基于Rocfall 数值模拟的危岩崩落轨迹研究
——以三峡库区某段危岩为例

祝浩然 杨泽讯 程 琳 洛绒克孜 刘 壮

（ 1、成都理工大学，四川 成都610059 2、四川省川建勘察设计院，四川 成都610000）

1 概述

崩塌是我国地质灾害的主要灾种之一。危岩体发生崩塌后，其运动方式受下部斜坡的物质组成、边坡坡度等的影响，运动距离各不相同。根据R·M·Spang（ 1978）的研究成果，崩落体只有坡度角小于临界值（ 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，大部分或全部堆积与坡脚。 本文以三峡库区某段危岩为例，利用Rockfall 模拟危岩崩落轨迹，并与崩塌动力学计算方法和现场勘查结果相比较，确定该区危岩的威胁范围，为后续的支挡设计提供重要依据。

2 崩塌危岩落石轨迹计算

2.1 利用Rocfall 进行数值模拟计算

数值模拟软件Rocfall 将落石运动轨迹分为空中抛物线运动及落石与地面撞击运动两个过程分析落石运动轨迹。 既考虑了落石的初始运动方式、岩块密度大小及坡面形态、粗糙程度、摩擦系数、阻尼系数等方面因素，同时也做了若干假设，如坡面由折线组成，落石为质量均匀的弹性球体，不考虑运动过程中的空气作用及落石间的相互作用， 碰撞过程中落石一直保持完整状态等。

本文选取三峡库区某段危岩长剖面建立模型， 设定坡顶受三组主控裂隙切割的危岩单体为初始点，且认为落石的初速度和末速度均为0，山坡物质组成主要分四段（ 光洁坚硬的基岩表面、坡积物与植被、土壤与植被、沥青柏油），各段衰减系数和模拟路径结果见图1、图2。

2.2 危岩崩塌动力学计算

崩塌危岩形成后，落石向下做抛物线运动，若设定其初速度为零，且当落石坠落的过程中，势能只转化为动能和热能， 即可根据崩塌地质灾害动力学原理计算落石的运动距离。

图1 陡崖带1-WY23 模拟50 次崩落轨迹

图2 陡崖带4-WY96 模拟50 次崩落轨迹

其中：

式中：S- 落石沿斜坡的运动距离；H- 坡顶到坡底的垂直高度（ m）；g- 重力加速度（ m/s2）；K- 斜坡平均阻力系数，可按表1 取值；α- 斜坡平均坡度（ °）；β- 落石的弹跳抛射角（ 与水平夹角）（ °）

表1 斜坡平均阻力系数取值表

经崩塌危岩动力学原理计算后WY23 的崩落距离为106m，WY96 的崩落距离为149m。

2.3 现场调查对比

根据现场调查情况， 该区危岩崩塌滚动的距离与斜坡及崩塌体的形态特征、崩塌坠落方式关系密切，其下部斜坡若较平缓或呈台阶状，一般落石运动距离较近，而呈单一斜坡状或坡体上基岩出露较多的坡段，落石运动距离较远。 据野外工程地质测绘陡崖带Ⅰ崩积物滚距最远达110m，陡崖带Ⅳ崩积物滚距最远达155m，多数崩塌物落距为60～100m。

3 结论

崩塌危岩落石的运动受岩性，形状，规模，运动形式，撞击破碎，坡形变化等因素影响。 实际危岩崩落过程更是复杂多变，因此想要取得准确的数据，并不容易。 本文仅对确定典型危岩崩塌落石，最大威胁范围的计算方法进行总结。 并通过这两种方式与现场实际调查情况进行对比，确定了三峡库区地质灾害后续治理工程中某标段危岩的最大威胁范围，为后续的治理设计提供了依据。 其中Rocfall 可模拟多条滚石的路径，并可生成弹跳高度和能量图表，直观反映威胁范围，但其忽略了坡度和能量损耗，故最终结果相比实际值偏大。 崩塌动力学公式考虑相对较充分，故最终结果相比实际值近似。 所以建议在确定陡崖带危岩的最大威胁范围时， 可结合Rocfall 美观直观的优点，和崩塌动力学公式相对误差小的优点进行综合取值 。