关键词:
危岩崩塌
稳定性分析
数值模拟
落石运动特征
防护措施研究
摘要:
随着我国对西南山区自然资源的重视及开发利用,此区域的工程活动及旅游观光人数都在呈增长态势,又由于川西特殊的地理位置,由区域构造活动所引发的地震导致崩塌落石灾害经常会对受灾地区造成不同程度的人员伤亡和经济损失。鉴于此,本文以四川省S432康定市捧塔(宝兴界)至河口大桥段改建工程为依托工程,通过现场调查以及对当地地质资料的收集,根据研究区内典型危岩体的发育特征和影响因素对其进行危险性评价。在考虑不同烈度地震波的影响下,结合定量分析法和离散元UDEC数值模拟对研究区内典型危岩体进行稳定性计算分析,随后在力学、运动学以及能量守恒相关理论的支撑下分析危岩体失稳后产生的落石在三个不同阶段下的运动状态变化,并结合Rocfall数值模拟出落石运动轨迹和运动特征相关数据,最后结合上述研究成果及研究区实际情况提出合理的治理方案,研究成果具有一定的理论价值和实际工程意义。主要研究内容及成果如下:
(1)在对研究区的自然地理环境条件的归纳和总结后,将依托工程桩号范围K20+000~K40+000内的四处典型危岩体的发育特征进行了总结分析,可知W1、W2危岩体可能会发生坠落式失稳,W3危岩体可能会发生滑移式失稳,而W4危岩体发生倾倒式失稳的可能性较大。并将影响危岩发育的主要影响因素赋值作为评价因子带入综合指数判别公式并进行定量计算,得知研究区内的四处危岩体的危险度定量结果均在2.60以上,自身危险程度均达到严重及以上,其中W4危岩体的综合指标超过标准值3.38,已处于极严重状态,需要及时处理其安全隐患。
(2)以边坡结构受力平衡分析为基础结合极限平衡理论,对研究区四处危岩体分别在不同地震工况下进行定量分析计算,通过与危岩稳定性结果评价表作对比,得知W1、W2、W3在自然工况状态下基本稳定,而在地震工况下都有失稳破坏的风险,且随着地震烈度的变大,计算所得稳定性系数也在逐渐降低。W4危岩体,在天然工况下就已经处于欠稳定状态,在Ⅷ级地震烈度的作用下稳定性系数仅为0.889,远低于评价标准中基本稳定值1.5,值得重点注意。
(3)以W2危岩体为研究对象,利用UDEC数值模拟软件对W2危岩体在不同地震工况进行变形破坏模拟,并将得到的水平位移云图进行稳定性破坏分析。通过对比发现:在天然状态下W2处于基本稳定状态;在不同地震工况下其失稳破坏过程有所不同,且随着地震烈度的变大,危岩体的动力响应也就越强烈、越迅速,所产生的位移量就会越大。UDEC数值模拟结果与定量稳定性计算结果相互验证了稳定性分析结果的准确性,为W2危岩体的防治工作提供了有利依据。
(4)结合运动学和力学相关理论推导出危岩失稳后的运动特征计算公式,并将W1和W3危岩体和所处边坡物理参数带入理论计算公式。分析结果可得规律:危岩体的高度增加以及坡度的增大与落石的最大弹跳高度、最大运动速度、撞击能量和坡脚停驻距离之间存在正相关关系。落石的质量只对撞击能量产生影响,对其他运动特征的影响较小。理论计算所得结果与利用Rocfall对W1和W3危岩体失稳后的运动状态的预测结果基本保持一致,计算所得各种参数以及预测轨迹图为防护设施的选择和安置位置提供了一定的参考依据。
(5)研究了几类常用的主动防护及被动防护手段及其各自的工作原理和适用场景,根据研究区的危岩崩塌隐患数量及灾害等级,结合治理目标和治理原则,给出相关防治和治理措施建议,根据实际情况制定了两种治理方案,通过在多个角度的分析对比且粗略计算下,方案一都更具优势,故最终决定按照方案一的相关治理措施实行。