边坡崩塌危岩体稳定性分析与防治工程设计

边坡崩塌危岩体稳定性分析与防治工程设计摘要：崩塌危岩体是常见的地质灾害之一。以某公路岩质边坡崩塌地质灾害为工程背景，通过地质分析、稳定性分析、影响因素分析三个角度出发，对边坡崩塌危岩体进行评价，并基于评价结论提出以锚杆工程+主动柔性防护网为手段的工程防治措施。关键词：边坡；崩塌危岩体；防治工程一工程概况1.1项目概况该公路边坡位于帕米尔高原喀喇昆仑山高山区，地貌类型包括高山和谷地，发育的微地貌有阶地、漫滩，山势陡峭，山体相对高差大，地形复杂，海拔高程在3500-4000m以上，相对高差大于1000m。1.2地质情况该边坡为岩质边坡，出露的地层主要为下元古界(Pt1）和第四系（Q），岩性主要为黑云母斜长片麻岩为主，透辉石斜长变粒岩等，以及第四系中下更新统冰碛物（Q1-2gl）、上更新统风积物（Q3eol）、上更新统冲洪积物（Q3apl）、上更新统-全新统残坡积层（Q3-4del）和全新统冲积物（Q4al）。1.3区域构造与地震该区域内新构造运动强烈，新构造运动形式主要表现为差异性升降运动侵蚀和剥蚀作用未曾停止，冰期、间冰期交替出现，古地理环境不断变迁从而形成了现今的构造-剥蚀地貌形态。该区地震动峰值加速度不小于0.4g，地震基本烈度不低于9度，为地壳不稳定区。1.4地下水情况该区域内赋存的地下水类型为基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙潜水。二边坡地质灾害特征2.1地质灾害特征该边坡发育的地质灾害主要为岩质崩塌。坡向为38°，坡度约90°，岩性为片麻岩，岩层层厚0.5-1.5m，呈中厚-巨厚层状。危岩体高约18.7m，长18.7米，宽约20m，体积约2244m3，为小型崩塌。地层产状为55°∠65°，为顺向坡（见照片4-6）。主要发育3组节理裂隙，第一组裂隙产状315°∠79°，裂隙延伸长度10m，间距1-3m，裂隙张开无充填。第二组裂隙产状283°∠16°，裂隙延伸长度8米，间距1.5m，裂隙张开无充填。第三组裂隙产状为345°∠90°，与边坡走向一致，裂隙延伸长度20m，间距1-2m，该裂隙缝上宽1.5m，下窄0.3-0.5m，无充填，与母岩脱离，卸荷裂缝深度为18.7m，风化带深度5m，目前稳定性差，处于崩塌的临界状态，崩塌灾害类型为倾倒式。边坡现状条件下稳定性较差，预测其稳定性差；岩质崩塌堆积物稳定性好。2.2地质灾害稳定性分析根据危岩失稳破坏的可能模式，由于该边坡危岩以倾倒式崩塌为主，因此采用《工程地质手册》（第四版）倾倒式崩塌计算模型进行计算。岩质崩塌计算工况分为三种，即天然状态、天然状态+降雨（融雪）、天然状态+地震，如下所述：1、工况Ⅰ（天然状态）：危岩体在自重作用下的稳定性，力学参数采用试验值参数基础上进行一定的折减，抗拉强度折减系数为0.2，内摩擦角折减系数0.75。2、工况Ⅱ（天然状态+降雨、融雪）：由于气候条件，岩体的密度采用饱和密度，其余力学参数采用试验值参数基础上进行一定的折减。3、工况Ⅲ（天然状态＋地震）：危岩体除受自重作用外，岩体的密度采用饱和密度，增加一项地震水平力，水平地震影响系数取k=0.28，地震作用综合系数取0.2。稳定性计算结果如表1所示。表1岩质崩塌稳定性计算结果表2.3边坡地质灾害影响因素分析2.3.1地质构造边坡地层走向为南西-北东向，倾向55°-310°、倾角35°-72°。岩体被三至四组主导裂隙切割明显，裂隙、岩层产状和陡坡组合形成危岩体的基本破坏类型。2.3.2风化作用边坡出露地层以片麻岩，抗风化能力较差，在长期的风化作用下于岩体表面发育较多的风化裂隙、卸荷裂隙，促进了危岩体的发育，基岩强风化厚度约5米。该区域冬季气温可达—25至—30℃，夏季中午气温最高可达25℃左右，冬夏季气温的较大变化也加速了岩体的风化过程。2.3.3降雨、融雪该区域属于典型的大陆性高原气候，多年年平均降水量68.9毫米，多集中在5-9月。降雨对岩体裂隙面的浸润作用，在一定程度上软化了浅表层的岩体，减弱了裂隙面的摩擦阻力，同时增加了裂隙内的水压力，诱发危岩体崩塌。防治区冬季较长，降水年际变化较大，3月份即开始融化，每年的冬春交替时，融雪后形成的雪水通过岩体裂缝渗漏到陡崖裂隙内，降低了裂缝的力学性能，同时，增加了裂缝内的水压力，诱发危岩崩塌的发生。防治区崩塌危岩体发生的时间多为冬春季节交替时的融雪期和夏季强降雨期内。因此降雨、融雪可能为防治区内岩质崩塌的主要诱发因素。2.3.4地层岩性该区域内的地层岩性为片麻岩，岩体受地质应力作用易形成剪切裂隙。该类裂隙常穿越、切割岩层，延伸长远。剪切裂隙的发育控制了危岩体的破坏方式，使倾倒式危岩成为主要的崩塌类型。2.3.5地震该区域地震动峰值加速度不小于0.4g，地震基本烈度不低于9度，属不稳定区，地震活动提供的地震力将激发崩塌危岩体的进一步活动。在防治区内，较大的地震活动能够使危岩体结构面强度降低，同时还将产生水平地震力，使岩体整体稳定性降低，可诱发崩塌。三防治工程设计3.1防治工程等级确定根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219-2006）的划分标准（见表2），结合边坡崩塌威胁对象，确定此崩塌地质灾害防治工程等级为Ⅲ级。表2地质灾害防治工程分级表3.2锚杆工程3.2.1锚杆计算根据现场地质调查与分析结果，锚杆设计采用φ32HRB335螺纹钢，锚杆的轴向拉力设计值为Nt=150kN。1、钢筋锚杆杆体截面面积计算锚杆杆体材料选择φ32HRB335螺纹钢筋，截面面积验算如下：As=803.84≥KtNt/fyk＝1.6×150/（3×105）＝800平方毫米，满足规范要求。2、锚杆的锚固段长度计算锚杆锚固段长度按下述a式与b式分别进行计算，并取其中大值。式a.La＞KNt/(πDfmgψ)式b.La＞KNt/(nπdξfmsψ)式中：K—锚杆锚固体的抗拔安全系数，按规范取值2.2；Nt—锚杆或单元锚杆的轴向拉力设计值（千牛），根据专项勘查报告，取150kN；fmg—锚固段注浆体与地层间的粘结强度标准值（千帕），根据专项勘查报告与规范要求，防治区内岩体为较硬岩，取1200kPa；fms—锚固段注浆体与筋体间的粘结强度标准值（千帕），根据专项勘查报告与规范要求，锚杆注浆材料选用M30水泥砂浆，取2000kPa；D—锚杆孔径（米），取0.1m；d—钢筋直径（米），取0.032m；ξ—采用2根或2根以上钢筋时，界面的粘结强度降低系数，由于只采用单根钢筋锚固，取1；ψ—锚固长度对粘结强度的影响系数，取1；n—钢筋根数，取1。将各计算参数代入式a与式b，得La=0.88m（式a），La=1.64m（式b）。参考现场地质调研与现场踏勘成果，结合防治区内地层厚度特点，锚杆长度取4.5m，锚固段长度取3.5m，自由端长度取1.0m。3.2.2锚杆施工设计根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）的相关规定，结合现场危岩体的具体情况，锚固锚杆设计采用φ32HRB335螺纹钢筋，锚孔直径100mm，注浆采用M30砂浆，锚孔横向间距3m，竖向间距3m，锚固角取10°（向下倾斜），锚孔采用“梅花”型布孔，锚杆长度取4.5m，锚固段长度取3.5m，自由端长度取1.0m。3.3主动防护网采用主动柔性防护网对岩质崩塌危岩体坡面崩塌落石进行防护，旨在限制其运动范围。主动防护网采用GTC-65A高强度钢丝格栅作为网体材料，通过钢筋锚杆与肋骨状锚垫板的联合作用进行固定。高强度钢丝格栅选用单层TC/65/3.5×10型网块，由φ3、强度大于1000MPa的钢丝编织而成。锚垫板外观形如肋骨状菱形压板，尺寸为330mm×190mm，厚度10mm，长轴方向设计有长25mm的弯钩。主动防护网整体由φ8缝合绳进行缝合，单根绳长不大于40m。主动防护网敷设方式如图1所示。图1主动网防护敷设示意图四结论通过对公路边坡地质灾害的地质调查与分析，得出其地质灾害特征、稳定性系数与影响因素，为防治工程设计奠定地质基础。通过锚杆工程与主动防护网的实施，对坡面崩塌地质灾害进行防治，从而消除灾害威胁。参考文献[1]张保军，焦发解，左明.白岩危岩体崩塌破坏及其危害性防治[J].岩土力学，2006，27(Supp):1277-1279.[2]夏元友，朱瑞赓.黄石市板岩山危岩体防治方案决策分析[J].岩石力学与工程学报，2000，19(4):498-500.[3]旷镇国.重庆市中区危岩崩塌特征、形成机制及防治研究[J].中国地质灾害与防治学报，1995，6(3):51-56,8.