王紹輝 王錦霞 申娟娟

河北省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)

崩塌體穩(wěn)定性分析及工程應(yīng)用研究

王紹輝 王錦霞 申娟娟

河北省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)

本文通過對北響堂寺佛洞村的地質(zhì)勘查，查明了危巖體的主要特征，并采用工程地質(zhì)類比法和定量計(jì)算兩種方法相互驗(yàn)證，分別對區(qū)域內(nèi)危巖整體和單體進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。不但有利于消除該處地質(zhì)災(zāi)害隱患，而且也為此類崩塌的防治提供了地質(zhì)依據(jù)。

崩塌；穩(wěn)定性；研究

0 引言

崩塌是山區(qū)常見的自然地質(zhì)災(zāi)害，常影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。崩塌體的穩(wěn)定性問題一直是工程地質(zhì)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)問題之一[1]，北響堂寺佛洞村小型崩塌位于邯鄲市和村鎮(zhèn)東北的北響堂寺觀賞平臺上部坡體，結(jié)合危巖體所處的地理位置和氣候環(huán)境得知，山高坡陡是引起此處崩塌的重要地形條件，降雨充沛和構(gòu)造發(fā)育是主要誘發(fā)因素。因此對暴雨和地震工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以期為工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 危巖體分布及形態(tài)特征

北響堂寺佛洞村危巖主要由坡體上部及頂部的厚層灰?guī)r組成，隨山體呈南北向分布。此次研究共確定危巖體3個(gè)，主要位于高陡邊坡上，危害對象主要是工作人員、廣大游客及古建筑物。

1.1 危巖特征

(1)危巖體1(W1)：寬1.3m，高1.5m，厚1.0m，體積3.4m3。危巖北側(cè)發(fā)育兩組裂隙，交叉切割母巖，危巖呈楔形體，下部臨空。

(2)危巖體2(W2)：寬5.0m，高2.3m，厚1.4m，體積18.9m3。巖石破碎，呈階梯狀，發(fā)育兩組裂隙(見表1.1)。后緣裂隙平行于主臨空面，縫寬20-30cm，南北貫通，長約3m，深約1m，泥質(zhì)充填，前緣裂隙生長灌木，根劈作用明顯。

(3)危巖體3(W3)：寬7.5m，高5.6m，厚1.4m，體積58.8m3。危巖與坡體母體整體呈分離狀，后緣裂隙發(fā)育，張開，碎石泥質(zhì)充填，上陡下緩，另組次裂隙發(fā)育，將危巖分割，一組裂隙微張開-閉合，一組裂隙張開，寬度3-30cm，風(fēng)化強(qiáng)烈。(見表1.1危巖體主要結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)表)

2 危巖整體穩(wěn)定性計(jì)算及評價(jià)

2.1 計(jì)算工況的選取

危巖的計(jì)算工況一般為以下三種工況：

Ⅰ工況：自重狀態(tài)(包括裂隙水壓力)；

Ⅱ工況：自重狀態(tài)+暴雨(降雨的重現(xiàn)期按20年選取)；Ⅲ工況：自重狀態(tài)+地震(包括裂隙水壓力)；

2.2 穩(wěn)定性計(jì)算公式

a、傾倒式危巖穩(wěn)定性計(jì)算

1.由后緣巖體抗拉強(qiáng)度控制

對工況Ⅱ、Ⅲ按下式計(jì)算[2]：

式中：F—危巖穩(wěn)定性系數(shù)；

flk—危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kpa)，根據(jù)巖石抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以0.4的折減系數(shù)確定。暴雨時(shí)flk取0.9倍；

H—危巖塊高度(m)； h —裂隙深度(m)；

hw—裂隙充水高度(m)，自然狀態(tài)取裂隙高度1/3，暴雨?duì)顟B(tài)取裂隙高度2/3，根據(jù)裂隙充填程度可適當(dāng)調(diào)整；

β—后緣裂隙傾角(° )； W—危巖體自重(kN/m)；

a —危巖自重作用點(diǎn)到傾覆點(diǎn)的水平距離(m)；

V—裂隙水壓力(kN/m)，V= rwhw2/2；

Q—地震力(kN/m)，Q =ξW，其方向可視為水平；

ξ—地震系數(shù)，本工程取0.05；

ho—地震力作用點(diǎn)到倒覆點(diǎn)的垂直距離(m)；

2.由底部巖體抗拉強(qiáng)度控制

式中：b—后緣裂隙下端到傾覆點(diǎn)之間的水平距離(m)；其它符號意義同前。

b、墜落式危巖穩(wěn)定性計(jì)算

表1.1 危巖體主要結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)表

2)計(jì)算公式為：

對工況Ⅱ、Ⅲ按下列二式計(jì)算，穩(wěn)定性系數(shù)取兩種計(jì)算結(jié)果中的較小值：

式中：ζ—危巖抗彎力矩計(jì)算系數(shù)，依據(jù)潛在破壞面形態(tài)取值，一般可取1/12～1/6，當(dāng)潛在破壞面為矩形時(shí)可取1/6；

a0—危巖體重心到潛在破壞面的水平距離(m)；

b0—危巖體重心到潛在破壞面形心的鉛垂距離(m)；

flk—危巖體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kpa)，根據(jù)巖石抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以0.20 的折減系數(shù)確定；

c—危巖體粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kpa)；φ—危巖體內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(° )。

2.3 危巖整體穩(wěn)定性分析與評價(jià)

危巖穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)根據(jù)危巖穩(wěn)定系數(shù)按表2.1確定。

表2.1 危巖體穩(wěn)定狀態(tài)評價(jià)表

通過每個(gè)危巖體的穩(wěn)定性計(jì)算分析和評價(jià)可知： W1危巖體現(xiàn)狀基本穩(wěn)定； W2和W3危巖體現(xiàn)狀欠穩(wěn)定。在暴雨和地震條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3 危巖單體穩(wěn)定性計(jì)算及評價(jià)

勘查區(qū)各危巖體穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)見表2.2。

按以上各計(jì)算公式，對W1-3各危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，其穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2.3。

通過以上穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，大部分危巖體在Ⅰ工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，極少數(shù)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在Ⅱ、Ⅲ工況(即暴雨工況和地震工況下)，大部分處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，少數(shù)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)危巖塊特征及節(jié)理裂隙發(fā)育情況等，確定W1危巖破壞方式為墜落式，W2、W3危巖為傾倒式破壞。

(2)根據(jù)定量計(jì)算結(jié)果可知：在現(xiàn)狀(或Ⅰ工況)下，危巖體的穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果基本相近，W1、W3處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，W2處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在Ⅱ、Ⅲ工況下，穩(wěn)定性逐漸降低，最終處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)。

[1]李廣平，常中華.馬河崩塌堆積體結(jié)構(gòu)特征與穩(wěn)定性評價(jià)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，19(4)：588-593.

[2]趙偉華，黃潤秋，趙建軍，等.強(qiáng)震條件下碎裂巖體崩塌機(jī)理及崩塌后壁對堆積體穩(wěn)定性影響研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，19(2)：205-213.

表2.2 危巖穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)選取表

表2.3 W1-3各危巖體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及評價(jià)表