尹建林，閆俊，王加航

（湖北省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì)，湖北 鄂州 436000）

1 引言

川東巴中地區(qū)地層巖性主要以泥巖、砂巖為主，經(jīng)差異風(fēng)化作用易產(chǎn)生危巖。本文以川東紅層地區(qū)某典型危巖為研究對(duì)象，采用RocFall 軟件對(duì)危巖運(yùn)動(dòng)軌跡和影響范圍進(jìn)行分析，更合理地確定治理方案及設(shè)計(jì)參數(shù)，使治理工程更加經(jīng)濟(jì)合理。

2 工程地質(zhì)條件

該危巖位于巴中恩陽(yáng)區(qū)南部低山區(qū)，屬中低山構(gòu)造剝蝕地貌類(lèi)型。危巖所在坡體地層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層Q4el+dl含碎石粉質(zhì)黏土，白堊系下統(tǒng)蒼溪組（K1c）砂巖和泥巖：

1）第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）

含碎石粉質(zhì)黏土：研究區(qū)內(nèi)廣泛分布，呈紅褐色，稍濕～濕，可塑～硬塑狀，成分主要為粉砂巖、砂巖，粒徑一般為2～10 cm，厚度一般為0.3～1.5 m。

2）白堊系下統(tǒng)蒼溪組（K1c）

在工作區(qū)村道后側(cè)坡體廣泛出露，巖性為砂泥巖互層，基巖產(chǎn)狀356°∠2°。

1）砂巖：陡崖區(qū)為厚層-塊狀，棕紅色，中粒砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，層厚6～12 m，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙寬度大且貫通性好。

2）泥巖：磚紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。多發(fā)育網(wǎng)狀裂隙，泥巖中砂質(zhì)含量較高，裂隙發(fā)育規(guī)模、張開(kāi)度、貫通性較好，表層經(jīng)風(fēng)化剝落向內(nèi)凹陷。

3 危巖體特征

該危巖區(qū)發(fā)育于房后陡坡上，共發(fā)育4 個(gè)危巖單體，其中，危巖W1 長(zhǎng)4.8 m，寬3.5 m，厚2.0 m，方量約33.6 m3；危巖W2 長(zhǎng)4.0 m，寬3.5 m，厚2.0 m，方量約28.0 m3；危巖W3 長(zhǎng)3.5 m，寬3.0 m，厚2.0 m，方量約21.0 m3；危巖W4 長(zhǎng)4.0 m，寬3.0 m，厚2.0 m，方量約24.0 m3；分布高程為52～345 m，巖性為白堊系下統(tǒng)蒼溪組砂巖，巖層產(chǎn)狀為356°∠2°，為緩傾逆向坡，所處陡坡巖體風(fēng)化卸荷發(fā)育。危巖主要威脅對(duì)象為坡體下部村民房屋與村道。危巖體位置情況詳見(jiàn)圖1。

圖1 危巖全貌照片

4 危巖體運(yùn)動(dòng)特征模擬分析

4.1 RocFall 軟件簡(jiǎn)介

Roc Fall 軟件是一款用于評(píng)價(jià)邊坡落石風(fēng)險(xiǎn)的統(tǒng)計(jì)分析軟件[1，2]。它可分析出整個(gè)邊坡落石的動(dòng)能、速度和彈跳高度包絡(luò)線，以及落石滾動(dòng)終點(diǎn)的位置，也可獲得沿坡面線的動(dòng)能、速度和彈跳高度分布，可預(yù)測(cè)巖石軌跡[3，4]。

4.2 模型建立

模型建立需繪制典型剖面，標(biāo)注坡面上的障礙物，如植被，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)剖面線進(jìn)行確認(rèn)，輸入危巖體巖性、位置與尺寸大小，模型的建立需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要條件進(jìn)行提取，同時(shí)對(duì)部分條件做出簡(jiǎn)化和假設(shè)。

本文選取危巖W1 建立模型，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)該危巖的剖面，明確危巖的剖面位置，在AutoCAD 中繪制危巖剖面，保存為.dxf 文件，然后在RocFall 軟件中導(dǎo)入文件，進(jìn)行模型建立。

4.3 落石運(yùn)動(dòng)軌跡分析

4.3.1 剖面選取

本次選取了危巖W1 所在剖面進(jìn)行落石運(yùn)動(dòng)軌跡分析，充分考慮和還原坡面真實(shí)形態(tài)。

4.3.2 危巖體參數(shù)

危巖體W1 位于危巖區(qū)左側(cè)中上部，兩側(cè)以結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的基巖為界，前側(cè)以下側(cè)的臨空面為邊界，危巖W1 長(zhǎng)4.8 m，寬3.5 m，厚2.0 m，方量約33.6 m3，該危巖體下部形成了深約0.5m 的凹腔。

該危巖距離下方居民房屋水平距離40 m，坡體下部平均坡度25°，坡體形態(tài)主要體現(xiàn)為上緩下陡，坡體上部土體主要為較堅(jiān)硬巖體，下部為土體與植被覆蓋層。

根據(jù)以上信息，確定危巖W1 的參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 落石運(yùn)動(dòng)參數(shù)取值

將以上危巖信息輸入軟件，根據(jù)地形線繪制剖面，并定義剖面位置處各點(diǎn)特性后，選擇危巖體位置。由于危巖體為墜落式，因此，危巖體水平、豎直初速度設(shè)置為0 m/s，巖石質(zhì)量為88 704 kg，角速度為2 rad/s。

4.3.3 軟件模擬結(jié)果分析

根據(jù)擬設(shè)定條件設(shè)置危巖體參數(shù)后，模擬20 次各類(lèi)條件下危石的墜落運(yùn)動(dòng)，得到20 次模擬運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖2 所示。

圖2 危巖W1 運(yùn)動(dòng)軌跡分析成果

由圖2 分析得到，落石在A 點(diǎn)出現(xiàn)最大彈跳高度，然后沿坡面向下滾動(dòng)，危巖最終在坡體下部房屋后側(cè)停止運(yùn)動(dòng)，距離起始位置水平距離33 m。

A 點(diǎn)處落石彈跳高度最大，由分析數(shù)據(jù)可知，A 點(diǎn)處預(yù)測(cè)最大彈跳高度為1.633 m，出現(xiàn)概率為10%，最低高度0.879 m，出現(xiàn)概率為5%，危巖彈跳高度為1.382 m 為最大概率情況，此時(shí)的發(fā)生概率為30%，故A 點(diǎn)平均彈跳高度為1.382 m，模擬結(jié)果如圖3 所示。

圖3 危巖在A 點(diǎn)處彈跳高度分析柱狀圖

B 點(diǎn)處為受崩塌威脅房屋后側(cè)，B 點(diǎn)處落石水平速度分布如圖4 所示。危巖最大運(yùn)動(dòng)速度為10.74 m/s，模擬中有15%的落石達(dá)到該速度，最低速度為6.886 m/s，模擬結(jié)果中有5%的落石達(dá)到該速度，則該危巖體運(yùn)動(dòng)的平均速度為9.9.9m/s。

圖4 危巖在B 點(diǎn)處水平速度分布圖

經(jīng)過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，所有落石在墜落后均運(yùn)動(dòng)至B 點(diǎn)位置，并仍具有較大速度，說(shuō)明了B 點(diǎn)危險(xiǎn)性較高。

同時(shí)，對(duì)B 點(diǎn)處落石的動(dòng)能進(jìn)行分析，通過(guò)計(jì)算得出危巖最大動(dòng)能為3 545.4 kJ，最小動(dòng)能為1 545.42 kJ，平均動(dòng)能為2 454.49 kJ，仍具備較大的沖擊力。

5 總結(jié)及展望

本次運(yùn)用RocFall 軟件將川東地區(qū)典型危巖體崩塌的運(yùn)動(dòng)的軌跡進(jìn)行可視化模擬，得出以下結(jié)論：

1）危巖體在A 點(diǎn)發(fā)生彈跳后，在坡體上的運(yùn)動(dòng)形式主要以沿坡面滾動(dòng)為主。

2）危巖體在房屋后側(cè)B 點(diǎn)位置處仍具有最高10.74 m/s的速度、最大3 545.4 kJ 的動(dòng)能，對(duì)坡底部房屋結(jié)構(gòu)和人員造成實(shí)質(zhì)性威脅。

3）防護(hù)工程可設(shè)置在坡面B 點(diǎn)處，防護(hù)高度可根據(jù)該處的最大彈跳高度及動(dòng)能確定，具體治理手段可包括清危、主動(dòng)網(wǎng)及其他治理措施，如需設(shè)計(jì)被動(dòng)網(wǎng)其高度也不宜設(shè)置過(guò)高，避免造成浪費(fèi)。

4）由于崩塌治理工程在判定危巖影響范圍時(shí)，多依靠現(xiàn)場(chǎng)勘察所得數(shù)據(jù)與技術(shù)人員自身經(jīng)驗(yàn)判斷，與實(shí)際情況會(huì)有一定偏差，且考慮的因素較為單一，按常用方法流程進(jìn)行判斷可能會(huì)存在對(duì)危巖運(yùn)動(dòng)距離、影響范圍判斷不夠準(zhǔn)確，造成治理設(shè)計(jì)方案時(shí)發(fā)生治理效果不佳或過(guò)于保守的情況發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

本次運(yùn)用軟件將川東地區(qū)典型危巖體崩塌的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行可視化模擬，采用RockFall 軟件對(duì)危巖體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，可直接得到危巖運(yùn)動(dòng)路徑與路徑上任意一點(diǎn)的速度、角速度、動(dòng)能等數(shù)據(jù)，這對(duì)于在勘察階段判斷崩塌影響范圍，在可行性研究階段和初設(shè)階段論證方案選擇、方案可行性具有參考價(jià)值；該軟件對(duì)于施工圖設(shè)計(jì)優(yōu)化可提供更加合理準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，使設(shè)計(jì)更加合理精細(xì)化，達(dá)到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的目的。