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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。
水库岸危岩体稳定评价及其治理摘要：危岩是地质灾害的一种，危岩发生具有不可预见性和突发性，往往对人民的生产财产影响较大，危岩的稳定性分析是危岩工程治理的主要依据，本文主要是通过危岩勘查了解危岩发生的破坏模式及应采取的相应的评价方法。
关键词：危岩；治理；施工水库工程中，水库蓄水及库水位周期性的循环涨落，经常会诱发库岸新老滑坡的产生或复活，这类受库水影响、由库岸斜坡孕育的滑坡通常称为库岸滑坡。
水库蓄水后，必然引起两岸范围库岸边坡的不稳定，即水库塌岸或边坡再造，塌岸的严重后果，同时也会诱发新的崩塌和滑坡，都可能造成严重灾害。
简述了北同蒲铁路某段危岩体的危害性，从该工程特点出发，并根据危岩体几何和物理力学参数，确定各项治理措施。
工后监控数据表明了本治理方案的合理性和有效性。
1概况某段危岩约15km 处，该段侧下临的河，整体呈劈理构造，表层岩体被结构面切割为碎块状，粒径从20～80 cm不等，在自然因素动影响下，经常发生岩块脱落造成了极大威胁，但是由于该山体岩石本身的劈理构造特性，加之该地区昼夜温差明显以及多风等影响因素，在雨水及冰雪等综合气候条件下，致使山体多处产生楔形体危岩，危岩体体积大小不等，随着构造面的不断发展，危岩体必将脱离母体，发生滑移、倾倒、坠落等地质灾害，因此必须对该段危岩体进行根治，杜绝隐患，保证安全。
该段危岩体主要受两组发育裂隙控制。
裂隙竖向倾角约60°，长度约25 m，水平夹角约160°，使其与母岩分离；危岩体宽度50 m，高23 m，最大厚度6 m，总量约1875 m3。
2设计方案的确定危岩母岩山体坡度大，地形坡脚约55°，属丘陵地貌。
由于坡体平衡遭到破坏，随着岩体结理面逐渐发育成结构面，即导致了危岩体的产生。
从危岩体下部棚洞内观察，对上部岩体稳定性十分不利。
因此针对本危岩体特点，主要采取锚杆支护加固上部危岩体，并喷射混凝土封面；对下部岩腔进行支撑加固；同时对发育裂隙进行封堵，以免雨水浇灌。
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 clK W Q θθϕθθ−−+=+ （4.2.1）式中：V ——裂隙水压力(kN/m)，221w 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)。
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》（DB50/143-2003）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)。
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 clK W Q θθϕθθ--+=+ （4.2.1）式中：V ——裂隙水压力(kN/m)，221w 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)。
云台山景区公路边坡危岩体稳定性计算及落石运动轨迹研究作者：郭龙龙耿国建丛颖来源：《西部资源》2017年第04期摘要：介绍云台山景区内公路边坡危岩体的稳定性计算，并根据计算结果应用Rock Fall 软件模拟计算危岩体失稳后落石的运动轨迹，为危岩体的防治提供科学依据。
以编号为TW23的危岩体为例，采用静力计算的方法分析计算其在不同工况下的稳定系数，采用数值模拟软件研究危岩体失稳形成落石后的运动距离、速度、弹跳高度、冲量等运动特征，根据数值模拟结果，选取合适的防治措施，将危岩体失稳后可能造成的损害降到最低，同时为景区内其他部位危岩体的治理提供依据。
关键词：云台山；危岩体；落石；稳定性；运动轨迹引言危岩体是指发育在边坡斜体上的随时可能在各种因素作用下发生失稳破坏的岩体，具有突发性、速度快、冲击力大的特点，是山区常见的一种地质灾害。
云台山景区位于河南省焦作市境内，西北方向与山西省晋城市接壤，是我国首批5A级世界地质公园之一。
近年来景区内公路上发育的危岩体给景区的正常运行带来了安全隐患，通过现场调查，选取编号为JW23危岩体为研究对象，计算其稳定性并研究失稳后所形成的落石运动轨迹，最终为危岩体的防治提供建议。
JW23位于前往叠彩洞景点的盘山公路边坡的顶部，大体呈柱状，长2.1m，高4.6m，宽1.5m，体积14.49m3，质量38.7t，倾角65°，岩性为灰岩，危岩后部被裂隙切割，基本贯穿整个危岩体，坡面角度30°，植被生长较茂盛。
根据重庆市地方标准《地质灾害防治工程设计规范》（DB50/5029-2004）对该危岩体进行分类，属于滑移型危岩体。
1.稳定性评价标准根据陈洪凯等（2011）在《地质灾害理论与控制》一书中有关危岩体稳定性评价标准内容，可依据危岩体稳定性系数将危岩体稳定性分为：不稳定、基本稳定、稳定，对应的具体稳定性评价标准见表1。
2.稳定性计算2.1基本假设根据前人的研究成果，滑移式危岩体稳定性计算依据以下假设条件：危岩体变形发展过程中，尤其是在其破坏失稳运动以前，将危岩体视为刚体；把复杂的空间运动问题简化成平面问题；危岩体与稳定坡体之间无摩擦力。
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》（DB50/143-2003）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)。
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)
岩前缘
静水
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：
01
2cos()2
sin 3sin cos cos()sin 3sin cos lk
w H
H h b
f K h H h b
W a Q h V βθββθβθββθ⎡⎤-+-⎢⎥
⎣⎦=
⎡⎤-⋅+⋅+++-⎢⎥
⎣⎦
（4.2.3）
危岩体重心在倾覆点之内时：
012cos()2
sin 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：
2
01
3
1
(
cos )
3sin lk w f b W a 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：
2
1
3()lk f b W a
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》（GB50330-2002）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）：
表4－5
危岩稳定性系数及稳定性评价
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/T0218-2006)，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。
