滑塌类危岩体的稳定性分析
摘要： 危岩体崩塌往往导致重大的生命财产损失。针对白云质灰岩的特定产状，应用相关理论建立了滑塌式崩塌模型。在三种不同的荷载组合下计算了危岩体的稳定性，分别得出稳定性系数。对危岩的安全性进行了定性和定量的分析评价，并提出了防治的原则性建议。分析过程和结论可供类似的地质和岩体治理参考。
Abstract： Rockfall of dangerous rock mass always leads to a significant loss of life and property. Aming at specific occurrence of dolomitic limestone，the slide collapse model is built by using relevant theory. The stability of dangerous rock mass is caculated in three different load combinations, and the stability coefficients were obtained respectively. Security of dangerous rock is evaluated in qualitative and quantitative ways, and principled suggestion of control is proposed. Similar geology and rock management can refer the process ofanalysis and conclusion.
关键词： 地质灾害；危岩体；滑塌；稳定分析
Key words： geological disaster；dangerous rock mass；slump；stability analysis
中图分类号：P642.21 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）23-0026-02
0引言
随着社会经济的飞速发展，山区建设进程加快。山区的公路、铁路以及水利枢纽的兴建使得危岩体灾害发生的频率越来越高，人们也越来越重视对危岩体的防治[1]。
很多地区都存在着危岩体的地质灾害隐患，而对危
岩体进行稳定性分析，是消除这些灾害隐患必不可少的
工作。
本文对某危岩体进行了分析，并就该危岩体的稳定性作出评价，进而提出了该类危岩体的灾害预测和防治方案建议。
1危岩体的特征
1.1 地貌概况
该区属河谷斜坡地形，为青竹江东岸阶地后缘，基岩零星裸露。坡脚高程788米，地形高差为290米。山脊两侧坡体较为陡峻，自然坡角30°～70°，坡面植物发育，多为灌木等低矮树丛，局部地带危岩耸立，岌岌可危。山坡坡顶为裸露的岩质山坡，岩性为白云质灰岩。半坡多为残坡积碎块石土。坡脚为崩坡积物，岩性为中密粘土夹碎块石，坡脚前缘为青竹江一级阶地的砂卵石堆积，阶地高2-3m。
1.2 地质要素
该危岩体位于东山山脊南侧半坡处，后缘中心坐标为：X=522507.3679，Y=3607579.3073。经初步调查，该危岩体于“5.12”地震时发生崩塌，主方向为S20°W，危岩体长9m，宽8m，分布范围前缘高程872.5m，后缘高程882m，高差9.5m，坡度为50°，根据槽探TC-01查明：卸荷带厚度约3m，危岩体体积约216m3，为小型崩塌。危岩体坡脚为地震后崩落岩体形成的倒石堆，倒石堆顺坡长度为8m，宽度为9m，坡度为45°。坡体总体为顺向坡。通过实地调查并结合坡面与裂隙组合方式（图1），滑塌式崩塌可断定为该灾害体主要崩塌破坏模式。
1
2
3
4
5][倾角/倾向
050/190
068/175
056/213
068/325
045/150][备注
坡面
层面
裂隙L1
裂隙L2
裂隙L3][+][2][+][1][+][3][+][5][4][2][+][3][+][4]
图1危岩体坡面与结构面赤平投影图
1.3 物理力学指标
经过工程地质勘查和试验得出危岩体结构面的物理力学参数。经综合考虑后，表1的参数被用作该危岩体的计算参数。
表1危岩体的物理力学参数
[结构面参数灰岩重度（kN/m3）][C(kPa)ϕ（°）][天然
42][饱和
38][天然
34][饱和
31][
24.4][
25][天然状态][饱和状态]
综合考虑该地区白云质灰岩的抗压抗拉强度参数取值为：天然状态下，抗拉强度为64.6MPa，抗拉强度为3.876MPa;饱和状态下抗拉强度为37.4MPa，抗拉强度为2.244MPa。
2稳定性计算
2.1 选择计算方法
前危岩体稳定性定量分析方法有极限平衡法和有
限元法等。极限平衡法的优点是：不考虑危岩体的应力-应变关系，受力比较明确，所需要的计算参数较少，计算结果基本反映了危岩体的实际稳定状况。有限元法能很好地反应危岩体的应力-应变关系，并不受边坡几何形状和材料不均匀的限制，因而是危岩体稳定性分析中一种较为理想的方法[7]。但是有限元法有建模困难，运算过程冗长等不足。该危岩体形状比较规则，岩性单一，相关参数较少，采用极限平衡法比较合理。
2.2 建立计算模型
据调查及前述结构面赤平投影图可知，该危岩体其岩层倾向与山坡坡向大体一致；且该危岩体的倾角与山坡坡脚也大小相当。所以可得知该危岩体为典型的顺层不良地质，边坡稳定性较差。在地震、雨水等外力作用下，岩体倾向坡外的两组较陡结构面被震松，形成地震震裂裂缝，故岩体在地震的诱发下易发生滑塌崩塌。
滑塌式危岩计算模型（图2），其倾角为β（°），等效强度参数为c、ϕ。W为危岩体的自重（kN），P为水平地震力（kN）。针对主控结构面进行分解[2-3]，有：
法向分量 N=Wcosβ-Psinβ，切向分量T=Wsinβ+Pcosβ
假定法向分量和切向分量沿主控结构面均匀分布，破裂面上的平均法向应力、平均剪应力及抗剪强度分别为：σ=N/H/sinβ，τ=T/H/sinβ，τf=σtgϕ+c
稳定系数为：
Kf=[（Wcosβ-Psinβ-Q）·tgϕ+cH/sinβ]/（Wsinβ+Psinβ）
对于工况Ⅰ，结构面内的充水深度为主控结构面深度的1/3。裂隙水压力与稳定系数分别为：Q=γwe2/18，Kf=[（Wcosβ-Q）·tgϕ+cH/sinβ]/（Wsinβ）
对于工况Ⅱ，结构面内的充水深度为主控结构面深度的2/3。裂隙水压力与稳定系数分别为[3]：Q=2γwe2/9，Kf=[（Wcosβ-Q）·tgϕ+cH/sinβ]/（Wsinβ）
对于工况Ⅲ，结构面内的充水深度为主控结构面深度的1/3。裂隙水压力与稳定系数分别为：Q=γwe2/18，Kf=[（Wcosβ-Psinβ-Q）·tgϕ+cH/sinβ]/（Wsinβ+Pcosβ）
2.3 确定工况和荷载组合
定量对危岩体计算，稳定性的计算工况和荷载组合状况要考虑。查阅规范并且依足够数量的工程实例，工况和荷载组合一般需要考虑如下三种[5]：
①工况：天然状态下。危岩自重+裂隙水压力。②工况：天然状态+暴雨状态下。危岩自重+裂隙水压力。③工况：天然状态+地震状态下。本次危岩稳定性计算工况及荷载组合按照以上三种工况来考虑。
2.4 选取其它参数
由据勘查资料并通过地区经验和参数反演的方法进行综合取值得出各结构面的抗剪强度的取值。因为危岩体结构面的不同故参数取值也有所不同，其结构面参数取值范围为 C=30～50kPa，ϕ=25～35°，各段的结构面参数及物理参数取值详见表1。
3安全分析与评价
陈洪凯等根据危岩稳定系数将危岩稳定性分为三种状态:不稳定、基本稳定和稳定[6]。
表2 崩塌稳定性分级评价指标
[崩塌类型
滑塌式
稳定
F>1.3
基本稳定
1.0-1.3
不稳定
F<1.0]
3.1 定性评估
根据现场的调查和勘探，并结合前述赤平投影分析，该危岩体在“5.12”地震过程中发生了崩塌。目前坡体上还残留有较多的危岩块石，坡面极为松散破碎。这些危岩体处于欠稳定状态，未来在暴雨或地震的情况下很可能再次发生崩塌。
3.2 量化分析
按照2.2所述计算方法及表1提供的计算参数，根据对危岩体的现场调查和分析，确定危岩体的破坏模式为滑塌式。下面利用滑塌式破坏模式计算方法，根据勘查提供的剖面，对该危岩体进行稳定性计算和分析评价。
该危岩体在工况I（天然状态）下的稳定性系数为1.32，处于稳定状态；在工况Ⅱ下的稳定性系数为1.12，处于欠稳定状态；在工况Ⅲ下的稳定性系数为1.11，处于欠稳定状态。该危岩体目前处于极限平衡状态，随着各裂隙不断延伸，其稳定性会越来越差。建议对已解体的危石进行开挖除险，或考虑被动防护网拦挡措施。治理措施可考虑采用主动防护网进行防护[4]。
4结语
关于滑塌类危岩体的稳定性分析方法有很多，不同方法有各自的优缺点。对于特定的危岩体，在对其进行稳定性分析时应该根据其特点，选择适合的稳定性分析方法。本文的分析过程，可供类似地质和岩体的安全评价参考。
在实际的地形地貌条件下，危岩体的勘察往往难度较大。随着时间的推移，危岩体本身的某些地质要素也会发生变化，稳定分析只能大致反应危岩体被勘察时的性状。对危岩体进行安全鉴定后，应该及时进行相应的治理。
参考文献：
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[3]李卫民，耿宏汉.FAST台址区危岩稳定性分析[C].2010年全国工程勘察学术大会论文集，2010:578-587.
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[7]谷拴成，张士兵.ANSYS在高边坡危岩稳定性分析中的应用[J].西安科技学院学报，2003，23（4）:375-378.
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