崩塌體穩定性分析及工程應用研究

王紹輝 王錦霞 申娟娟

河北省地礦局第一地質大隊

崩塌體穩定性分析及工程應用研究

王紹輝 王錦霞 申娟娟

河北省地礦局第一地質大隊

本文通過對北響堂寺佛洞村的地質勘查，查明了危巖體的主要特征，并采用工程地質類比法和定量計算兩種方法相互驗證，分別對區域內危巖整體和單體進行了穩定性分析。不但有利于消除該處地質災害隱患，而且也為此類崩塌的防治提供了地質依據。

崩塌；穩定性；研究

0 引言

崩塌是山區常見的自然地質災害，常影響工農業生產及人民生命財產安全。崩塌體的穩定性問題一直是工程地質領域研究的重點問題之一[1]，北響堂寺佛洞村小型崩塌位于邯鄲市和村鎮東北的北響堂寺觀賞平臺上部坡體，結合危巖體所處的地理位置和氣候環境得知，山高坡陡是引起此處崩塌的重要地形條件，降雨充沛和構造發育是主要誘發因素。因此對暴雨和地震工況下的穩定性進行分析，以期為工程設計提供參考依據。

1 危巖體分布及形態特征

北響堂寺佛洞村危巖主要由坡體上部及頂部的厚層灰巖組成，隨山體呈南北向分布。此次研究共確定危巖體3個，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。危巖北側發育兩組裂隙，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，后緣裂隙發育，張開，碎石泥質充填，上陡下緩，另組次裂隙發育，將危巖分割，一組裂隙微張開-閉合，一組裂隙張開，寬度3-30cm，風化強烈。(見表1.1危巖體主要結構面統計表)

2 危巖整體穩定性計算及評價

2.1 計算工況的選取

危巖的計算工況一般為以下三種工況：

Ⅰ工況：自重狀態(包括裂隙水壓力)；

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

2.2 穩定性計算公式

a、傾倒式危巖穩定性計算

1.由后緣巖體抗拉強度控制

對工況Ⅱ、Ⅲ按下式計算[2]：

式中：F—危巖穩定性系數；

flk—危巖體抗拉強度標準值(kpa)，根據巖石抗拉強度標準值乘以0.4的折減系數確定。暴雨時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)，自然狀態取裂隙高度1/3，暴雨狀態取裂隙高度2/3，根據裂隙充填程度可適當調整；

β—后緣裂隙傾角(° )； W—危巖體自重(kN/m)；

a —危巖自重作用點到傾覆點的水平距離(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，本工程取0.05；

ho—地震力作用點到倒覆點的垂直距離(m)；

2.由底部巖體抗拉強度控制

式中：b—后緣裂隙下端到傾覆點之間的水平距離(m)；其它符號意義同前。

b、墜落式危巖穩定性計算

表1.1 危巖體主要結構面統計表

2)計算公式為：

對工況Ⅱ、Ⅲ按下列二式計算，穩定性系數取兩種計算結果中的較小值：

式中：ζ—危巖抗彎力矩計算系數，依據潛在破壞面形態取值，一般可取1/12～1/6，當潛在破壞面為矩形時可取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—危巖體抗拉強度標準值(kpa)，根據巖石抗拉強度標準值乘以0.20 的折減系數確定；

c—危巖體粘聚力標準值(kpa)；φ—危巖體內摩擦角標準值(° )。

2.3 危巖整體穩定性分析與評價

危巖穩定狀態應根據危巖穩定系數按表2.1確定。

表2.1 危巖體穩定狀態評價表

通過每個危巖體的穩定性計算分析和評價可知： W1危巖體現狀基本穩定； W2和W3危巖體現狀欠穩定。在暴雨和地震條件下處于欠穩定狀態。

3 危巖單體穩定性計算及評價

勘查區各危巖體穩定性計算參數見表2.2。

按以上各計算公式，對W1-3各危巖體進行穩定性計算，其穩定性計算結果見表2.3。

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

4 結論

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

(2)根據定量計算結果可知：在現狀(或Ⅰ工況)下，危巖體的穩定性評價結果基本相近，W1、W3處于基本穩定狀態，W2處于欠穩定狀態；在Ⅱ、Ⅲ工況下，穩定性逐漸降低，最終處于欠穩定或不穩定狀態。

[1]李廣平，常中華.馬河崩塌堆積體結構特征與穩定性評價[J].工程地質學報，2011，19(4)：588-593.

[2]趙偉華，黃潤秋，趙建軍，等.強震條件下碎裂巖體崩塌機理及崩塌后壁對堆積體穩定性影響研究[J].工程地質學報，2011，19(2)：205-213.

表2.2 危巖穩定性計算參數選取表

表2.3 W1-3各危巖體穩定性計算結果及評價表