危岩体稳定性及崩落运动轨迹分析

摘要：危岩体是山区常见的一种不良地质现象，卧龙山就存在潜在不稳定性。通过分析，说明了危岩体变形机制和特点。从天然状态和暴雨状态两种工况对危岩体进行了稳定性计算，得出其存在不稳定性。通过危岩体的落石运动轨迹作对比推测出危岩体破坏后的运动模式是做斜抛运动，然后与地面发生碰撞弹起的过程。通过计算得出危岩体在碰撞过程中的弹起高度和水平运行的最大距离。在此基础，结合工程实际提出了工程防治措施建议。

关键词：山体危岩体；稳定性分析；运动模式；防护网

1工程概况

卧龙山位于嘉祥县城区西1.5km，危岩体发育分布在卧龙山近山顶部位，山坡坡度45-55度，多年来受无序开山、采石影响，使卧龙山山体形态、生态地质环境发生了明显改变，形成了连绵高陡边坡，产生危岩体崩塌地质灾害。

2危岩体形成原因

人工开挖形成高陡边坡，由于卸荷作用，应力重新分部后在边坡卸荷区内形成张拉胀裂缝，并与其它裂隙和结构面组合，逐步贯通形成危岩体，在地震或爆破震动、降水等外力触发作用下，导致危岩体突然 脱离母体，翻滚、坠落下来。该地区边坡属水平岩层，在边坡卸荷作用下，卸荷裂隙在构造裂隙的基础上继承发展，在危岩体压应力作用下，层面垂向裂隙贯通后危岩体底部发生剪切破坏，形成崩落，危岩底部含有破碎夹层的蠕变和超前风化，加速危岩体底部剪切破坏最终形成危岩体崩落。

3危岩体稳定性分析

对危岩体进行稳定性计算，稳定性计算有很多种方法，在此选用极限平衡法对该危岩体进行稳定性计算。极限平衡法即假定边坡沿某一形状滑动面破坏，按力学平衡原理进行计算。从天然状态和暴雨状态两种工况对其稳定性计算。

通过计算，可以看出，在天然状态下危岩体稳定性较好，但是在暴雨状态下，危岩体稳定性较差。存在潜在的不稳定性，有破坏的可能。卧龙山危岩体存在不稳定性。

4危岩体运动模式及参数计算

⑴危岩体破坏后运动轨迹

危岩体一旦失稳脱落，将会向下运动。研究其运动模式对其治理有很大作用。经上述稳定性分析，危岩体很有可能发生破坏，形成大面积的碎石流。发生滑塌后，落石将沿什么样的运动轨迹向下运动，是我们研究的重点。根据现场调查，在危岩体南侧坡底有一垮塌的落石，停留在山坡下较平缓的位置。而在坡面上可见有一些深坑，坑深约80cm，宽约70cm，内有明显擦痕，由此可以判断一些块状的落石，不是沿着斜坡滑落下来，而是在下落过程中作斜抛运动，然后与地面发生碰撞，之后弹起在再做上抛运动，最后落下。在与地面发生碰撞时就会形成反弹坑，我们看到的深坑就是反弹坑。在危岩体下也可以看见一些停留在山坡下的落石。其形状为方形状，最大砾径为2.2×1.2×0.7 m3，就是由于危岩体发生破坏后形成的。以此作为参考，可以推断危岩体发生垮塌后的运动轨迹也大致如此。

⑵计算落石下落的参数

块状落石下落时有碰撞弹起的过程。在治理时，就要考虑落石碰撞时的弹起高度，水平下落的最大距离。就以南侧的落石为参考物，对危岩体破坏后下落过程进行定量分析。

危石下落，势能的减少等于动能的增加.据能量守恒定律：

危岩从陡坡上冲下撞击地面的碰撞属于非弹性碰撞，在这一碰撞过程中，在通常情况下，危与地面接触点的相对速度没有在它们的公法线上，为斜碰撞.斜坡切向速度（Vt）在碰撞过程中，用Hunger和胡厚田等人的研究，考虑瞬间摩擦的作用，其损失率为10%，即沿碰后斜坡切线速度为：

通过对勘查区危岩带各危岩体崩落距离的预测，计算的最大水平落距为15.73m，最大垂直落距 18.75m，最大块石体积 1.85m3.根据计算落石的运动轨迹和弹跳高度，以及下滑时的冲击能量。以及该处地形。可对其进行防治设计。

6治理方案建议

该处危岩体属于高边坡，分布区域较大，采用主动防护系统全坡面覆盖面积太大，经济上不可取。安装更是难度较大。因此采用被动防护网。根据上述落石运动计算参数，我们选用RX- 050型防护网。

根据 RX- 050材料的型号和规格，通过对计算所得的参数进行分析可知，设计网高为4m；防护网型号为D0/8/200；柱间距为10m；钢柱截面为250mm。支撑绳单根长度40m。

在危岩体下部可以看见落石的地方长约200m.因此，设计防护网的总长度为200m。

根据经验一般设定：

上拉锚绳到钢柱的垂直距离应设为：

0.5×（网高+柱间距）=0.5×（4+10）=7m

侧拉锚绳到钢柱的水平距离应设为：

1.5×（网高）=1.5×4=6m

侧拉锚绳与钢柱的夹角一般为12-15°，设计中取夹角为15°。

钢柱倾斜角度，与坡面成75°。中间设一φ16 mm加固拉锚绳。

7结语

1、通过分析，危岩体处于临界稳定状态，裂缝随时间的变化在不断增大，在暴雨和其他外力条件下会导致破坏。

2、通过计算得出落石在碰撞过程中的弹起高度和水平运行的最大距离。在此基础，可用于评估落石可能产生灾害的范围、灾害程度以及防护结构的几何尺寸设计。

参考文献：

【1】胡厚田.崩塌与落石[M].北京：中国铁道出版社，1989-1-10.

【2】唐红梅，易朋莹.危岩落石运动路径研究[J].重庆建筑大报，2003，（1）：23-27.

【3】张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理[M] .地质出版社 1981.12.第一版.

【4】阳友奎，贺咏梅. 斜坡坡面地质灾害SNS 柔性防护系统概论 [J] . 地质灾害与环境保护，2002（2）.

【5】贺咏梅，阳友奎. 崩塌落石SNS 柔性防护系统的设计选型与布置 [J] . 公路，2001（11）

【6】阳友奎，贺咏梅. 斜坡坡面地质灾害SNS柔性防护系统概论 [J]. 地质灾害与环境保护，2002，（2）.

【7】亚南.崩塌落石运动学的模拟研究.地质灾害与环境保护. 1996 （2）.