广州地区岩质边坡崩塌影响范围计算方法初探.pdf
《广州地区岩质边坡崩塌影响范围计算方法初探.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《广州地区岩质边坡崩塌影响范围计算方法初探.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、DOI:10.16030/ki.issn.1000-3665.202208053曾启强,王立朝,刘伟,等.广州地区岩质边坡崩塌影响范围计算方法初探 J.水文地质工程地质,2023,50(5):159-168.ZENG Qiqiang,WANG Lichao,LIU Wei,et al.Calculation methods of the collapse influence range of a simple rock slope in theGuangzhou areaJ.Hydrogeology&Engineering Geology,2023,50(5):159-168.广州地区岩质边坡
2、崩塌影响范围计算方法初探曾启强1,王立朝2,刘伟1,张庆华1,陈凌伟1,楼康明1,刘羊1,樊亚男1(1.广州市城市规划勘测设计研究院,广东 广州510030;2.中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心),北京100081)摘要:边坡危岩体产生的岩质崩塌灾害突发性强、破坏能力强,是一种危害极大的地质灾害。防治边坡危岩体的关键在于划定危岩体的影响范围,准确评估边坡危岩体影响范围,提升边坡危岩体灾害防治能力,降低崩塌威胁,目前亟需完善边坡危岩体影响范围的计算模型。依据广州市危岩体调查成果归纳出常见边坡危岩体的类型和坡形特征,分类建立危岩体影响范围物理几何模型,综合考虑坡面摩擦力、块体碰撞
3、、弹跳、碎裂、接触面覆盖物性质和恢复系数、地形条件、地震等崩塌运动过程的主要影响因素,通过概化运动过程要素建立起直线型、曲线型边坡在不同坡度条件下崩塌影响范围的计算模型,并根据地震力对崩塌体动能的影响求得地震工况下崩塌影响范围的扩大系数。该模型在前人研究基础上进一步归纳出坡形分类形成几何模型,依据运动过程推求出常见工况不同地形条件下边坡危岩体最大影响范围的计算模型,获取坡高、坡度和地表特征后可依据该模型计算得出危岩体影响范围。通过实际案例验证比对,计算结果相对误差较小,且能预留一定的安全距离,可用于常见坡形边坡危岩体影响范围评价,为边坡危岩体防治提供依据。关键词:岩质崩塌;运动距离;影响范围;
4、恢复系数中图分类号:P642.21 文献标志码:A 文章编号:1000-3665(2023)05-0159-10Calculation methods of the collapse influence range of a simplerock slope in the Guangzhou areaZENG Qiqiang1,WANG Lichao2,LIU Wei1,ZHANG Qinghua1,CHEN Lingwei1,LOU Kangming1,LIU Yang1,FAN Yanan1(1.Guangzhou Urban Planning Survey and Design Inst
5、itute,Guangzhou,Guangdong510030,China;2.China Institute of Geo-Environment Monitoring(Guide Center of Prevention Technology for Geo-Hazard,MNR),Beijing100081,China)Abstract:The rock collapse disaster caused by the dangerous rock mass of slope is a geological disaster withstrong sudden occurrence and
6、 destructive ability.The key to prevent and control the dangerous rock mass of slopeis to delineate the influence range of the dangerous rock mass.In order to accurately assess the influence range of 收稿日期:2022-08-19;修订日期:2023-02-23投稿网址:基金项目:广东省重点领域研发计划项目(2020B0101130009);广东省自然资源厅科技项目(GDZRZYKJ2023004
7、);广东省城市感知与监测预警企业重点实验室基金项目(2020B121202019);广州市城市规划勘测设计研究院科技基金项目(RDI2210204140;RDI2210204146)第一作者:曾启强(1995-),男,硕士,助理工程师,从事地质灾害调查评价与岩土工程勘察工作。E-mail:通讯作者:王立朝(1972-),男,博士,教授级高级工程师,从事地质灾害调查评价与地质灾害形成机理与防治研究。E-mail: 第 50 卷 第 5 期水文地质工程地质Vol.50 No.52023 年 9 月HYDROGEOLOGY&ENGINEERING GEOLOGYSept.,2023the dange
8、rous rock mass of slope,improve the disaster prevention ability of the dangerous rock mass of slope andreduce the collapse threat,it is urgent to improve the calculation model of the influence range of the dangerousrock mass of slope.Based on the survey results of dangerous rock mass in Guangzhou,th
9、e types and slope shapecharacteristics of common dangerous rock mass in slope are summarized,and the physical and geometric model ofthe influence range of dangerous rock mass is established.The main factors affecting the collapse movementprocess,such as slope friction,block collision,bounce,fragment
10、ation,properties of contact surface covering andcoefficient of restitution,terrain conditions and earthquake,are comprehensively considered.The calculationmodel of collapse influence range of linear and curved slope under different slope conditions is established bygeneralized motion process element
11、s,and the expansion coefficient of collapse influence range under earthquakeconditions is obtained according to the influence of earthquake force on the kinetic energy of collapse body.Onthe basis of previous studies,this model further summarizes the geometric model of slope shape classification and
12、formation,and calculates the calculation model of the maximum influence range of dangerous rock mass undercommon working conditions and different terrain conditions according to the movement process.After obtainingthe slope height,slope and surface characteristics,the influence range of dangerous ro
13、ck mass can be calculatedaccording to this model.Through the verification and comparison of actual cases,the relative error of calculationresults is small,and a certain safety distance can be reserved,which can be used for the evaluation of the influencerange of dangerous rock mass in common slope s
14、lope,and provide a basis for the prevention and control ofdangerous rock mass in slope.Keywords:rock collapse;movement distance;scope of influence;coefficient of restitution 崩塌落石作为最常见的地质灾害分布广泛。随着人类工程活动的不断扩展,山地丘陵地区的建设开发越来越强烈,开挖与削坡活动十分频繁,产生了大量的人工边坡,崩塌落石灾害、隐患的数量大幅增长。早期针对崩塌灾害的研究主要集中于崩塌落石的机理和稳定性研究,胡厚田1对崩
15、塌落石的分类、破坏模式、稳定性计算方法进行了较为系统的研究,为崩塌研究提供了完整的思路。刘传正2收集了国内 160 个崩塌滑坡案例并对崩塌的成因进行分类。进入 21 世纪以来,随着对崩塌灾害防治要求的提升,对崩塌运动过程和影响范围的研究也有所增加。亚南等3采用缩小的物理模型和数值模型对猴子岭崩塌落石的运动特征进行模拟,并提出崩塌防护设计建议。肖智勇4采用 RocFall模拟计算单个坡体的滚石冲击能量和速度,并通过滚石冲击能量确定落石的危害区域。廖俊展5尝试采用基于运动学的数值公式对崩塌落石的影响范围进行计算,并总结出滚动及滑动状态下理想落石的动能计算方式。王伟才6通过简化运动过程求得崩塌落石运
16、动轨迹的计算式,并得出理想化的威胁区域推求公式。李娟等7采用崩塌滚石冲击耗能损伤理论模型计算地震中防护工程对崩塌滚石冲击耗能作用,还原滚石的冲击耗能过程。以崩塌落石运动过程中的能量分析计算崩塌落石影响范围,取得了较好的成效。崩塌落石的运动过程总是伴随着碰撞和摩擦,碰撞会带来巨大的能量损耗,研究碰撞对能量的影响是落石运动过程分析的一个重点。Wang等8利用 LS-DYNA 软件对落石撞击时的冲击力和穿透深度进行研究,得到冲击力和穿透深度的值。王林峰等9应用落石棚洞试验对落石在不同重量、角度、高度下的冲击力进行试验分析,并给出落石冲击力的拟合计算公式。吴建利等10采用落石冲击试验,研究落石撞击混凝
17、土后冲击力衰减情况以及混凝土的变形破坏特征,给出撞击后冲击力的衰减函数。Zhu 等11认为砾石垫被广泛用于吸收落石冲击能量,能量消耗和缓冲效果受砾石垫厚度等的影响。Zhang 等12利用粒子流方法对碰撞中的落石进行三维建模,引入落石碰撞的恢复系数描述其冲击特性。Caviezel 等 13等采用“ChantSura”试验重建落石轨迹,对冲击持续时间和力进行了深入分析。Azzoni等14对比已有滚石冲击力算法,提出最大脉冲算法、弹塑性算法、LS-DYNA 算法,并验证了其适用性,由此得出强震触发的崩塌滚石的运动特征、消能方式与地震烈度、滚石规模、坡面形态等因素相关。对落石碰撞过程的研究为确定落石碰
18、撞中的能量损耗比例奠定了基础。随着计算机技术的发展,数值模拟也逐渐成为岩 160 水文地质工程地质第 5 期土工程领域的重要研究手段。目前针对落石和崩塌常见的数值模拟软件有 RAMMS、PFC、Rocfall、UDEC等方法15。RAMMS 常用于大范围的斜坡落石滚动过程分析,其应用基础为数字高程模型,不适用于小型高陡边坡的落石研究16。PFC 偏向于颗粒流运动过程的机理研究,因建模复杂,难以应用于实际中的小型边坡评价17。UDEC 则适用于模拟岩体结构、破坏过程、应力分析等,由于建模网格主要为尖锐的块体,无法模拟塑性变形,对块石的运动过程模拟效果较差18。Rocfall 主要针对较简单的边坡
19、进行弹跳过程模拟,适用于简单边坡,可大致给出坡面块石弹跳距离;在实际中的应用也较广泛,由于将岩块视为刚体,算出的运动距离往往偏大19。通过模型试验、运动过程物理模型分析、数值模拟等多种方式的研究,取得了崩塌落石的运动模式、影响因素和碰撞能量损耗计算参数等重要成果。但由于缺少与实际情况的衔接,无法根据岩体、坡面特性、坡形得出普适性的计算模型。本次研究,在总结广州市岩质边坡危岩体发育特征基础上,探究不同坡形在不同工况条件下危岩体影响范围的计算方法。1 广州市岩质边坡发育特征广州市位于华南地区,市域地形北高南低,北部和东部山地丘陵众多,随着城市建设外拓产生了大量人工开挖岩质边坡20。此外,广州市气候
20、温暖潮湿,汛期大暴雨、特大暴雨多发频发,具有雨强大、范围广、累积雨量大、强降水时空分布集中、持续时间长等特点,为崩塌落石灾害提供了有利气象条件,增大了崩塌灾害风险。2018 年 6 月,广州市黄埔区保利林语山庄孤石滚落事件,涉及 81 户 350 多名居民21。危岩体调查结果显示,广州市城区共有潜在崩塌风险的岩质陡坡 732 处,主要分布于黄埔区、天河区、白云区和南沙区,规模上以小型崩塌为主。边坡成因上,自然边坡仅有 76 处,占比为 10.38%;人工边坡656 处,占比为 89.62%。人工边坡中采石边坡 445 处,占总数的 60.80%;居民削坡建房、道路建设、非居民削 坡 建 设 数
21、 量 分 别 为 39,64,108 处,占 比 分 别 为5.33%,8.74%,14.75%,共计 28.82%。总体上广州市内边坡危岩体具有以下特征:(1)类型上看,人工边坡数量远大于自然陡坡,是为采石、工程、道路和房建削坡开挖形成的边坡。(2)采石边坡坡高多在 1080 m 之间,坡度较陡,常见直立边坡,坡面形状较为规则,多为直线型坡,也可见阶梯形坡、凹面或凸面坡。坡面多数裸露,坡面较破碎,除构造形成的结构面外,坡面还常见爆破、风化、卸荷导致的各类节理面,致使坡面存在大量的局部小型危岩体,多具有显著的崩塌落石风险(图 1)。图 1 广州市南沙区大井天山石场边坡Fig.1 Slope o
22、f the Dajing Tianshan Stone Farm in NanshaDistrict of Guangzhou(3)道路、房屋和其它建设活动削坡坡高多在 3 30 m 之间,坡度 5090不等,坡形多为直线型,岩体完整性较采石边坡好,风化程度往往较高,部分采取了挡墙或喷锚等防治措施进行防治。由于此类边坡往往紧邻人类活动区域,虽然规模较小,但威胁最为显著(图 2)。图 2 广州市南沙区芦湾上街 63 号后侧边坡Fig.2 Side slope behind No.63 Luwan Street in Nansha Districtof Guangzhou(4)存在崩塌隐患的自然岩
23、质斜坡多为高陡的砂岩或砾岩斜坡,经历了漫长的地质演化历程,地质构造较稳定,块体较为完整,结构面发育较少,整体上稳定性较好,在地质演化过程中部分边坡可能产生大块孤石或结构面切割的不稳定块体,在广州常见于大岗山、莲花山等地区(图 3)。2023 年曾启强,等:广州地区岩质边坡崩塌影响范围计算方法初探 161 图 3 广州市南沙区大岗镇砂岩质陡坡Fig.3 Sandstone steep slope near Dagang Town in NanshaDistrict of Guangzhou 由此可见,广州市内存在威胁的边坡危岩体既存在于人工开挖边坡,也存在于自然边坡。人工开挖边坡主要表现为直线型
24、和阶梯形;自然陡坡主要为凸面型或直线型,但也存在少量坡形较为复杂的坡体。根据调查结果可以将广州市内主要岩质陡坡坡形简化分类为直线型、阶梯形和凸面型。2 岩质崩塌影响范围计算式推导为适应大范围岩质陡坡危岩体调查的需求,对常见坡形条件下落石运动过程进行还原,并依据运动过程物理力学运算,求取不同条件下崩塌落石的影响范围。2.1 直线型边坡采用以下方式对崩塌块体运动过程进行简化处理:1)假设坡面和坡脚威胁区为平面。2)崩塌块体通常位于陡坡之上,岩块在陡坡上的运动方式通常为滚动与碰撞交替进行,整个过程的阻力等效边坡滚动摩擦系数22。边坡摩擦系数取值参考崩塌防治工程勘查规范(TCAGHP0112018)2
25、3(表1)。表 1 常见坡面岩块滚动摩擦系数Table 1 Rolling friction coefficients of common slope blocks 坡面特征滚动摩擦系数光滑岩面、混凝土表面0.300.60软岩面、强风化硬岩面0.400.60块石堆积坡面0.550.70密实碎石堆积坡面、硬土坡面、(植被灌木从)发育0.550.85密实碎石堆积坡面、硬土坡面、植被不发育或少量杂草0.500.75松散碎石坡面、软土坡面、植被(灌木丛为主)发育0.500.85软土坡面、植被不发育或少量杂草0.500.85 3)块体在坡脚发生碰撞并反弹,采用法向及切向恢复系数对块体反弹速率进行计算24
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 广州 地区 岩质边坡 崩塌 影响 范围 计算方法 初探
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。