基于計算模擬的危巖落石危險性研究

鄭廣灶 廣州大學(xué) 廣東廣州 510000

1 引言

崩塌落石是山區(qū)高陡邊坡中一種常見的自然地質(zhì)災(zāi)害,也是我國地質(zhì)災(zāi)害的主要類型之一.而其中危巖落石是危巖災(zāi)害中比較常見的一種情形,因此本文希望通過分析危巖落石的穩(wěn)定性、落石的運(yùn)動機(jī)理還有落石災(zāi)害的影響因素進(jìn)行落石的危險性評價.

本文對危巖落石的危險性研究主要是通過正交試驗設(shè)計(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的一種設(shè)計方法,對影響落石能量的因素:坡高、坡角、坡表、坡形和落石質(zhì)量五因素影響度進(jìn)行分析排序.在計算模擬基礎(chǔ)上,采用極差、方差和回歸分析等手段,并給各個影響因子賦予權(quán)重,并參照美國公路評價系統(tǒng)RHRS給危巖落石的危險度進(jìn)行評分.

2 危巖落石的運(yùn)動分析

2.1 運(yùn)動分析方法介紹

落石運(yùn)動軌跡預(yù)測是邊坡落石災(zāi)害問題研究的一個重要內(nèi)容,是確定落石彈跳高度和災(zāi)害威脅范圍的主要途徑,也是開展落石防護(hù)設(shè)計的依據(jù),數(shù)值分析方法是開展落石運(yùn)動軌跡研究的主要方法之一.

落石在邊坡上的運(yùn)動狀態(tài)受落石自身特征如大小、形狀及強(qiáng)度,邊坡條件如坡度、坡高、坡面起伏度及坡面物質(zhì)條件,落石運(yùn)動情況如速度大小、速度方向與入射角大小等多方面因素影響,其運(yùn)動狀態(tài)主要有墜落或拋射、彈跳、滾動和滑動等.

2.2 危石運(yùn)動數(shù)值模擬

通過設(shè)置一個坡高為10m,坡度為30度的一個斜坡,考慮坡形為直線型,坡體土質(zhì)情況為基巖裸露的危險情況,坡表沒有植被覆蓋的情況,進(jìn)行邊坡危石的運(yùn)動模擬,設(shè)置進(jìn)行該數(shù)值模擬的次數(shù)為50次,數(shù)值模擬軟件會將落石的形狀簡化為一個質(zhì)量均勻的球形結(jié)構(gòu),并且考慮落石與坡面均為各向同性的彈塑性體.

上圖為落石運(yùn)動模擬的模型圖

這個是模擬落石運(yùn)動最終落距的的結(jié)果,從圖中可以得出在考慮落石質(zhì)量為10kg,坡高為10m,坡度30度,坡表基巖裸露情況還有無植被覆蓋的情況下,經(jīng)過50次的落石試驗,發(fā)現(xiàn)主要的落距集中在20.5m左右的位置,最大的能量為800J左右.

上圖為落石運(yùn)動模擬的模型圖

從圖中可以得出在考慮落石質(zhì)量為40kg,坡高為10m,坡度70度,坡表大流量植被覆蓋的情況下,經(jīng)過50次的落石試驗,發(fā)現(xiàn)主要的落距集中在7m左右(坐標(biāo)2547-2540=7)的位置,最大的能量為2000J左右.

3 結(jié)論

本文基于數(shù)值模擬方法和正交試驗方法并參照沈簡的模糊評價方法,研究了危巖落石的危險性的評價,危險性評價包含了危險度的評價和危巖落石危害性的評價,這兩者組成了危巖落石危險性評價的綜合體系,而通過正交試驗得出了危巖落石危險性評價的幾點(diǎn)結(jié)論:

(1) 通過數(shù)值模擬的結(jié)果得出了坡高的影響權(quán)重最大,權(quán)重為0.286,接著是落石的質(zhì)量

【參考文獻(xiàn)】:(References):

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【3】 劉莉 斜坡崩塌落石運(yùn)動危險域及強(qiáng)度預(yù)測研究——中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),2009

【4】 楊威, 等. 危巖落石災(zāi)害危險性評價及防治決策方法研究——重慶交通大學(xué),2014