石丫口危巖體崩塌運動分析

胡逸仙，李學(xué)能，江建明，梁策

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院， 昆明 650093;2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，昆明 650041)

石丫口危巖體崩塌運動分析

胡逸仙1，李學(xué)能2，江建明1，梁策1

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院， 昆明 650093;2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，昆明 650041)

在對石丫口危巖體的大小、崩塌方向、裂隙和結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及組合與交切關(guān)系等特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)R·M·Spang(1978)的研究成果，計算了危巖體的運動軌跡。結(jié)合工程實際情況，提出了“擋墻+攔石墻”的防治措施，為相關(guān)類型危巖體防治提供參考案例。

危巖體；軌跡；運動分析

2014年8月3日云南省魯?shù)榈貐^(qū)發(fā)生6.5級強烈地震，石丫口崩塌于“8.03”地震時發(fā)生，滾石直徑大多3 m左右，大者約6 m×6 m×4 m，大部分崩塌塊石堆積于斜坡中部地形較緩的地帶，有少量塊石滾動較遠(yuǎn)，穿過鄉(xiāng)村道路砸毀民房，并致使人員受傷。因此，對石丫口崩塌產(chǎn)生的危巖體WY1、WY2進行運動計算，為分析危巖體的發(fā)展趨勢、JI評估人民財產(chǎn)損失及有關(guān)部門工程治理提供參考意見。

1 崩塌危巖體概況

1.1 WY1概況

WY1呈似長方體結(jié)構(gòu)，高約12.7 m，平均厚約6 m，平均寬約5 m，估計體積381 m3。巖性為中厚層狀白云巖，巖層產(chǎn)狀為220°∠25°，順向產(chǎn)出，危巖主崩方向為180°?，F(xiàn)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在地震情況下可能產(chǎn)生滾動(圖1、2)。

圖1 WY1地質(zhì)剖面圖

圖2 WY1結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

1.2 WY2概況

WY2呈似長方體結(jié)構(gòu)，危巖體后緣卸荷裂隙發(fā)育明顯，未完全貫通，節(jié)理較發(fā)育。高約10 m，平均厚約8 m，平均寬約6 m，估計體積480 m3。危巖體巖性為中厚層狀白云巖，巖層產(chǎn)狀為220°∠25°，順向產(chǎn)出，危巖主崩方向為172°。現(xiàn)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在地震或暴雨情況下可能產(chǎn)生滾動(圖3、4)。

圖3 WY2地質(zhì)剖面圖

圖4 WY2結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

2 崩塌運動計算

2.1 計算理論

危巖體發(fā)生破壞，其運動方式受下部斜坡的物質(zhì)組成、邊坡坡角等的影響，運動距離各不相同。根據(jù)R·M·Spang(1978)的研究成果，崩落體只有坡度角小于一定臨界值(約27°)時，才停積于崖腳，隨坡度角增大，可分別表現(xiàn)為滑動、滾動、跳躍和自由崩落等方式，大部分或全部堆積于斜坡中下部地勢平滑區(qū)(圖5)。勘查區(qū)內(nèi)危巖崩落、運動的斜坡坡度區(qū)間值為22°～77°，因此巖體在產(chǎn)生變形破壞后，其運動方式表現(xiàn)為滑動、滾動、跳躍或自由崩落的方式向坡腳運動，最后堆積于坡腳緩坡地帶，直接影響坡下居民住房和人身的安全(圖6、7)。

圖5 危巖崩塌破壞運動圖示

2.2 落距計算

石塊在斜坡上的運動形式是比較復(fù)雜的，既有滑動、滾動還有跳躍運動，甚至在整個運動過程中三者兼而有之。根據(jù)能量守恒定律，在物體下落過程中動能的增加等于勢能的減少，機械能的總量保持不變。即：

(1)

mgh=1/2mv2

(2)

根據(jù)地形剖面可計算出斜坡坡度β和碰撞時的切向速度Vt與法向速度Vn,即：

(3)

(4)

根據(jù)功能原理，落石的勢能變化等于動能變化和克服摩擦所做的功：

(5)

式中，Vi為落石在斜坡面上任意位置處所具有的速度；di為各直線段斜坡的平均坡度；△hi為各直線段斜坡的鉛直高度；Φ為落石與坡面的綜合摩擦角；Li為各直線段斜坡的長度。

當(dāng)末速度Vi=0時，可求得∑Li，而∑Licosdi就是崩塌的最大水平運動距離。

計算結(jié)果如表1所示。

計算結(jié)果如表2所示。

圖6 WY1崩塌破壞運動圖示

剖面編號運動點號運動模式落石的運動速度V/m·s-1平面距離/m斜坡長度l/mWY1AB滾動06.56.9BC滾動4.3354.36.1CD滾動9.3534.640.1DE滾動8.2828.432.6EF跳躍9.748.313FG滾動7.7826.728.5GH滾動2.83213.413.9總和122.2141.1

表2 WY2區(qū)危巖滾動距離計算

根據(jù)危巖崩、塌體分布的坡體結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合已發(fā)生的崩塌進行反算、類比，崩滑體發(fā)生崩塌墜落后，滾石最大落距136.8～158.2m，與現(xiàn)場調(diào)查情況基本吻合，現(xiàn)場調(diào)查滾石最大落距約150m。

圖7WY2崩塌破壞運動圖示

2.3 落石騰躍計算

落石騰越計算主要是求算石塊運動軌跡與山坡面的最大偏離，從而確定攔截建筑物的高度和建筑物與山坡坡角間的最小距離。落石的運動形式在理論上可以按照質(zhì)點或球體在斜坡上的運動軌跡曲線來表示，因此落石運動時距離斜坡面的最大距離可以計算。

根據(jù)運動學(xué)原理，巖石在向下崩落的過程中，應(yīng)該是第一次碰撞時與斜坡面的距離是最大的。其運動軌跡的方程式為：

(6)

式中,v0為崩塌體在該斜坡面的初速度；β為巖石的反射速度方向與Y軸的夾角；g為重力加速度。

據(jù)此計算出質(zhì)點運動軌跡在水平方向斜坡上距離斜坡的最大距離為:

(7)

擬建攔石墻位置如圖8、圖9所示。

圖8 1#攔石墻滾石運動計算圖

圖9 2#攔石墻滾石運動計算圖

計算結(jié)果如表3、表4所示。

3 結(jié)論

(1) WY1、WY2危巖體后方有較多犬牙交錯的大塊石，大塊石呈鑲嵌狀，清除該危巖后容易引起后方大塊石滾動，應(yīng)對該危巖體采用擋墻+攔石墻進行攔擋支撐。

表3 1#攔石墻位置滾石運動計算表

表4 2#攔石墻位置滾石運動計算表

(2) 采用M10漿砌石擋墻，WY1危巖體A1段擋墻長9.6 m，WY2危巖體A2段長8.5 m，擋墻高3.6 m，頂寬1.38 m，底寬2.1m[1-2]。

(3) 采用M10漿砌石攔石墻，1#攔石墻長47 m，2#攔石墻長42 m，攔石墻結(jié)構(gòu)形式為梯形斷面，高3.0 m，頂寬1.2m，底寬2.1 m[1-2]。

[1] 滑坡治理工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范(DZ/T 0219-2006)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB 100025-2006)[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

ANALYSIS MOTION OF SHIYAKOU DANGEROUS ROCK MASS COLLAPSE

HU Yi-xian1,LI Xue-neng2,JIANG Jian-ming1, LIANG Ce1

(1.School of land and Resource Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China; 2.Yunnan Geological Engineering Survey and Design Institute,Kunming 650041,China)

Based on the characteristics of the size, collapse direction, fracture and structural surface occurrence of the dangerous rock mass and the relationship between the combination and the relationship in Shiyakou, According to the research results of R.M. Spang (1978), calculated the trajectory of the dangerous rock mass. Combined with the actual situation of the project, this paper put forward measures of “retaining walls”, to provide reference for the prevention and treatment of related types of dangerous rock mass.

dangerous rock mass; trajectory; motion analysis

1006-4362(2017)02-0012-04

2017-01-28 改回日期： 2017-02-20

P642.21

A

胡逸仙(1992- )，女，碩士研究生，研究方向為水文與水資源，水文地質(zhì)。E-mail：18213051018@163.com