邊坡滾石風險分析與防治技術

【摘 要】某邊坡滾石嚴重威脅工程施工期和運行期的安全，需對不同程度的邊坡滾石風險進行分析，運用Rocfall數值模擬方法進行滾石風險分析。分析結果表明：邊坡發生滾石風險較大，對下部帶來較大安全隱患，需對邊坡滾石進行防治處理；根據分析評價結果，邊坡采取防治措施后，有效控制了邊坡滾石、降低了邊坡滾石危險，確保了工程施工期及永久運行期安全。

【關鍵詞】邊坡滾石風險； 分析； 防治

【中圖分類號】P642.21【文獻標志碼】A

1 概述

1.1 滾石危害闡述

滾石是山坡巖石塊體在自然或人為擾動下出現的一類常見地質危害，是指部分巖塊脫離邊坡原有巖石母體，突然從陡峭山坡上崩落，并順坡猛烈翻滾、跳躍，最后堆落在山腳或阻礙物上。滾石危害的發生具有很強的突發性，危害較大，甚至直接危及到工程施工人員、設備及建筑物的安全，影響工程建設的正常進行。因此在邊坡治理工程中必須對可能發生的滾石危害進行認真分析研究，做出預測和評價，并采取有效的防治措施。

1.2 長河壩水電站的邊坡滾石危害

長河壩水電站位于四川省甘孜州康定縣境內，是大渡河干流水電梯級開發的第10級電站，以單一發電為主的大型水庫電站。電站泄洪放空系統進、出口環境邊坡高陡，均為山脊、懸崖，巖石裸露、破碎，巖體裂隙發育、風化嚴重，由發育危巖體、不利裂隙結構面及拉裂體組合，存在危石集中區、確定性危石集中區和半確定性危石集中區。邊坡危石見圖1。

本文結合長河壩水電站泄洪放空系統高陡環境邊坡，運用Rocfall數值模擬方法，針對不同區域滾石形成情況，分別對滾石的下落能量、下落回彈高度、下落平移速度、跳高分布進行分析，根據分析評價結果，采取危石清撬、加固、阻擋等綜合防治措施，有效控制了邊坡滾石危害的發生，降低了邊坡滾石危險。

2 邊坡滾石Rocfall數值模擬分析

長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡滾石問題采用Rocfall數值模擬軟件進行計算機數值模擬。Rocfall是用于分析陡峭邊坡滾石風險的軟件，運用動能和滾石軌跡確定保護的范圍和保護措施。邊坡滾石Rocfall軟件模擬分析見圖2。

2.1 Rocfall數值模擬原理

邊坡上部危石塊體相對邊坡中下部具有很強的勢能，危石在自然應力或人為擾動的作用下脫離母巖，并從靜止開始向下運動，變成滾石，速度以重力加速度增長，勢能轉換為動能，當滾石與坡面接觸發生反彈，根據坡面接觸點的法向彈性系數和切向摩擦系數的不同，滾石的彈跳高度亦不同。此時，接觸坡面對滾石產生消能作用，致使滾石動能衰減，直至滾石停留、動能為零［1］。整個過程遵循能量轉化守恒定律。

2.2 Rocfall建模及參數確定

運用Rocfall數值模擬前，對現場典型坡面進行實測，明確最可能發生的滾石運動起點和滾石運動帶，采用AutoCAD按照1∶1 000比例繪制出坡面線，二維模型直接導入RocFall軟件，再對坡面線的不同段落情況賦予相應參數。根據勘察試驗數據結果，在交互式窗口輸入各坡段的物理力學參數，為滾石模擬軌跡的計算做準備。

2.2.1 滾石參數確定

滾石的彈跳高度和速度可按邊坡巖體及堆積物類型確定，把邊坡簡化為折線型，取巖塊可能滑落的最危險位置計算。巖塊和坡面碰撞后的速度衰減用法向彈性系數Rn和切向摩擦系數Rt確定，Rn和Rt的選用值根據表1、表2確定。

2.2.2 確定滾石初始狀態

坡面上的危石滾落由于失穩前的位移為長期積累，其初始速度一般很小，所以，在運用Rocfall軟件計算時，不考慮隨機因素的影響，取參數的均值進行計算。危石脫離坡面后，以初始速度為零作自由落體運動。

2.2.3 滾石軌跡模擬計算

根據實測建立的坡面模型，對局部凸起位置，擬定出多個滾石點，在整個坡面的頂部擬定滾石運動帶，對一個滾石點擬定一定數量的滾石，初步進行計算分析，確定最危險的滾石集中區和最大的滾石彈跳高度。模擬設置一道攔截設施，再進行軟件分析，通過多次攔截位置的選取，進行分析計算對比，確定滾石集中區最佳攔截位置和防護措施［2］。

2.3 邊坡典型坡面滾石分析

根據典型邊坡示意圖，分別在邊坡局部凸起的位置設置滾石運動帶，其中A、B區域的落石在AB，BC之間的凹槽堆積，不會向下方繼續運動，但C區的滾石將會向下運動到坡底，對C區以下施工及建筑物等帶來嚴重威脅。典型邊坡示意見圖3。

運用Rocfall數值模擬對邊坡典型部位滾石的下落回彈高度、下落能量、下落平移速度、跳高分布等主要參數進行計算分析。邊坡滾石下落回彈高度、下落能量、下落平移速度、跳高分布計算分析見圖4～圖7。

經Rocfall軟件計算分析，邊坡C處的滾石在坡面下部運動，速度較大，運動距離較遠，很容易危及坡下施工及建筑物等，因此必須采取措施防治。邊坡滾石攔截示意見圖8。

3 邊坡滾石綜合防治技術

通過對環境邊坡滾石的計算分析表明，環境邊坡滾石問題較為突出，危害較大，必須采取有效的防治技術進行消除。通過模擬計算和多種防治措施對比，采取坡面危石清理、設置主被動防護網、防護擋墻、錨噴加固等防治措施可有效避免和減少邊坡滾石的發生。

3.1 坡面危石清理

對環境邊坡進行實地踏勘，掌握邊坡危石區分布，并根據滾石數值模擬分析確定滾石崩落可能危害的范圍，采取人工自上而下清撬方式清理坡面上可影響到施工區、建筑物上部邊坡范圍的危石、松動巖塊及松散堆積體，減少邊坡危石數量，降低邊坡滾石發生概率。

3.2 多級主被動防護網

根據長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡實際工程應用，經綜合分析，針對大面積危石群、無法或不能完全清理的危石區域，采用主動防護網進行覆蓋、包裹坡面危石，多級被動防護網攔截坡面滾石，可有效減少和降低了邊坡滾石的發生，確保了工程施工期和永久運行期的安全。

主動防護網是以鋼絲繩網為主的柔性網，主要包括鋼絲網、支撐繩、錨桿，覆蓋包裹在所需防護危巖坡面上，以限制坡面危巖剝落、崩塌，或將危石圍護控制于一定范圍內運動，原理類似于噴錨和土釘墻等面層護坡體系，由于其柔性可承受較大下滑力，并且可將局部集中下滑力向四周均勻傳遞，因此能保持原坡面形態和特征，同時還能抑制邊坡遭受進一步的風化剝蝕，對坡面形態特征無特殊要求。主動防護網結構及工程應用見圖9。

被動防護網由鋼絲繩網、高強度鐵絲格柵網、錨桿、工字鋼柱、上下拉錨繩、消能環、底座及上下支撐繩等部件構成［3］。被動防護網由鋼柱和鋼繩網聯結組合構成一個整體，其作用原理是以其柔性和強度分散、消減傳遞至系統上的落石沖擊動能，對所防護的區域形成坡面防護，從而攔截坡面滾石，起到邊坡防護的作用。被動防護網系統結構及工程應用見圖10。

3.3 防護擋墻

長河壩水電站泄洪放空系統進出口邊坡實際地形存在多條天然沖溝，沖溝范圍存有危石及松散堆積體，清理難度及

工程量大，根據數值模擬計算分析，結合實際地形，在沖溝坡面較緩、擴口較大部位設置混凝土或鋼支撐防護擋墻，可有效攔擋上部坡面滾落的危石，控制沖溝內松散堆積體的下滑，確保下部施工的安全。

3.4 單個危石錨噴加固

長河壩水電站泄洪放空系統進出口環境邊坡巖體裸露，邊坡局部有較大危石，無法進行清撬處理，為防止危石進一步脫離母巖、發生滾石危害，采取設置錨筋束、錨桿、掛網噴護及框格梁等方式對危石進行綜合加固［4］。

4 結束語

本文結合長河壩水電站泄洪放空系統高陡環境邊坡工程實例，運用Rocfall數值模擬計算分析方法，對邊坡滾石風險進行了分析，并采取相應措施對邊坡滾石進行了有效防治，確保了邊坡穩定和工程施工安全。

（1）根據Rocfall數值模擬計算分析結果，長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡存在一定的滾石風險，且滾石風險較大，對下部施工及建筑物帶來極大的安全隱患。通過數值模擬分析，可確定滾石的運動參數，并進行多次模擬計算，可確定滾石的運動范圍和最佳攔截防護位置。

（2）針對長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡高滾石風險，根據數值模擬計算分析，結合工程實際地形、地質等特點，采取“不同區域、不同類型、分別處理、綜合處理”的原則，采取危石清撬、主被動防護網、防護擋墻、錨噴加固等綜合防治措施，有效減少了危石數量，避免和降低了邊坡滾石的發生，滾石危害得到了有效防治，確保了工程施工安全和邊坡穩定。

（3）經工程實踐證明，長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡滾石風險分析及防治技術可應用于其他類似工程中。

參考文獻

［1］ 郝建群.Rocfall軟件在崩塌地質災害防治工程設計中的應用［J］. 工程建設與設計，2020（12）：33-34.

［2］ "張帥，羅永健.基于Rocfall模擬的高陡巖質建筑邊坡孤石滾落防治方法探討［J］. 廣東土木與建筑，2019，26（2）：54-57，63.

［3］ "陳喜昌，陳莉. 擴離滾石災害防治淺論［J］. 巖石力學與工程學報，2002，21（9）：1430-1432.

［4］ "趙武鹍，楊兵. 邊坡滾石運動分析及防護措施［J］. 現代礦業，2013（3）：37-40.

［作者簡介］張曾（1985—），男，本科，高級工程師，從事水利水電、市政、給排水工程技術及管理工作。