基于Rocfall 數值模擬的危巖崩落軌跡研究
——以三峽庫區某段危巖為例

祝浩然 楊澤訊 程 琳 洛絨克孜 劉 壯

（ 1、成都理工大學，四川 成都610059 2、四川省川建勘察設計院，四川 成都610000）

1 概述

崩塌是我國地質災害的主要災種之一。危巖體發生崩塌后，其運動方式受下部斜坡的物質組成、邊坡坡度等的影響，運動距離各不相同。根據R·M·Spang（ 1978）的研究成果，崩落體只有坡度角小于臨界值（ 約27°）時，才停積于崖腳，隨坡度角增大，可分別表現為滑動、滾動、跳躍和自由崩落等方式，大部分或全部堆積與坡腳。 本文以三峽庫區某段危巖為例，利用Rockfall 模擬危巖崩落軌跡，并與崩塌動力學計算方法和現場勘查結果相比較，確定該區危巖的威脅范圍，為后續的支擋設計提供重要依據。

2 崩塌危巖落石軌跡計算

2.1 利用Rocfall 進行數值模擬計算

數值模擬軟件Rocfall 將落石運動軌跡分為空中拋物線運動及落石與地面撞擊運動兩個過程分析落石運動軌跡。 既考慮了落石的初始運動方式、巖塊密度大小及坡面形態、粗糙程度、摩擦系數、阻尼系數等方面因素，同時也做了若干假設，如坡面由折線組成，落石為質量均勻的彈性球體，不考慮運動過程中的空氣作用及落石間的相互作用， 碰撞過程中落石一直保持完整狀態等。

本文選取三峽庫區某段危巖長剖面建立模型， 設定坡頂受三組主控裂隙切割的危巖單體為初始點，且認為落石的初速度和末速度均為0，山坡物質組成主要分四段（ 光潔堅硬的基巖表面、坡積物與植被、土壤與植被、瀝青柏油），各段衰減系數和模擬路徑結果見圖1、圖2。

2.2 危巖崩塌動力學計算

崩塌危巖形成后，落石向下做拋物線運動，若設定其初速度為零，且當落石墜落的過程中，勢能只轉化為動能和熱能， 即可根據崩塌地質災害動力學原理計算落石的運動距離。

圖1 陡崖帶1-WY23 模擬50 次崩落軌跡

圖2 陡崖帶4-WY96 模擬50 次崩落軌跡

其中：

式中：S- 落石沿斜坡的運動距離；H- 坡頂到坡底的垂直高度（ m）；g- 重力加速度（ m/s2）；K- 斜坡平均阻力系數，可按表1 取值；α- 斜坡平均坡度（ °）；β- 落石的彈跳拋射角（ 與水平夾角）（ °）

表1 斜坡平均阻力系數取值表

經崩塌危巖動力學原理計算后WY23 的崩落距離為106m，WY96 的崩落距離為149m。

2.3 現場調查對比

根據現場調查情況， 該區危巖崩塌滾動的距離與斜坡及崩塌體的形態特征、崩塌墜落方式關系密切，其下部斜坡若較平緩或呈臺階狀，一般落石運動距離較近，而呈單一斜坡狀或坡體上基巖出露較多的坡段，落石運動距離較遠。 據野外工程地質測繪陡崖帶Ⅰ崩積物滾距最遠達110m，陡崖帶Ⅳ崩積物滾距最遠達155m，多數崩塌物落距為60～100m。

3 結論

崩塌危巖落石的運動受巖性，形狀，規模，運動形式，撞擊破碎，坡形變化等因素影響。 實際危巖崩落過程更是復雜多變，因此想要取得準確的數據，并不容易。 本文僅對確定典型危巖崩塌落石，最大威脅范圍的計算方法進行總結。 并通過這兩種方式與現場實際調查情況進行對比，確定了三峽庫區地質災害后續治理工程中某標段危巖的最大威脅范圍，為后續的治理設計提供了依據。 其中Rocfall 可模擬多條滾石的路徑，并可生成彈跳高度和能量圖表，直觀反映威脅范圍，但其忽略了坡度和能量損耗，故最終結果相比實際值偏大。 崩塌動力學公式考慮相對較充分，故最終結果相比實際值近似。 所以建議在確定陡崖帶危巖的最大威脅范圍時， 可結合Rocfall 美觀直觀的優點，和崩塌動力學公式相對誤差小的優點進行綜合取值 。