危巖體穩(wěn)定性分析

1、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；具軟弱結(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(jiàn)圖（圖3-1）。一圭拉第構(gòu)面危若地下水位靜水壓力V_圖3-1滑移式危巖示意圖干緣后緣裂隙二危巖體二 hWSi n0封5W揚(yáng)壓力U危巖前緣9 t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

2、式計(jì)算:(W cos Qsin V sin V)tg cl W sin Q cos V coshW式中：V 裂隙水壓力（kN/m）,；hw 裂隙充水高度（m）,取裂隙深度的1/3。w 取 10kN/m。Q 地震力（kN/m）,按公式Qe W確定，式中地震水平作用系數(shù)七級(jí)烈度地區(qū)e取0.075;K 危巖穩(wěn)定性系數(shù)；c 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(zhǎng)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(zhǎng)度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)

3、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)；W 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(jiàn)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（TMPa抗剪強(qiáng)度抗拉 強(qiáng)度 （KPa ）軟 化 系 數(shù)C(MPa)?。? ）灰 巖2. 70320.1100.27130.340.2698.50.53結(jié) 構(gòu) 面灰?guī)r結(jié)構(gòu)面0.03-0.1 023-29注：由于坡表白云巖、灰?guī)r多為強(qiáng)

4、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(jiàn)下表（評(píng)價(jià)結(jié)果依據(jù)表 3-3）:號(hào)雨1.1.1.1.未貫通6537 I36131.1.1.0.后緣切割面貫通40%,39141894暴雨時(shí)完全充水1.1.1.0.后緣切割面貫通50%,33091390暴雨時(shí)完全充水1.1.1.0.后緣切割面貫通60%,WY滑38121793暴雨時(shí)完全充水移1.0.1.0.后緣切割面貫通70%,-01式21

5、98 I0381暴雨時(shí)完全充水1.0.0.0.后緣切割面貫通80%,15939877暴雨時(shí)完全充水1.0.0.0.后緣切割面貫通90%,09889373暴雨時(shí)完全充水dnnn后緣切割面貫通1.0.0.0.100%,暴雨時(shí)完全充0383 I8869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Kv 1.01.0 WK 1.21.2 WK 1.3K> 1.3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(guò)計(jì)算

6、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)R-M Spang （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）?？辈閰^(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

7、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)：?jiǎn)?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:T下 G cosmg cos阻滑力：T阻Gsin tancl mg cos cl由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律得:T下T阻 a m 式中：a為加速度質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理可得:1at2 2Uoat

8、2alu0在x、y方向上的分速度分別為:U0x UoCOSu0 sin2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 sin a>T寸，塊體將發(fā)生向下的滑動(dòng)。根據(jù)功能原理，落石速度為:vv2o 2gH (1 f cos )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)；a為坡角o（2）滾動(dòng)v2ga2h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(wèn)題，邊 坡坡面會(huì)在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生彈塑性變形，

9、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：k一 cos a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 a與摩擦系數(shù) 以可按圖3-5所示線解圖求解；h為滑動(dòng)開(kāi)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a確定摩擦系數(shù)n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)B為塊石開(kāi)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：Vx vo cosgtsinvy v0 cosgtsin式中：V0為落石的初速度（m/s

10、）;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）;B為初速度方向與斜坡坡面的夾角；t為碰撞發(fā)生開(kāi)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12 .x v0t cos- gt sin1 2 .y v0tsin- gt sin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）0 在下一次碰撞發(fā)生前的瞬間，塊體速度為：2vo sinVx1vot cosg sin g cosvy1v°tsing sin2v0 sing cos根據(jù)牛頓的碰撞理論，下一次碰撞開(kāi)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(chǎng)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(guò)多次試算得到。則碰撞結(jié)束后 的初始速度為V2X1 VxiRtV2y1 vy1 Rn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(guò)動(dòng)能公式計(jì)算能量，以便選取防護(hù)措施，動(dòng)能E mv2的計(jì)算公式為：2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)算出-m'剖