某國道沿線典型墜落式危巖體的穩定性分析

梁海濤

摘要：某國道沿線地質環境特殊，不僅地形地貌差異較大，而且生態條件惡劣，極易發生滑坡、崩塌等地質災害，尤其是崩塌災害最為嚴重。現場調查結果顯示，其存在多處危巖體，對過往行車造成了極大的威脅。本文選取典型墜落式危巖體，采用DDA數值模型分析方法研究其失穩方式的形成機制，構建力學模型用靜力解析計算方法對潛在不穩定危巖體進行穩定性評價，從而更好地開展道路養護、地質災害治理和改擴建工作。

Abstract： Due to special geological environment and bad ecological condition， the terrain and landforms along the national highway are various， and the geological disasters such as collapse and landslide are frequent， especially collapse. According to the site investigation， there are many dangerous rock bodies， which is a serious threat to traffic safety. In this paper， the typical falling rock mass is selected， and the formation mechanism of the instability mode is studied by using the DDA numerical model. The static model is used to evaluate the stability of the potential unstable rock mass， so as to provide reference for road maintenance， geological disaster management and expansion.

關鍵詞：危巖體；巖體結構；DDA數值模型；失穩方式

Key words： dangerous rock mass；rock mass structure；DDA numerical model；instability mode

中圖分類號：P642.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）23-0137-02

0 引言

某國道由于在早期的公路設計過程中考慮不周，使得其災害處治措施等多方面都存在較大弊端，再加上其地質環境復雜、沿線地表植被稀少，極易受到物理風化作用，導致地質災害發生，特別是崩塌災害，而一旦發生崩塌災害，滑落的巖塊必將阻礙到交通，甚至威脅到行車行人的安全。大部分的崩塌（危巖體）的失穩方式是由巖體結構決定的，沿線邊坡危巖體可分為傾倒式、墜落式、滑塌式[1]。本文選取墜落式危巖體，先舉例分析其變形破壞機制，然后運用靜力解析計算方法，評價危巖體的穩定性。

1 墜落式危巖體的潛在失穩方式與穩定性評價

若邊坡坡面較陡，中下部存在凹腔或軟弱夾層時，上部陡傾坡外結構面、緩傾坡內層面切割形成的巖塊可能會發生墜落式失穩。墜落失穩方式主要包括壓致拉裂-墜落模式、傾倒-折斷-墜落模式。

選取國道某處典型墜落式危巖體（圖1）為例，運用塊體理論[2]，建立DDA非連續變形分析模型[3]，對該危巖體進行穩定性分析。

由圖2可見，若邊坡頂部凸出部分的巖塊出現傾倒拉裂，很可能這部分凸出的巖塊會被拉斷，而隨著其拉斷原結構面巖橋就會開始墜落，并且墜落的巖塊數量會隨著邊坡后部拉裂縫的不斷增大而越來越多，如此勢必會堵塞公路、影響交通。

評價穩定性時，采用簡化計算模型，先將問題簡化為平面問題，在長度方向上取單位寬度考慮，忽略危巖塊體左右側面上與其他巖土體的關系。危巖體自重是由危巖體的體積與天然密度的乘積得到的，是危巖體所受到的主要荷載。由于可能會受到地震或者暴雨的影響，不同類型的危巖承受能力存在一定區別，應合理確定其荷載種類和大小。采用簡化計算模型（圖3），懸空的巖塊體用ABCD表示出來，它是一種類似懸臂梁的受力狀態，頂面受拉，拉應力最大的是A點，該點長期受到重力作用后，從逐漸向下發展形成拉張裂隙，之后拉應力會集中于未張裂的E點，一旦E點的拉應力大于其抗拉強度，張拉裂縫就會不斷增大，直至D點，導致墜落式崩塌，評價結果見表2。

其中：φ代表結構面的內摩擦角；C代表結構面的粘聚力；P代表單位長危巖塊體承受的水平地震力，取水平地震系數為α1，則P=α1W；W代表單位長危巖體重力；降雨條件，適當折減C、φ值。

判斷危巖的穩定性時應綜合考慮多項因素，包括其失穩方式、危巖穩定狀態等[4]（表1），具體評價結果見表2。

2 結論

①由上文分析可知，諸多因素都會影響到巖質邊坡的穩定性，包括地震、降雨、邊坡開挖、結構面條件、巖體結構、地形地貌等，其中影響最大的是巖體結構。

②本文分析危巖穩定性時采用的是簡化模式，實踐發現該方法具有較強的實用性，效果良好，但當危巖體失穩方式較復雜時，即由多種方式組合而成，判斷其穩定性時應綜合分析。

參考文獻：

[1]王蘭生，張倬元.斜坡巖體變形破壞的基本地質力學模式[J].水文工程地質論，北京地質出版社，1985.

[2]于青春，薛果夫，陳得基，等.裂隙巖體一般塊體理論[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[3]Shi Genhua.Manifold method. In proc of The First Int Forum on DDA and Simulations of Discontinuous Media.Berkeley，California，USA，1996.

[4]黃潤秋，裴向軍，等.雅礱江錦萍二級水電站邊坡危巖調查、險情排查及處理對策研究.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家專業實驗室，2006.6.