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崩塌落石的运动特征研究

梁璋彬  
【摘要】: 在边坡尤其是高陡岩质边坡工程中,崩塌落石灾害已经成为仅次于边坡稳定的研究课题之一。落石在斜坡上的运动受到诸多复杂因素的影响,具有很大的随机性。目前主要的研究手段有现场试验、模型试验和数值模拟三种,而数值模拟较其他分析方法具有费用低廉、简便快捷、移植性强的特点,已经越来越引起人们的关注。但目前普遍采用的落石运动特征计算公式中存在没有表征落石质量的参数的缺陷,这使得计算结果不能体现落石质量的差异对其运动特征的影响,且与落石实际运动过程存在较大差异。 本论文以黄金坪水电站地下厂房区后山边坡“6.18”崩塌为原型试验,通过大量的现场调查,结合对崩塌落石影响因素的讨论,归纳出“6.18”崩塌的三条主要落石运动轨迹,由下游到上游依次编为轨迹1、轨迹2和轨迹3,并进一步判定“6.18”崩塌的影响范围及划分出不同影响程度的区域。在定性分析的基础上,运用经验计算法和基于概率的运动学计算方法对落石运动特征分别进行定量计算。通过计算大致重现了“6.18”崩塌落石的运动状态,并对二者的计算结果进行了对比分析。其中,根据不同质量的落石在碰撞时对于斜坡表面变形影响程度的不同,在运用运动学公式计算时,探讨了采用变形后的斜坡坡度作为计算斜坡坡度的方法。根据本次崩塌中大质量落石与坡面碰撞所遗留崩落坑的量测数据,建立起与大质量落石相对应的原坡面坡度与计算坡度的线性关系,并由此向中、小质量落石拓展,且针对“6.18”崩塌影响区域初步建立起计算斜坡坡度与落石质量的对应关系。以上述工作为基础,总结了对基于概率的运动学计算方法的修正,提出了较为普遍适用的落石运动特征计算方法。最后根据计算结果对“6.18”崩塌源附近的高高程危岩体的被动防护措施的设置提出建议。本文得出的主要认识和结论简述如下。 1、通过坡面的破坏情况以及崩塌落石遗留的运动痕迹,并结合崩塌落石的演化历史分析,判定“6.18”崩塌影响区域大致呈扇形,在其内可进一步划分作四个区域,依据破坏程度分为三个影响等级。在三条主要的落石运动轨迹中,轨迹2上的落石在轨迹末端能量最大,破坏能力最强,所造成的损失最大,为主要的落石运动轨迹。 2、落石碰撞时速度与坡面的交角对于落石的运动特征有很大的影响,而落石质量与形变后的坡度存在着较为显著的对应关系,应在计算中通过修正计算坡度予以体现,并由此完善运动学公式中不能考虑落石质量的不足。 3、在基于概率的运动学计算法中运用修正后的计算坡度,并在选定范围内随机选取计算参数,使其计算结果与实际情况的符合程度大大优于经验公式。 4、落石质量相差较大时,其运动特征具有明显的差异。在本次“6.18”崩塌中划分出的大质量、中质量、小质量这三个质量段的崩塌落石,各自具有其不同的运动特征。并且,大质量落石以其大速度、高弹跳、远跳距为其显著的特征,具有相当高的运动能量,为主要的防护对象。其弹跳高度在与速度相关的同时,也显现出与地形变化的密切联系。故不应该脱离落石的质量笼统地讨论其运动特征。 5、通过对“6.18”崩塌落石运动特征的综合分析,建议在高程约1780~1800m的中缓坡平台底部设置被动防护网,其防护能级应选择1800KJ以上,防护网高度可为5m。


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