环境边坡危险源稳定性及危险性等级划分探讨

包 祎



环境边坡危险源稳定性及危险性等级划分探讨

包 祎

（四川省林业调查规划院，成都 610000）

随着大型水利水电工程的修建，环境边坡的危险源稳定性问题也日益受到人们的重视。该文以环境边坡危险源为研究对象，结合危险源稳定性的因素，进行危险源稳定性定性评价；通过CSMR分类体系对环境边坡危险源进行半定量评价；同时以钢筋混凝土构筑物可能受到的损害为研究对象提出危险源危险性等级划分方法，其研究结果对以后环境边坡危险源的评价及设计治理具有一定的借鉴意义。

边坡；危险源；稳定性评价；危险性等级

近年来，随着我国大型水利水电工程的修建，产生了越来越多的工程边坡，在关注工程边坡稳定性的同时，外围的环境边坡是否存在危险源以及危险源的稳定性问题，也越来越受到人们的关注，为了消除边坡安全隐患，预测及防治危险源对工程区建筑部位的影响，保障车辆、设备和人员的安全，保障工程的顺利施工和长期运营，对环境边坡的危险源的稳定性等级进行划分是必要的，本文就环境边坡危险源的稳定性评价和危险性等级划分方法进行探讨。

1 影响危险源稳定性的因素

影响边坡稳定性的因素不是相互独立的，往往相互作用对边坡稳定性产生影响，可归纳为以下四类：

1）边坡几何特征，包括边坡坡度、高度、长度、形态以及边坡的临空条件等;

2）岩体结构特征，岩体结构单元类型；结构面的组合形式；结构面的连通情况；

3）水文地质条件，地下水沿结构面的渗流弱化作用；地下水引起坡体内部动水压力增大作用；

表1 环境边坡危险源稳定性评价标准

注：可根据植被发育情况，对危险源稳定性程度进行适当调整

4）外动力作用，外动力作用包括开挖方式和降雨等因素。

2 危险源稳定性评价

2.1 现场评判标准

根据环境边坡危险源发育的工程地质条件、可能失稳模式，评价因素包括地形坡度、植被发育状况、结构面及岩体特征和危险源类型等几方面，结合工程特点制定评判标准（表1），分为稳定性极差、稳定性差、稳定性较差等三类。

2.2 半定量评价方法－CSMR

CSMR分类体系是中国水利水电边坡工程登记小组于1997年发展起来的分类体系在RMR-SMR体系的基础上，引入高度修正系数和结构面条件修正系数，提出的一种不仅可用于边坡岩体质量评价，还可进行稳定性评价的方法，CSMR分类体系。其具体表达式如下式：

CSMR=ξRMR-λ（F1´F2´F3）+F4（1）

1）RMR是岩体质量得分；

2）ξ坡高修正系数，计算表达式

表2 不同结构面调整因子评分值

注：P.平面破坏；T.倾倒破坏；αs.边坡倾向；αj.结构面倾向；βs.边坡倾角；βj.结构面倾角；

ξ=0.57+0.43×（Hr/H）

式中，Hr=80m，H-边坡高度（单位：m）；对于倾倒边坡：ξ=1。

3）F1、F2、F3：由表2确定。

4） F4：由表3确定

5）λ为结构面条件系数。

CSMR的值以20分为间隔，划分5个级别，然后可根据边坡岩体质量分级标准确定岩体质量类别，半定量地评价岩体质量和稳定性，预测可能的破坏模式，见表4。

表3 边坡开挖方法调整评分值

根据危险源定义，危险源安全储备均不高，稳定性状况中不存在稳定、完全稳定等级别，因此，为和现场定性判定保持统一，将表4修正后如表5所示。

最终危险源稳定性由现场判断和半定量评价方法综合后得出。

表4 CSMR分级描述表（据Romana）

表5 环境边坡危险源稳定性CSMR分级描述表

（据Romana分级描述表修正）

3 危险源危险性等级

3.1 危险源危害程度分析

环境边坡的危险源对工程区的建筑物、施工人员、机械设备、交通等造成了一定的冲击威胁，不同研究对象的抗灾能力不同，本次以钢筋混凝土构筑物可能遭受的损坏为对象进行研究。

为确定危险源破坏能力的大小，提出以危险源破坏后动能大小W、混凝土抗压强度标准值fcu，k及混凝土配制强度fcu,0为基本参数的较为简捷的评价指标。

混凝土的配制强度是指，实际工程施工中作所使用的混凝土的最大抗压强度，计算公式是：

表6 不同混凝土强度标准差的取值规定

据：《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204）

fcu，0=fcu，k+1.645σ （2）

式中：fcu，0—混凝土配制强度（MPa）；fcu，k—混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；σ—混凝土强度标准差（MPa）

σ的值应当按现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204）的规定取用，见表6。

混凝土所承受的压强大于其实际所能承受的抗压强度时即被破坏，而当其小于实验标准值时不会被破坏，故根据实际情况，本文将fcu，k与fcu，0值作为混凝土在承受外力时是否被破坏的上、下限分界点。即当经过计算后，得出的危险源对混凝土的压力值p＜fcu，k时，危险源对混凝土轻微破坏，当fcu，k≤P≤fcu，0时，危险源对混凝土建筑物破坏为中等破坏，当p＞fcu，0时，危岩体对混凝土建筑物的破坏为严重破坏。

1）经验性假设：①危险源下落时能量守恒，以获得碰撞时的较大动能；②危险源在碰撞混凝土建筑物后到能力消失的过程动量守恒，以获得较大动能并简化计算；③碰撞类型为刚体碰撞，碰撞时间t均为0.01s；④选取碰撞面积时取危岩块体较小面的面积，以获得较大的冲击力；⑤假设对混凝土的破坏为正向、垂直受撞击破坏，以获得较大破坏动能；⑥假设危岩块体对混凝土建筑物的破坏为危岩体对立方体混凝土块的破坏，以获得较大破坏能力，同时满足fcu，0值及fcu，k的使用条件；

2）已知条件：危岩体的高度h、块体尺寸l×x×y、危岩体的密度ρ，重力加速度g，碰撞时间t，碰撞时取的较小面积为s=x×y。

3）计算公式：危岩体对混凝土建筑物的冲击压强P计算公式为：

P—危岩体对混凝土产生的冲击压强（MPa）；T—碰撞时间（取经验值0.01s）；G—重力加速度（9.8N/kg）；l—危岩体较大面的长度（m）；ρ—危岩体的密度（kg/m3）；h—危岩体相对混凝土建筑物的高度（m）；m—危岩体质量（kg）；V—危岩体撞击混凝土建筑前的速度（m/s）；f—危岩体的冲击力（N）；x·y—危岩体撞击混凝土的较小面积（m2）。

表7 冲击压强与危害程度评价之间的关系

如一工程区混凝土标号主要为C25，则据前表可得其强度标准差σ应取5.0，则由公式可知该混凝土建筑物遭受危岩体破坏的下限值fcu，k=25Mpa，上限值fcu，0为25+1.645×5.0等于33.225Mpa，取33Mpa。评价方法见表7。

表8 危险源危害程度计算结果（举例表示）

根据式（2）可计算出危岩体的冲击压强，并结合表7可以得出危险源的危害性等级，危险源相关计算结果及危害性等级见表8（举例表示）。

4 结论

本次研究在对危险性等级划分时，只考虑危险源对混凝土构筑物的危险性等级评价，因此评价结果也只针对混凝土构筑物适用。本文通过对环境边坡危险源的稳定性定性和半定量评价，危险源危险性等级划分，针对不同稳定性，不同等级的危险源进行有针对性的设计，以期能获得优化设计，节省资金的目的。

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An Approach to Environmental Slope Hazard Stability and Hazard Classification

BAO Yi

（Sichuan Institute of Forestry Investigation and Planning, Chengdu 610000）

Environment slope hazard stability is getting more and more attention.This paper makes an approach to assessment of environment slope hazard stability and hazard classification. Semi-quantitative assessment of hazard carried out by CSMR system. The hazard classification is based on damage of reinforced concrete structures.

slope; hazard; stability assessment; hazard rating

2017-12-01

包祎（1985-），男，河南南阳人，硕士，工程师，研究方向：地质灾害评价与预测

P642.2

A

1006-0995（2018）03-0502-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.03.034