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        SNS 被動防護系統在崩塌地質災害治理中的應用

        2018-05-09 06:17:46項文江
        世界有色金屬 2018年5期
        關鍵詞:陡崖落石危巖

        項文江

        (北京市地質礦產勘查開發(fā)總公司,北京 100050)

        崩塌屬于規(guī)模大且破壞性較強的地質災害問題,在發(fā)生時可能會對周邊居民的房屋或是各項基礎設施造成破壞。在國內地質災害統計資料中有記錄,山西省某地發(fā)生黃土崩塌地質災害,崩塌體積2.5萬立方米左右,厚度9米左右,災害的發(fā)生造成了高達20余人的死亡。從此案例中便能夠看出,崩塌地質災害的重大危害性,為此,需要有關部門不斷開展對此種災害防治措施的研究。

        1 崩塌地質災害發(fā)生原因及危害性

        1.1 內在因素分析

        導致崩塌發(fā)生的內部因素包括三種:其一,巖土類型與結構。不同類型的巖土均有發(fā)生崩塌的可能性,但在崩塌特點上卻存在著一定的差異性,例如,堅硬的碳酸鹽是或是變質巖等的崩塌,其特點在于數量多、規(guī)模大;互層巖石與松土層等,基于風蝕等外部因素影響導致其耐受力會受到不同程度的影響,在發(fā)生崩塌時以墜落與剝落形式最為常見,危害性相對較輕??偨Y而言,巖土結構完整性與均一性與崩塌的發(fā)生率呈負相關[1]。其二,地質構造條件。巨大斷裂發(fā)育的構造活動帶,屬于大規(guī)模崩塌的多發(fā)地帶,此種結構面發(fā)育中斜坡越傾斜則崩塌發(fā)生的可能性越大。其三,地形地貌條件。從以往大量崩塌地質災害案例來看,經常發(fā)生崩塌的地區(qū)多具有著坡度大、切割劇烈特征。

        1.2 外在因素分析

        引發(fā)崩塌的外在因素包括以下幾種:其一,地震與火山等活動對邊坡的穩(wěn)定性造成破壞,從而增加崩塌發(fā)生可能性。其二,冰雪融化或是雨水較大的環(huán)境下,地表水會深入到坡體中,從而軟化巖土與軟弱面,促使其之間形成孔隙,此種孔隙便是屬于崩塌的引發(fā)因素。其三,河湖、水庫等地表水長時間浸泡與沖刷,導致坡體的支撐能力受到影響,致使邊坡的穩(wěn)定性降低,從而引發(fā)崩塌。其四,基于各項工程的建設,認為的進行爆破與開挖等,會導致周邊地質環(huán)境的坡體穩(wěn)定性受到破壞,比較容易引發(fā)崩塌。其五,巖土體中原本存在的裂隙在外部環(huán)境的侵蝕下進一步發(fā)展,加之晝夜溫差的影響,在自身穩(wěn)定性以及平衡性上均有所弱化,從而進一步增加了崩塌發(fā)生可能性[2]。

        2 崩塌地質災害治理方案分析

        2.1 方案概述

        (1)坍塌特征

        坍塌地質災害發(fā)生的山坡處于斜核處,屬于自然環(huán)境下形成的陡坡,標高368m~410m,山體基巖出露,坡度為64°~81°,部分危巖體近直立狀,高度為16m~33m,長度超出250m,陡崖山露巖層屬于寒武系中統中厚層灰?guī)r,表層巖石表現出的分化程度較大,且伴隨著裂縫的發(fā)育[3]?;诜N種外部因素的影響,此地區(qū)比較頻繁的發(fā)生落石情況,周邊存在居民區(qū),在雨季時,崩塌災害發(fā)生的可能性急劇上漲,促使村民的財產與生命安全受到極大威脅[4]。

        (2)方案設計

        針對懸崖位置的危巖、險石及時的給予清除;針對崖腔與空洞等給予支撐或是鑲補;控制坡面巖土體的風化剝落,合理的應用SNS主動防護系統。結合當前所了解到的邊坡信息,坡面沒有出現明顯的崖腔與空洞,支撐與鑲補等措施不能夠起到效果;陡崖受到風化侵蝕的面積較大,危巖與險石眾多,若選擇危巖與險石清除措施,則會面臨著較大的工作量,且危險系數較高,無法在根本上對問題進行解決;錨固措施的應用比較合理,但應該完全的了解坡面的危巖與險石,實際工作執(zhí)行會遇到諸多阻礙因素,且施工風險較大,為此,以上措施均存在著不合理之處[5]。SNS主動防護系統具有著一定的工程適應性與施工安裝便捷性優(yōu)勢,結合工程實際情況,應用SNS主動防護系統左坡面加固不符合經濟性原則,且施工條件不夠理想,為此,主動防護系統也不適合應用。

        2.2 方案對比選擇

        若處于落石的物源區(qū)范圍過大,可能滑落或是墜落的石頭數量過多的條件下,在中途對滾石進行攔截的方案有效性較強,為此,制定兩種具體方案。

        其一,攔石墻+落石槽。此方案的優(yōu)勢體現在對施工材料的要求不高,可就近取材,經濟性較高,投入成本較??;劣勢為用剛性的結構進行動力沖擊的阻攔,可能會起到適得其反的作用,需要建造一個規(guī)模巨大的攔石結構。同時,基于工程規(guī)模的影響,導致施工過程所需時間較多,若在此過程中發(fā)生崩塌,則會導致施工人員面臨著生命安全的威脅[6]。

        其二,SNS被動防護系統。此系統應用中結構支撐為鋼柱,攔石結構具有柔性特征,其優(yōu)勢體現在整體的柔性較強,能夠有效的分散動力沖擊力,同時此系統對地形的適應性較強,且所應用的材料具有環(huán)保屬性。另外,此方案的施工便捷性優(yōu)勢較為明顯,施工過程不會受到過多因素的干擾,實現快速安裝,快速施工效果,避免在施工過程中發(fā)生崩塌情況。

        2.3 防護網設計

        (1)參數設置

        為確保SNS防護系統應用安全性,在方案設計中根據最不利參數組合進行計算,陡崖段高度取最大值,坡度根據直立進行計算,斜坡取最大度數。山坡參數為:陡崖段:90°,坡高31m,坡腳長度256m;斜坡段:坡度42°,坡高50m,坡腳長度340m。落石參數:落石體積為1m3。巖體參數:巖性:中厚層灰?guī)r;密度:2.76g/cm3。

        (2)落石運動計算

        圖1 落實運動簡圖

        陡崖段坡面危巖體,脫離母體下落,運動軌跡可分為三個階段:墜落-碰撞彈跳-滾動。陡崖段危巖在墜落后會形成自由落體運動,后在下落的過程中與突出的巖壁發(fā)生接觸,接觸后改變原有的運動軌跡,且出現碰撞的次數不固定,之后會向居民區(qū)方向運動。落石運動計算分析將落石視為球體,從坡體最高處位置(H-82m)出現崩塌落石,計算方式如圖1所示,落石的初始速度為v0=0m/s,重力加速度為d=9.8m/s2,落實碰撞彈跳發(fā)生在斜坡段,斜坡表面多有植被覆蓋,表層多為風化巖石與碎石土,因為接觸面為風化巖石或是碎石,常規(guī)法向阻尼系數為0.35.法向阻尼系數Rn取值為0.35,切向阻尼系數R1取值為0.85。設定落石在陡壁崖墜落,墜落高度為32m,結合公式1、2能夠計算出落石墜落階段耗費時間為2.56s左右,碰撞斜坡坡面前的速度為25.04m/s。

        落實墜落段:加速度:g=9.8m/s2

        彈跳段:落石觸底后再次彈跳初始速度分量如下:

        公式3:v1=R1(vxcosθ-vysinθ)

        vn=Rn(vxsinθ+vycosθ)

        公式4:vx=vcosθ-vsinθ

        vy=-(v1sinθ+vncosθ)

        公式中vx是落石觸底前水平方向速度分量;vy是落石觸底錢豎直方向速度分量,速度向上為正,向下為負。

        落石碰撞后接觸地面歷時與水平運動距離為:

        公式5:t=2(vxtanθ+v'y)/g

        公式6:L=vxt

        (3)SNS被動防護網設計

        首先,防護網型號的選擇需要結合落石的計算結果而定,同時,基于落石形狀的差異性,其運動過程存在著諸多不可控因素,為此,需要在落石運動能的基礎上乘以1.2的系數來近似考慮其運轉功能。其次,防護網高度設計過程中,需要結合多次落石運動情況以及計算結果而定,取最終所獲取到的彈跳最高值。

        3 結語

        從本文中引入的案例來分析,在條件不夠理想的環(huán)境下,以往所應用的攔石墻+落石槽方案不能夠達到最佳效果,為最大化的控制崩塌危害性,最終選定SNS被動防護系統,其所表現出來的優(yōu)勢也較為明顯。將SNS被動防護系統應用到崩塌防治中,能夠輔助明確防護設施的位置,同時也能夠經由計算明確攔石網的最高位置,以及落石的運動速度與軌跡等,將這些參數融入到方案設計中,促使整個方案的可靠性有明顯提升。

        [1]彭景亮.SNS防護系統在某危巖帶防治中的應用初探[J].山西建筑,2017,43(25):72-74.

        [2]劉占梅.遼寧省喀左縣道虎溝山坡崩塌地質災害防治工程設計[J].地質災害與環(huán)境保護,2017,28(02):16-20.

        [3]趙立峰,趙樹偉.淺析崩塌災害的成因、治理及應急措施[J].四川水泥,2016(08):228-123.

        [4]李玉雯,王妮妮,朱明.青島嶗山風景區(qū)崩塌地質災害防治措施探討——以大平嵐危巖體崩塌治理工程為例[J].巖土工程技術,2015,29(03):144-148.

        [5]竇波元.SNS被動防護系統在龍灘水電站進場專用公路邊坡防護中的應用[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2012,05(12):57-60.

        [6]樓莉莉,王洪林.SNS柔性防護系統在高邊坡地質災害治理中的應用[J].四川水力發(fā)電,2012,31(02):177-179.

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