胡才源，劉秀偉，李小玲

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550004;2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610069)

上硬下軟巖層斜坡墜落式崩塌運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析

胡才源1，劉秀偉1，李小玲2

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550004;2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610069)

崩塌是我國(guó)貴州山區(qū)普遍存在的一種地質(zhì)災(zāi)害，一般威脅到交通運(yùn)行和居民的安全，多數(shù)發(fā)生在上硬下軟地層中的特點(diǎn)。崩塌發(fā)生模式多為剪切－墜落式，以自由落體、斜坡運(yùn)動(dòng)、滾動(dòng) －滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式為主。運(yùn)用能量守恒定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律來(lái)計(jì)算崩塌的動(dòng)能、落距，以此確定地質(zhì)災(zāi)害的威脅范圍和危害性。

崩塌;危巖體;地質(zhì)災(zāi)害;運(yùn)動(dòng)過(guò)程;威脅范圍

崩塌是危巖體在重力的作用下，從斜坡體上脫離母巖瞬時(shí)失穩(wěn)發(fā)生墜落、滾動(dòng)等運(yùn)動(dòng)方式的地質(zhì)災(zāi)害［1］，運(yùn)動(dòng)過(guò)程與危巖體的力學(xué)結(jié)構(gòu)、坡面的形態(tài)、坡度有關(guān)。作者長(zhǎng)期在貴州畢節(jié)一帶工作，發(fā)現(xiàn)該區(qū)對(duì)崩塌的研究較少，對(duì)其威脅范圍一般憑經(jīng)驗(yàn)劃取，為了能更好地確定崩塌地質(zhì)災(zāi)害的威脅范圍，提出更合理的防治措施［2－4］。作者通過(guò)長(zhǎng)期的工作總結(jié)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域崩塌發(fā)生地質(zhì)條件一般是下伏巖層為軟質(zhì)巖組，即上硬下軟的巖組特征，多為剪切 －墜落式崩塌。作者認(rèn)為對(duì)崩塌的研究建立適用的理想物理模型［5］和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?］，并運(yùn)用指導(dǎo)實(shí)踐工作是很有必要的。

1 運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析

危巖體在受重力性疲勞破壞、控制結(jié)構(gòu)面、大氣降雨、震動(dòng)等作用影響下，易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)于下伏巖層為軟質(zhì)巖，如龍?zhí)督M(P3l)、飛仙關(guān)組(T1f)，其斜坡軟質(zhì)巖層常被深切割侵蝕，表層松散巖層重新分布，斜坡體坡度在兩巖層接觸面形成明顯的陡緩差異。

圖1 墜落式危巖

根據(jù)坡面形狀、運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，危巖體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)至上到下分為以下3種類型:

1.1 自由落體

危巖體在突然失穩(wěn)墜落，見(jiàn)圖1，在不與地表接觸，發(fā)生的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，遵循自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，初速度 V0=0m·s－1;

式中:V1為自由落體運(yùn)動(dòng)末速度，g為重力加速度，取9.8m·s－2，H為垂直位移，t為運(yùn)動(dòng)過(guò)程所消耗的時(shí)間。

1.2 斜拋運(yùn)動(dòng)

表1 系數(shù)取值表

落石在瞬間碰撞的過(guò)程中，其自由落體的末速度分解為垂直坡面和平行坡面的分速度，假設(shè)落石不發(fā)生滾動(dòng)，其平行坡面的分速度被摩擦力消耗，以垂直分速度作為下一步計(jì)算的合速度。

首先計(jì)算碰撞后的速度:

式中:E為碰撞速度恢復(fù)系數(shù)，其取值見(jiàn)表1［7］，θ為斜坡坡度，Vx為水平速度，Vy為垂直速度。

由運(yùn)動(dòng)學(xué)原理計(jì)算水平距離S1、垂直距離H1和末速度V:

利用賦值法求出 V即可解除 H1、S1。

1.3 滾動(dòng)和滑動(dòng)

滾動(dòng)和滑動(dòng)與坡面的摩擦系數(shù)、斜坡坡度有關(guān)。坡向法向方向一般認(rèn)為為對(duì)心塑性碰撞，切向發(fā)生的碰撞損失速度的10%［8］，采用功能關(guān)系計(jì)算其運(yùn)動(dòng)過(guò)程，即落石的勢(shì)能變化與摩擦力做功、落石動(dòng)能變化量及碰撞損失的能量之和相等:

式中:ΔH=Lsinφ錯(cuò)誤!未找到引用源。一般地，假設(shè)斜坡下部為統(tǒng)一坡度 φ，即 μ=tanφμ=tanφ，當(dāng)末速度為零時(shí)，ΔV最大，即Lconφ為落石的最大水平運(yùn)動(dòng)距離

圖2 滾石在自由落體狀態(tài)時(shí)的初始撞擊模型

2 工程實(shí)例

2.1 工程背景

以貴州省威寧縣金斗鄉(xiāng)高田村鄒家?guī)r崩塌地質(zhì)災(zāi)害［9］為例(圖3)，該地質(zhì)災(zāi)害系自然因素引發(fā)，上部巖層為三疊系永寧鎮(zhèn)組(T1yn)的灰?guī)r，下部為三疊系飛仙關(guān)組(T1f)的泥質(zhì)粉砂巖。斜坡坡向200°，垂直高度約200 m，可分為兩段，高程1 525 m至1 675 m為緩坡，坡度30°，高程1 675 m至頂部為陡坡，中部存在一凹形腔，可近似看著垂直。斜坡下方水平距離200～270 m處有60戶277人居住。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著英語(yǔ)的普及，關(guān)于英語(yǔ)口語(yǔ)的研究也在逐漸深入并呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。雖然口語(yǔ)能力的提升在這十幾年里被不斷地重視，然而無(wú)論是對(duì)于在校生還是在職的英語(yǔ)學(xué)習(xí)者，實(shí)際的提升效果并不太明顯，很多問(wèn)題依舊存在，例如：不敢開口說(shuō)，口語(yǔ)交流只限簡(jiǎn)單問(wèn)候、對(duì)話難以深入，口語(yǔ)表達(dá)不連貫等。即便是英語(yǔ)專業(yè)的學(xué)習(xí)者在口語(yǔ)交流時(shí)也存在語(yǔ)言輸出準(zhǔn)確度較低的問(wèn)題，如時(shí)態(tài)、詞性、詞序、詞匯選擇和搭配等失誤。此外，在目標(biāo)語(yǔ)言輸出的流利度和復(fù)雜度上也有欠缺。

圖3 邊坡工程地質(zhì)剖面圖

2.2 運(yùn)動(dòng)過(guò)程計(jì)算

假設(shè)危巖體為1 m3的球體，危巖體失穩(wěn)崩塌可能產(chǎn)生的過(guò)程為三個(gè)，首先是墜落，即自由落體運(yùn)動(dòng);其次碰撞彈跳，即斜坡運(yùn)動(dòng);最后滾動(dòng)滑動(dòng)直至停止。

2.2.1 參數(shù)選取

初速度 V0=0m·s－1，自由落體高度 H=72 m，重力加速度 g取9.8 m·s－2，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際并參照表1，碰撞彈跳過(guò)程基巖外露，速度恢復(fù)系數(shù) E取0.7。

表2 崩塌落石運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果

2.2.2 計(jì)算過(guò)程

落石自由落體運(yùn)動(dòng)階段，利用公式①計(jì)算得歷時(shí)2.8 s，V 為 37.6 m·s－1，垂直位移 72 m;

碰撞彈跳階段，利用公式② ～⑧計(jì)算得 B值為 58.2，C值為905.1，帶入公式⑨計(jì)算得，在 6.7 s的斜坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，水平位移為 76.2 m，末速度 35.4 m·s－1，在第一次碰撞后受表層殘積層影響，落石進(jìn)入滾動(dòng)滑動(dòng)階段;

滾動(dòng)滑動(dòng)階段一般為小型的彈跳，在此，根據(jù)能量守恒計(jì)算得:水平方向可能運(yùn)動(dòng)位移646 m，垂直方向可能運(yùn)動(dòng)位移373 m，落石體才停止。

2.3 結(jié)果分析

在該崩塌地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)有條件下，崩塌可能威脅的最大水平距離為722.2 m，而居民居住集中分布在270 m內(nèi)的斜坡下部，一旦發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害，必將遭受破壞。在居住房屋南西面約50 m為挖隴溝谷，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，溝谷內(nèi)殘留有早期落石體，說(shuō)明崩塌落石威脅至此處，在計(jì)算的可能最大水平距離內(nèi)，也就證明了計(jì)算結(jié)論的可行性。據(jù)此，劃定崩塌威脅范圍沿著溝谷圈閉呈扇形，整體威脅范圍為0.093 km2。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治、威脅范圍的劃定進(jìn)行半定量的計(jì)算，將會(huì)大大增加對(duì)此災(zāi)種的認(rèn)識(shí)，有助于提出更為科學(xué)合理的治理措施，達(dá)到最佳防災(zāi)減災(zāi)的目的。但是在這一課題方面，還未總結(jié)出完善的崩塌落石評(píng)價(jià)體系，這對(duì)從事地質(zhì)災(zāi)害工作的人員來(lái)說(shuō)還是一個(gè)挑戰(zhàn)。

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P642.21

B

1004－1184(2012)05－0145－02

2012－06－28

胡才源(1987－)，男，貴州畢節(jié)人，助理工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害、水文地質(zhì)等研究。