基于计算模拟的危岩落石危险性研究

郑广灶 广州大学 广东广州 510000

1 引言

崩塌落石是山区高陡边坡中一种常见的自然地质灾害,也是我国地质灾害的主要类型之一.而其中危岩落石是危岩灾害中比较常见的一种情形,因此本文希望通过分析危岩落石的稳定性、落石的运动机理还有落石灾害的影响因素进行落石的危险性评价.

本文对危岩落石的危险性研究主要是通过正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的一种设计方法,对影响落石能量的因素:坡高、坡角、坡表、坡形和落石质量五因素影响度进行分析排序.在计算模拟基础上,采用极差、方差和回归分析等手段,并给各个影响因子赋予权重,并参照美国公路评价系统RHRS给危岩落石的危险度进行评分.

2 危岩落石的运动分析

2.1 运动分析方法介绍

落石运动轨迹预测是边坡落石灾害问题研究的一个重要内容,是确定落石弹跳高度和灾害威胁范围的主要途径,也是开展落石防护设计的依据,数值分析方法是开展落石运动轨迹研究的主要方法之一.

落石在边坡上的运动状态受落石自身特征如大小、形状及强度,边坡条件如坡度、坡高、坡面起伏度及坡面物质条件,落石运动情况如速度大小、速度方向与入射角大小等多方面因素影响,其运动状态主要有坠落或抛射、弹跳、滚动和滑动等.

2.2 危石运动数值模拟

通过设置一个坡高为10m,坡度为30度的一个斜坡,考虑坡形为直线型,坡体土质情况为基岩裸露的危险情况,坡表没有植被覆盖的情况,进行边坡危石的运动模拟,设置进行该数值模拟的次数为50次,数值模拟软件会将落石的形状简化为一个质量均匀的球形结构,并且考虑落石与坡面均为各向同性的弹塑性体.

上图为落石运动模拟的模型图

这个是模拟落石运动最终落距的的结果,从图中可以得出在考虑落石质量为10kg,坡高为10m,坡度30度,坡表基岩裸露情况还有无植被覆盖的情况下,经过50次的落石试验,发现主要的落距集中在20.5m左右的位置,最大的能量为800J左右.

上图为落石运动模拟的模型图

从图中可以得出在考虑落石质量为40kg,坡高为10m,坡度70度,坡表大流量植被覆盖的情况下,经过50次的落石试验,发现主要的落距集中在7m左右(坐标2547-2540=7)的位置,最大的能量为2000J左右.

3 结论

本文基于数值模拟方法和正交试验方法并参照沈简的模糊评价方法,研究了危岩落石的危险性的评价,危险性评价包含了危险度的评价和危岩落石危害性的评价,这两者组成了危岩落石危险性评价的综合体系,而通过正交试验得出了危岩落石危险性评价的几点结论:

(1) 通过数值模拟的结果得出了坡高的影响权重最大,权重为0.286,接着是落石的质量

【参考文献】:(References):

【1】 许可. 危岩稳定性分析及崩塌落石计算. 四川地质学报.2016.124(36):609-612.常士骠. 工程地质手册[M]. 中国建筑工业出版社, 2007.

【2】 王帅伟,袁颖,刘珊珊 基于正交试验的落石落距的影响因素分析 ——中国煤炭地质,2012,303(27):46-48

【3】 刘莉 斜坡崩塌落石运动危险域及强度预测研究——中国地质大学(武汉),2009

【4】 杨威, 等. 危岩落石灾害危险性评价及防治决策方法研究——重庆交通大学,2014