危岩体稳定性分析

附件2 危岩体稳定性分析

1、WY-01危岩体稳定性定量评价

1 计算模型

从工程防治的角度按照危岩失稳类型进行分类，可将危岩概化分为滑移式危岩、倾倒式危岩和坠落式危岩3 类。WY-01危岩体为滑移式危岩；其软弱结构面倾向山外，上覆盖体后缘裂隙与软弱结构面贯通，在动水压力、地震和自重力作用下，缓慢向前滑移变形，形成滑移式危岩，其模式见图(图3-1)。

图3-1 滑移式危岩示意图

图3-2 滑移式危岩稳定性计算示意图(后缘有陡倾裂隙)

2 计算公式

①后缘有陡倾裂隙、滑面缓倾时，滑移式危岩稳定性按下式计算：

(cos sin sin )sin cos cos W Q V V tg c l

K W Q V θθθφθθθ---+⋅=

++

2

21w

w h V γ=

式中：V ——裂隙水压力(kN/m)，；

w

h ——裂隙充水高度(m)，取裂隙深度的1/3。

w γ——取10kN/m 。

Q ——地震力(kN/m)，按公式e Q W ξ=⨯确定，式中地震水平作用系数七

级烈度地区

e ξ取0.075；

K ——危岩稳定性系数；

c ——后缘裂隙粘聚力标准值(kPa)；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通

段粘聚力标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4倍；

φ——后缘裂隙内摩擦角标准值(kPa)；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯

通段内摩擦角标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.95倍；

θ——软弱结构面倾角(°)，外倾取正，内倾取负；

W ——危岩体自重(kN/m3)。 3 危岩稳定性计算结果

根据危岩结构特征和形态特征，②区危岩破坏模式主要为滑移式。 （1）计算参数：

崩塌区出露地层为第四系崩坡积物和石炭系太原组，根据附近工程岩体参数及工程类比得出物理力学参数见表：

表3-2 岩体物理力学参数表

注：由于坡表白云岩、灰岩多为强～弱风化强卸荷岩体，其参数均参考类比相似强～弱风化强卸荷岩体参数。

（2）计算工况

共取四种工况进行计算分析：1、天然状态（自重）；2、暴雨状态(饱和自重+ 裂隙水压)；3、地震状态；4、地震＋暴雨状态（自重+裂隙水压力+ 地震力）。

（3）计算结果

危岩稳定性计算结果见下表（评价结果依据表3－3）：

表3-3 WY-01危岩体稳定系数计算表

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)，防治工程等级二级，滑塌式危岩稳定安全系数取值为1.3，可建立下列评价标准：

表3-4 危岩稳定性评价标准

从表3-3可知：后缘的切割拉裂缝（后缘边界）一般为全部贯通，通过计算只要后缘切割裂缝贯通率在70％以下，WY1危岩体天然状态下都处于基本稳定～欠稳定状态；暴雨或连续降雨、地震、地震＋降雨条件下处于欠稳定～不稳定状态。即是边坡后缘的拉裂结构面的贯通性在50%左右，危岩体的稳定性储备也不够。

2、危岩体破坏后运动轨迹分析计算

根据R·M·Spang（1978）的研究成果，崩落体只有坡度角小于一定临界值（约

27°）时，才停积于崖脚，随坡度角增大，可分别表现为滑动、滚动、跳跃和自由崩落等方式（图4-7）。勘查区内受岩体破坏影响的斜坡坡度平均坡角大于40°，因此岩体在产生变形破坏后，大部分以滚动、跳跃或自由崩落的方式向坡脚运动，最后堆积于坡脚缓坡地带，直接影响坡下公路的安全，目前坡体上零星分布有危石。

危岩

12° 停止于崖脚

27° 滚动

34° 滚动

45° 滚动、跳跃

63° 跳跃

76° 自由崩落

图3-3 危岩崩塌破坏运动图示

根据落石的运动情况，可以分为两种状态：启动阶段、运动阶段。

1 启动阶段

滑移（错断）式危岩体附着于母岩上，以一定角度的裂隙面相接，在危岩体自重和地表水渗入裂隙等因素的作用下，裂隙面锁固部位被贯通，危岩体沿母岩(或基岩) 发生剪切滑移破坏。如图3-4所示。

α

图3-4 滑移式破坏初始运动状态

破坏后危岩沿着破坏面运动，可以得到它初始状态的运动参数，如下所示： 下滑力：α

αcos cos mg G T =下

阻滑力：

cl

mg cl G T +=+=αφαcos tan sin 阻

由牛顿第二运动定律得：m T T a 阻

下-=

式中：a 为加速度。

质心运动定理可得：

a l t at l 22

12

=⇒=

al at u 20==

u0 在x 、y 方向上的分速度分别为：

α

cos 00u u x =，

α

sin 00u u y =

2 运动阶段

落石启动后，在坡面上的运动模式有滑动、滚动、碰撞弹跳三种。 （1）滑动

当块体的自重下滑分力大于摩擦力时，即mg sinα>T 时，块体将发生向下的滑动。根据功能原理，落石速度为：

)cos 1(202αf gH v v -+=

式中：v 0为块体滑动运动初速度(m/ s)；

H 为滑动起点至计算点垂直高度(m)； f 为滑动摩擦系数； α为坡角。 （2）滚动

块体在初速度和加速度的作用下，会发生滚动。理想的刚体运动学中，滚动不考虑接触面的弹塑性变形。而在实际的工程中往往要考虑弹塑性问题，边坡坡面会在接触点处产生弹塑性变形，从而阻碍块体的运动。考虑弹塑性变形时，根据机械能守恒定律，得块体的速度：

⎪

⎭⎫

⎝⎛-++=αcos 1222202

a k r a h a g v v