危岩崩塌稳定分析评价

)
secφsi ]
Qi
= sec (φbi
-
α i
+φsi + 1
-
δ i+
1
)
co sφsi + 1
R i = Csi bi secαi - U i tgφsi
Si = Csi di - PW i tgφsi
S i + 1 = Csi + 1 di + 1 - PW i + 1 tgφsi + 1
摘 要 :在川中危岩体的几何形态 、地层岩状 、地质构造特征 、水文地质特征的基础上 ,根据力学特征建立了危岩的拉裂式倾 倒崩塌计算模型 。用 Sarma法在天然状态和饱水状态下进行稳定性计算分析 ,找出了危岩崩塌的主要原因 ,并建议采取加固 与排水措施 ,对减少危害有较大的工程实际意义 。 关键词 :萨尔玛法 ;危岩 ;崩塌 ;稳定分析 ;评价 中图分类号 : TU457 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 1933 (2007) 05 - 0069 - 04
Abstract:On the basis of Chuanzhong dangerous rock of geometry, stratified rock condition, structural and hydro geologic features,
according to mechanical p roperties , founding calculation pattern of dangerous rock of cap sizing collap sing . The paper uses the Sarma method to evaluation and stability analysis of dangerous rock on nature and well2watered condition, analyzing mainly causes, some measures to reinforce and drain off water are p roposed . It is of great significance to reduce harm in engineering p ractice.
Key words: Sarma method; dangerous rock; collap se; stability analysis; evaluation
0 引 言
崩塌是一种常见的自然灾害 ,也是交通线路上 常见的病害之一 。崩塌是岩体变形破坏的一个重要 类型 ,它的发生一般比较急剧 、短促 、猛烈和突发 ,规 模一般都较大 ,后果具有灾难性 ———产生的崩塌 、落 石会威胁行车安全 ,甚至中断交通 ,给国民经济造成 巨大损失 。对其稳定性进行分析评价研究 ,对西部 地区具有十分重要的工程意义 。下面 ,仅就川中某 县近邻公路的变形体危岩崩塌现象进行探讨 。
危岩区属新华厦系沉降带的川中褶皱带 ,位于 西山向斜北翼 ,岩层产状 55°∠3°,附近无断裂构造 分布 ,以宽缓褶皱为主 。岩体构造裂隙发育 ,层间裂 隙主要发育于砂泥岩界面 。砂质泥岩中网状风化裂 隙发育 ,虽裂隙细小 ,张开不明显 ,穿层性差 ,但数量 多 , 10余条 /m2 。基本抗震烈度为 6度 ,基本地震加 速度 0105 g。 2. 4 危岩区的水文地质
根据危岩体的特征 ,将其划分为 n个条块 ,用三 边形或四边形条块的角点坐标 ,描述危岩体的几何形 状 ,地下水位线 ,用其与条块边界交点的坐标加以定 义第 i条块的几何模型和力学模型 [ 1] ,如图 2所示 。
图 2 第 i条块的几何模型和力学模型 F ig. 2 Geom etry and m echan ics m odel of the bar block 图中符号含义 : X ti, Yti为条块顶面坐标 ; Xb i, Yb i为块底面坐标 ; Xw i, Yw i为地下水水位坐标 ; d i, d i+ 1为条块侧面长度 ; b i为条块底面在水 平面上的投影宽度 ; αi为条块底面与水平面的夹角 ; D i, D i+ 1为条块侧面与垂直面夹角 ; Zw i, Zw i+ 1为地下水水位与条块底面之间的距离 ; W i为第 i条块重量 ; KCW i为地震垂直加速度产生的水平分力 , Pw i, Pw i+ 1为作用于条块侧面的水压力 ; U i 为作用于条块底面的水压力 ; E i, E i+ 1为作用于条块侧面的正压力 ; X i, X i+ 1为作用于条块侧面的剪切力 ; N i为条块底面的正压力 ; T i为条块底面的剪切力 。
Stability ana lysis and eva lua tion of the deform ed dangerous rock collapsing
HE J ianp ing1, 2 , YU Yuanzhong1
(1. School of Civil Engineering and A rchitecture, Southwest University of Science and Technology, M ianyang 621010, China; 2. Luoyang College of Technology, Luoyang 471003, China)
危岩体 (图 1) ,危岩体后缘发育卸荷拉张裂缝 。裂 缝自陡崖顶部向下发育至砂质泥岩尖灭 ,呈锯齿状 , 上宽下窄 ,最大宽度 20 cm ,由 2组构造裂隙及层间 裂隙在卸荷作用下拉张贯通形成 ,裂缝中粘土及碎 块石填充 ,如图 1 所示 。危岩体的后缘边界由 2 组 构造裂隙及层间裂隙在卸荷作用下拉张贯通形成的 卸荷拉张裂缝控制 ,危岩体前缘临空 ,受裂隙切割及 人工爆破影响 ,表层岩体松动破碎 ,雨季常有零星崩 塌 、落石现象 ,且坡面尚残留有 100 m3 的松动危石 , 随时有崩塌 、坠落的现象发生 ,按力学成因及应力作 用方式确定为拉裂外倾式崩塌 。这些变形活动在持 续降雨或暴雨的影响下 ,将有可能产生灾害 ,直接危 及交通安全 ,对危岩体进行稳定计算分析 ,以采取及 时可行的防治措施 ,减少灾害 。
4 Sarma稳定计算原理
假设任意形状的岩坡体 ,崩塌面作用有一水平 加速度 ,崩塌体内部产生剪切 ;崩塌体侧面各力达到 平衡和整个崩塌岩体各力和力矩也达到平衡 ,条块 底面和侧面的孔隙水压力为静水压力 。基于此 ,建 立了条块底面以及侧面的极限平衡 ,还考虑了崩塌 体后缘拉张裂隙中的水压或前缘加固处理后所产生 的阻力 ,以及地震或人为振动等动荷载对岩坡稳定 性的影响 [ 3 ] 。 4. 1 危岩体几何模型和力学模型
的抗剪强度参数值 ,即在计算中 ,使抗剪强度参数
tgU 和 C 值分别减小到 tgU / Fs 和 C / Fs (其中 Fs 为 滑坡稳定性系数 ) ,当 Fs 值增加到等于 KC 给定的 地震动系数时值 , Fs 即为给定地震动作用下的滑坡 稳定系数 [ 2 ] 。
极限平衡状态下 ,每一条块侧面 、底面均满足下
式中 Cbi ,φb i为第 i条块底面抗剪强度指标 ; Csi ,φsi ,
70
四川建筑科学研究
第 33卷
2 变形体地区的构造环境条件
2. 1 危岩区的气象水文 危岩区气候温和 ,雨量充沛 ,夏季雨水集中 ,分
布不均 ,降雨主要集中在每年的 6 ～9 月 ,占年降雨 量的 60%以上 。 2. 2 危岩地层岩性
危岩区主要由第四系全新统残坡积层 (Q4del )分 布于斜坡变形区后缘台地与陡崖之间斜坡坡面及公 路外侧斜坡 。由粉质粘土夹碎块石组成 ,灰黄 、黄褐 色 ,松散 ,湿 ,可塑状 ,厚一般为 1～3 m;侏罗系上统 蓬莱镇组 ( J3P ) 地层组成 ,出露于斜坡变形区陡崖 处 ,由厚层块状中细粒砂岩与砂质 、钙质泥岩不等厚 互层 ,砂岩占 68%。 2. 3 变形体危岩地质构造及地震
地下水主要为基岩裂隙水 ,其含水层为巨厚层 块状砂岩 ,砂质泥岩为相对隔水层 。在乡村公路与 水厂之间的陡崖 ,在砂岩与泥岩接触面有下降泉出 露 ,泉流量 0104 L / s,且下降泉南侧有 5 ～8 m 长地 下水沿砂 、泥岩接触面呈面状浸出 ,浸泡软化 。砂质 泥岩 、公路陡崖下部砂泥岩界面附近的泥岩中 ,也有 地下水浸出现象 [ 4 ] 。
(4)
联立 (1) , (2) , (3) , ( 4)方程式 ,可推导出岩体处于
极限平衡时临界的水平震动加速度系数 :
KC
=
a1 P1
e2 e2
…en …en
+ a2 e2 …en + P2 e2 …en
+ … + an - 1 e2 …en + … + Pn - 1 e2 …en
( i = 1, 2, …, n)
第
33卷 第 2007年 10
5期 月
四川建筑科学研究 Sichuan Building Science
川中危岩崩塌稳定分析评价
何建平 1, 2 , 于远忠 1
(11西南科技大学土木工程与建筑学院 ,四川 绵阳 621010 ; 21洛阳工业高等专科学校 ,河南 洛阳 471003)
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收稿日期 : 2006203221 作者简介 :何建平 (1969 - ) , 女 , 河南偃师人 ,讲师 ,硕士 ,主要从事 岩土工程的实验与教学科研工作 。
E - ma il: hejp1348@ sina. com
图 1 危岩立面分布示意 (从左到右 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ危岩体 ) F ig. 1 Dangerous rock section d istr ibuting sketch map
(5)
式中 ai
= [ R i co sφbi
+W i sin (φbi
-
α i
)
+ Si + 1 sin (φbi
-
δ i+
1
-
α i
)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-
Si sin (φbi
-
δ i
-
α i
)
]
Pi
= Q iW i co s (φbi
-
α i
)
ei
=Q i [ co s (φbi
-
α i
+φsi + 1
-
δ i+1
2007 No15
何建平 ,等 :川中危岩崩塌稳定分析评价
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4. 2 危岩稳定计算公式
当岩体在某一地震动作用下处于极限平衡状态
时 ,在岩体上施加一个临界水平加速度 KC ( KC 为正 时 ,方向指向坡外 , KC 为负时 ,方向指向坡内 ) 。给 定地震动系数 KC 情况下 ,滑坡稳定安全系数 Fs 按 下列过程实现 :同时降低每个条块底滑面和侧滑面
列平衡方程及摩尔 —库仑准则 :
∑X i = 0 ( i = 1, 2, …, n )
(1)
∑Yi = 0 ( i = 1, 2, …, n )
(2)
Ti = f (N i , CB i ,φB i ) ( i = 1, 2, …, n)
(3)
X i = f ( Ei , CSi ,φSi ) ( i = 1, 2, …, n)
1 变形体危岩工程概况
变形体危岩位于川中红色丘陵地貌区 ,处居涪 江左岸 ,东高西低 ,呈折线状地形 ,相对高差 51 m。 变形体自东向西 ,自上而下总体地形从后缘至前缘 呈现为平台 —陡崖缓坡 —陡崖 —公路 —斜坡的特 征 。由于厚层状砂岩与沙质泥岩差异风化明显 ,在 陡崖下部形成凹腔 ,最大凹深达 2 m。变形区内危 岩从公路东侧陡崖上由北到南分布 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ共 3处
2. 5 危岩区的人类活动 危岩的形成除自然因素外 ,与修路削坡及建房
加载 、车辆荷载等较强烈人类活动有密切关系 。
3 变形危岩体的变形特征
危岩体主要分布于中部的公路东侧陡崖及乡村 公路陡崖 。变形体上部为一中学及水厂 ,前缘为镇 街道 。危岩体组成岩石结构性质差异较大 ,仅历时 19年 ,泥岩已风化的岩腔 017 m 高 ,最深达 114 m , 砂岩构成的危岩体与其下部悬臂梁参差不齐 ,立面 呈矩形 ,平面为折线状 。属厚层状中细粒砂岩陡崖 地形成约 80°坡度 ,岩体下的砂质泥岩 、砂泥岩差异 风化形成凹腔 。说明危岩体风化剥蚀速度强烈 ,构 造裂隙及层间裂隙在卸荷作用下拉张贯通形成拉张 裂缝 ,前缘临空 [ 4 ] 。