湖北省干溪溝崩塌落石運(yùn)動(dòng)特征研究

許超 閆文靜

摘 要：為了研究干溪溝崩塌落石運(yùn)動(dòng)特征變化規(guī)律，采用RocFall數(shù)值模擬的方法對(duì)危巖體失穩(wěn)后落石的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了模擬，通過(guò)模擬得到了落石運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的彈跳高度、運(yùn)動(dòng)速度和沖擊能量。模擬結(jié)果較好的反映了落石的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為治理工程的設(shè)計(jì)提供了理論支持，具有工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：崩塌；落石；運(yùn)動(dòng)特征；RocFall

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.082

0 引言

崩塌是指位于陡坡或者懸崖臨空面被若干組結(jié)構(gòu)面切割，受重力、地震、水壓力等外力地質(zhì)作用的影響，失穩(wěn)后隨即發(fā)生一種突然且垂直位移急劇變化的動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象。我國(guó)是一個(gè)崩塌災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，每年崩塌發(fā)生的次數(shù)均在1000次以上，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)崩塌的研究與治理尤為重要，而崩塌的治理必須結(jié)合落石的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行。劉慧明[1]研究了長(zhǎng)白山天池地區(qū)龍門峰崩塌落石運(yùn)動(dòng)軌跡；丁冰冰[2]通過(guò)危巖落石室內(nèi)試驗(yàn)研究了落石的形態(tài)對(duì)運(yùn)動(dòng)特征的影響，陳躍[3]采用RocFall數(shù)值模擬軟件對(duì)云龍礦區(qū)崩塌落石運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了模擬分析。

本文以湖北省房縣干溪溝崩塌為研究對(duì)象，對(duì)崩塌落石的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行綜合研究，為治理工程的設(shè)計(jì)提供理論支持，具有一定的理論意義和工程價(jià)值。

1 崩塌簡(jiǎn)介

2017年10月2日上午8點(diǎn)30分左右，受強(qiáng)降雨影響，干溪溝坡體突發(fā)崩塌，至10月6日基本保持穩(wěn)定，在此期間持續(xù)有碎塊石滾落。根據(jù)調(diào)查走訪結(jié)果，在干溪溝崩塌發(fā)生之前，未出現(xiàn)過(guò)大規(guī)模的山體崩塌，僅逢陰雨天氣，會(huì)有少量的塊石順坡滾落，未造成過(guò)人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

研究區(qū)主要屬于構(gòu)造溶蝕、侵蝕中低山區(qū)地形，海拔高程大多在1100～1500m相對(duì)高差約為400m，地形切割深度在400～1000m之間。區(qū)內(nèi)山體相對(duì)較陡，一般坡度25～75°，山勢(shì)走向多為北東至南西向。

2.2 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查和區(qū)域地質(zhì)資料，研究區(qū)出露的地層由老到新依次為志留系中統(tǒng)竹溪組灰?guī)r（S2Z）和第四系松散堆積物（Q4）。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

干溪溝崩塌所在區(qū)域未見大型構(gòu)造，結(jié)構(gòu)面相對(duì)發(fā)育?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育兩組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，第一組結(jié)構(gòu)面傾向?yàn)?10～257°，第二組結(jié)構(gòu)面傾向?yàn)?25～355°。

2.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地表水主要接受大氣降水補(bǔ)給，季節(jié)特征明顯，大氣降水沿沖坡體表面直接排出，已崩塌區(qū)南北兩側(cè)各發(fā)育一條沖溝。研究區(qū)地下水按含水介質(zhì)特征劃分為上層滯水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水兩種類型。

3 崩塌落石運(yùn)動(dòng)特征分析

3.1 RocFall軟件介紹

RocFall是一款用于崩塌落石問(wèn)題分析的實(shí)用型軟件，該軟件的基本原理是通過(guò)輸入落石的位置、質(zhì)量、數(shù)量、初始的運(yùn)動(dòng)特征以及坡面的法向與切向恢復(fù)系數(shù)和坡面摩擦角等參數(shù)來(lái)模擬研究落石在邊坡上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)算得到落石在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的彈跳高度、運(yùn)動(dòng)速度、沖擊能量、落點(diǎn)位置等運(yùn)動(dòng)特征。

3.2 計(jì)算參數(shù)的確定

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，根據(jù)坡面物質(zhì)的組成以及植被的發(fā)育情況，取以下參數(shù)進(jìn)行落石運(yùn)動(dòng)特征的模擬計(jì)算。AB段以崩坡積物和硬質(zhì)土為主，植被較為發(fā)育，主要為矮小的灌木叢；BC段以第四系殘坡積物以及耕植土為主，植被相對(duì)較少，主要以玉米等農(nóng)作物為主。

3.3 模擬計(jì)算及分析

（1）研究對(duì)象選取。選取欠穩(wěn)定狀態(tài)的WY2-14為研究對(duì)象，WY2-14危巖所在的剖面為危巖體失穩(wěn)后運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算剖面。

（2）計(jì)算結(jié)果。模擬危巖體失穩(wěn)后落石的質(zhì)量為120×103kg，模擬次數(shù)300次。圖1～圖2分別為模擬得到的彈跳高和沖擊能量圖。

模擬得到的危巖WY2-14失穩(wěn)后落石的水平運(yùn)動(dòng)距離為307～357m，將近85%的落石集中分布在320～330m位置處. 落石在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，最大彈跳高度為2.86m，最大運(yùn)動(dòng)速度為39.48m/s，最大沖擊能量為10.21×104kJ。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)湖北省干溪溝崩塌落石運(yùn)動(dòng)特征的研究，得到了危巖體失穩(wěn)后落石的最大彈跳高度、最大運(yùn)動(dòng)速度和最大沖擊能量，為該崩塌治理設(shè)計(jì)提供了理論支持。RocFall軟件能夠較好的模擬落石的運(yùn)動(dòng)特征。對(duì)于國(guó)內(nèi)類似工程的研究具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉慧明.長(zhǎng)白山天池地區(qū)龍門峰崩塌落石運(yùn)動(dòng)軌跡研究[D].吉林大學(xué)，2012.

[2]丁冰冰.巖質(zhì)邊坡危巖落石室內(nèi)模型試驗(yàn)研究[D].西南交通大學(xué)，2015.

[3]陳躍.西藏玉龍銅礦崩塌落石運(yùn)動(dòng)特征及數(shù)值模擬研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2015，26（02）：105-108.

作者簡(jiǎn)介：許超（1993-），男，山東鄒城人，碩士研究生，主要從事巖土體工程性質(zhì)及穩(wěn)定性分析方面的研究工作。