G国道南段沿线典型危岩体的稳定性

G217国道南段沿线典型危岩体的稳定性分析摘要：G217国道横贯天山南北，沿线地质环境特殊，生态条件恶劣，地形地貌差异较大，崩塌、滑坡等地质灾害频发，其中尤以崩塌灾害最为严重。据现场调查，目前仍存在多处危岩体，严重威胁行车安全。本文从危岩体潜在失稳方式的角度对沿线危岩体进行了分类讨论，对典型危岩体用DDA数值模型分析方法研究其失稳方式的形成机制，构建力学模型用静力解析计算方法对潜在不稳定危岩体进行稳定性评价，为该路的养护、地质灾害治理和改扩建提供依据。关键词：危岩体、岩体结构、DDA数值模型、失稳方式StabilityAnalysisfortheClassicDangerousRockMassofthesouthofG217HighwayAbstract:ThegeologicaldisastersarefrequentalongtheG217highwaybecausethegeologyenvironmentisspecial,theecologicalconditionisbadandthevariationoftopographyisgreat.Thecollapseinthesedisastersisthemostserious.Accordingtotheinvestigation,therearestilllotsofdangerousrockmass.Thispaperanalyzesthedifferentdangerousrockmass,researchestheformingmechanismbyDDAnumericalmodel,makesthestabilityevaluationbythestaticanalysismethodtothedangerousrockmass，andprovidesthebasisforthemaintenance,treatmentofthegeologicaldisasterreconstruction.Keywords:dangerousrockmass；rockmassstructure；DDAnumericalmodel；mechanismofdestruction1引言G217国道南段为新疆天山公路小龙池至库车段,全长约130公里，由于公路早期设计施工不完善、灾害处治措施不到位，加之沿线地质环境特殊，地表植被稀少，物理风化作用强，造成地质灾害频发，其中尤以崩塌最为严重，滑落的岩块经常堵塞公路，威胁行车安全。由于大部分崩塌（危岩体）受控于岩体结构而产生不同的失稳方式，本段沿线边坡危岩体可分为滑塌式、坠落式、倾倒式[1]。本文按失稳方式的不同，借助典型的实例分析其变形破坏机制，运用静力分析计算方法，评价各类崩塌（危岩体）的稳定性。2危岩体的潜在失稳方式与稳定性评价2.1滑塌式潜在失稳方式危岩体该类危岩体岩体结构类型主要为层状结构岩体，可分为以下两种：(1)层状顺向结构边坡：层状结构面倾向与边坡倾向夹角小于30°，当层状结构面由于工程活动而被切脚出露在坡面，即构成潜在滑动面，易形成滑动。该类破坏方式主要为单一滑面（层面），岩体受节理切割，边坡前缘潜在滑移面被切脚，可引起坡体以不同方式沿滑移面向下整体滑移，前缘临空的坡体可能沿滑移面发生间歇性的缓慢滑移。滑移通常从临空面附近启动，逐渐向后缘扩展；当层状结构面倾角大于坡角而插入坡内，其稳定性一般较好；(2)层状反向或斜向结构边坡：岩层倾向与坡向大于30°。破坏方式同层状顺向结构边坡，可分为单一滑面（缓倾向坡外的节理面）和双滑面（以楔形体滑动）两种。照片2-1K973+150处危岩体照片2-2K973+765处危岩体照片2-3k1018+985处危岩体以K973+150处危岩体为例，运用块体理论[3]，建立DDA（discontinuousdeformationanalysis)非连续变形分析模型[4]（见图2-1）。a(t==65时步)b(t=996时步)c(t=7716时步)d(t=22000时步)图2-1边坡坡危岩体失失稳过程图图示从边坡危岩体失稳过程可见，在自重、边坡开挖等作用下，被结构面切割的块体主要沿层面滑动，脱离母体，形成崩塌。在对该类危岩体进行稳定性评价时，可将危岩块体假设成整体性的，进而简化为平面问题，不考虑危岩块体左右侧面上与其他岩土体的关系，在长度方向上取单位宽度考虑。危岩体所受到的主要荷载为危岩体自重，由危岩体的体积与天然密度的乘积得到。滑面的位置可由DDA数值模型分析确定。考虑到降雨和地震的影像，不同类型的危岩所考虑的荷载种类和大小是不同的[2]，采用图2-2简化计算模型评价其稳定性，评价结果见表2-2。图2-2滑塌式失稳方式危岩计算模型由于AD面往往比较陡峭，裂隙发育比较充分，岩体沿DB面滑动。则DB面上。法向作用力：（1）切向作用力：（2）稳定系数为： （3）其中：W—单位长危岩体重力；P—单位长危岩块体承受的水平地震力，取水平地震系数为α1，则地震力为P＝α1W；Q—裂隙中静水压力；c—结构面的粘聚力；φ—结构面的内摩擦角。2.2坠落式潜在失稳方式危岩体当边坡坡面较陡，中下部存在凹腔或软弱夹层时，上部陡倾坡外结构面、缓倾坡内层面切割形成的岩块易发生坠落。坠落失稳方式主要有倾倒－折断－坠落模式、压致拉裂－坠落模式（见照片2）。以K973+150处危岩体为例分析该类危岩体的失稳方式，建立DDA非连续变形分析模型（见图2-3）a(t=557时步)b(t=1176时步)c(t=11857时步)d(t=33000时步)图2-3边边坡危岩体体失稳过程程图示从上图可以看出，边坡顶部部分凸出岩块发生倾倒拉裂，边坡顶部部分凸出岩块拉断后缘结构面岩桥开始坠落，随着边坡后部拉裂缝不断增大，岩块不断坠落并堵塞公路。该类危岩体的静力计算假定同2.1，简化计算模型见图2-4，ABCD为悬空的岩块体，受力状态类似悬臂梁，顶面受拉，A点的拉应力最大，在长期的重力作用下，从A处向下发展成拉张裂隙，随后拉应力进一步集中于未张裂的E点，若E点的拉应力超出其抗拉强度时，张拉裂缝继续发展，直至D点，最终危岩体产生坠落式崩塌，评价结果见表2-2。图2-4坠落式失稳方式危岩计算模型坠落式危岩体的稳定系数计算通式为：（4）对于天然状态，稳定性系数为：（5）对于地震（或爆破）或地震（或爆破）＋暴雨情况，稳定性系数为：（6）其中：W—单位长危岩体重力；P—单位长危岩块体承受的水平地震力，取水平地震系数为α1，则P＝α1W；C—结构面的粘聚力；φ—结构面的内摩擦角；暴雨条件，考虑C、φ值折减。2.3倾倒式潜在失稳方式危岩体陡倾贯通性结构面的边坡,坡角与贯通性结构面倾角较陡，岩体在自重弯矩、裂隙水压力或者水平地震力的作用下，前缘易向临空方向作悬臂梁弯曲，并逐渐向坡内发展[5]，（见照片3）。以K1018+985处危岩体为例分析该类危岩体的失稳方式，建立DDA非连续变形分析模型（见图2-5）。a(t==80时步)b(t=2296时步)c(t=8819时步)d(t=22000时步)图2-5边边坡危岩体体失稳过程程图示边坡较陡顶部岩块受控于陡倾贯通性结构面而脱离母体，在边坡风化程度较高或外动力存在时，顶部岩块极易发生崩塌。该类危岩体在天然条件下多呈基本稳定状态，在暴雨和地震条件下的静力计算假定与荷载同2.1，不考虑基座抗拉强度（见图2-6)。图2-6倾倒式失稳方式危岩体计算模型倾覆力矩：（7）抗倾力矩：（8）稳定系数：（9）其中：W—单位长危岩体重力；P—单位长危岩块体承受的水平地震力，取水平地震系数为α1，则地震力为P＝α1•W；Q—裂隙中静水压力；el—裂隙充水深度；h—重力作用点距倾覆点的水平距离；a—水平地震力距倾覆点的垂直距离。针对不同的失稳方式，危岩稳定状态可针对危岩稳定系数来确定[6]（见表2-1），结合稳定性计算结果，判断危岩的稳定性，评价结果见表（2－2）。表2-1危岩稳定状态判断标准稳定性失稳方式不稳定基本稳定稳定滑塌式危岩K＜1.01.0≤K＜＜1.3K≥1.3坠落式危岩K＜1.01.0≤K＜＜1.5K≥1.5倾倒式危岩K＜1.01.0≤K＜＜1.5K≥1.5表2-2危岩稳定状态判断结果（部分）类型位置稳定系数无外力工况暴雨＋地震工工况滑塌式危岩体体k973+11001.15（基基本稳定）0.73（不不稳定）K973+77001.54（稳稳定）0.89（不不稳定）k979+00002.12（稳稳定）1.38（稳稳定）k982+88001.26（基基本稳定）0.81（不不稳定）k983+22001.16（基基本稳定）0.78（不不稳定）坠落式危岩体体k978+55001.91（稳稳定）1.41（基基本稳定）kk981++4001.17（基基本稳定）0.87（不不稳定）k988+55002.14（稳稳定）1.58（稳稳定）k993+99501.57（稳稳定）0.97（不不稳定）k1005++6001.66（稳稳定）1.22（基基本稳定）倾倒式危岩体体k984+4400基本稳定0.98（不不稳定）k985+5500基本稳定1.26（基基本稳定）k1012++550基本稳定0.91（不不稳定）k1018++900基本稳定0.62（不不稳定）3结论（1）从以上可以看出：地形地貌，岩体结构、结构面条件、边坡开挖、暴雨、地震等条件对岩质边坡的稳定性均产生一定影响，但岩体结构类型是主控因素之一。（2）对评价结果为稳定的危岩体应注重生态环境的保护，培育并保护地表植被，以减小物理风化与化学风化作用，无需采用防治措施；对基本稳定的边坡，近行进行简单的刷方，做好排水工程即可，无需采用专门的防治措施；对不稳定危岩体应当首先清除坡表松动岩体，然后采用修建护脚挡墙、坡体前部设置桩板墙、挂网喷浆护面等治理方式方法，必要时可加以锚固[7]、[8]。（3）以上稳定性分析评价多采用简化模式，该方法对于快速评价数量较多的中小规模危岩体较为实用。另外当危岩体是以上失稳方式的组合时，还需综合分析评价其稳定性。参考文献：[1]王兰生，张倬元,斜坡岩体变形破坏的基本地质力学模式[J].水文工程地质论,北京地质出版社，1985．[2]韩祥森.雅砻江锦屏一级水电站高位边坡危岩体成因机理及其稳定性研究，成都理工大学硕士论文，2006.6.[3]于青春，薛果夫，陈得基等.裂隙岩体一般块体理论.北京：中国水利水电出版社，2007.3.[4]ShiGenhua.Manifoldmethod.InprocofTheFirstIntForumonDDAandSimulationsofDiscontinuousMedia.Berkeley,California,USA,1996.[5]王建锋，Wilson