談寶成線下行K425危巖成因及穩定性分析

白明志 胡 川

(中鐵二院成都勘察設計研究院有限責任公司,四川 成都 610081)

談寶成線下行K425危巖成因及穩定性分析

白明志 胡 川

(中鐵二院成都勘察設計研究院有限責任公司,四川 成都 610081)

通過地質勘察，介紹了寶成線下行K425危巖體的形成原因與誘發因素，并采用赤平投影法，分析了該危巖體的穩定性，研究判斷了落石的運動模式，初步提出了危巖體的防治措施。

危巖體，赤平投影法，三維掃描影像，落石

1 工程概況

該工點位于江油市雁門鎮境內，寶成線下行朝陽隧道(隧道全長174.5 m)，鳳凰山棚洞K425+500～K425+540右側邊坡，最高處相對鐵路高度達150多米，坡度中陡，屬于工程中的高陡邊坡，邊坡長度達140多米。

工點屬低山河谷地貌，自然山坡40°～70°，相對最大高差約30 m～100 m，基巖局部出露，地表植被發育，覆蓋層較薄。地形起伏較大，右側高左側低，左側臨向清江河。邊坡巖性為泥盆系下統平驛鋪組(D1p)石英砂巖夾粉砂質頁巖。巖體較破碎，發育典型三組節理，將巖體切割成大塊狀構造(見圖1)。

2 危巖體成因分析

2.1 形成原因

邊坡整體坡度60°～75°，隧道洞口上方坡表植被茂盛；洞口棚洞上方植被較少，邊坡近乎直立，基巖裸露。邊坡巖體為石英砂巖，巖層中夾薄層頁巖夾層，巖體節理裂隙較發育。坡表由于節理裂隙切割，巖體被分割成石塊個體，部分石塊由于重力作用而脫落，坡體表部多處形成巖腔。坡表發育的裂隙面和強風化作用，造成坡表巖體極其破碎。由于坡表巖體破碎，在降雨雨水沖刷下形成了兩處沖溝，沖溝下方有坡積物堆積。

根據現場調查情況了解到邊坡由于發育的節理裂隙及地震等作用使得頂部巖體極其破碎，表層巖體完整性很差，見圖2，邊坡表部呈現出大范圍的碎石區域，碎石大部分都是以個體的形式存在，基本脫離了母巖，在強降雨、自身重力和地震等作用下極容易失穩滾落而危及鐵路運輸的安全。

邊坡上有多處巖體空腔(見圖3)，巖腔上部巖體由于下方巖體脫落而臨空懸掛，內部由于節理裂隙面的存在而與基巖間粘結減弱，該類危巖據現場勘察最大的達100 t左右，在重力降雨等因素影響下極易發生墜落式破壞，一旦失穩墜落必將會影響到鐵路的正常運輸。

2.2 誘發因素

1)降雨。降雨對地質災害的發生起著極其重要的作用，對于該工點，降雨的影響主要表現為以下兩點：a.軟化巖石、改變其力學性質，降低巖石抗剪強度，使之易被剪切破壞，導致節理面貫通。b.降低巖體結構面抗剪強度，同時產生靜水壓力和動水壓力，使節理切割沿巖體易沿結構面滑動，誘發崩塌發生。

2)地震。地震是地質災害發生的又一誘發因素，對于該工點，地震的影響主要表現為以下兩點：a.產生水平推力，加劇崩塌、落石等地質災害的發育。b.劇烈的構造運動，使巖石相互擠壓變形，使巖石形成新的節理或促使原節理裂隙貫通，加速崩塌的發育。

參考《汶川地震震區隧道調查研究分析》中寶成線朝陽隧道洞口邊仰坡防護開裂、脫落。由于地震波的地形放大效應，“5·12”汶川地震區高陡山坡普遍發生崩塌。

3 危巖體穩定性分析

根據巖體的結構特征，采用赤平投影法對巖體進行穩定性評價。

通過現場勘察結合三維掃描技術，經過對邊坡三維掃描影像數據的分析獲得節理裂隙產狀可知巖體中發育有三組優勢結構面，控制邊坡局部的穩定性，其性質如下：

第一組：100°～120°∠80°～88°。

第二組：275°～290°∠70°～80°。

第三組：205°～215°∠78°～88°。

坡面產狀：218°∠55°～75°。

根據以上數據得節理裂隙等密度及產狀赤平投影圖見圖4。

結合赤平投影圖對邊坡穩定性進行分析如下：

由圖4可看出三組優勢結構面兩兩相交的交點均與邊坡坡面在同一側，說明組合交線的傾向與邊坡傾向一致。其中第一組和第三組兩組優勢結構面以及第二組和第三組優勢結構面，其交點均在邊坡內側，說明交線傾角大于坡角，故屬于基本穩定結構；而第一組和第二組兩組優勢結構面，其交點位于邊坡坡面線外側，說明交線傾角小于坡面傾角，故這兩組結構面控制下邊坡處于不穩定狀態。在第一組和第二組兩組優勢結構面作用下，坡表破碎穩定性極差，常有落石墜落形成巖腔，需要及時對其進行防護治理。

4 落石分析

根據現場勘察結合三維掃描軟件對該里程邊坡進行了掃描，獲得邊坡的三維掃描影像，切出邊坡3個有代表性的區域斷面，并對其運動軌跡、彈跳高度、運動速度和運動能量等運動參數進行計算分析。其中斷面1—1和2—2計算落石質量取10 t，斷面3—3落石質量取為100 t進行計算(見圖5)。

斷面1—1計算分析。

1)斷面地形條件。分析計算1—1斷面情況(見圖6)，對斷面的地形條件采用坐標的方式表示。

2)落石計算輸入條件。根據現場原有落石的大小，結合邊坡三維掃描結果，具體的落石計算輸入條件如下：

落石初始條件：

在斜面頂部的下落：水平初速度為0 m/s，豎向初速度為0 m/s。計算落石粒徑：1 m大小的落石。落石的密度：2 389 kg/m3。落石重量：10 007 kg。跌落統計次數：200次(根據此次數進行概率統計)。

3)落石計算統計位置。計算完成后，取3個位置對落石運動結果進行統計，這個位置的坐標見表1。

表1 落石計算位置表

4)落石計算結果。計算后可得到防護網設計需要的落石彈跳高度、落石運動速度、落石沖擊能量等參數，見圖7～圖10。

1—1斷面結果分析：參照點3位置位于鐵路上方棚洞處，此點數據具有參考價值，對其進行分析，該點最大彈跳高度17.671 m，其中彈跳高度在9 m以內的概率為98.41%；落石最大運動速度38.728 m/s(超過25 m/s的概率有4%)，最大能量為7 657.704 kJ。

其余2—2，3—3斷面計算同上，結果分析如下：

2—2斷面結果分析：參照點3位于鐵路上方棚洞附近數據具有參考價值，對其相關參數進行分析，該點處最大彈跳高度為64.844 m，彈跳高度在50.983 m以內的概率有95%；最大落石速度40.685 m/s，速度在38.087 m/s以內的概率為95%；最大能量為8 451.043 kJ。

3—3斷面結果分析：參照點3處于棚洞附近位置，其數據具有參考價值，對其相關參數進行分析，該點處最大彈跳高度為37.342 m，其中95%概率的彈跳高度在21.075 m以內；最大落石速度42.668 m/s，最大能量為92 892.48 kJ。

5 結語

根據對巖體結構的赤平投影分析，坡表破碎穩定性極差，常有落石墜落形成巖腔，需要及時對其進行防護治理。

根據落石分析計算結果可知邊坡上方落石失穩后運動至棚洞上方將會產生較大的沖擊能量，10 t的落石沖擊能量達8 000 kJ左右，而100 t落石沖擊能量達90 000 kJ，一旦滾落必將會給鐵路運輸造成極大的損失。

建議先對該區域大塊的落石進行治理清除，考慮到邊坡頂部大面積的碎石區域且落石彈跳能量大，可設置簾式網對邊坡落石進行引導，棚洞上方另設被動防護系統進行攔截。

采用多重防護措施可有效減小落石直接沖擊棚洞的概率，進而實現對鐵路運輸的防護，確保鐵路正常運營。

[1] 胡厚田.崩塌與落石[M].北京:鐵路出版社,1989.

[2] 趙德文.岸坡巖體穩定性赤平投影法分析[J].山西建筑,2010,36(18):80-81.

[3] 高劍峰.基于三維激光掃描的高陡邊坡塊體穩定性研究[J].土木建筑與環境工程,2012,12(S34):77-81.

Discussion on dangerous rock causes and stability analysis of Baocheng line downstream K425

Bai Mingzhi Hu Chuan

(ChinaRailwayEryuanChengduSurveyandDesignInstituteLimitedCompany,Chengdu610081,China)

Through the geological survey, this paper introduced the forming causes and inducing factors of dangerous rock mass of Baocheng line downstream K425, and using stereographic projection method, analyzed the stability of the dangerous rock mass, researched and judged the movement model of the rock fall, preliminary put forward the prevention measures of dangerous rock mass.

dangerous rock mass, stereographic projection method, three-dimensional imaging, rock fall

1009-6825(2017)05-0117-03

2016-12-07

白明志(1976- )，男，碩士，工程師

TU413.62

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