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山区高速公路危岩高陡边坡破坏机理及稳定性研究 摘要：通过采用极限平衡法和FLAC 3D数值模拟法对山区典型危岩体边坡进行了稳定性分析，结果认为大多数危岩体均有必要采取相应的防治措施。 关键词： 危岩体；失稳机理；稳定性分析；FLAC 3D；防治对策 1 概述 危岩体是指位于陡峭山坡上、被裂缝分开从而脱离母岩的块石，一般存在于陡峭的山坡上，稳定性较差。危岩体在外界条件的扰动及人类活动的干扰下，当诱发因子积累到一定量之后，就会发生地质灾害，对高速公路等工程建设都有较大危害。鉴于此，本文通过对云南某高速公路的危岩体高边坡进行数值模拟，对其稳定性进行分析评价，进而提出危岩体研究对策。 2 危岩体边坡稳定性分析计算方法
危岩体一旦相对稳定状态发生重心偏移，将以A点为转点发生转动失稳，其稳定性系数K可按下式计算： （式1） 式中：G——上部危岩体的重量（kN)； m——传点A至重力延长线的垂直距离(m)； P——危岩体承受的水平地震力(kN)； h——转点A至水平地震力延长线的垂直距离(m)。 3 计算模型的建立及参数的选取 本文研究的危岩体边坡位于云南某高速公路工程中，数值分析模型宽度为193m，左侧高度为50.85m，右侧高度为177.65m。数值分析所需要的岩土力学参数根据地质勘察资料和室内外试验成果，采用RMR法和Hoek-Brown建议的取值方法综合分析，并结合同类岩土体的其他工程取值进行比较，得出取值规律。计算模型如图2所示，数值模拟所采用的主要岩土力学参数取值如表1所示。 图2 危岩体计算模型 表1 边坡主要岩土体物理力学参数表
4 计算结果分析 图3 水平位移等值线图 图4 竖直位移等值线图 图3和图4分别为孤立式危岩体计算后的水平和竖直位移等值云图，从图3可以看出，最大水平位移为3.17cm，方向背离边坡，发生在危岩体的上部，越往下水平位移越小。从图4可以看出，最大竖向位移为2.13cm，发生在危岩体的外缘。两个位移云图显示出孤立式危岩体变形失稳的原因主要是由于自身重力所产生的下滑力。 图5 第一主应力等值云图 图6 第三主应力等值云图 图5和图6分别为孤立式危岩体计算后的第一主应力和第三主应力等值云图从图 可以看出，危岩体第一主应力和第三主应力均在上部一定范围内表现为拉应力，其余表现为压应力。第一主应力的最大拉应力值为16.3KPa，第三主应力的最大拉应力值为8.7KPa。在危岩体内部没有出现较大范围的应力集中。 图7 剪切应变增量云图 图8 位移矢量图 图7和图8分别为该孤立式危岩体的剪切应变增量云图和位移矢量图，可以看出，最大的剪切应变变形发生在危岩体内部与母岩边坡接合处，这说明危岩体一旦失稳，最有可能的情形是与母岩发生脱离，或滑移、或崩落，而位移失量图显示的危岩体运动趋势也恰好说明了这一点。 为了更好的观察危岩体的失稳变形特点，在研究时，我们把孤立式危岩体看成一个整体，不考虑危岩体内部发生的应力应变情况，得到危岩体与母岩边坡接触处的竖向位移云图和位移失量图，分别如图9和图10所示。 图9 危岩体看成整体时竖向位移等值云图 图10 危岩体看成整体时位移矢量图 从竖向位移图可以看出，孤立式危岩体在与边坡接触处发生了竖向位移，这说明危岩体与边坡最有可能在接触面处发生分离。而观察位移矢量图，母岩边坡也存在向下滑动的趋势，即使边坡不失稳，也会导致危岩体与坡面表面的摩擦力、嵌合力降低，而这恰好是孤立式危岩体自身变形失稳的原因。 5危岩体防治对策研究 （1）主动防治技术 对危岩体进行工程结构防治的技术类型称为主动防治技术。它包括清除、锚固、支撑、灌浆、填充和排水等类型，这些防治技术应用广泛。 清除：对于危岩体采用人工解体，或者用风抢凿眼、静态破碎剂解体，化整为零，逐步消除，条件具备时还可考虑采用爆破清除。 锚固：用锚杆、锚索、锚钉等将危岩体锚固在稳定的岩体上。锚固方法不仅可提高滑动面的抗滑能力，还使结构面压紧，增强了岩体的完整性。 支撑：采用浆砌条石或混凝土支撑，支撑的形式可以是柱、墙、或墩。 灌浆：用水泥砂浆或其他材料封闭裂缝，这种方法可粘接结构面，增强岩体完整性并防止外界环境对岩体强度的弱化。 填充：将软弱夹层风化形成的岩腔填充以起到防止进一步风化和支撑作用。 排水：在崩塌落石区内外设置畅通的截、排水系统。 （2）被动防治技术 被动防护措施是指对可能失稳的危岩体进行被动拦挡，避免造成灾害的技术类型。它包括拦石墙(堤、栅栏)、拦石网及柔性防护等技术类型。 拦截：在危岩体下方的斜坡大致沿等高线，修建拦石墙，以拦截上方危岩掉块落石，拦石墙要有足够的高度。 SNS 柔性防护网：这种柔性防护结构是在最近几年发展起来，利用国家引进的柔性防护钢缆网，对表面岩石破碎、坡面无茂密的树林和灌木的边坡进行防护。它可以采用被动防护的方式拦截危岩、缓冲消耗掉危岩向下运动产生的动能，也可以采用主动防护的方式，直接对危岩进行“捆绑式”的约束。这种柔性防护在我国多数地区都取得了较好的效果。 （3）主动－被动综合防治措施 综合防治措施包括锚固－支撑联合技术、锚固－拦截联合技术和柔性网络锚固技术等。 6 结论 （1）通过采用极限平衡法和FLAC 3D数值模拟法进行分析，结果表明危岩体与边坡最有可能在接触面处发生分离，而且失稳的原因主要是由于自身重力所产生的下滑力。危岩体一旦失稳，最有可能的情形是与母岩发生脱离，或滑移、或崩落。 （2）危岩体的防治应本着“预防为主，综合防治”的原则，在选择防治方案时，要在确保安全稳定及经济合理的前提下，尽可能与周围边环境相协调，减少对植被和自然景观的破坏。针对个别危害性较大、较特殊的危岩体提出防护方案；其次危岩体的防治要尽量将前述多种方法结合起来使用，这样才能取得理想的防治效果。 参考文献： [1] 陈洪凯，唐红梅，胡明等.危岩锚固计算方法研究[J].岩石力学与丁程学报， 2005， 24(8)：1321-1327 [2] F.Agliardi, G.Crosta. High resolution three-dimensional modeling of rock falls[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences，2003(40)：55-471 [3] 杨淑碧，黄孝壁.重庆市中心区危岩稳定性研究[M].成都：成都科技人学出版社，1994，38-41 [4] 谢全敏，刘雄.危岩体柔性网络锁固治理研究[J].岩石力学与工程学报，2000， 19(5)：640-642 [5] 欧湘萍，白楷.基于FLAC 3D的强度折减法边坡稳定性分析[J].武汉理工大学学报，2009，31(9)：59-61 [6] 赵尚毅，郑颖人，时卫民等.用有限元强度折减法求边坡稳定性安全系数[J].岩土工程学报，2002，24(3)：344-346 [7] 张伟峰.危岩体危险性评价及防治对策研究[D].成都：成都理工大学，2007 [8] 吕庆，孙红月等.边坡滚石运动的计算模型[J].自然灾害学报，2003，5(9)：76-78 |
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