三峡库区云阳至江津段危岩形成的影响因素及稳定性评价
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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。
附表1 W01危岩体特征、稳定性评价及整治方案表野外编号W01坐标X:3405011.93危岩顶标高168.92 岩层产状340º∠7º斜坡倾向255 危岩前缘倾角73º斜坡结构类型切向坡室内编号W01 Y:540326.06 危岩底标高140.10长(m)32.5宽(m)3.5高(m)28.8 体积(m3)3276崩塌方向255º破坏方式坠落式控制危岩的结构面特征照片(方向:75°)稳定性赤平投影分析图②裂隙25564③③层面3407④边坡25573④②①①裂隙15279倾向(°)倾角(°)结构面产状结构面、线产状表危岩形态及变形特征危岩大致呈薄板状,立面为不规则长方形,危岩体下部凹岩腔发育,发育深度约2.5m,危岩体后壁追踪卸荷裂隙形成破裂面,侧壁裂隙切割岩体形成危岩体边界,岩性为厚层状砂岩夹薄层砂岩构成,危岩体自身也易产生局部掉块破坏。
危岩稳定性评价根据赤平投影图分析,该处危岩体主要受②裂隙的外倾控制,已被切割成薄板状,现危岩体底部存在由于原砂岩岩体的坠落后形成的凹岩腔,危岩体前缘及下部临空,有沿后缘陡倾裂隙坠落破坏的可能,定性判断危岩体现状处于基本稳定。
危岩经稳定性定量计算,在天然1、天然2和暴雨工况下,稳定性系数分别为1.23、1.72、1.05,为稳定~欠稳定。
综合判定该危岩体为欠稳定危岩体。
危害性预测主要威胁其上的岗哨及陡崖下船艇大队船艇航行的安全治理措施建议锚索加固+局部清除附表1 W02危岩体特征、稳定性评价及整治方案表野外编号W02坐标X:3404980.49危岩顶标高168.38 岩层产状340º∠7º斜坡倾向256 危岩前缘倾角76º斜坡结构类型切向坡室内编号W02 Y:540338.79 危岩底标高143.28长(m)39.7宽(m)3.9高(m)25.1 体积(m3)3886.23崩塌方向256º破坏方式坠落式控制危岩的结构面特征照片(方向:75°)编号位置走向倾向倾角切割深度张开度充填物裂面形态裂面粗糙度裂隙间距地下水情况危岩形态及变形特征危岩大致呈薄板状,立面为长方形,危岩体下部凹岩腔发育,发育深度约2.2m,危岩体后壁追踪卸荷裂隙形成破裂面,侧壁裂隙切割岩体形成危岩体边界,岩性为厚层状砂岩夹薄层砂岩构成,危岩体自身也易产生局部掉块破坏。
关于三峡库区用数值模拟研究危岩体的现状斜坡上的岩土块体在重力、地震力及其它外力作用下发生断裂、倾倒和坠落等块体运动的现象叫做崩塌,斜坡上的岩土块体已有变形迹象,但还没有下来称为危岩[1]。
危岩是三峡库区主要的地质灾害类型之一,其对库区的安全性具有重要的影响,分析库区危岩体的稳定性对安全运作具有重要的意义,而使用数值模拟的方法对其进行研究,是今后工作的主要方向和有效手段。
一、三峡库区危岩地质灾害分布情况近10年来,三峡库区的万州天生城、太白岩、云阳五峰山等发生了多次较大规模的危岩失稳灾害。
2000年12月19日,云阳五峰山发生崩塌,危岩落石冲断直径20 cm、高20余米的树木,将水泥电杆拦腰冲断,在地上弹跳30余米后将4层楼高的砖混民房冲坏。
2001年10月18日和20日,天生城发生2起危岩失稳灾害,直径2.1~2.5 m的岩石冲落到陡崖下方的福建小学(为三峡移民援建工程)的操场及教学大楼,导致福建小学停课、搬迁;而12月16日的落石直径在3.4 m左右,从80余米高的陡崖上冲落到陡崖下方的滨江路,再弹跳穿越2栋10层高的商住楼到小区花园停止。
据不完全的统计资料表明,三峡库区内危岩量多、致灾几率大,仅万州城区,处于临界稳定状态的危岩就有413个,直接威胁居民5万多人,危岩失稳的直接经济损失达30余亿元。
由此可见,危岩是三峡库区内重要的地质灾害之一,有效治理危岩,减灾防灾,有利于三峡移民工程及库区经济建设。
二、三峡危岩体分布三峡库区内的危岩体积通常在100~8000m3之间,几乎70%的危岩处于欠稳定稳定状态,且90%属于拉张坠落型危岩和拉剪坠落型危岩。
境内的危岩分布与陡崖、陡坡、江河沟谷切割及地层组合密切相关。
而且,所有危岩均位于陡崖上,在其他条件相同时,可从河谷、岸坡的切割推断危岩的形成过程。
如果陡崖或陡坡由软硬相间的地层组合,如砂岩和泥岩,便会存在显著的差异风化。
值得注意的是,区内的危岩体的岩性几乎均为砂岩或灰岩。
第11卷第5期中国水运V ol.11N o.52011年5月Chi na W at er Trans port M ay 2011收稿日期:2011-02-20作者简介:赵小波(3),男,中交第二航务工程勘察设计院有限公司勘察岩土工程事业部,助理工程师,学士,主要从事岩土工程勘察工作。
三峡库区云阳西城滑坡稳定敏感因素分析赵小波,郝勇,俸锦福(中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北武汉430071)摘要:云阳老县城的大部分城区位于西城滑坡的范围内,使得西城滑坡的稳定状况显得十分重要。
为了全面清晰的认识西城滑坡的变形、破坏机理以及各种因素对滑坡稳定性的影响,并正确地评价滑坡的稳定性,对西城滑坡采用了极限平衡法(采用Sarm a 法)进行稳定性计算,对滑坡进行了影响因素敏感性分析。
对于分析类似的岩质高边坡的稳定性问题有一定的参考意义。
关键词:滑坡;稳定性分析;三峡库区中图分类号:TU 457文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2011)05-0144-02一、前言三峡库区的云阳老县城大部分城区位于西城滑坡的范围内,使得西城滑坡的稳定状况显得十分重要。
即使在县城搬迁到双江后,175m 高程之上仍遗留有部分单位、工矿企业及近九千居民居住在滑坡体上,三峡水库蓄水后滑坡体的稳定与否将直接关系到这部分单位和居民的生命财产安全。
为了全面清晰的认识西城滑坡的变形、破坏机理以及各种因素对滑坡稳定性的影响,并正确地评价滑坡的稳定性,有必要对滑坡在几种主要工况下的稳定性及滑坡失稳控制因素进行深入探讨。
二、滑坡区岩土的工程性质滑坡体物质组成主要为碎石土和层状碎裂岩体,滑动带的组成物质主要为紫红色~紫褐色泥夹少量碎砾石,结构致密。
下伏基岩主要为侏罗系上统遂宁组上段的长石石英砂岩、粉砂质泥岩及泥岩,其中长石石英砂岩属于中硬岩类,粉砂质泥岩和泥岩属软岩。
对滑坡的稳定评价而言,滑带土物理力学参数是起至关重要作用的,滑坡岩土力学参数选择主要是滑带土的抗剪强度指标。
长江三峡工程环境地质yuanzi16长江三峡水利枢纽工程,是举世瞩目的跨世纪巨型工程。
它具有巨大的防洪、发电、通航、供水、灌溉、水产和旅游以及发展库区经济等综合效益。
三峡工程的环境地质条件和环境地质问题如何,对于工程的安全稳定、正常运行和经济合理,对于其经济、社会和环境效益的发挥,都具有十分重要的意义。
本文拟根据公开发表的资料和研究成果,概略论述关于长江三峡工程的主要的环境地质条件和环境地质问题,供读者了解和研究参考。
一、长江三峡地区地壳稳定性长江三峡地区在大地构造上,属于扬子准地台内部的一个由出露的前震旦纪结晶基底构成的稳定地块。
其区域地壳稳定性良好。
尤其是在我国华南地区,这种地块对于筑坝建库,确实是一种得天独厚、不可多得的优越的环境地质条件。
在我国华北地台的古老基底上筑坝甚多,如大伙房、潘家口、岗南、下静游等坝址,筑坝建库以来一直都很安全稳定。
加拿大斯堪的纳维亚库坝,建在古老基底上,也很安全稳定。
在长江三峡地区古老地块周围,虽有一些弱活动性断裂,但是其近期的构造活动性和地震活动性都比较微弱。
巴东至宜昌剖面的地震和重磁探测成果表明,这一带未反应出有陡梯度的深大断裂存在。
在茅坪和秭归两处,分别进行的800米和500米深孔水压致裂地应力测定以及深孔电视和孔隙水压力测定成果,也进一步证明长江三峡地区属于稳定地块区。
二、长江三峡工程坝区环境地质三斗坪坝址是一个符合长江三峡工程整体要求的大坝坝址。
坝区面积为18.7平方公里。
坝基岩体为坚硬、完整的花岗岩岩体。
专家论证报告指出,三斗坪坝址“基岩完整,力学强度高,透水性弱,工程地质条件优越,适宜修建混凝土高坝”。
岩体结构研究是研究岩体工程地质性质的基础。
有关专家在三斗坪坝基和船闸岩体结构研究中,通过对具有典型意义的出露岩体结构面参数的实测,采用计算计网络模拟技术,分别建立了岩体结构面产状、间距、迹长概率模型,并利用该模型对坝基和船闸岩体的工程地质性质进行了评价。
三峡库区凤城危岩稳定性评价与防治对策研究张彬;李亚玲;慎乃齐;康向阳;覃祖淼【期刊名称】《地学前缘》【年(卷),期】2009(16)6【摘要】危岩失稳是三峡库区频发的地质灾害之一.文章在研究凤城危岩所处区域的地质背景条件及危岩失稳的诱发因素基础上,分析了凤城镇危岩体的分布规律及形态特征,根据破坏模式的不同对该区危岩进行了类型划分,采用赤平投影法与极限平衡法对该区6个代表性危岩单体的稳定状况进行定性与定量分析评价,经分析判断其均处于欠稳定或不稳定状态,需进行工程治理.针对每个危岩单体的具体特征,提出了小规模清方+岩体支撑+锚固,配合地表排水及裂隙封闭的联合治理方案.%The failure of dangerous rock is one of the geological disasters that occurs frequently in the Three Gorges Reservoir area. Based on the study of geological background conditions and the factors inducing the failure of dangerous rocks, this paper explains the distribution and morphological characteristics of dangerous rocks in Fengcheng town, provides the classification of the failure modes of the dangerous rocks in this area, and analyses the stabilities of six representative monomers of dangerous rocks qualitatively by stereographic projection method and quantitatively by limit equilibrium method. The results of the study show that all of the six dangerous rocks are instable or metastable, therefore, the control measures on them must be taken. The joint controlling measures of small-scale earthwork, rock-side support and anchorage, with surface drainage and closing fissures are put forward.【总页数】7页(P113-119)【作者】张彬;李亚玲;慎乃齐;康向阳;覃祖淼【作者单位】中国地质大学(北京)工程技术学院,北京,100083;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京,100083;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京,100083;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京,100083;中航勘察设计研究院,北京,100098【正文语种】中文【中图分类】P642.2【相关文献】1.三峡库区小溪隧道口危岩稳定性评价与防治 [J], 许家美2.三峡库区云阳-江津段危岩形成的影响因素及稳定性评价 [J], 董好刚;陈立德;黄长生3.重庆市三峡库区地质灾害长寿区凤城危岩发育特征及治理措施 [J], 韦家项4.层次分析法在危岩稳定性评价中的应用:以重庆市渝北区老岩危岩为例 [J], 欧武涛;王伟5.三峡库区危岩群发性机理与防治——以万州太白岩为例 [J], 陈洪凯;鲜学福;唐红梅;封全红因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
三峡库区云阳-江津段危岩形成的影响因素及稳定性评价*董好刚陈立德黄长生(宜昌地质矿产研究所宜昌443003)摘要三峡库区云阳-江津段高陡岸坡地质环境复杂,危岩极其发育,其破坏具有突发性、致灾具有毁灭性。
危岩稳定性影响因素具有复杂性及模糊性特点,河流或沟谷强烈下切产生的岸坡岩体卸荷作用、软硬相间的岩层组合以及高强度的降雨或较大的日温差变化是三峡水库区危岩形成的基本条件。
本文选取地形地貌、地层岩性、岩体结构、危岩体规模、水文地质、风化作用、土地利用类型7个因子作为评价指标,建立危岩稳定性评价指数模型。
根据稳定性指数将危岩稳定性分为4级:稳定、基本稳定、稳定性差、稳定性极差。
结合实例,对万州黑岩脚危岩体进行了稳定性模糊评价,结果与实际调查情况基本一致。
研究结果表明,本文提出的危岩稳定性评价指数模型,考虑的信息量丰富,数据通过野外调查容易获得;评价指标权选取和分级合理,稳定性模糊评价结果与与实际调查情况基本符合,为三峡库区危岩稳定性分析、治理和监测提供了重要依据。
关键词危岩;影响因子;三峡库区;指数模型;稳定性评价中图分类号:***** 文献标识码:AInflunce Factors and Stability Assesment of Perilous rock in Yunyang-Jiangjin of Three Gorges areasDong Haogang,Chen Lide Huang Changsheng(Institute of Geology and Mineral of Yichang,Yichang。
443003)Abstract From Yunyang to Jiangjin of three Gorges reservoir, the geological environment is compicated. Perilous rock is a main geological hazard,whose rupture is abrupt while calamity is catastropic. Perilous rock’s stability factors are complicated andfuzzy,whose basic conditions to develope in the area classify as strong unloading agent by cutting of river or ravines lithological composition with weak or hard feature. In this paper,seven factors are selected which influence the occurrence of fall as evaluation indices, including phsiognomy, rock property, strcture of rock mass,rock scale, hydrogeological conditions,weathering and land use type,risk index model is obtained .4 grades is divided according to the dangerous rock stability index:stability,potential unstability, unstability ,very unstability.Results of real example is consistent with the survey. The results show that much more informtions are considered in the model and the data can be obtained easily;at the same time the selection of assesment index and gradation is conincidence with the fact.The model.can provide significant reference to the suvey and supervise or einforce of perilous rock in the Three Gorges Reservoir.Key words : perilous rock ; influence factors ; Three Gorges reservoir,;index model;stability assesment*收稿日期:. 收修改稿日期:×××××.基金项目:地质灾害预警项目(12120101640601).第一作者简介:董好刚(1970-),男,工程师,工程地质专业.Email:donghaogang@1 引 言危岩是三峡库区主要地质灾害之一,据不完全统计,三峡库区约30,000余个危岩体位于陡崖或陡坡上[1-4]。
小至孤石,大至数千立方米的岩土体崩塌坠落,常毁坏铁路、公路、水运干线及建筑物,造成交通中断和重大生命财产损失。
确定诱发危岩崩塌失稳的关键因素并对其危险性做出恰当评价是危岩研究的一个重要内容。
库区危岩稳定性的计算方法,陈洪凯等人曾作过系统研究,多以定值分析为主[5-6]。
定值方法虽然很有效,但其缺陷在于不能充分考虑影响因素的复杂性和不确定性,而常使得按定值方法算出的安全系数是安全的,但在实际运用时却发生了崩塌破坏。
而模糊分析法由于考虑了各种影响因素的非确定性,在概念上也更加切合实际。
本文在系统调查宜昌-江津段高陡岸坡地质环境及危岩灾害基本特征的基础上,根据资料的有效性和可获得性,选取地形地貌、地层岩性、岩体结构、重力作用、水体作用、风化作用 、土地利用类型7 个[7-10]峡库区危岩稳定性评价指数模型,应用于调查危岩,与实际情况基本相符,为危岩稳定性研究、治理和监测提供了新的思路。
2 三峡库区危岩发育的影响因素分析危岩的形成是多因子异变耦合的结果,内在因子是危岩形成的物质基础,外在因子的影响进一步加速了内在因子的成熟,导致危岩的形成和失稳,同时内外因子间互相制约,对危岩的形成是灰色的[9-10]。
在地学中,很多因素都不是能以数字来表示的,往往只能用某一方面的标准来反映其相对大小。
1.1 地形地貌调查表明,长期上升剧烈的分水岭地区、峡谷地区、岸坡陡立的库岸地区、高陡的路堑及人工边坡地区等为危岩崩塌易发区。
根据云阳-江津段232个危岩体的调查统计,多数崩塌发生于坡度大于45°的陡峻边坡上,其中以60-90°范围最为集中,60°以下边坡出现崩塌概率较小(图1);出露高程多在170 m ~500m之间,其中以170~350m 高度危危岩体临空面倾角的大小跟危岩的形成密切相关,是危岩体形成的必备条件,倾角越大,危岩愈易失稳;危岩体所处高度越高,其重心越高,越容易出现倾倒失稳。
根据以上分析,主要地貌因素可分解为2个次因子:危岩体临空面倾角和危岩体处露高度,据此可对地貌因素量化分级。
1.2 地层岩性岩性对岩质边坡崩塌落石的控制作用是明显的[1-3],三峡库区岩质边坡稳定性主要取决于岩性组合。
岩性均一时,软岩(抗压强度<5MPa ,以泥岩为代表)高边坡以风化剥落为主;块状、厚层状的坚硬或较坚硬的脆性岩石(抗压强度≥5MPa ,以砂岩、灰岩为代表)高边坡,其构造节理较发育且存在临空面,极易形成崩塌;岩性组合为上软(抗压强度<5MPa )下硬(抗压强度≥5MPa ),整体上稳定;上硬下软的岩性组合是三峡库区危岩发育的主要内因之一,这是由于下层软岩在上层硬岩长期重力作用下易发生流塑变形,导致上部岩层产生蠕滑—座落式滑坡破坏,当坡角大于70°时,由于岩层界面的差异性风化卸荷作用,使缓倾层状边坡在局部坡面上,极易形成众多深浅不一的凹岩腔。
这些凹岩腔的产生和发展,使得凹岩腔上覆岩体逐渐发展为危岩体,并在降雨、地震或人工开挖等诱发因素下,发生崩落。
1.3 岩体结构岩体结构,特别是软弱结构面对基岩斜坡变形与破坏具有显著的控制作用[4-5]。
结构面的分割对岩质边坡的破坏作用已被无数工程实例所证实,它们在边坡中出现的频率及其相互组合是危岩体形成和破坏的原因之一[4],三峡库区发生的崩塌多以这些控制性裂隙为边界进行破坏。
这些控制性裂隙包括岩层层面、节理裂隙、片理与劈理等软弱结构面,这些成因不同、大小不一的结构面将岩体分割成性质各异、力学强度不均的各种岩体结构体,构成基岩斜坡变形、破坏的岩体结构基本模式。
三峡库区与危岩失稳最密切的岩体结构因素为主控结构面情况(深度、张开和倾角)和裂隙间距[5、6、8]。
危岩主控结构面切割越深,越容易失稳,为了量化方便可取切割深度与危岩体高度之比深衡量;主控结构面张开度影响主控结构面的裂隙水压力和填充物多少;危岩体节理缝以上的岩体稳定情况与节理倾角的大小关系密切,直接影响危岩失稳模式,倾角缓时可能形成滑塌式危岩,倾角较大时可能形成倾倒式危岩;而节理间距则直接关系到危岩体的强度。
1.4重力作用在两面临空的地形条件下,危岩体上硬下软的岩体结构易于在重力作用下蠕变溃屈,并产生向临空方向的卸荷。
刘传正等将重力卸荷机制表现归结为三方面:1脱皮;2“劈条子”,它起因于重力或构造作用向临空方向的拉裂卸荷,也可以包含采空造成的悬板效应与弯矩作用;3脱层,从下向上开裂[11]。
重力卸荷作用与危岩体规模正相关。
危岩体规模的大小直接影响致灾的严重程度,与影响危岩稳定性计算的地震力、重力紧密相关。
危岩体规模愈大,失稳的可能性愈大。
1.5 水的作用(1)降雨雨季是危岩失稳的多发季节,降雨强度越大、历时越长越易发生。
地表水的入渗量与岩石的裂隙大小、深度及密度息息相关。
(2)地下水地下水对边坡的影响总的说来表现在物理、化学2个方面,前者表现在地下水压力使有效正应力减小,后者表现在地下水的软化使岩石的粘结力和摩擦力减小,二者均使边坡的稳定性减弱。
Hoek 和Bray[12]进行的实例分析表明(坡前无积水),岩坡滑动安全系数随张裂隙积水的增多迅速降低。
稳定系数从张裂隙无水时的1.34 (稳定)骤然降到张裂隙满水时的0.77 (不稳定或已破坏),几乎降低了一半(图3)。
另外,由于地下水的存在,使边坡可能破坏,饱和岩坡抗倾覆稳定系数急剧降低(图4)。
同时考虑了地表水(降雨、河流冲刷)和地下水,根据三峡库区地下水的分布情况,将地下水埋深情况分为3等:好(埋藏深)、中等和差(埋藏浅)。