環(huán)境邊坡危險源穩(wěn)定性及危險性等級劃分探討

包 祎

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環(huán)境邊坡危險源穩(wěn)定性及危險性等級劃分探討

包 祎

（四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，成都 610000）

隨著大型水利水電工程的修建，環(huán)境邊坡的危險源穩(wěn)定性問題也日益受到人們的重視。該文以環(huán)境邊坡危險源為研究對象，結(jié)合危險源穩(wěn)定性的因素，進(jìn)行危險源穩(wěn)定性定性評價；通過CSMR分類體系對環(huán)境邊坡危險源進(jìn)行半定量評價；同時以鋼筋混凝土構(gòu)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(jié)果對以后環(huán)境邊坡危險源的評價及設(shè)計治理具有一定的借鑒意義。

邊坡；危險源；穩(wěn)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(chǎn)生了越來越多的工程邊坡，在關(guān)注工程邊坡穩(wěn)定性的同時，外圍的環(huán)境邊坡是否存在危險源以及危險源的穩(wěn)定性問題，也越來越受到人們的關(guān)注，為了消除邊坡安全隱患，預(yù)測及防治危險源對工程區(qū)建筑部位的影響，保障車輛、設(shè)備和人員的安全，保障工程的順利施工和長期運營，對環(huán)境邊坡的危險源的穩(wěn)定性等級進(jìn)行劃分是必要的，本文就環(huán)境邊坡危險源的穩(wěn)定性評價和危險性等級劃分方法進(jìn)行探討。

1 影響危險源穩(wěn)定性的因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素不是相互獨立的，往往相互作用對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)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(tài)以及邊坡的臨空條件等;

2）巖體結(jié)構(gòu)特征，巖體結(jié)構(gòu)單元類型；結(jié)構(gòu)面的組合形式；結(jié)構(gòu)面的連通情況；

3）水文地質(zhì)條件，地下水沿結(jié)構(gòu)面的滲流弱化作用；地下水引起坡體內(nèi)部動水壓力增大作用；

表1 環(huán)境邊坡危險源穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)

注：可根據(jù)植被發(fā)育情況，對危險源穩(wěn)定性程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)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(wěn)定性評價

2.1 現(xiàn)場評判標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)環(huán)境邊坡危險源發(fā)育的工程地質(zhì)條件、可能失穩(wěn)模式，評價因素包括地形坡度、植被發(fā)育狀況、結(jié)構(gòu)面及巖體特征和危險源類型等幾方面，結(jié)合工程特點制定評判標(biāo)準(zhǔn)（表1），分為穩(wěn)定性極差、穩(wěn)定性差、穩(wěn)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(fā)展起來的分類體系在RMR-SMR體系的基礎(chǔ)上，引入高度修正系數(shù)和結(jié)構(gòu)面條件修正系數(shù)，提出的一種不僅可用于邊坡巖體質(zhì)量評價，還可進(jìn)行穩(wěn)定性評價的方法，CSMR分類體系。其具體表達(dá)式如下式：

CSMR=ξRMR-λ（F1′F2′F3）+F4（1）

1）RMR是巖體質(zhì)量得分；

2）ξ坡高修正系數(shù)，計算表達(dá)式

表2 不同結(jié)構(gòu)面調(diào)整因子評分值

注：P.平面破壞；T.傾倒破壞；αs.邊坡傾向；αj.結(jié)構(gòu)面傾向；βs.邊坡傾角；βj.結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)面條件系數(shù)。

CSMR的值以20分為間隔，劃分5個級別，然后可根據(jù)邊坡巖體質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)確定巖體質(zhì)量類別，半定量地評價巖體質(zhì)量和穩(wěn)定性，預(yù)測可能的破壞模式，見表4。

表3 邊坡開挖方法調(diào)整評分值

根據(jù)危險源定義，危險源安全儲備均不高，穩(wěn)定性狀況中不存在穩(wěn)定、完全穩(wěn)定等級別，因此，為和現(xiàn)場定性判定保持統(tǒng)一，將表4修正后如表5所示。

最終危險源穩(wěn)定性由現(xiàn)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(jù)Romana）

表5 環(huán)境邊坡危險源穩(wěn)定性CSMR分級描述表

（據(jù)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(huán)境邊坡的危險源對工程區(qū)的建筑物、施工人員、機械設(shè)備、交通等造成了一定的沖擊威脅，不同研究對象的抗災(zāi)能力不同，本次以鋼筋混凝土構(gòu)筑物可能遭受的損壞為對象進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)值fcu，k及混凝土配制強度fcu,0為基本參數(shù)的較為簡捷的評價指標(biāo)。

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(biāo)準(zhǔn)差的取值規(guī)定

據(jù)：《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)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(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；σ—混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）

σ的值應(yīng)當(dāng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204）的規(guī)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(dāng)其小于實驗標(biāo)準(zhǔn)值時不會被破壞，故根據(jù)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(dāng)經(jīng)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(dāng)fcu，k≤P≤fcu，0時，危險源對混凝土建筑物破壞為中等破壞，當(dāng)p＞fcu，0時，危巖體對混凝土建筑物的破壞為嚴(yán)重破壞。

1）經(jīng)驗性假設(shè)：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(shè)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(shè)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(chǎn)生的沖擊壓強（MPa）；T—碰撞時間（取經(jīng)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(zhì)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(guān)系

如一工程區(qū)混凝土標(biāo)號主要為C25，則據(jù)前表可得其強度標(biāo)準(zhǔn)差σ應(yīng)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(jié)果（舉例表示）

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

4 結(jié)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(gòu)筑物的危險性等級評價，因此評價結(jié)果也只針對混凝土構(gòu)筑物適用。本文通過對環(huán)境邊坡危險源的穩(wěn)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(wěn)定性，不同等級的危險源進(jìn)行有針對性的設(shè)計，以期能獲得優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省資金的目的。

[1] 孫東亞.邊坡穩(wěn)定評價方法RMR～SMR體系及其修正[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1997,16（4）:297-304.．

[2] Romna M. SMR Classification[C]//Proc. 7th ISRM Congress.Proc, 1991, 955-960．

[3] Romana M. A Geomechanical Classification for Slopes: Slope Mass Rating[M]. Oxford: Oxford Pergamon Press, 1993．

[4] GB50204，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》．

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[6] 張勇慧，李紅旭，盛謙等.山區(qū)公路巖質(zhì)邊坡危險源安全性評價研究[J].公路,2010, （2）:55-59.

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(zhì)災(zāi)害評價與預(yù)測

P642.2

A

1006-0995（2018）03-0502-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.03.034