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含断续贯通裂隙危岩体稳定性计算方法王智【摘要】含断续贯通裂隙危岩体是西南山区尤其是三峡库区重庆地段常见的地质灾害之一,该危岩体稳定性计算应综合考虑贯通段和未贯通段的力学参数、变形协调及应力分配问题.基于主控结构面特征建立了含断续贯通裂隙危岩体物理模型,提出了主控结构面含断续贯通裂隙的Mohr-Coulomb强度准则,并给出了参数计算表达式;建立了含断续贯通裂隙危岩体力学模型,给出了危岩体荷载计算表达式,提出了基于稳定系数的含断续贯通裂隙危岩体稳定性计算方法;将该方法运用于重庆市万州区首立山危岩体灾害稳定性计算,算例表明万州首立山8个危岩体均处于稳定状态,与根据重庆市地方标准《地质灾害防治工程设计规范》(DB50/5029-2004(简称规范))计算得到的危岩体稳定性结果相吻合;利用提出的危岩体稳定性计算方法得到的稳定系数值与"规范"值相近,具有一定的工程适用性,但其稳定系数值普遍高于"规范"值,表明"规范"过于保守.【期刊名称】《安全与环境工程》【年(卷),期】2016(023)001【总页数】5页(P22-26)【关键词】危岩体;稳定性计算方法;断续贯通裂隙;主控结构面【作者】王智【作者单位】中煤科工集团重庆设计研究院有限公司,重庆400016【正文语种】中文【中图分类】X43;TU457危岩体是指由多组岩体结构面切割并位于陡崖或陡坡上稳定性较差的岩石块体及其组合，根据失稳模式，可将危岩体分为滑塌式、倾倒式和坠落式3类。
危岩体崩塌是山区主要地质灾害类型及灾害地貌，也是三峡库区主要灾害类型，具有分布范围广、稳定性差、致灾严重等特性。
随着西部开发的迅速展开，尤其是三峡库区建造、隧道开挖等大型工程的进行，危岩体崩塌灾害日益显著。
因此，进行危岩体稳定性计算方法研究，对于其防灾减灾具有必要性和紧迫性。
含断续贯通裂隙滑塌式危岩体中的节理主要处于压剪应力状态，非贯通裂隙岩体的抗剪强度一直是国内外学者们重点研究的内容。
千家岩崩塌(危岩)体特征及稳定性评价摘要：崩塌是斜坡灾害的一种形式，千家岩崩塌（危岩）体在地震、降雨的影响下产生变形破坏，本文通过野外调查，查明千家岩崩塌的基本特征，分析了千家岩崩塌的变形机制及变形趋势，通过对其稳定性进行分析计算，为崩塌治理提供可靠的数据支持。
关键词：崩塌；基本特征；变形机制；稳定性分析一、千家岩崩塌（危岩）体基本特征千家岩崩塌位于四川省都江堰市都江堰市龙池镇栗坪社区，崩塌体发育于龙溪河左岸斜坡上，位于不稳定斜坡下部基岩出露处。
根据本次地面调查，崩塌体后缘有裂缝，根据崩塌体的相对位置、结构组成及崩落方向，将整个区域分为崩塌区以及堆积区。
图1 崩塌BT1全貌照片（1）崩塌区崩塌堆积区地形坡度约38-54°，危岩体岩层产状136°∠68°，与坡面倾向相反，为一反向坡，岩性主要为石炭系（C）灰岩，泥质灰岩，风化、卸荷裂隙发育。
崩塌区长约40m，宽约50m，厚约2-3m，体积6000m3，为一小型岩质崩塌，主崩方向为332°。
（2）堆积区崩塌堆积体长约26m，宽约40m，厚约2-5m，体积3800m3。
崩塌堆积物沿斜坡分布，北东部基岩崩落的大块石分散于斜坡中下部，部分块石滚落至下部机耕道外部，堆积区坡度在20°-35°之间。
崩塌堆积体顺坡堆积形成倒石锥，堆积体结构松散。
由于堆积体位斜坡平台后缘，未见滚落和滑动现象，目前处于基本稳定状态。
二、崩塌（危岩）体变形特征及形成机制经野外实地调查，该崩塌最早出现于5.12地震。
2010年8月，该崩塌在强降雨条件下发生局部垮塌，崩塌方量约260m3，2013年7月9日，受强降雨影响，发生垮塌，方量约320m3。
本次崩塌发生于2017年8月28日强降雨条件下，崩塌体顶部基岩崩落，沿斜坡堆积在斜坡中下部。
岩层产状与坡面倾向相反，崩塌堆积体目前处于整体基本稳定状态。
崩塌后缘右侧为强风化基岩，风化裂隙发育，裂缝一般宽约2-5cm。
危岩稳定性计算4.2危岩体稳定性计算及评价 421计算模型目前，按照不同的标准，危岩分类系统多样，但是，从工程防治的角度按 照危岩失稳类型进行分类更有价值，可将危岩概化分为滑移式危岩、倾倒式危 岩和坠落式危岩3类。
计算公式参考重庆市地方标准《地质灾害防治工程勘察 规范》 （DB50/143-2003）中（30）〜（50）计算公式。
勘查区内主要为滑移式危岩、倾倒式危岩；当软弱结构面倾向山外，上覆 盖体后缘裂隙与软弱结构面贯通，在动水压力和自重力作用下，缓慢向前滑移 变形，形成滑移式危岩，其模式见图（图4.2-1）;当软弱夹层形成岩腔后，上覆 盖体重心发生外移，在动水压力和自重作用下，上覆盖体失去支撑，拉裂破坏 向下倾倒，形成倾倒式危岩（图4.2 — 2）1、滑移式危岩体计算（1）计算模型图4.2 —2倾倒式危岩示意图图4.2 —1滑移式危岩示意图图4.2 - 3滑移式危岩稳定性计算示意图（后缘无陡倾裂隙）危岩后缘图4.2 - 4滑移式危岩稳定性计算示意图（后缘有陡倾裂隙）（2）计算公式①后缘无陡倾裂隙（滑面较缓）时按下式计算(W cos Qsin U )tg clW sin Q cos(4.2.1 )式中：1V ――裂隙水压力（kN/m）, V - w h W ;2h w ――裂隙充水高度（m），取裂隙深度的1/3。
w ——取10kN/m=Q 地震力（kN/m），按公式Q e W确定，式中地震水平作用系数e取0.05 ;c ――后缘裂隙粘聚力标准值(kPa);当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4倍；――后缘裂隙内摩擦角标准值(kPa);当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段内摩擦角标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.95倍；——软弱结构面倾角(°，外倾取正，内倾取负；3W ――危岩体自重(kN/m )。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------危岩稳定性分析方法第 26 卷第2期应用力学学报Vo l. 26No. 22009 年 6 月CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICSJun. 2009文章编号 : 1000 - 4939( 2009) 02 -0278 - 05危岩稳定性分析方法陈洪凯1, 2( 重庆交通大学*鲜学福2400074 重庆 ) 1唐红梅( 重庆大学1, 2王林峰1重庆 ) 2400040摘要: 通过试验建立了同时考虑危岩主控结构面贯通率和防治工程安全等级的危岩主控结构面抗剪强度参数贯通率法 ; 按照出现频率 , 将作用在危岩体上的荷载拟定为三种荷载组合 ( 工况) 。
认为处于特大型水利工程区或高频率强烈地震区的一级防治工程, 应将设计荷载组合调整为/ 自重 + 裂隙水压力( 暴雨状态 ) + 地震力0 ; 基于极限平衡理论详细推导了滑塌式危岩、倾倒式危岩和坠落式危岩在不同荷载组合下的稳定系数计算方法 , 结合稳定性评价标准, 系统建立了危岩稳定性分析方法。
应用这种危岩主控结构面抗剪强度参数贯通率法确定的 c、 U 值比规范推荐的长度加权方法随机性要小, 经 2001~ 2007 年现场观测验证计算结果是比较符合实际情况的。
关键词 : 岩石力学; 主控结构面 ; 抗剪强度参数 ; 稳定性分析方法; 危岩中图分类号 : P 642 1 21; O3461 1 文献标识码: A 文献 [ 4 - 7] 运用模糊综合评判法、赤平极射投影法及极限平衡理论对危岩块体进行了定性、半定量分析; 文献[ 8] 初步建立了各类1/ 22危岩的极限平衡分析法。
危岩是指由多组岩体结构面切割并位于陡崖或陡坡上稳定性较差的岩石块体及其组合[ 1] , 是产生崩塌灾害的初始物质条件[ 2] 。
危岩体稳定性分析方法与评价A.1 一般规定A.1.1 危岩体稳定性计算所采用的荷载为危岩体自重、裂隙水压力和地震力。
A.1.2 危岩体稳定性计算所采用的工况可分为下列三种情形，各工况考虑的荷载组合应符合下列规定：1 工况1，现状工况：考虑危岩体自重和裂隙水压力，对坠落式危岩不考虑裂隙水压力；2 工况2，暴雨工况：考虑危岩体自重和暴雨时裂隙水压力；3 工况3，地震工况：考虑危岩体自重、现状时裂隙水压力和地震力，对坠落式危岩不考虑裂隙水压。
A.2 危岩体稳定性计算A.2.1 危岩的稳定性应根据危岩范围、规模、危岩破坏模式及已经出现的变形破坏迹象，采用工程类比法进行定性判断。
当危岩破坏模式难以确定时，应同时进行各种可能破坏模式的危岩稳定性计算。
A.2.2 危岩稳定性计算中，裂隙水压力可按下式计算:w w V h γ=212（A.2.2）式中：V —— 裂隙水压力（kN/m ）；h w —— 裂隙充水高度（m ），对于危岩体后缘裂隙排水不畅的，在现状工况时按实际调查取值，在暴雨工况时可取裂隙深度的1/3～2/3。
A.2.3 危岩稳定性计算中，地震力方向可视为水平，地震力大小可按下式计算：e Q W ζ= （A.2.3）式中：Q —— 作用于危岩体上的地震力（kN/m ）；W —— 危岩体自重（kN/m ）；ζe —— 地震系数，取0.05。
A.2.4 滑移式危岩体稳定性计算模型如图A.2.4所示，危岩体稳定性系数应按下式计算：()cos sin tan sin cos W Q V cl F W Q ααϕαα--⋅+=+ （A.2.4）式中：V—— 裂隙水压力（kN/m ），根据不同工况按式（A.2.2）计算；Q —— 地震力（kN/m ），根据式（A.2.3）计算； F —— 危岩体稳定性系数；C —— 后缘裂隙粘聚力标准值（kPa ），当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权的平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4倍； φ —— 后缘裂隙内摩擦角标准值（°）； α —— 滑面倾角（°）。
表3.6-1 W1危岩体特征、稳定性评价及整治方案建议说明表位置剖面1计算受力分析图aβαbvGOHhhwh危岩照片岩性变质砂岩基座岩性变质砂岩岩层产状273°∠28°分布高程（m）861.90～857.42 危岩形态不规则块体块体规模（m）（长×高×厚）3.3×3.75×1.5 危岩体积（m3）18.56主崩方向（°）76°崩塌方式滑移式最大垂直落差(m)136.90m最大水平落距(m)95.67m控制结构面及其描述①组裂隙，产状为87°∠55°，延伸3～4m，间距0.50～2.00m，张开度20～30mm，裂面粗糙，局部粘土或碎石充填；②组裂隙，产状为200°∠76°，延伸3～5m，间距3.00～4.00m，张开度5～20cm，裂面粗糙，局部粘土或碎石充填；③岩层产状：273°∠28°④边坡坡向：75°∠70°剖面、立面图比例尺：1:10075°51'结构面赤平投影分析图NESW1234①岩层产状：273°∠28°②裂隙LX1产状：87°∠55°③裂隙LX2产状：200°∠76°④边坡坡向：75°∠70°稳定性定性分析基本稳定稳定性定量分析计算参数γ天=23.6kN/m3,γ饱和=23.8kN/m3 ,S=29.56㎡ Q=34.88 kN/m，α=70°,L=3.35m，h w=2.12m。
计算结果及稳定性分析工况1 F=1.324工况2 F=1.190工况3 F=1.268稳定性综合评价工况1 稳定工况2 欠稳定工况3 基本稳定治理措施建议清除表3.6-2 W2危岩体特征、稳定性评价及整治方案建议说明表位置剖面2计算受力分析图aβαbvGOHhhwh危岩照片岩性变质砂岩基座岩性变质砂岩岩层产状273°∠28°分布高程（m）851.12～848.29 危岩形态不规则柱状块体规模（m）（长×高×厚）3.14×4.31×1.4 危岩体积（m3）8.44主崩方向（°）123°崩塌方式倾倒式(重心在内) 最大垂直落差(m)125.32m最大水平落距(m)60.50m控制结构面及其描述①组裂隙，产状为130°∠40°，延伸3～8m，间距1.00～5.00m，张开度10～20mm，裂面粗糙，无充填；②组裂隙，产状为200°∠78°，延伸3～5m，间距3.00～4.00m，张开度5～30cm，裂面粗糙，无充填；③岩层产状：273°∠28°④边坡坡向：123°∠55°剖面、立面图比例尺：1:100123°37'结构面赤平投影分析图NESW1234①岩层产状：273°∠28°②裂隙LX1产状：130°∠40°③裂隙LX2产状：200°∠78°④边坡坡向：123°∠55°稳定性定性分析稳定稳定性定量分析计算参数γ天=23.6kN/m3,γ饱和=23.8kN/m3 ,S=2.77㎡ Q=3.27 kN/m，α=66°，β=80°,f lk=108kPa， H=3.2m，h=3.19m，a=0.58m，b=0.79m,h0=1.61m。
4.2危岩体稳定性计算及评价
4.2.1计算模型
目前，按照不同的标准，危岩分类系统多样，但是，从工程防治的角度按照危岩失稳类型进行分类更有价值，可将危岩概化分为滑移式危岩、倾倒式危岩和坠落式危岩3 类。
计算公式参考重庆市地方标准《地质灾害防治工程勘察规范》（DB50/143-XXXX）中（30）～（50）计算公式。
勘查区内主要为滑移式危岩、倾倒式危岩；当软弱结构面倾向山外，上覆盖体后缘裂隙与软弱结构面贯通，在动水压力和自重力作用下，缓慢向前滑移变形，形成滑移式危岩，其模式见图(图4.2-1)；当软弱夹层形成岩腔后，上覆盖体重心发生外移，在动水压力和自重作用下，上覆盖体失去支撑，拉裂破坏向下倾倒，形成倾倒式危岩(图4.2－2)。
图4.2－1 滑移式危岩示意图图4.2－2 倾倒式危岩示意图
1、滑移式危岩体计算
（1）计算模型
图4.2－3 滑移式危岩稳定性计算示意图(后缘无陡倾裂隙)
图4.2－4 滑移式危岩稳定性计算示意图(后缘有陡倾裂隙)
（2） 计算公式
① 后缘无陡倾裂隙（滑面较缓）时按下式计算
(cos sin )sin cos W Q U tg cl
K W Q θθϕθθ
−−+=
+ （4.2.1）
式中：V ——裂隙水压力(kN/m)，2
2
1w w h V γ=；
w h ——裂隙充水高度(m)，取裂隙深度的1/3。
w γ——取10kN/m 。
Q ——地震力(kN/m)，按公式e Q W ξ=⨯确定，式中地震水平作用系数e ξ取
0.05；
K ——危岩稳定性系数；
c ——后缘裂隙粘聚力标准值(kPa)；当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯
通段粘聚力标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4倍；
φ——后缘裂隙内摩擦角标准值(kPa)；当裂隙未贯通时，取贯通段和未
贯通段内摩擦角标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.95倍；
θ——软弱结构面倾角(°)，外倾取正，内倾取负； W ——危岩体自重(kN/m 3)。
② 后缘有陡倾裂隙、滑面缓倾时，滑移式危岩稳定性按下式计算：
(cos sin sin )sin cos cos W Q V U tg c l
K W Q V θθθφθθθ
−−−+⋅=
++ （4.2.2）
式中符号同前。
2、 倾倒式危岩计算 （1） 计算模型
图4.2－5a 倾到式危岩稳定性计算示意图（后缘岩体抗拉强度控制）
图（2） 计算公式
① 危岩破坏由后缘岩体抗拉强度控制时，按下式计算：
危岩体重心在倾覆点之外时：
012cos()2sin 3sin cos cos()sin 3sin cos lk
w H
H h b
f K h H h b
W a Q h V βθβ
βθβθββθ⎡⎤−+−⎢⎥
⎣⎦=⎡⎤−⋅+⋅+++−⎢⎥
⎣⎦
（4.2.3）
危岩体重心在倾覆点之内时：
012cos()2sin 3sin cos cos()sin 3sin cos lk w H h H h b
f W a K h H h b
Q h V βθββθβθββθ⎡⎤−−⋅⋅+−+⋅⎢⎥⎣⎦=⎡⎤−⋅+++−⎢⎥
⎣⎦
（4.2.4）
式中：h ——后缘裂隙深度（m ）；
w h ——后缘裂隙充水高度（m ）；
H ——后缘裂隙上端到未贯通段下端的垂直距离（m ）； a ——危岩体重心到倾覆点的水平距离（m ）；
b ——后缘裂隙未贯通段下端到倾覆点之间的水平距离（m ）； 0h ——危岩体重心到倾覆点的垂直距离(m)；
lk f ——危岩体抗拉强度标准值（kPa ），根据岩石抗拉强度标准值乘以0.4的折减系数确定：
θ——危岩体与基座接触面倾角（°），外倾时取正值，内倾时取负值； β——后缘裂隙倾角（°）。
其它符号意义同前。
② 当危岩的破坏由底部岩体抗拉强度控制时，按下式计算：
201
31(cos )
3sin lk w
f b Wa K h Q h V b ββ
⋅+=
⋅++ （4.2.5） 式中各符号意义同前。
③ 对于孤立具有缓倾软弱结构面的危岩体，后缘无裂隙水压力，其计算时要考虑风力作用，稳定性按下式计算：
20
1
3
()lk f b Wa K Q F h ⋅+=+⋅风 （4.2.6）
式中：F 为风力，2(sin )F S V ρω=，ρ为空气密度，标准状态下31.293/kg m ρ=，S 为迎风面积，v 为风速，计算时取10/v m s =，ω为风向与迎风面积间的夹角。
4.2.2危岩稳定性计算
根据危岩结构特征和形态特征，结合雁门沟1、2号危岩崩塌分析结果，本区危岩破坏模式主要为滑移式和倾倒式危岩。
（1）计算参数：
根据取样室内资料，危岩体天然重度26.4kN/m 3，饱和重度26.7kN/m 3；天然抗压强度标准值19.67MPa ，饱和抗压强度标准值14.07MPa ，天然抗拉强度标准值0.68MPa ，饱和抗拉强度标准值0.59Mpa 。
由于勘查区内无条件进行现场试验，根据现场对危岩的调查后反复分析，灰岩裂隙面大多平直光滑，呈微张状，部分石英脉充填，裂隙面结合差，裂隙抗剪强度低，查《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-XXXX ）表 4.5.1，综合确定，裂隙抗剪强度为：内摩擦角取25～27°，粘聚力47～57kPa 。
裂隙水压力按裂隙蓄水能力和降雨情况确定。
（2） 计算工况
计算工况选取如下三种：
工况Ⅰ：自重+现状裂隙水压力，（其中裂隙充水高度取取裂隙深度的1/5～1/2）；
工况Ⅱ：自重+暴雨（强度重现期按20a 考虑），（其中裂隙充水高度取取裂隙深度的1/2～2/3)；
工况Ⅲ（校核工况）：自重+地震+暴雨（强度重现期按20a 考虑），（其中裂隙充水高度取取裂隙深度的1/2～2/3）；
4.2.3计算结果
危岩稳定性计算结果见下表（评价结果依据表4－5）：
4.2.4危岩稳定性评价
（1）危岩稳定性评价标准
根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-XXXX)，防治工程等级一级，滑塌式危岩稳定安全系数取值为 1.3, 倾倒式危岩稳定安全系数取值为 1.5,可建立下列评价标准：
表4－6 危岩稳定性评价标准
（2）危岩稳定性评价
从表4-5可知：5个危岩体天然状态下都处于稳定状态，暴雨或连续降雨条件下处于基本稳定～欠稳定状态，地震工况均处于不稳定状态。
危岩一区有危岩体4个，编号为WY1-1，WY1-2，WY1-3，WY1-4；危岩二区的危岩体WY2；根据野外专项调查，这些危岩体现状处于稳定或基本稳定状态，暴雨期处于基本稳定状态。
经危岩稳定性计算：工况1条件下WY1-1，WY1-2，WY1-3，WY1-4和WY2,5个危岩体均处于稳定状态；工况2（暴雨）条件下仅有号危岩体WY1-1，WY1-2，WY1-3，WY1-4处于基本稳定状态，其余都处于欠稳定状态；工况3(地震)条件下危岩均处于不稳定状态。
由于这5个危岩体对居民区生命和房屋、剑青公路、威胁较大，这些危岩体急需治理。
