談寶成線下行K425危巖成因及穩(wěn)定性分析

白明志 胡 川

(中鐵二院成都勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,四川 成都 610081)

談寶成線下行K425危巖成因及穩(wěn)定性分析

白明志 胡 川

(中鐵二院成都勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,四川 成都 610081)

通過(guò)地質(zhì)勘察，介紹了寶成線下行K425危巖體的形成原因與誘發(fā)因素，并采用赤平投影法，分析了該危巖體的穩(wěn)定性，研究判斷了落石的運(yùn)動(dòng)模式，初步提出了危巖體的防治措施。

危巖體，赤平投影法，三維掃描影像，落石

1 工程概況

該工點(diǎn)位于江油市雁門鎮(zhèn)境內(nèi)，寶成線下行朝陽(yáng)隧道(隧道全長(zhǎng)174.5 m)，鳳凰山棚洞K425+500～K425+540右側(cè)邊坡，最高處相對(duì)鐵路高度達(dá)150多米，坡度中陡，屬于工程中的高陡邊坡，邊坡長(zhǎng)度達(dá)140多米。

工點(diǎn)屬低山河谷地貌，自然山坡40°～70°，相對(duì)最大高差約30 m～100 m，基巖局部出露，地表植被發(fā)育，覆蓋層較薄。地形起伏較大，右側(cè)高左側(cè)低，左側(cè)臨向清江河。邊坡巖性為泥盆系下統(tǒng)平驛鋪組(D1p)石英砂巖夾粉砂質(zhì)頁(yè)巖。巖體較破碎，發(fā)育典型三組節(jié)理，將巖體切割成大塊狀構(gòu)造(見圖1)。

2 危巖體成因分析

2.1 形成原因

邊坡整體坡度60°～75°，隧道洞口上方坡表植被茂盛；洞口棚洞上方植被較少，邊坡近乎直立，基巖裸露。邊坡巖體為石英砂巖，巖層中夾薄層頁(yè)巖夾層，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育。坡表由于節(jié)理裂隙切割，巖體被分割成石塊個(gè)體，部分石塊由于重力作用而脫落，坡體表部多處形成巖腔。坡表發(fā)育的裂隙面和強(qiáng)風(fēng)化作用，造成坡表巖體極其破碎。由于坡表巖體破碎，在降雨雨水沖刷下形成了兩處沖溝，沖溝下方有坡積物堆積。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況了解到邊坡由于發(fā)育的節(jié)理裂隙及地震等作用使得頂部巖體極其破碎，表層巖體完整性很差，見圖2，邊坡表部呈現(xiàn)出大范圍的碎石區(qū)域，碎石大部分都是以個(gè)體的形式存在，基本脫離了母巖，在強(qiáng)降雨、自身重力和地震等作用下極容易失穩(wěn)滾落而危及鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

邊坡上有多處巖體空腔(見圖3)，巖腔上部巖體由于下方巖體脫落而臨空懸掛，內(nèi)部由于節(jié)理裂隙面的存在而與基巖間粘結(jié)減弱，該類危巖據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察最大的達(dá)100 t左右，在重力降雨等因素影響下極易發(fā)生墜落式破壞，一旦失穩(wěn)墜落必將會(huì)影響到鐵路的正常運(yùn)輸。

2.2 誘發(fā)因素

1)降雨。降雨對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生起著極其重要的作用，對(duì)于該工點(diǎn)，降雨的影響主要表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：a.軟化巖石、改變其力學(xué)性質(zhì)，降低巖石抗剪強(qiáng)度，使之易被剪切破壞，導(dǎo)致節(jié)理面貫通。b.降低巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度，同時(shí)產(chǎn)生靜水壓力和動(dòng)水壓力，使節(jié)理切割沿巖體易沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)，誘發(fā)崩塌發(fā)生。

2)地震。地震是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的又一誘發(fā)因素，對(duì)于該工點(diǎn)，地震的影響主要表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：a.產(chǎn)生水平推力，加劇崩塌、落石等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。b.劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使巖石相互擠壓變形，使巖石形成新的節(jié)理或促使原節(jié)理裂隙貫通，加速崩塌的發(fā)育。

參考《汶川地震震區(qū)隧道調(diào)查研究分析》中寶成線朝陽(yáng)隧道洞口邊仰坡防護(hù)開裂、脫落。由于地震波的地形放大效應(yīng)，“5·12”汶川地震區(qū)高陡山坡普遍發(fā)生崩塌。

3 危巖體穩(wěn)定性分析

根據(jù)巖體的結(jié)構(gòu)特征，采用赤平投影法對(duì)巖體進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)合三維掃描技術(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)邊坡三維掃描影像數(shù)據(jù)的分析獲得節(jié)理裂隙產(chǎn)狀可知巖體中發(fā)育有三組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，控制邊坡局部的穩(wěn)定性，其性質(zhì)如下：

第一組：100°～120°∠80°～88°。

第二組：275°～290°∠70°～80°。

第三組：205°～215°∠78°～88°。

坡面產(chǎn)狀：218°∠55°～75°。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)得節(jié)理裂隙等密度及產(chǎn)狀赤平投影圖見圖4。

結(jié)合赤平投影圖對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析如下：

由圖4可看出三組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面兩兩相交的交點(diǎn)均與邊坡坡面在同一側(cè)，說(shuō)明組合交線的傾向與邊坡傾向一致。其中第一組和第三組兩組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面以及第二組和第三組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，其交點(diǎn)均在邊坡內(nèi)側(cè)，說(shuō)明交線傾角大于坡角，故屬于基本穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；而第一組和第二組兩組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，其交點(diǎn)位于邊坡坡面線外側(cè)，說(shuō)明交線傾角小于坡面傾角，故這兩組結(jié)構(gòu)面控制下邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在第一組和第二組兩組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面作用下，坡表破碎穩(wěn)定性極差，常有落石墜落形成巖腔，需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行防護(hù)治理。

4 落石分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)合三維掃描軟件對(duì)該里程邊坡進(jìn)行了掃描，獲得邊坡的三維掃描影像，切出邊坡3個(gè)有代表性的區(qū)域斷面，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡、彈跳高度、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)能量等運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。其中斷面1—1和2—2計(jì)算落石質(zhì)量取10 t，斷面3—3落石質(zhì)量取為100 t進(jìn)行計(jì)算(見圖5)。

斷面1—1計(jì)算分析。

1)斷面地形條件。分析計(jì)算1—1斷面情況(見圖6)，對(duì)斷面的地形條件采用坐標(biāo)的方式表示。

2)落石計(jì)算輸入條件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原有落石的大小，結(jié)合邊坡三維掃描結(jié)果，具體的落石計(jì)算輸入條件如下：

落石初始條件：

在斜面頂部的下落：水平初速度為0 m/s，豎向初速度為0 m/s。計(jì)算落石粒徑：1 m大小的落石。落石的密度：2 389 kg/m3。落石重量：10 007 kg。跌落統(tǒng)計(jì)次數(shù)：200次(根據(jù)此次數(shù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì))。

3)落石計(jì)算統(tǒng)計(jì)位置。計(jì)算完成后，取3個(gè)位置對(duì)落石運(yùn)動(dòng)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這個(gè)位置的坐標(biāo)見表1。

表1 落石計(jì)算位置表

4)落石計(jì)算結(jié)果。計(jì)算后可得到防護(hù)網(wǎng)設(shè)計(jì)需要的落石彈跳高度、落石運(yùn)動(dòng)速度、落石沖擊能量等參數(shù)，見圖7～圖10。

1—1斷面結(jié)果分析：參照點(diǎn)3位置位于鐵路上方棚洞處，此點(diǎn)數(shù)據(jù)具有參考價(jià)值，對(duì)其進(jìn)行分析，該點(diǎn)最大彈跳高度17.671 m，其中彈跳高度在9 m以內(nèi)的概率為98.41%；落石最大運(yùn)動(dòng)速度38.728 m/s(超過(guò)25 m/s的概率有4%)，最大能量為7 657.704 kJ。

其余2—2，3—3斷面計(jì)算同上，結(jié)果分析如下：

2—2斷面結(jié)果分析：參照點(diǎn)3位于鐵路上方棚洞附近數(shù)據(jù)具有參考價(jià)值，對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，該點(diǎn)處最大彈跳高度為64.844 m，彈跳高度在50.983 m以內(nèi)的概率有95%；最大落石速度40.685 m/s，速度在38.087 m/s以內(nèi)的概率為95%；最大能量為8 451.043 kJ。

3—3斷面結(jié)果分析：參照點(diǎn)3處于棚洞附近位置，其數(shù)據(jù)具有參考價(jià)值，對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，該點(diǎn)處最大彈跳高度為37.342 m，其中95%概率的彈跳高度在21.075 m以內(nèi)；最大落石速度42.668 m/s，最大能量為92 892.48 kJ。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)的赤平投影分析，坡表破碎穩(wěn)定性極差，常有落石墜落形成巖腔，需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行防護(hù)治理。

根據(jù)落石分析計(jì)算結(jié)果可知邊坡上方落石失穩(wěn)后運(yùn)動(dòng)至棚洞上方將會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊能量，10 t的落石沖擊能量達(dá)8 000 kJ左右，而100 t落石沖擊能量達(dá)90 000 kJ，一旦滾落必將會(huì)給鐵路運(yùn)輸造成極大的損失。

建議先對(duì)該區(qū)域大塊的落石進(jìn)行治理清除，考慮到邊坡頂部大面積的碎石區(qū)域且落石彈跳能量大，可設(shè)置簾式網(wǎng)對(duì)邊坡落石進(jìn)行引導(dǎo)，棚洞上方另設(shè)被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行攔截。

采用多重防護(hù)措施可有效減小落石直接沖擊棚洞的概率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)姆雷o(hù)，確保鐵路正常運(yùn)營(yíng)。

[1] 胡厚田.崩塌與落石[M].北京:鐵路出版社,1989.

[2] 趙德文.岸坡巖體穩(wěn)定性赤平投影法分析[J].山西建筑,2010,36(18):80-81.

[3] 高劍峰.基于三維激光掃描的高陡邊坡塊體穩(wěn)定性研究[J].土木建筑與環(huán)境工程,2012,12(S34):77-81.

Discussion on dangerous rock causes and stability analysis of Baocheng line downstream K425

Bai Mingzhi Hu Chuan

(ChinaRailwayEryuanChengduSurveyandDesignInstituteLimitedCompany,Chengdu610081,China)

Through the geological survey, this paper introduced the forming causes and inducing factors of dangerous rock mass of Baocheng line downstream K425, and using stereographic projection method, analyzed the stability of the dangerous rock mass, researched and judged the movement model of the rock fall, preliminary put forward the prevention measures of dangerous rock mass.

dangerous rock mass, stereographic projection method, three-dimensional imaging, rock fall

1009-6825(2017)05-0117-03

2016-12-07

白明志(1976- )，男，碩士，工程師

TU413.62

A