山区边坡巨型滚石失稳模拟及防治对策分析

发布时间：2019-10-26所属分类：工程师职称论文浏览：1次

摘 要： 摘要：依托某典型滚石灾害工点，对坡顶巨型孤石开展现场调查评估，得知孤石暂时稳定，但具备启动发展成滚石的可能;通过失稳后运动轨迹的分析及冲击能量的计算，可知滚石启动后运动轨迹接近坡表，冲击能量巨大，破坏性强。 针对孤石具备启动发展成滚石的现状

　　摘要：依托某典型滚石灾害工点，对坡顶巨型孤石开展现场调查评估，得知孤石暂时稳定，但具备启动发展成滚石的可能;通过失稳后运动轨迹的分析及冲击能量的计算，可知滚石启动后运动轨迹接近坡表，冲击能量巨大，破坏性强。 针对孤石具备启动发展成滚石的现状，可采取加固和支撑方法，并结合人工分解方案以降低潜在滚石的威胁。

　　关键词：山区边坡;滚石;失稳模拟;冲击能量

　　山区内的滚石事件一般都具有多发性、突发性、随机性的特点[1]。东南沿海丘陵山区，孤石发育，滚石灾害突出，而巨型滚石的致灾性尤为严重。边坡场区位于漳州某地，坡高约 45 m，坡度约 20°~30°，坡表植被丰富，边坡南侧坡脚为居民聚集地。滚石源为位于坡顶的 3 块巨型花岗岩球状风化孤石 (体积分别约 60 m3 、330 m3 、350 m3 )，见图 1。

　　1 现场调查评估

　　现场勘查发现，3 块孤石位于坡顶，下方为坡体强度较高的岩土体，场地北侧有较大的水平空间，因此不易向北侧发生启动。临空面均为南侧，南侧坡脚为居民聚集地。在不考虑边坡整体稳定性的情况下，对 3 块孤石的稳定性的评估结果表明(见表 1)，3 块孤石暂时处于稳定状态， 但容易受启动因素的影响向南侧临空面启动致灾。 尤其是孤石 A，其形状、基底情况和临空情况均较差，容易发生启动。 3 块孤石最大概率运动路径如图 2 所示。

　　2 滚石失稳模拟

　　场区山体为剥蚀残丘地貌，岩土体强度高，整体稳定性好。在不考虑边坡失稳的情况下，以 3 块孤石基底支撑强度受影响而发生启动为背景， 结合现场调查情况建立 3 块孤石最大概率启动方向的坡体断面图;运用 RocFall 软件模拟坡顶滚石在重力作用下以初始速度为零启动的情况，进行孤石 A、B、C 的失稳运动轨迹定性分析，得到孤石 A、B、C 的运动轨迹(见图 2)。图 1 坡顶孤石图

　　运用 RocFall 软件模拟坡顶滚石在重力作用下以初始速度为零启动的情况，进行孤石 A、B、C 的失稳运动能量定量计算，可知孤石 A、B、C 在坡底的冲击能量均达到 10 000 kJ 以上(图 3)。 目前，常规的滚石被动防护系统的承受能力一般都在 5 000 kJ 以内， 因此在滚石运动路径和坡底采用被动系统进行拦截的方式并不能阻止灾害的发生， 必须采取更具针对性的防护措施。

　　3 防护对策分析

　　在边坡滚石防治方面众多学者进行了大量研究， 如赵耀等开展了优化滚石运动轨迹的坡形坡率设计研究，何思明等对滚石的冲击、碰撞特性进行了研究，黄润秋等开展了坡表拦挡效应研究，王坛华等对滚石具体防护措施进行了总结[2-5]。 本案中 3 块边坡孤石质量体积庞大、 运动轨迹单一、 冲击能量巨大，普通的防护措施无法起到较好的防治效果。最好的处理办法是将其移除、分解，或加强稳定性以防止其失稳启动。

　　3.1 加强滚石源的稳定性

　　结合孤石稳定性的评估情况， 对孤石基底悬空部分尤其是最大概率的启动方向， 采用高强度的混凝土或碎石材料进行充填，增加孤石的嵌固深度，以起到“固脚”的效果。对场区滚石的现场调查可知，潜在滚石 A、B、C 的失稳启动方向均为南侧，因此在孤石南侧设置钢筋混凝土支撑和全粘结锚杆进行防护，可以达到增强稳定性的效果(见图 4)。

　　3.2 通过分解以减小滚石的威胁

　　受限于孤石大小、场地情况等因素，直接移除的方法往往难以实施， 可以借助工具对孤石进行人工切割、分解。 在人为分解孤石的过程中，特别要注意不能破坏孤石的稳定性，同时防止因人工切割、分解而形成新的滚石源。

　　对孤石的分解可在水平方向和竖向两个方向进行(见图 5)。 通过水平方向的分解，可以改变孤石的形状，降低其启动的可能性。 在竖向分解时，应把分解下来的石块往水平空间较大的北侧搬运。 3.3 充分利用边坡平台进行拦挡消能

　　在分解滚石源的过程中， 可能会产生一些新的较小的滚石源， 对这一类失稳后冲击能量比较小的滚石可以采用拦挡的方式进行防护以消耗其冲击能量。 由孤石失稳运动坡体断面图可知，孤石 A 和孤石 B 的运动路径断面有明显的边坡平台存在， 因此可以在平台上进行拦挡布设， 具体的形式包括种植乔灌木、设置降能减速材料(如废弃的汽车轮胎)以及设置较为成熟的被动防护体系如利用高性能防护网。

　　3.4 其他措施

　　在做好加强孤石稳定性及被动防护的同时，要加强孤石稳定性的监测，建立预警系统，以便在孤石突发启动时能及时疏散影响范围内的人群。 设置边坡坡表的排水系统， 将降雨形成的坡表水往北侧或东西两侧排走，减小降雨对孤石基底的冲刷和入渗。

　　4 小结

　　基于对边坡潜在巨型滚石现场的调查， 通过对坡顶孤石的稳定性评估和滚石运动轨迹和运动能量的分析计算，得到以下几点结论。

　　(1)目前场区 3 块巨型孤石暂时稳定，但具备启动发展成滚石的可能， 且最有可能向南侧居民聚集地启动致灾。

　　(2)运用 RocFall 程序模拟分析可知，滚石启动后运动轨迹接近坡表，冲击能量巨大(均达到 10 000 kJ 以上)，破坏性强。

　　(3)防治应着重于对滚石源的处理，通过对孤石基底的加固和支撑， 并结合人工分解以降低滚石威胁。 同时要加强孤石监测预警和边坡排水系统的建设。

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