崩塌体稳定性分析及工程应用研究

王绍辉 王锦霞 申娟娟

河北省地矿局第一地质大队

崩塌体稳定性分析及工程应用研究

王绍辉 王锦霞 申娟娟

河北省地矿局第一地质大队

本文通过对北响堂寺佛洞村的地质勘查，查明了危岩体的主要特征，并采用工程地质类比法和定量计算两种方法相互验证，分别对区域内危岩整体和单体进行了稳定性分析。不但有利于消除该处地质灾害隐患，而且也为此类崩塌的防治提供了地质依据。

崩塌；稳定性；研究

0 引言

崩塌是山区常见的自然地质灾害，常影响工农业生产及人民生命财产安全。崩塌体的稳定性问题一直是工程地质领域研究的重点问题之一[1]，北响堂寺佛洞村小型崩塌位于邯郸市和村镇东北的北响堂寺观赏平台上部坡体，结合危岩体所处的地理位置和气候环境得知，山高坡陡是引起此处崩塌的重要地形条件，降雨充沛和构造发育是主要诱发因素。因此对暴雨和地震工况下的稳定性进行分析，以期为工程设计提供参考依据。

1 危岩体分布及形态特征

北响堂寺佛洞村危岩主要由坡体上部及顶部的厚层灰岩组成，随山体呈南北向分布。此次研究共确定危岩体3个，主要位于高陡边坡上，危害对象主要是工作人员、广大游客及古建筑物。

1.1 危岩特征

(1)危岩体1(W1)：宽1.3m，高1.5m，厚1.0m，体积3.4m3。危岩北侧发育两组裂隙，交叉切割母岩，危岩呈楔形体，下部临空。

(2)危岩体2(W2)：宽5.0m，高2.3m，厚1.4m，体积18.9m3。岩石破碎，呈阶梯状，发育两组裂隙(见表1.1)。后缘裂隙平行于主临空面，缝宽20-30cm，南北贯通，长约3m，深约1m，泥质充填，前缘裂隙生长灌木，根劈作用明显。

(3)危岩体3(W3)：宽7.5m，高5.6m，厚1.4m，体积58.8m3。危岩与坡体母体整体呈分离状，后缘裂隙发育，张开，碎石泥质充填，上陡下缓，另组次裂隙发育，将危岩分割，一组裂隙微张开-闭合，一组裂隙张开，宽度3-30cm，风化强烈。(见表1.1危岩体主要结构面统计表)

2 危岩整体稳定性计算及评价

2.1 计算工况的选取

危岩的计算工况一般为以下三种工况：

Ⅰ工况：自重状态(包括裂隙水压力)；

Ⅱ工况：自重状态+暴雨(降雨的重现期按20年选取)；Ⅲ工况：自重状态+地震(包括裂隙水压力)；

2.2 稳定性计算公式

a、倾倒式危岩稳定性计算

1.由后缘岩体抗拉强度控制

对工况Ⅱ、Ⅲ按下式计算[2]：

式中：F—危岩稳定性系数；

flk—危岩体抗拉强度标准值(kpa)，根据岩石抗拉强度标准值乘以0.4的折减系数确定。暴雨时flk取0.9倍；

H—危岩块高度(m)； h —裂隙深度(m)；

hw—裂隙充水高度(m)，自然状态取裂隙高度1/3，暴雨状态取裂隙高度2/3，根据裂隙充填程度可适当调整；

β—后缘裂隙倾角(° )； W—危岩体自重(kN/m)；

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 =ξW，其方向可视为水平；

ξ—地震系数，本工程取0.05；

ho—地震力作用点到倒覆点的垂直距离(m)；

2.由底部岩体抗拉强度控制

式中：b—后缘裂隙下端到倾覆点之间的水平距离(m)；其它符号意义同前。

b、坠落式危岩稳定性计算

表1.1 危岩体主要结构面统计表

2)计算公式为：

对工况Ⅱ、Ⅲ按下列二式计算，稳定性系数取两种计算结果中的较小值：

式中：ζ—危岩抗弯力矩计算系数，依据潜在破坏面形态取值，一般可取1/12～1/6，当潜在破坏面为矩形时可取1/6；

a0—危岩体重心到潜在破坏面的水平距离(m)；

b0—危岩体重心到潜在破坏面形心的铅垂距离(m)；

flk—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)；φ—危岩体内摩擦角标准值(° )。

2.3 危岩整体稳定性分析与评价

危岩稳定状态应根据危岩稳定系数按表2.1确定。

表2.1 危岩体稳定状态评价表

通过每个危岩体的稳定性计算分析和评价可知： W1危岩体现状基本稳定； W2和W3危岩体现状欠稳定。在暴雨和地震条件下处于欠稳定状态。

3 危岩单体稳定性计算及评价

勘查区各危岩体稳定性计算参数见表2.2。

按以上各计算公式，对W1-3各危岩体进行稳定性计算，其稳定性计算结果见表2.3。

通过以上稳定性计算结果表明，大部分危岩体在Ⅰ工况下处于基本稳定状态，极少数处于欠稳定状态；在Ⅱ、Ⅲ工况(即暴雨工况和地震工况下)，大部分处于欠稳定状态，少数处于不稳定状态。

4 结论

(1)根据危岩块特征及节理裂隙发育情况等，确定W1危岩破坏方式为坠落式，W2、W3危岩为倾倒式破坏。

(2)根据定量计算结果可知：在现状(或Ⅰ工况)下，危岩体的稳定性评价结果基本相近，W1、W3处于基本稳定状态，W2处于欠稳定状态；在Ⅱ、Ⅲ工况下，稳定性逐渐降低，最终处于欠稳定或不稳定状态。

[1]李广平，常中华.马河崩塌堆积体结构特征与稳定性评价[J].工程地质学报，2011，19(4)：588-593.

[2]赵伟华，黄润秋，赵建军，等.强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究[J].工程地质学报，2011，19(2)：205-213.

表2.2 危岩稳定性计算参数选取表

表2.3 W1-3各危岩体稳定性计算结果及评价表