G國道南段沿線典型危巖體的穩(wěn)定性

G217國道南段沿線典型危巖體的穩(wěn)定性分析摘要：G217國道橫貫天山南北，沿線地質環(huán)境特殊，生態(tài)條件惡劣，地形地貌差異較大，崩塌、滑坡等地質災害頻發(fā)，其中尤以崩塌災害最為嚴重。據現(xiàn)場調查，目前仍存在多處危巖體，嚴重威脅行車安全。本文從危巖體潛在失穩(wěn)方式的角度對沿線危巖體進行了分類討論，對典型危巖體用DDA數(shù)值模型分析方法研究其失穩(wěn)方式的形成機制，構建力學模型用靜力解析計算方法對潛在不穩(wěn)定危巖體進行穩(wěn)定性評價，為該路的養(yǎng)護、地質災害治理和改擴建提供依據。關鍵詞：危巖體、巖體結構、DDA數(shù)值模型、失穩(wěn)方式StabilityAnalysisfortheClassicDangerousRockMassofthesouthofG217HighwayAbstract:ThegeologicaldisastersarefrequentalongtheG217highwaybecausethegeologyenvironmentisspecial,theecologicalconditionisbadandthevariationoftopographyisgreat.Thecollapseinthesedisastersisthemostserious.Accordingtotheinvestigation,therearestilllotsofdangerousrockmass.Thispaperanalyzesthedifferentdangerousrockmass,researchestheformingmechanismbyDDAnumericalmodel,makesthestabilityevaluationbythestaticanalysismethodtothedangerousrockmass，andprovidesthebasisforthemaintenance,treatmentofthegeologicaldisasterreconstruction.Keywords:dangerousrockmass；rockmassstructure；DDAnumericalmodel；mechanismofdestruction1引言G217國道南段為新疆天山公路小龍池至庫車段,全長約130公里，由于公路早期設計施工不完善、災害處治措施不到位，加之沿線地質環(huán)境特殊，地表植被稀少，物理風化作用強，造成地質災害頻發(fā)，其中尤以崩塌最為嚴重，滑落的巖塊經常堵塞公路，威脅行車安全。由于大部分崩塌（危巖體）受控于巖體結構而產生不同的失穩(wěn)方式，本段沿線邊坡危巖體可分為滑塌式、墜落式、傾倒式[1]。本文按失穩(wěn)方式的不同，借助典型的實例分析其變形破壞機制，運用靜力分析計算方法，評價各類崩塌（危巖體）的穩(wěn)定性。2危巖體的潛在失穩(wěn)方式與穩(wěn)定性評價2.1滑塌式潛在失穩(wěn)方式危巖體該類危巖體巖體結構類型主要為層狀結構巖體，可分為以下兩種：(1)層狀順向結構邊坡：層狀結構面傾向與邊坡傾向夾角小于30°，當層狀結構面由于工程活動而被切腳出露在坡面，即構成潛在滑動面，易形成滑動。該類破壞方式主要為單一滑面（層面），巖體受節(jié)理切割，邊坡前緣潛在滑移面被切腳，可引起坡體以不同方式沿滑移面向下整體滑移，前緣臨空的坡體可能沿滑移面發(fā)生間歇性的緩慢滑移。滑移通常從臨空面附近啟動，逐漸向后緣擴展；當層狀結構面傾角大于坡角而插入坡內，其穩(wěn)定性一般較好；(2)層狀反向或斜向結構邊坡：巖層傾向與坡向大于30°。破壞方式同層狀順向結構邊坡，可分為單一滑面（緩傾向坡外的節(jié)理面）和雙滑面（以楔形體滑動）兩種。照片2-1K973+150處危巖體照片2-2K973+765處危巖體照片2-3k1018+985處危巖體以K973+150處危巖體為例，運用塊體理論[3]，建立DDA（discontinuousdeformationanalysis)非連續(xù)變形分析模型[4]（見圖2-1）。a(t==65時步)b(t=996時步)c(t=7716時步)d(t=22000時步)圖2-1邊坡坡危巖體失失穩(wěn)過程圖圖示從邊坡危巖體失穩(wěn)過程可見，在自重、邊坡開挖等作用下，被結構面切割的塊體主要沿層面滑動，脫離母體，形成崩塌。在對該類危巖體進行穩(wěn)定性評價時，可將危巖塊體假設成整體性的，進而簡化為平面問題，不考慮危巖塊體左右側面上與其他巖土體的關系，在長度方向上取單位寬度考慮。危巖體所受到的主要荷載為危巖體自重，由危巖體的體積與天然密度的乘積得到?；娴奈恢每捎蒁DA數(shù)值模型分析確定?？紤]到降雨和地震的影像，不同類型的危巖所考慮的荷載種類和大小是不同的[2]，采用圖2-2簡化計算模型評價其穩(wěn)定性，評價結果見表2-2。圖2-2滑塌式失穩(wěn)方式危巖計算模型由于AD面往往比較陡峭，裂隙發(fā)育比較充分，巖體沿DB面滑動。則DB面上。法向作用力：（1）切向作用力：（2）穩(wěn)定系數(shù)為： （3）其中：W—單位長危巖體重力；P—單位長危巖塊體承受的水平地震力，取水平地震系數(shù)為α1，則地震力為P＝α1W；Q—裂隙中靜水壓力；c—結構面的粘聚力；φ—結構面的內摩擦角。2.2墜落式潛在失穩(wěn)方式危巖體當邊坡坡面較陡，中下部存在凹腔或軟弱夾層時，上部陡傾坡外結構面、緩傾坡內層面切割形成的巖塊易發(fā)生墜落。墜落失穩(wěn)方式主要有傾倒－折斷－墜落模式、壓致拉裂－墜落模式（見照片2）。以K973+150處危巖體為例分析該類危巖體的失穩(wěn)方式，建立DDA非連續(xù)變形分析模型（見圖2-3）a(t=557時步)b(t=1176時步)c(t=11857時步)d(t=33000時步)圖2-3邊邊坡危巖體體失穩(wěn)過程程圖示從上圖可以看出，邊坡頂部部分凸出巖塊發(fā)生傾倒拉裂，邊坡頂部部分凸出巖塊拉斷后緣結構面巖橋開始墜落，隨著邊坡后部拉裂縫不斷增大，巖塊不斷墜落并堵塞公路。該類危巖體的靜力計算假定同2.1，簡化計算模型見圖2-4，ABCD為懸空的巖塊體，受力狀態(tài)類似懸臂梁，頂面受拉，A點的拉應力最大，在長期的重力作用下，從A處向下發(fā)展成拉張裂隙，隨后拉應力進一步集中于未張裂的E點，若E點的拉應力超出其抗拉強度時，張拉裂縫繼續(xù)發(fā)展，直至D點，最終危巖體產生墜落式崩塌，評價結果見表2-2。圖2-4墜落式失穩(wěn)方式危巖計算模型墜落式危巖體的穩(wěn)定系數(shù)計算通式為：（4）對于天然狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)為：（5）對于地震（或爆破）或地震（或爆破）＋暴雨情況，穩(wěn)定性系數(shù)為：（6）其中：W—單位長危巖體重力；P—單位長危巖塊體承受的水平地震力，取水平地震系數(shù)為α1，則P＝α1W；C—結構面的粘聚力；φ—結構面的內摩擦角；暴雨條件，考慮C、φ值折減。2.3傾倒式潛在失穩(wěn)方式危巖體陡傾貫通性結構面的邊坡,坡角與貫通性結構面傾角較陡，巖體在自重彎矩、裂隙水壓力或者水平地震力的作用下，前緣易向臨空方向作懸臂梁彎曲，并逐漸向坡內發(fā)展[5]，（見照片3）。以K1018+985處危巖體為例分析該類危巖體的失穩(wěn)方式，建立DDA非連續(xù)變形分析模型（見圖2-5）。a(t==80時步)b(t=2296時步)c(t=8819時步)d(t=22000時步)圖2-5邊邊坡危巖體體失穩(wěn)過程程圖示邊坡較陡頂部巖塊受控于陡傾貫通性結構面而脫離母體，在邊坡風化程度較高或外動力存在時，頂部巖塊極易發(fā)生崩塌。該類危巖體在天然條件下多呈基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震條件下的靜力計算假定與荷載同2.1，不考慮基座抗拉強度（見圖2-6)。圖2-6傾倒式失穩(wěn)方式危巖體計算模型傾覆力矩：（7）抗傾力矩：（8）穩(wěn)定系數(shù)：（9）其中：W—單位長危巖體重力；P—單位長危巖塊體承受的水平地震力，取水平地震系數(shù)為α1，則地震力為P＝α1?W；Q—裂隙中靜水壓力；el—裂隙充水深度；h—重力作用點距傾覆點的水平距離；a—水平地震力距傾覆點的垂直距離。針對不同的失穩(wěn)方式，危巖穩(wěn)定狀態(tài)可針對危巖穩(wěn)定系數(shù)來確定[6]（見表2-1），結合穩(wěn)定性計算結果，判斷危巖的穩(wěn)定性，評價結果見表（2－2）。表2-1危巖穩(wěn)定狀態(tài)判斷標準穩(wěn)定性失穩(wěn)方式不穩(wěn)定基本穩(wěn)定穩(wěn)定滑塌式危巖K＜1.01.0≤K＜＜1.3K≥1.3墜落式危巖K＜1.01.0≤K＜＜1.5K≥1.5傾倒式危巖K＜1.01.0≤K＜＜1.5K≥1.5表2-2危巖穩(wěn)定狀態(tài)判斷結果（部分）類型位置穩(wěn)定系數(shù)無外力工況暴雨＋地震工工況滑塌式危巖體體k973+11001.15（基基本穩(wěn)定）0.73（不不穩(wěn)定）K973+77001.54（穩(wěn)穩(wěn)定）0.89（不不穩(wěn)定）k979+00002.12（穩(wěn)穩(wěn)定）1.38（穩(wěn)穩(wěn)定）k982+88001.26（基基本穩(wěn)定）0.81（不不穩(wěn)定）k983+22001.16（基基本穩(wěn)定）0.78（不不穩(wěn)定）墜落式危巖體體k978+55001.91（穩(wěn)穩(wěn)定）1.41（基基本穩(wěn)定）kk981++4001.17（基基本穩(wěn)定）0.87（不不穩(wěn)定）k988+55002.14（穩(wěn)穩(wěn)定）1.58（穩(wěn)穩(wěn)定）k993+99501.57（穩(wěn)穩(wěn)定）0.97（不不穩(wěn)定）k1005++6001.66（穩(wěn)穩(wěn)定）1.22（基基本穩(wěn)定）傾倒式危巖體體k984+4400基本穩(wěn)定0.98（不不穩(wěn)定）k985+5500基本穩(wěn)定1.26（基基本穩(wěn)定）k1012++550基本穩(wěn)定0.91（不不穩(wěn)定）k1018++900基本穩(wěn)定0.62（不不穩(wěn)定）3結論（1）從以上可以看出：地形地貌，巖體結構、結構面條件、邊坡開挖、暴雨、地震等條件對巖質邊坡的穩(wěn)定性均產生一定影響，但巖體結構類型是主控因素之一。（2）對評價結果為穩(wěn)定的危巖體應注重生態(tài)環(huán)境的保護，培育并保護地表植被，以減小物理風化與化學風化作用，無需采用防治措施；對基本穩(wěn)定的邊坡，近行進行簡單的刷方，做好排水工程即可，無需采用專門的防治措施；對不穩(wěn)定危巖體應當首先清除坡表松動巖體，然后采用修建護腳擋墻、坡體前部設置樁板墻、掛網噴漿護面等治理方式方法，必要時可加以錨固[7]、[8]。（3）以上穩(wěn)定性分析評價多采用簡化模式，該方法對于快速評價數(shù)量較多的中小規(guī)模危巖體較為實用。另外當危巖體是以上失穩(wěn)方式的組合時，還需綜合分析評價其穩(wěn)定性。參考文獻：[1]王蘭生，張倬元,斜坡巖體變形破壞的基本地質力學模式[J].水文工程地質論,北京地質出版社，1985．[2]韓祥森.雅礱江錦屏一級水電站高位邊坡危巖體成因機理及其穩(wěn)定性研究，成都理工大學碩士論文，2006.6.[3]于青春，薛果夫，陳得基等.裂隙巖體一般塊體理論.北京：中國水利水電出版社，2007.3.[4]ShiGenhua.Manifoldmethod.InprocofTheFirstIntForumonDDAandSimulationsofDiscontinuousMedia.Berkeley,California,USA,1996.[5]王建鋒，Wilson