危巖體穩(wěn)定性分析

危巖體穩(wěn)定性分析

附件2危巖體穩(wěn)定性分析1、WY-01危巖體穩(wěn)定性定量評價1計算模型從工程防治的角度按照危巖失穩(wěn)類型進行分類，可將危巖概化分為滑移式危巖、傾倒式危巖和墜落式危巖3類。WY-01危巖體為滑移式危巖；其軟弱結(jié)構(gòu)面傾向山外，上覆蓋體后緣裂隙與軟弱結(jié)構(gòu)面貫通，在動水壓力、地震和自重力作用下，緩慢向前滑移變形，形成滑移式危巖，其模式見圖 （圖3-1）o圖3-1滑移式危巖示意圖危巖后緣后緣裂隙地下水位危巖體靜水壓力勺三WcOSWcOS'W軟弱結(jié)構(gòu)面揚壓力揚壓力U,-危巖前緣圖3-2滑移式危巖穩(wěn)定性計算示意圖（后緣有陡

傾裂隙）2計算公式①后緣有陡傾裂隙、滑面緩傾時，滑移式危巖穩(wěn)定性按下式計算:(WcosQsinVsinV)tgcl

WsinQcosVcoshW式中：V——裂隙水壓力(kN/m),；裂隙充水高度(m)，取裂隙深度的1/3w 取10kN/m。Q—地震力(kN/m)，按公式QeW確定，式中地震水平作用系數(shù)七級烈度地區(qū)e取0.075;K 危巖穩(wěn)定性系數(shù)；c――后緣裂隙粘聚力標準值(kPa);當裂隙未貫通時，取貫通段和未貫通段粘聚力標準值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段粘聚力標準值取巖石粘聚力標準值的0.4倍；――后緣裂隙內(nèi)摩擦角標準值(kPa);當裂隙未貫通時，取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦角標準值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段內(nèi)摩擦角標準值取巖石內(nèi)摩擦角標準值的0.95倍；——軟弱結(jié)構(gòu)面傾角(°外傾取正，內(nèi)傾取負；W——危巖體自重(kN/m3)。3危巖穩(wěn)定性計算結(jié)果根據(jù)危巖結(jié)構(gòu)特征和形態(tài)特征，②區(qū)危巖破壞模式主要為滑移式。計算參數(shù)：崩塌區(qū)出露地層為第四系崩坡積物和石炭系太原組，根據(jù)附近工程巖體參數(shù)及工程類比得出物理力學參數(shù)見表：表3-2巖體物理力學參數(shù)表

LL4石密度g/cm3抗壓抗剪強度抗拉石名稱強度（TMPC(MPa)巾（°）強度（KPa）軟化系數(shù)灰LL4石2.70320.110?0.27130.3?40.2698.50.53結(jié)構(gòu)面灰?guī)r結(jié)構(gòu)面0.03-0.1023-29注：由于坡表白云巖、灰?guī)r多為強?弱風化強卸荷巖體，其參數(shù)均參考類比相似強?弱風化強 卸 荷 巖 體 參 數(shù)。（2） 計算工況共取四種工況進行計算分析：1、天然狀態(tài)（自重）；2、暴雨狀態(tài)（飽和自重+裂隙水壓）；3、地震狀態(tài)；4、地震+暴雨狀態(tài)（自重+裂隙水壓力+地震力）。（3） 計算結(jié)果危巖穩(wěn)定性計算結(jié)果見下表（評價結(jié)果依據(jù)表3-3）:表3-3WY-01危巖體穩(wěn)定系數(shù)計算表

號雨WY-01滑移式1.651.371.361.13未貫［通1.391.141.180.94后緣切割面貫通暴雨時完全充I40%,冰1.331.091.130.90后緣切割面貫通暴雨時完全充I50%,冰1.381.121.170.93后緣切割面貫通暴雨時完全充I60%,冰1.210.981.030.81后緣切割面貫通暴雨時完全充I70%,冰1.150.930.980.77后緣切割面貫通暴雨時完全充1"80%,冰1.090.880.930.73后緣切割面貫通暴雨時完全充I90%,冰1.030.830.880.69后緣切割面貫通100%,暴雨時完全充水根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)，防治工程等級二級，滑塌式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為1.3,可建立下列評價標準：表3-4危巖穩(wěn)定性評價標準

危巖類型~危巖穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定欠穩(wěn)定 基本穩(wěn)定穩(wěn)定滑塌式危巖‘V1.0<K1.21.2<K1.3K>1.3從表3-3可知：后緣的切割拉裂縫（后緣邊界）一般為全部貫通，通過計算只要后緣切割裂縫貫通率在70%以下，WY1危巖體天然狀態(tài)下都處于基本穩(wěn)定?欠穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨或連續(xù)降雨、地震、地震+降雨條件下處于欠穩(wěn)定?不穩(wěn)定狀態(tài)。即是邊坡后緣的拉裂結(jié)構(gòu)面的貫通性在 50%左右，危巖體的穩(wěn)定性儲備也不夠。2、危巖體破壞后運動軌跡分析計算根據(jù)R-M-Spang（1978）的研究成果，崩落體只有坡度角小于一定臨界值（約27°時，才停積于崖腳，隨坡度角增大，可分別表現(xiàn)為滑動、滾動、跳躍和自由崩落等方式（圖4-7）。勘查區(qū)內(nèi)受巖體破壞影響的斜坡坡度平均坡角大于40°因此巖體在產(chǎn)生變形破壞后，大部分以滾動、跳躍或自由崩落的方式向坡腳運動，最后堆積于坡腳緩坡地帶，直接影響坡下公路的安全，目前坡體上零星分布有危石。危巖12"停止于崖腳I\ Ak27，淡動34禳動'45J添動、眺版”63'跳躍76均由崩落圖3-3危巖崩塌破壞運動圖示根據(jù)落石的運動情況，可以分為兩種狀態(tài)：啟動階段、運動階段。

1啟動階段滑移（錯斷）式危巖體附著于母巖上，以一定角度的裂隙面相接，在危巖體自重和地表水滲入裂隙等因素的作用下，裂隙面鎖固部位被貫通，危巖體沿母巖（或基巖）發(fā)生剪切滑移破壞。如圖3-4所示。圖3-4滑移式破壞初始運動狀態(tài)破壞后危巖沿著破壞面運動，可以得到它初始狀態(tài)的運動參數(shù)，如下所示:下滑力：T下Gcosmgcos阻滑力：丁阻 Gsintan阻滑力：丁阻 Gsintanclmgcoscl由牛頓第二運動定律得:式中：a為加速度。質(zhì)心運動定理可得:±at2質(zhì)心運動定理可得:±at2uouO在x、y方向上的分速度分別為:at2alU0xU0xuocosuOyuosin2運動階段落石啟動后，在坡面上的運動模式有滑動、滾動、碰撞彈跳三種。落石啟動后，在坡面上的運動模式有滑動、滾動、碰撞彈跳三種。（1）滑動當塊體的自重下滑分力大于摩擦力時，即mgsin當塊體的自重下滑分力大于摩擦力時，即mgsina>T時，塊體將發(fā)生向下的滑動。根據(jù)功能原理，落石速度為:vV2o2gH（1fcos）式中：vo為塊體滑動運動初速度（m/s）；H為滑動起點至計算點垂直高度（m）；f為滑動摩擦系數(shù)；a為坡角。（2）滾動塊體在初速度和加速度的作用下，會發(fā)生滾動。理想的剛體運動學中，滾動不考慮接觸面的彈塑性變形。而在實際的工程中往往要考慮彈塑性問題，邊坡坡面會在接觸點處產(chǎn)生彈塑性變形，從而阻礙塊體的運動?？紤]彈塑性變形時，根據(jù)機械能守恒定律，得塊體的速度：|「21 一cosa|「21 一cosa坡面角a與摩擦系數(shù)□可按圖3-5所（m）v仍2ga2式 r為塊體慣性半徑（m）;中：a為球體或柱體的半徑（m）;k為滑動摩阻系數(shù)（m）,—般認為，示線解圖求解；h為滑動開始點至計算點的垂直距離0.8-潦 />0.4-/）:20 50 70 90臺階坡面角V1（°圖3-5根據(jù)臺階坡面a確定摩擦系數(shù)叫直的線

解示意圖解示意圖碰撞彈跳彈跳時，塊體做斜拋運動，運動曲線如圖3-6所示:圖5 塊體斜拋運動計算圖設(shè)B為塊石開始彈跳時的初速度方向與邊坡坡面的夾角。由運動學基本原理，塊石做斜拋運動時的速度為：Vxvocos gtsinvy v0cos gtsin式 vo為落石的初速度(m/s);中.Vx為任一時間沿x方向的速度分量(m/s);Vy為任一時間沿y方向的速度分量(m/s);B為初速度方向與斜坡坡面的夾角；t為碰撞發(fā)生開始至計算點的時間(s)發(fā)生碰撞前的運動軌跡方程為xvotcos 1gt2sinyvotsin1gt2sin中x為沿x方向的位移分量(s);y為沿y方向的位移分量(s)。在下一次碰撞發(fā)生前的瞬間，塊體速度為：Vxivotcos2wsingsinVxivotcosgcosVyivotsinVyivotsingsin2v0singcos根據(jù)牛頓的碰撞理論，下一次碰撞開始后，由于碰撞中產(chǎn)生的動能損失，需要將初速度乘以恢復系數(shù)。在落石計算中，恢復系數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場推石試驗或者由崩塌遺跡的巖塊位置利用上述公式，經(jīng)過多次試算得到。則碰撞結(jié)束后的初始速度為v2X1vxlRtv2y1Vyi尺式中：Rt為切向恢復系數(shù)；Rn為法向恢復系數(shù)。在斜拋運動發(fā)生時，需要計算彈跳高度。彈跳高度對于計算支護的幾何尺寸起關(guān)鍵作用，可直接由軌跡方程得到。3動能的計算計算速度的最終目的是通過動能公式計算能量，以便選取防護措施，動能E—mv2的計算公式為：2式中：v為塊體速度（m/s）；m為塊體質(zhì)量（kg）；E為塊體動能（KJ