谈宝成线下行K425危岩成因及稳定性分析

白明志 胡 川

(中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司,四川 成都 610081)

谈宝成线下行K425危岩成因及稳定性分析

白明志 胡 川

(中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司,四川 成都 610081)

通过地质勘察，介绍了宝成线下行K425危岩体的形成原因与诱发因素，并采用赤平投影法，分析了该危岩体的稳定性，研究判断了落石的运动模式，初步提出了危岩体的防治措施。

危岩体，赤平投影法，三维扫描影像，落石

1 工程概况

该工点位于江油市雁门镇境内，宝成线下行朝阳隧道(隧道全长174.5 m)，凤凰山棚洞K425+500～K425+540右侧边坡，最高处相对铁路高度达150多米，坡度中陡，属于工程中的高陡边坡，边坡长度达140多米。

工点属低山河谷地貌，自然山坡40°～70°，相对最大高差约30 m～100 m，基岩局部出露，地表植被发育，覆盖层较薄。地形起伏较大，右侧高左侧低，左侧临向清江河。边坡岩性为泥盆系下统平驿铺组(D1p)石英砂岩夹粉砂质页岩。岩体较破碎，发育典型三组节理，将岩体切割成大块状构造(见图1)。

2 危岩体成因分析

2.1 形成原因

边坡整体坡度60°～75°，隧道洞口上方坡表植被茂盛；洞口棚洞上方植被较少，边坡近乎直立，基岩裸露。边坡岩体为石英砂岩，岩层中夹薄层页岩夹层，岩体节理裂隙较发育。坡表由于节理裂隙切割，岩体被分割成石块个体，部分石块由于重力作用而脱落，坡体表部多处形成岩腔。坡表发育的裂隙面和强风化作用，造成坡表岩体极其破碎。由于坡表岩体破碎，在降雨雨水冲刷下形成了两处冲沟，冲沟下方有坡积物堆积。

根据现场调查情况了解到边坡由于发育的节理裂隙及地震等作用使得顶部岩体极其破碎，表层岩体完整性很差，见图2，边坡表部呈现出大范围的碎石区域，碎石大部分都是以个体的形式存在，基本脱离了母岩，在强降雨、自身重力和地震等作用下极容易失稳滚落而危及铁路运输的安全。

边坡上有多处岩体空腔(见图3)，岩腔上部岩体由于下方岩体脱落而临空悬挂，内部由于节理裂隙面的存在而与基岩间粘结减弱，该类危岩据现场勘察最大的达100 t左右，在重力降雨等因素影响下极易发生坠落式破坏，一旦失稳坠落必将会影响到铁路的正常运输。

2.2 诱发因素

1)降雨。降雨对地质灾害的发生起着极其重要的作用，对于该工点，降雨的影响主要表现为以下两点：a.软化岩石、改变其力学性质，降低岩石抗剪强度，使之易被剪切破坏，导致节理面贯通。b.降低岩体结构面抗剪强度，同时产生静水压力和动水压力，使节理切割沿岩体易沿结构面滑动，诱发崩塌发生。

2)地震。地震是地质灾害发生的又一诱发因素，对于该工点，地震的影响主要表现为以下两点：a.产生水平推力，加剧崩塌、落石等地质灾害的发育。b.剧烈的构造运动，使岩石相互挤压变形，使岩石形成新的节理或促使原节理裂隙贯通，加速崩塌的发育。

参考《汶川地震震区隧道调查研究分析》中宝成线朝阳隧道洞口边仰坡防护开裂、脱落。由于地震波的地形放大效应，“5·12”汶川地震区高陡山坡普遍发生崩塌。

3 危岩体稳定性分析

根据岩体的结构特征，采用赤平投影法对岩体进行稳定性评价。

通过现场勘察结合三维扫描技术，经过对边坡三维扫描影像数据的分析获得节理裂隙产状可知岩体中发育有三组优势结构面，控制边坡局部的稳定性，其性质如下：

第一组：100°～120°∠80°～88°。

第二组：275°～290°∠70°～80°。

第三组：205°～215°∠78°～88°。

坡面产状：218°∠55°～75°。

根据以上数据得节理裂隙等密度及产状赤平投影图见图4。

结合赤平投影图对边坡稳定性进行分析如下：

由图4可看出三组优势结构面两两相交的交点均与边坡坡面在同一侧，说明组合交线的倾向与边坡倾向一致。其中第一组和第三组两组优势结构面以及第二组和第三组优势结构面，其交点均在边坡内侧，说明交线倾角大于坡角，故属于基本稳定结构；而第一组和第二组两组优势结构面，其交点位于边坡坡面线外侧，说明交线倾角小于坡面倾角，故这两组结构面控制下边坡处于不稳定状态。在第一组和第二组两组优势结构面作用下，坡表破碎稳定性极差，常有落石坠落形成岩腔，需要及时对其进行防护治理。

4 落石分析

根据现场勘察结合三维扫描软件对该里程边坡进行了扫描，获得边坡的三维扫描影像，切出边坡3个有代表性的区域断面，并对其运动轨迹、弹跳高度、运动速度和运动能量等运动参数进行计算分析。其中断面1—1和2—2计算落石质量取10 t，断面3—3落石质量取为100 t进行计算(见图5)。

断面1—1计算分析。

1)断面地形条件。分析计算1—1断面情况(见图6)，对断面的地形条件采用坐标的方式表示。

2)落石计算输入条件。根据现场原有落石的大小，结合边坡三维扫描结果，具体的落石计算输入条件如下：

落石初始条件：

在斜面顶部的下落：水平初速度为0 m/s，竖向初速度为0 m/s。计算落石粒径：1 m大小的落石。落石的密度：2 389 kg/m3。落石重量：10 007 kg。跌落统计次数：200次(根据此次数进行概率统计)。

3)落石计算统计位置。计算完成后，取3个位置对落石运动结果进行统计，这个位置的坐标见表1。

表1 落石计算位置表

4)落石计算结果。计算后可得到防护网设计需要的落石弹跳高度、落石运动速度、落石冲击能量等参数，见图7～图10。

1—1断面结果分析：参照点3位置位于铁路上方棚洞处，此点数据具有参考价值，对其进行分析，该点最大弹跳高度17.671 m，其中弹跳高度在9 m以内的概率为98.41%；落石最大运动速度38.728 m/s(超过25 m/s的概率有4%)，最大能量为7 657.704 kJ。

其余2—2，3—3断面计算同上，结果分析如下：

2—2断面结果分析：参照点3位于铁路上方棚洞附近数据具有参考价值，对其相关参数进行分析，该点处最大弹跳高度为64.844 m，弹跳高度在50.983 m以内的概率有95%；最大落石速度40.685 m/s，速度在38.087 m/s以内的概率为95%；最大能量为8 451.043 kJ。

3—3断面结果分析：参照点3处于棚洞附近位置，其数据具有参考价值，对其相关参数进行分析，该点处最大弹跳高度为37.342 m，其中95%概率的弹跳高度在21.075 m以内；最大落石速度42.668 m/s，最大能量为92 892.48 kJ。

5 结语

根据对岩体结构的赤平投影分析，坡表破碎稳定性极差，常有落石坠落形成岩腔，需要及时对其进行防护治理。

根据落石分析计算结果可知边坡上方落石失稳后运动至棚洞上方将会产生较大的冲击能量，10 t的落石冲击能量达8 000 kJ左右，而100 t落石冲击能量达90 000 kJ，一旦滚落必将会给铁路运输造成极大的损失。

建议先对该区域大块的落石进行治理清除，考虑到边坡顶部大面积的碎石区域且落石弹跳能量大，可设置帘式网对边坡落石进行引导，棚洞上方另设被动防护系统进行拦截。

采用多重防护措施可有效减小落石直接冲击棚洞的概率，进而实现对铁路运输的防护，确保铁路正常运营。

[1] 胡厚田.崩塌与落石[M].北京:铁路出版社,1989.

[2] 赵德文.岸坡岩体稳定性赤平投影法分析[J].山西建筑,2010,36(18):80-81.

[3] 高剑峰.基于三维激光扫描的高陡边坡块体稳定性研究[J].土木建筑与环境工程,2012,12(S34):77-81.

Discussion on dangerous rock causes and stability analysis of Baocheng line downstream K425

Bai Mingzhi Hu Chuan

(ChinaRailwayEryuanChengduSurveyandDesignInstituteLimitedCompany,Chengdu610081,China)

Through the geological survey, this paper introduced the forming causes and inducing factors of dangerous rock mass of Baocheng line downstream K425, and using stereographic projection method, analyzed the stability of the dangerous rock mass, researched and judged the movement model of the rock fall, preliminary put forward the prevention measures of dangerous rock mass.

dangerous rock mass, stereographic projection method, three-dimensional imaging, rock fall

1009-6825(2017)05-0117-03

2016-12-07

白明志(1976- )，男，硕士，工程师

TU413.62

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