石丫口危岩体崩塌运动分析

胡逸仙，李学能，江建明，梁策

(1.昆明理工大学国土资源工程学院， 昆明 650093;2.云南地质工程勘察设计研究院，昆明 650041)

石丫口危岩体崩塌运动分析

胡逸仙1，李学能2，江建明1，梁策1

(1.昆明理工大学国土资源工程学院， 昆明 650093;2.云南地质工程勘察设计研究院，昆明 650041)

在对石丫口危岩体的大小、崩塌方向、裂隙和结构面产状及组合与交切关系等特征的基础上，根据R·M·Spang(1978)的研究成果，计算了危岩体的运动轨迹。结合工程实际情况，提出了“挡墙+拦石墙”的防治措施，为相关类型危岩体防治提供参考案例。

危岩体；轨迹；运动分析

2014年8月3日云南省鲁甸地区发生6.5级强烈地震，石丫口崩塌于“8.03”地震时发生，滚石直径大多3 m左右，大者约6 m×6 m×4 m，大部分崩塌块石堆积于斜坡中部地形较缓的地带，有少量块石滚动较远，穿过乡村道路砸毁民房，并致使人员受伤。因此，对石丫口崩塌产生的危岩体WY1、WY2进行运动计算，为分析危岩体的发展趋势、JI评估人民财产损失及有关部门工程治理提供参考意见。

1 崩塌危岩体概况

1.1 WY1概况

WY1呈似长方体结构，高约12.7 m，平均厚约6 m，平均宽约5 m，估计体积381 m3。岩性为中厚层状白云岩，岩层产状为220°∠25°，顺向产出，危岩主崩方向为180°。现处于欠稳定状态，在地震情况下可能产生滚动(图1、2)。

图1 WY1地质剖面图

图2 WY1结构面赤平极射投影图

1.2 WY2概况

WY2呈似长方体结构，危岩体后缘卸荷裂隙发育明显，未完全贯通，节理较发育。高约10 m，平均厚约8 m，平均宽约6 m，估计体积480 m3。危岩体岩性为中厚层状白云岩，岩层产状为220°∠25°，顺向产出，危岩主崩方向为172°。现处于基本稳定状态，在地震或暴雨情况下可能产生滚动(图3、4)。

图3 WY2地质剖面图

图4 WY2结构面赤平极射投影图

2 崩塌运动计算

2.1 计算理论

危岩体发生破坏，其运动方式受下部斜坡的物质组成、边坡坡角等的影响，运动距离各不相同。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，大部分或全部堆积于斜坡中下部地势平滑区(图5)。勘查区内危岩崩落、运动的斜坡坡度区间值为22°～77°，因此岩体在产生变形破坏后，其运动方式表现为滑动、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，直接影响坡下居民住房和人身的安全(图6、7)。

图5 危岩崩塌破坏运动图示

2.2 落距计算

石块在斜坡上的运动形式是比较复杂的，既有滑动、滚动还有跳跃运动，甚至在整个运动过程中三者兼而有之。根据能量守恒定律，在物体下落过程中动能的增加等于势能的减少，机械能的总量保持不变。即：

(1)

mgh=1/2mv2

(2)

根据地形剖面可计算出斜坡坡度β和碰撞时的切向速度Vt与法向速度Vn,即：

(3)

(4)

根据功能原理，落石的势能变化等于动能变化和克服摩擦所做的功：

(5)

式中，Vi为落石在斜坡面上任意位置处所具有的速度；di为各直线段斜坡的平均坡度；△hi为各直线段斜坡的铅直高度；Φ为落石与坡面的综合摩擦角；Li为各直线段斜坡的长度。

当末速度Vi=0时，可求得∑Li，而∑Licosdi就是崩塌的最大水平运动距离。

计算结果如表1所示。

计算结果如表2所示。

图6 WY1崩塌破坏运动图示

剖面编号运动点号运动模式落石的运动速度V/m·s-1平面距离/m斜坡长度l/mWY1AB滚动06.56.9BC滚动4.3354.36.1CD滚动9.3534.640.1DE滚动8.2828.432.6EF跳跃9.748.313FG滚动7.7826.728.5GH滚动2.83213.413.9总和122.2141.1

表2 WY2区危岩滚动距离计算

根据危岩崩、塌体分布的坡体结构特征，结合已发生的崩塌进行反算、类比，崩滑体发生崩塌坠落后，滚石最大落距136.8～158.2m，与现场调查情况基本吻合，现场调查滚石最大落距约150m。

图7WY2崩塌破坏运动图示

2.3 落石腾跃计算

落石腾越计算主要是求算石块运动轨迹与山坡面的最大偏离，从而确定拦截建筑物的高度和建筑物与山坡坡角间的最小距离。落石的运动形式在理论上可以按照质点或球体在斜坡上的运动轨迹曲线来表示，因此落石运动时距离斜坡面的最大距离可以计算。

根据运动学原理，岩石在向下崩落的过程中，应该是第一次碰撞时与斜坡面的距离是最大的。其运动轨迹的方程式为：

(6)

式中,v0为崩塌体在该斜坡面的初速度；β为岩石的反射速度方向与Y轴的夹角；g为重力加速度。

据此计算出质点运动轨迹在水平方向斜坡上距离斜坡的最大距离为:

(7)

拟建拦石墙位置如图8、图9所示。

图8 1#拦石墙滚石运动计算图

图9 2#拦石墙滚石运动计算图

计算结果如表3、表4所示。

3 结论

(1) WY1、WY2危岩体后方有较多犬牙交错的大块石，大块石呈镶嵌状，清除该危岩后容易引起后方大块石滚动，应对该危岩体采用挡墙+拦石墙进行拦挡支撑。

表3 1#拦石墙位置滚石运动计算表

表4 2#拦石墙位置滚石运动计算表

(2) 采用M10浆砌石挡墙，WY1危岩体A1段挡墙长9.6 m，WY2危岩体A2段长8.5 m，挡墙高3.6 m，顶宽1.38 m，底宽2.1m[1-2]。

(3) 采用M10浆砌石拦石墙，1#拦石墙长47 m，2#拦石墙长42 m，拦石墙结构形式为梯形断面，高3.0 m，顶宽1.2m，底宽2.1 m[1-2]。

[1] 滑坡治理工程设计与施工技术规范(DZ/T 0219-2006)[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2] 铁路路基支挡结构设计规范(TB 100025-2006)[S].北京：中国铁道出版社，2006.

ANALYSIS MOTION OF SHIYAKOU DANGEROUS ROCK MASS COLLAPSE

HU Yi-xian1,LI Xue-neng2,JIANG Jian-ming1, LIANG Ce1

(1.School of land and Resource Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China; 2.Yunnan Geological Engineering Survey and Design Institute,Kunming 650041,China)

Based on the characteristics of the size, collapse direction, fracture and structural surface occurrence of the dangerous rock mass and the relationship between the combination and the relationship in Shiyakou, According to the research results of R.M. Spang (1978), calculated the trajectory of the dangerous rock mass. Combined with the actual situation of the project, this paper put forward measures of “retaining walls”, to provide reference for the prevention and treatment of related types of dangerous rock mass.

dangerous rock mass; trajectory; motion analysis

1006-4362(2017)02-0012-04

2017-01-28 改回日期： 2017-02-20

P642.21

A

胡逸仙(1992- )，女，硕士研究生，研究方向为水文与水资源，水文地质。E-mail：18213051018@163.com