危巖體穩(wěn)定性分析

附件2 危巖體穩(wěn)定性分析1、WY-01危巖體穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)1 計(jì)算模型從工程防治的角度按照危巖失穩(wěn)類型進(jìn)行分類，可將危巖概化分為滑移式危巖、傾倒式危巖和墜落式危巖3 類。WY-01危巖體為滑移式危巖；其軟弱結(jié)構(gòu)面傾向山外，上覆蓋體后緣裂隙與軟弱結(jié)構(gòu)面貫通，在動(dòng)水壓力、地震和自重力作用下，緩慢向前滑移變形，形成滑移式危巖，其模式見圖(圖3-1)。 圖3-1 滑移式危巖示意圖圖3-2 滑移式危巖穩(wěn)定性計(jì)算示意圖(后緣有陡傾裂隙)2 計(jì)算公式后緣有陡傾裂隙、滑面緩傾時(shí)，滑移式危巖穩(wěn)定性按下式計(jì)算：式中：裂隙水壓力(kN/m)，；裂隙充水高度(m)，取裂隙深度的1/3。取10kN/m。地震力(kN/m)，按公式確定，式中地震水平作用系數(shù)七級(jí)烈度地區(qū)取0.075； 危巖穩(wěn)定性系數(shù)；后緣裂隙粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值取巖石粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值的0.4倍；后緣裂隙內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值取巖石內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值的0.95倍；軟弱結(jié)構(gòu)面傾角()，外傾取正，內(nèi)傾取負(fù)；危巖體自重(kN/m3)。3 危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果根據(jù)危巖結(jié)構(gòu)特征和形態(tài)特征，區(qū)危巖破壞模式主要為滑移式。（1）計(jì)算參數(shù)：崩塌區(qū)出露地層為第四系崩坡積物和石炭系太原組，根據(jù)附近工程巖體參數(shù)及工程類比得出物理力學(xué)參數(shù)見表：表3-2 巖體物理力學(xué)參數(shù)表巖石名稱密度g/cm3抗壓強(qiáng)度MPa抗剪強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(KPa)軟化系數(shù)C(MPa)()灰?guī)r2. 70320.1100.27130.340.2698.50.53結(jié)構(gòu)面灰?guī)r結(jié)構(gòu)面0.03-0.1023-29注：由于坡表白云巖、灰?guī)r多為強(qiáng)弱風(fēng)化強(qiáng)卸荷巖體，其參數(shù)均參考類比相似強(qiáng)弱風(fēng)化強(qiáng)卸荷巖體參數(shù)。（2） 計(jì)算工況共取四種工況進(jìn)行計(jì)算分析：1、天然狀態(tài)（自重）；2、暴雨?duì)顟B(tài)(飽和自重+ 裂隙水壓)；3、地震狀態(tài)；4、地震暴雨?duì)顟B(tài)（自重+裂隙水壓力+ 地震力）。（3）計(jì)算結(jié)果危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見下表（評(píng)價(jià)結(jié)果依據(jù)表33）：表3-3 WY-01危巖體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算表危巖體編號(hào)失穩(wěn)模式穩(wěn)定系數(shù)備注天然暴雨地震地震暴雨WY-01滑移式1.651.371.361.13未貫通1.391.141.180.94后緣切割面貫通40%，暴雨時(shí)完全充水1.331.091.130.90后緣切割面貫通50%，暴雨時(shí)完全充水1.381.121.170.93后緣切割面貫通60%，暴雨時(shí)完全充水1.210.981.030.81后緣切割面貫通70%，暴雨時(shí)完全充水1.150.930.980.77后緣切割面貫通80%，暴雨時(shí)完全充水1.090.880.930.73后緣切割面貫通90%，暴雨時(shí)完全充水1.030.830.880.69后緣切割面貫通100%，暴雨時(shí)完全充水根據(jù)滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T0218-2006)，防治工程等級(jí)二級(jí)，滑塌式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.3，可建立下列評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：表3-4 危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)危巖類型危巖穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定欠穩(wěn)定基本穩(wěn)定穩(wěn)定滑塌式危巖K1.01.0K1.21.2K1.3K1.3從表3-3可知：后緣的切割拉裂縫（后緣邊界）一般為全部貫通，通過計(jì)算只要后緣切割裂縫貫通率在70以下，WY1危巖體天然狀態(tài)下都處于基本穩(wěn)定欠穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨或連續(xù)降雨、地震、地震降雨條件下處于欠穩(wěn)定不穩(wěn)定狀態(tài)。即是邊坡后緣的拉裂結(jié)構(gòu)面的貫通性在50%左右，危巖體的穩(wěn)定性儲(chǔ)備也不夠。2、危巖體破壞后運(yùn)動(dòng)軌跡分析計(jì)算根據(jù)RMSpang（1978）的研究成果，崩落體只有坡度角小于一定臨界值（約27）時(shí)，才停積于崖腳，隨坡度角增大，可分別表現(xiàn)為滑動(dòng)、滾動(dòng)、跳躍和自由崩落等方式（圖4-7）。勘查區(qū)內(nèi)受巖體破壞影響的斜坡坡度平均坡角大于40，因此巖體在產(chǎn)生變形破壞后，大部分以滾動(dòng)、跳躍或自由崩落的方式向坡腳運(yùn)動(dòng)，最后堆積于坡腳緩坡地帶，直接影響坡下公路的安全，目前坡體上零星分布有危石。圖3-3 危巖崩塌破壞運(yùn)動(dòng)圖示根據(jù)落石的運(yùn)動(dòng)情況，可以分為兩種狀態(tài)：啟動(dòng)階段、運(yùn)動(dòng)階段。1 啟動(dòng)階段滑移（錯(cuò)斷）式危巖體附著于母巖上，以一定角度的裂隙面相接，在危巖體自重和地表水滲入裂隙等因素的作用下，裂隙面鎖固部位被貫通，危巖體沿母巖(或基巖) 發(fā)生剪切滑移破壞。如圖3-4所示。圖3-4 滑移式破壞初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)破壞后危巖沿著破壞面運(yùn)動(dòng)，可以得到它初始狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如下所示：下滑力：阻滑力：由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律得：式中：a 為加速度。質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理可得：u0 在x 、y 方向上的分速度分別為：，2 運(yùn)動(dòng)階段落石啟動(dòng)后，在坡面上的運(yùn)動(dòng)模式有滑動(dòng)、滾動(dòng)、碰撞彈跳三種。（1）滑動(dòng)當(dāng)塊體的自重下滑分力大于摩擦力時(shí)，即mg sinT時(shí)，塊體將發(fā)生向下的滑動(dòng)。根據(jù)功能原理，落石速度為：式中：v0為塊體滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)初速度(m/ s)；H為滑動(dòng)起點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)垂直高度(m)；f為滑動(dòng)摩擦系數(shù)；為坡角。（2）滾動(dòng)塊體在初速度和加速度的作用下，會(huì)發(fā)生滾動(dòng)。理想的剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)中，滾動(dòng)不考慮接觸面的彈塑性變形。而在實(shí)際的工程中往往要考慮彈塑性問題，邊坡坡面會(huì)在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生彈塑性變形，從而阻礙塊體的運(yùn)動(dòng)?？紤]彈塑性變形時(shí)，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，得塊體的速度：式中：r 為塊體慣性半徑(m)；a為球體或柱體的半徑(m)；k為滑動(dòng)摩阻系數(shù)(m)，一般認(rèn)為，坡面角與摩擦系數(shù)可按圖3-5所示線解圖求解；h為滑動(dòng)開始點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)的垂直距離(m)。圖3-5 根據(jù)臺(tái)階坡面確定摩擦系數(shù)值的線解示意圖（3）碰撞彈跳彈跳時(shí)，塊體做斜拋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)曲線如圖3-6所示：圖4-11 塊體斜拋運(yùn)動(dòng)計(jì)算圖設(shè)為塊石開始彈跳時(shí)的初速度方向與邊坡坡面的夾角。由運(yùn)動(dòng)學(xué)基本原理，塊石做斜拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度為：式中：v0 為落石的初速度(m/s)；vx為任一時(shí)間沿x方向的速度分量(m/ s) ；vy 為任一時(shí)間沿y 方向的速度分量(m/ s) ；為初速度方向與斜坡坡面的夾角；t 為碰撞發(fā)生開始至計(jì)算點(diǎn)的時(shí)間(s) 。發(fā)生碰撞前的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為式中：x為沿x方向的位移分量(s)；y為沿y方向的位移分量(s)。在下一次碰撞發(fā)生前的瞬間，塊體速度為：根據(jù)牛頓的碰撞理論，下一次碰撞開始后，由于碰撞中產(chǎn)生的動(dòng)能損失，需要將初速度乘以恢復(fù)系數(shù)。在落石計(jì)算中，恢復(fù)系數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場推石試驗(yàn)或者由崩塌遺跡的巖塊位置利用上述公式，經(jīng)過多次試算得到。則碰撞結(jié)束后的初始速度為式中：Rt 為切向恢復(fù)系數(shù)；Rn 為法向恢復(fù)系數(shù)。在斜拋運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，需要計(jì)算彈跳高度。彈跳高度對(duì)于計(jì)算支護(hù)的幾何尺寸起關(guān)鍵作用，可直接由軌跡方程得到。3 動(dòng)能的計(jì)算計(jì)算速度的最終目的是通過動(dòng)能公式計(jì)算能量，以便選取防護(hù)措施，動(dòng)能的計(jì)算公式為：式中：v 為塊體速度(m/ s)；m 為塊體質(zhì)量(kg) ；E 為塊體動(dòng)能(KJ)。根據(jù)計(jì)算-剖面上部陡崖危巖體失穩(wěn)后的塊石的運(yùn)動(dòng)軌