寬度），統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　1、2#危巖體結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)表

采用赤平投影法對(duì)統(tǒng)計(jì)的結(jié)構(gòu)面進(jìn)分析，進(jìn)而分析1#、2#危巖體變形特征及穩(wěn)定性。對(duì)1、2#危巖體斜坡的上述統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行赤平投影，生成結(jié)構(gòu)面等密度圖（如圖1，2所示）。

圖1　1、2#危巖體優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面赤平投影

圖2　1、2#危巖體結(jié)構(gòu)面極點(diǎn)等密度分布圖

根據(jù)等密度圖可以看出，1、2#危巖體一共4組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，分別為第1組45°∠65°；第2組190° ∠80°；第3組220°∠75°；第4組250°∠60°。結(jié)合等密度圖分析結(jié)果，對(duì)照危巖體災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀，主要是已崩落區(qū)域結(jié)構(gòu)面情況，說(shuō)明等密度圖分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際吻合較好。

通過(guò)上圖分析得出如下結(jié)果：

1）第1組結(jié)構(gòu)面極點(diǎn)落入傾倒不穩(wěn)定區(qū)，沿該組結(jié)構(gòu)面可能發(fā)生傾倒破壞；

2）2/4結(jié)構(gòu)面交線(xiàn)的極點(diǎn)以及第4組結(jié)構(gòu)面極點(diǎn)落入滑動(dòng)區(qū)，說(shuō)明在各組結(jié)構(gòu)面交線(xiàn)作用下1、2#危巖體會(huì)發(fā)生楔形體破壞；

3）其余結(jié)構(gòu)面及結(jié)構(gòu)面交線(xiàn)極點(diǎn)未落如傾倒及滑動(dòng)區(qū)。

根據(jù)赤平投影分析，1、2#危巖體主要治理對(duì)象為1、2、4組結(jié)構(gòu)面發(fā)育區(qū)域，在1、2、4組結(jié)構(gòu)面的作用下危巖體主要失穩(wěn)模式為滑動(dòng)破壞、楔形體破壞以及傾倒破壞。

3　落石運(yùn)動(dòng)計(jì)算

3.1落石速度計(jì)算

本次斜坡無(wú)明顯臺(tái)階，且相鄰段坡角度相差小于5°，落石計(jì)算速度按任意形狀物體沿坡面滾動(dòng)理論計(jì)算：

式中：V——巖塊崩落到地面時(shí)的速度；

H——石塊墜落高度，本次危巖體取為110m；

g——重力加速度，取為9.81m/s2；

k——石塊沿山坡運(yùn)動(dòng)所受阻力特征系數(shù)，按下列條件取值。

3.2落石彈跳距離計(jì)算

石塊在撞擊坡腳平臺(tái)后，其運(yùn)動(dòng)軌跡曲線(xiàn)方程為：

ρ——恢復(fù)系數(shù)，本次勘查按密實(shí)巖塊堆積層，恢復(fù)系數(shù)取0.5；

λ——瞬間摩擦系數(shù)，本次勘查按密實(shí)巖塊堆積層取值，瞬間摩擦系數(shù)取0.3。

Φ——入射角，通常采用山坡坡腳a為入射角的值，取為45°。

落石第一次彈跳的最遠(yuǎn)距離X0為：

4　治理工程設(shè)計(jì)

針對(duì)1、2#危巖體治理設(shè)計(jì)措施為：沿上述三組結(jié)構(gòu)面反傾向布設(shè)錨桿、GPS2型主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、危巖清理。

1、2#錨桿工程設(shè)計(jì)入射角度與結(jié)構(gòu)面傾向相反，錨桿設(shè)計(jì)入射方向90°，入射角度與水平面夾角20°，2根直徑Φ16鋼筋，長(zhǎng)度4.5m，錨桿在巖坡面上水平間距4.5m，豎向間距4.5m，累計(jì)布設(shè)80根、88根。

1、2#危巖體在多組結(jié)構(gòu)面作用下圍巖破碎，采用GPS2型主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)支護(hù)，布設(shè)總面積分別為590m2、780m2。網(wǎng)的型號(hào)DO/08/300：菱形鋼絲繩網(wǎng)，鋼絲繩直徑為Φ8，網(wǎng)孔尺寸（菱形邊長(zhǎng)30mm）；每塊網(wǎng)的尺寸4m×4m，地形變化復(fù)雜處可采用4m×2m，采用8mm鋼絲縫合線(xiàn)與支撐繩連接。

錨桿：錨桿材料Φ16鋼筋；錨孔深度4.5m；孔徑50mm；砂漿強(qiáng)度M30；孔口凹槽直徑20cm，深20cm；錨桿抗拔力大于50kN。

支撐繩：橫向采用φ16鋼絲繩，縱向采用φ12鋼絲繩，布設(shè)尺寸4.5m×4.5m，地形變化復(fù)雜處可采用4.5m×2.5m，并進(jìn)行張拉。

鋼絲格柵網(wǎng)：防護(hù)較破碎的危巖體，尺寸依據(jù)破碎危巖體面積而定，格柵網(wǎng)用直徑Φ2.2的鋼絲繩制成，并與支撐繩連接。

通過(guò)治理工程的實(shí)施，取得了較好的防治效果。

5　結(jié)論

1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)了危巖體節(jié)理面的發(fā)育情況，利用赤平投影方法合理的確定了危巖體的失穩(wěn)模式。對(duì)于相似類(lèi)型的危巖體可以通過(guò)赤平投影的方法合理確定危巖體失穩(wěn)模式；

2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查合理確定計(jì)算參數(shù)，用科學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算了落石的速度和距離，計(jì)算結(jié)果可作為治理設(shè)計(jì)的依據(jù)；

3）通過(guò)采用危石清理+錨固+主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)+被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的治理措施，取得了較好的防治效果，可以作為類(lèi)似工程的參考。

［1］ 徐邦棟.滑坡分析與防治［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2001.

［2］ 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］ 孫玉科，古訊.赤平極射投影在巖體工程地質(zhì)力學(xué)中的應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，1980.

TB21