崩塌山体变形破坏模式及稳定性分析Word格式.docx
《崩塌山体变形破坏模式及稳定性分析Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《崩塌山体变形破坏模式及稳定性分析Word格式.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
4滑塌式
危岩体附着于母岩上，以一定角度的裂隙（卸荷裂隙）面接触,
在危岩体自重和地表水渗入裂隙等因素的作用下，裂隙面锁固部位被贯通，危岩体沿母岩（或基座）发生剪切滑移破坏，此种破坏方式往往有渐变特征，破坏后果受危岩临空条件影响，临空高度越大，后果越严重，处于陡坡边缘的松散体，沿着一定的滑移面在外部诱发因素作用下滑移崩落。
区内W5、W10破碎带危岩体将以这种方式失稳，
见照片2-7、2-8
3.崩塌山体稳定性分析与评价
3.1定性分析与评价
郭家岩崩塌稳定性包括两个部分，一是山坡上面崩塌源区尚有的可能崩塌的岩土体的稳定性；
二是崩塌堆积体的稳定性。
影响这些地质体稳定性的因素主要有地形地貌的空间因素；
岩土体的物质成分和结构特征。
郭家岩崩塌区内共有6个危岩带（WD1—WD6）、4个崩塌堆积体（D1—D4）。
主要采用野外调查稳定性定性判断为主，辅以室内计算的方式对山体边坡和危岩体进行评价。
勘查结果表明，4个崩塌堆积体坡面表层第四系崩坡积层厚度多在2m以内，坡脚厚度较大，坡体透水性差，坡面地表冲沟较发育，坡面整体坡度在30度以内，处于稳定状态，但其表层零星的新崩落石稳定性欠佳；
危岩带及D5、D6崩塌堆积体均处于欠稳定状态，但D5、D6崩塌堆积体位于坡面上部，其主要构成物质为碎石土，下部坡面较长，地表植被发育，堆积体物质不会整体顺坡面滑动到坡脚，且其上部危岩体稳定性也很差，危岩体崩落距离及破坏力将远大于崩塌堆积体物质，故崩塌堆积体失稳后危害性相对较小。
3.2崩塌山体稳定性计算
1．危岩运动计算计算中危岩体的密度按2.7t/m3
根据R•M•Spang（1978）的研究成果，崩落体只有坡度角小于一定临界值（约27°
）时，才停积于崖脚，随坡度角增大，可分别表现为滑动、滚动、跳跃和自由崩落等方式，大部分或全部堆积于坡脚。
灾害区内受岩体破坏影响的斜坡坡度平均坡角小于63°
，大于27°
，见图3-1，因此岩体在产生变形破坏后，大部分以滚动、跳跃或自由崩落的方式向坡脚运动，最后堆积于坡脚缓坡地带，直接影响坡下居民住房和公路的安全，目前坡体上零星分布有崩塌落石或危石，已房屋遭滚落岩体造成损失。
I
图3-1崩塌破坏运动图示
（1）落距计算
根据能量守恒定律，在物体下落过程中动能的增加等于势能的减
少，机械能的总量保持不变。
即：
Ep+Ek=恒量
2
Mgh=1/2mv
根据地形剖面可计算出斜坡坡度B和碰撞时的切向速度Vt与法
向速度Vn,即：
Vn二V?
sin[3Vt=V?
cos[3
落石与斜坡松散层坡面的法向碰撞可认为是塑性碰撞，所以
Vn=@切向碰撞参考Hungr等人的研究，切向损失率采用10%即落
石第一次在斜坡上碰撞后维持其继续运动的动能为1/2m（0.9Vt）2。
块石在斜坡上的继续运动是以滚动和滑动为主的综合形式运动，
其摩擦角称为综合摩擦角
根据功能原理，落石的势能变化等于动能变化和克服摩擦所做的功：
..22..
刀mg\hi=1/2m（M-Vt）+Emgcosd?
tg①？
Li
式中：
V——落石在斜坡面上任意位置处所具有的速度
di――各直线段斜坡的平均坡度
△hi――各直线段斜坡的铅直高度
①——落石与坡面的综合摩擦角
Li――各直线段斜坡的长度
当末速度V=0时，可求得ELi,而ELicosdi就是崩塌的最大水平运动距离。
根据后山崩滑体分布的坡体结构特征，结合已发生的崩塌进行反算、类比，后山崩滑体发生崩塌坠落后，滚石最大落距200-250m,与现场调查情况基本吻合。
（2）能量计算
石块在斜坡上的运动形式是比较复杂的，既有滑动、滚动还有跳跃运动，甚至在整个运动过程中三者兼而有之。
但一般情况来说，运
用牛顿能量守恒定律可以说明其大部分情况，即:
m—滚石质量（kg）;
g—重力加速度；
H—滚石降落高度；
卩—摩擦系数；
a-坡面角；
V—滚石速度。
这表明滚石在滚落时，它所具有的势能已转变为摩擦能和动能,从
（1）式可知滚石能量E为：
则滚石速度v可用公式表示如下：
v=J2gH卜盏］⑵
图3-2根据台阶坡面a确定摩擦系数卩值的线解示意图
崩塌体体产生的作用力F可用公式表示如下：
F=mv/t（3）
滚石滚动模型见图3-3。
图3-3崩塌运动轨迹示意图
摩擦系数，查图4-6得摩擦系数为0.5;
a-坡面角，取30°
;
则计算结果：
v=』2gH[=18.0m/s
（2）
Vitana丿'
假设其作用在建筑物上的时间t=0.5s其作用力为：
F=mv/t=3X2.7x18.0/0.5=291.6KN（3）
从计算结果看，崩塌失稳时，对坡脚处支挡结构物的破坏的能量是巨大的。
2.稳定性计算
由于危岩带上散布着大量的危岩块，计算中仅选取有代表性危岩块进行计算，根据危岩体的受力情况及最可能的破坏形式，对W5、W10破碎带危岩体选用简单的直线滑动进行山体边坡计算评价；
对
W1、W3、W6危岩体选用楔形面滑动进行山体边坡计算评价；
W2、W7危岩体采用倾倒式模型进行计算评价；
对W4、W8、W9危岩体采用坠落式模型进行计算评价。
计算中选取相应危岩带有代表性的危岩块进行计算，并合理采用工况1（天然状态）、工况2（暴雨状态）、工况3（地震状态）、工况4（暴雨+地震状态）取其相应的强度和重度进行计算。
（1）直线滑移式边坡稳定性计算
区内W5、W10破碎带危岩体边坡选用简单的直线滑动进行山体
边坡计算评价。
1）计算模型：
据边坡结构及稳定性定性分析，危岩边坡可能发生平面滑动破
坏，往下形成崩塌，故采用平面破坏模式对危岩边坡进行稳定性计算。
滑动面为最靠坡外的裂缝底面或者基岩与新崩塌堆积体的分界面。
滑
移式边坡稳定性计算模型见图3-4；
灰岩块石
中风化块石
2）计算公式为：
对工况I、H按下式计算：
F（Wcos：
-V）tgcl
Wsin：
（
c—后缘裂隙粘聚力标准值（kpa）;
当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权的加权平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4倍；
©
—后缘裂隙内摩擦角标准值（°
;
当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段内摩擦角标准值按长度加权的加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.95倍；
a—骨面倾角（°
I—滑面长度（m）。
W—危岩体自重（kN/m）;
V—裂隙水压力（kN/m）,V=rwhw2/2;
hw—裂隙充水高度（m）;
对工况皿、W按下式计算：
（Wcos：
-Qsin：
F=（
Wsin：
Qcos：
Q—地震力（kN/m）,Q=EW,其方向可视为水平；
E—地震系
数，本工程取0.05;
其他符号意义同前。
计算中各参数取值见表3-1。
表3-1滑移式危岩稳定性计算参数选取表
危岩编号
W5
W10
自重W（KN/m）
150
135
裂隙粘聚力c（kpa）
286
裂隙充水高度hw（m
1
裂隙水压力V（kN/m）
5
地震力Q（KN/m
7.5
6.75
滑面倾角a（°
）
37
41
滑面长度1（m
0.4
裂隙内摩擦角©
（°
45
（2）折线楔形面滑移式边坡稳定性计算
区内W1W3W6危岩体边坡选用折线楔形面滑移进行山体边坡
计算评价。
1）计算模型
据边坡结构面组合关系，危岩边坡可能沿下部楔形面发生折线式滑动破坏，脱离母岩形成崩塌，故采用折线楔形面滑移式边坡进行稳定性计算。
滑动面为危岩体下部的裂隙结构面。
折线楔形面滑移式边坡稳定性计算模型见图3-5；
图3-5折线楔形面滑移式斜坡计算示意图
2）计算公式
K-空土
f一n」nJ
二（（W（sin:
-i-Acos：
iTDi）1]j）Tn
i1j=t
系数（戸）,
Rn=（Wn（（1-ru）COS：
n-Asin:
n）-RDn）tgn，GL.
®
j—第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递
Tn二（WnSin：
nACOS：
n）T°
nn
□屮.=屮.屮.乂屮,
jii1nA
j=i
'
-j二cos（：
i-：
i1）—sin（：
i1）tg'
id
Wi—第i条块的重量（kN/m）;
C—第i条块内聚力（kPa）;
①i—第i条块内摩擦角（°
）;
Li—第i条块滑面长度（m）;
ai—第i条块滑面倾角（°
）；
rU—孔隙压力比；
RDi—深透压力产生的垂直滑面分力；
TDi—渗透压力产生的平行滑面分力；
A—地震加速度（重力加速度g）,本次计算取0.20g；
Kj—稳定系数
剩余下滑推力计算公式
P汀4Ks叮-R
其中，传递系数■■-cosaiJ-ai-Sina^-ai*tan
下滑力Tisin:
打Acos：
j
抗滑力R=阿（cos：
行-Asin：
JGL
Pi—第i条块推力（kN/m）
Pi-1—第i条块的剩余下滑力（kN/m）
W—第i条块的重量（kN）
Ci、®
i—第i块的内聚力（kPa）及内摩擦角（°
Li—第i条块长度（m
ai—第i块的滑面倾角（°
A—地震加速度（重力加速度g）
Ks—设计安全系数
计算中各参数取值见表3-2。
表3-2楔形面滑移式危岩稳定性计算参数选取表
W1
W3
W6
滑面宽度Bi（m）
3.2
3.8
2.8
3.5
2.6
滑面长度Li（m）
1.8
1.5
1.6
滑面倾角ai（°
）
61
30
84
52
31
86
地下水流向BK°
180
内聚力Ci（Kpa）
51
内摩擦角©
i（°
滑面高度hi（m）
1.75
0.90
1.49
1.18
1.03
1.60
1.20
地下水咼度hiw（m）
1.33
1.00
1.07
地震加速度A（g）
0.2
容重Wi（KN/m）
151.2
92.3
112.8
111.7
97.3
112.0
91.0
（3）倾倒式边坡稳定性计算
W2、W7危岩块在定性分析基础上采用倾倒式模型进行计算评价
倾倒式危岩计算模型见图3-6
图3-6倾倒式危岩计算模型
按单位宽度考虑，不考虑基座抗拉强度。
取C点为倾覆点，为
基座岩层中风化外缘点。
a.由后缘岩体抗拉强度控制
对工况H、皿、W按下式计算:
2ik丁Wa
2sin
H_h+hw、
sinP3sinP」
F—危岩稳定性系数；
fik—危岩体抗拉强度标准值（kpa）;
H—危岩块高度（m）;
h—裂隙深度（m）;
hw—裂隙充水高度（m）;
B后缘裂隙倾角（°
a—危岩自重作用点到倾覆点的水平距离（m）;
V—裂隙水压力（kN/m），V=rwhw2/2;
Q—地震力（kN/m）,Q二EW,其方向可视为水平;
数，本工程取0.1;
ho—地震力作用点到倒覆点的垂直距离（m）;
由底部岩体抗拉强度控制
-flkb2Wa
•…•…（7）
（m）;
F二3
1h
QhoV（—-bcos-）
3sin：
b—后缘裂隙未贯通段下端到倾覆点之间的水平距离
其它符号意义同前。
计算中各参数取值见表3-3
表3-3倾倒式危岩稳定性计算参数选取表
W2
W7
自重W（KN/m
121
危岩块高度h（m
裂隙深度h（m
裂隙粘聚力c（kpa）
11300
抗拉强度flk（kpa）
4700
自重点的平距a（m
0.12
地震力点的垂距h0（m）
6.05
后缘裂隙倾角P（°
（°
地震系数z
0.1
（4）坠落式边坡稳定性计算
W4、W8、W9危岩体采用坠落式模型进行计算评价
1）计算模型:
对工况H、皿、W按下列二式计算，稳定性系数取两种计算结果
中的较小值：
Z—危岩抗弯力矩计算系数，依据潜在破坏面形态取值,
般可取1/12〜1/6,当潜在破坏面为矩形时可取1/6;
ao—危岩体重心到潜在破坏面的水平距离（m）;
bo—危岩体重心到潜在破坏面形心的铅垂距离（m）;
fk—危岩体抗拉强度标准值（kpa），根据岩石抗拉强度标准值乘以0.20的折减系数确定；
c—危岩体粘聚力标准值（kpa）；
「一危岩体内摩擦角标准值（°
。
计算中各参数取值见表3-4。
表3-4坠落式危岩稳定性计算参数选取表
W4
W8
W9
自重W（KN/m
108
94
0.9
0.6
0.5
粘聚力c（kpa）
10300
9100
8300
4800
4100
地震力Q（KN/m）
5.4
4.7
重心平距a0（m
0.7
重心垂距b0（m
0.75
内摩擦角0（°
54
注：
计算参数的选择系依据野外调查及结合试验结果来综合确定，根据边坡规范，结
合室内试验和地区经验值分析进行取值
3.3崩塌稳定性综合评价
1危岩崩塌体稳定性评价标准
针对郭家岩崩塌的危害对象和治理工程的重要性，参考国土资源
部《滑坡防治工程设计与施工技术规范》DZ/T0219-2006中对工程分
级，郭家岩崩塌威胁53户189人，威胁资产800万元以上，对该崩塌的防治工程等级划分为二级。
对于崩塌评价的相应安全系数标准见表3-5。
危岩、、危岩
稳定稳定
系八7态
危岩类型
不稳定
欠稳定
基本稳定
稳定
滑移式危岩
F<
1.0
KF<
1.15
1.15<
F<
1.3
>
1.3
倾倒式危岩
KFvl.25
1.25<
1.5
坠落式危岩
KFvl.35
1.35<
1.6
2.崩塌体稳定性综合评价
郭家岩崩塌在山坡坡面分布有一定量的危岩体，分布范围大，较
散。
对于各危岩带具有代表性的危岩体进行了定量评价见表3-6。
表3-6危岩带稳定性计算结果及评价表
位置及编号
破坏模式
工况I
工况U
工况川
工况W
稳定系数//评价结
稳定系数/评价结
果
稳定系数/■评价结/果
稳定系数/
/评价结
楔形面
滑动
1.47
1.27
1.21
1.06
倾倒
2.18
1.59
1.41
1.14
1.42
1.24
1.01
坠落
/
1.13
直线滑动
0.98
1.36
1.10
2.56
1.80
1.29
1.16
1.25
直线滑
1.05
1.38
动
通过稳定性计算结果可知，大部分危岩体在I工况下处于基本稳定或稳定状态；
在H和皿工况下，大部分处于欠稳定状态，少数处于基本稳定和稳定状态；
在W工况下，稳定性大大降低，均处于欠稳定和不稳定状态。
稳定性计算结果与勘查结论基本一致。
升级会员 