重庆甑子岩崩塌落石动力学特征及危险性分区

针对重庆市南川区甑子岩危岩体面临的崩塌地质灾害问题,分析不同高度、不同规模的危岩体对东侧居民区的落石风险及危害性。以甑子岩处岩质边坡为研究对象,根据其结构面发育情况及崩塌落石特征确定模型尺寸,运用RocFall软件对崩塌落石的能量、速度、运动轨迹、落点位置及冲击力等进行模拟计算。以此对崩塌落石区进行落石风险评估,根据崩塌落石的动量和动能,按最危险原则法将崩塌落石的危险性分区,分为Ⅰ危险性极大、Ⅱ危险性大、Ⅲ危险性一般、Ⅳ危险性较小、Ⅴ无危险五个分区,并将此分区应用于甑子岩危岩体,评价崩子岩危岩体居民区的落石风险及危险性,确保居民安全。通过对崩塌落石区的危险性分区,可以用来指导居民区的安置和防护措施。     

鄂西山区崩塌落石运动特征及危险性分析

以远安县瓦坡崩塌区为例,通过地质调查、野外测绘、无人机航拍,建立了瓦坡崩塌区三维模型,基于Rockfall Analyst（RA）分析软件,实现了瓦坡崩塌区大量崩塌落石三维空间下运动路径、高度、能量等要素模拟,探究了崩塌区落石的三维运动特征,开展了崩塌区落石危险性评估,为崩塌落石的防治提供科学参考。研究结果表明:崩塌区危岩主要破坏形式为倾倒式,目前处于欠稳定状态;模拟落石三维运动轨迹与已有落石点基本重合,说明此次模拟结果与实际情况较为吻合;落石运动过程中以碰撞弹跳、自由飞落为主,落石主要集中在崩塌区下部冲沟及公路内,部分落石达到居民区,在崩塌落石区下部公路、冲沟及崩塌区右侧危险性较高;崩塌落石防治工程建议采用危石孤石清除+被动防护网,在公路内侧、斜坡下方分别设置5 m高和3 m高抗冲击力2 000 kJ的被动防护网,可有效拦截落石。     

贺兰口岩画载体落石危害及治理研究

因暴雨、地震和岩羊踩踏等不确定因素,贺兰口沟口至“水关”处发育的34处孤石极易失稳滚落形成落石对岩画和游人安全构成严重威胁。通过对34处孤石数量、成因、分布、岩性和几何特征全面调查与分析的基础上,运用Rocfall软件分析其失稳后的运动过程和能量变化进行分析,得出如下结论:(1)薄层状变质砂岩风化内凹的临空面、岩层层面与两组节理组合切割巨厚层砂岩失稳后堆积于坡面;(2)将落石划分为基岩裸露型、孤石带型和坡面泥石流型3种不同类型;(3)数值模拟结果显示,失稳后弹跳落点有52%~95%的概率在岩画赋存区,所具有能量为301~8412 kJ;最终落点有51%~95%的概率在游客栈道,所具有能量为299~7698 kJ;(4)监测结果表明,水剂比为0.32、平行布孔、间排距20 cm和抵抗线20 cm布置方案为最优,静态破碎结合人工搬运为岩画保护区落石源头治理的最佳方案。为贺兰口岩画保护区落石灾害的源头治理提供了新的途径与参考。     

西藏玉龙铜矿崩塌落石运动特征及数值模拟研究

对玉龙铜矿运矿道路区的地形地貌、岩性和地质构造进行调查,获取危岩体的岩体物理力学指标,分析道路两侧的潜在崩塌落石灾害。在对运矿道路两侧边坡地质灾害进行调查的基础上,分析该区的工程地质条件、边坡特征、崩塌落石特点及形成机制。用Rockfall数值软件对落石进行数值模拟,确定落石的运动轨迹、弹跳高度和总动能指标,对防治运矿道路崩塌灾害提供依据。     

崩坍落石灾害模型及其防治工程决策

崩坍落石灾害是常见的山区地质灾害之一。本文总结西南山区铁路崩坍落石灾害防治工程经验,提出便于工程决策的崩坍落石灾害模型。倾倒、坠落、剥落、错落、坠落、弹跳、滚动,自由落体冲击破坏、侧面撞击破坏,频繁或经常、偶然或不经常,大规模、中小规模、零星。崩坍落石灾害具有隐蔽性、不确定性,其防治工程决策主要应从对崩坍落石灾害危害程度的认识和对崩坍落石灾害危害风险的把握两方面人手。决策方法：基于对崩坍落石灾害危害程度的认识,设计防止灾害产生或减轻灾害的工程措施;根据对崩坍落石灾害风险的认识,对防治工程作取舍。     

基于重庆某高速公路的岩崩落石数值模拟与防护研究

重庆某高速公路边坡因岩层裂隙切割、岩体差异风化、岩体卸荷等原因,形成陡崖和危岩。陡崖上发育的危岩崩塌方向均为线路所在方向,严重影响线路安全,因此合理设置防护措施十分必要。由于落石属于概率事件,具有很强的随机性,所以其冲击动能、弹跳高度以及拦石网受到落石冲击时,拦石网与防护对象之间的安全距离难以准确确定。通过现场调查、理论分析、并利用rockfall软件对岩崩落石进行稳定性分析,设定危岩体的碰撞恢复系数、坡面摩擦角度和坡面粗糙度等参数,获得边坡潜在的落石坠落轨迹,为被动防护网的设计防护等级、高度和安装位置提供依据。     

基于AHP-3DEC的危岩落石危险性分区与评价CSCD

山区高速铁路受线路平顺性及地形的限制,部分危岩发育地段无法绕避,给工程建设及运营安全提出了严峻挑战。文章在无人机三维倾斜摄影的基础上利用数字地质调绘技术对拟建济南至枣庄铁路杏花峪隧道进口危岩体的发育特征、规模、变形破坏模式进行了准确的判识,通过将3DEC数值模拟与层次分析法结合,获得了崩塌落石的影响范围和危险性分区图,开展了危险性分区评价,提出了防治措施。研究表明:三维倾斜摄影模型识别出的12处危岩带中,只有5号危岩带威胁隧道洞口和桥台安全,并建议采用“被动防护网+明洞”方式进行综合防治。研究成果为危岩落石灾害的危险性分区评价提供参考,为铁路选线及防灾减灾提供依据。     

边坡工程勘察中崩塌落石运动模式及轨迹分析

崩塌落石作为边坡尤其是高陡边坡的一种浅表部破坏方式,是严重的地质灾害之一.它突发性强,随机性大,速度快,发生猛烈,一直是边坡工程勘察中的重点.由于形成崩塌落石灾害的危岩体多分布于高陡边坡上,从源头完全治理将耗费巨大的人力物力,目前更多的是采取致灾前的落石防护措施.本文在某典型公路沿线岩质边坡崩塌落石灾害工程勘察中运用运...     

基于RHRS系统的景区落石风险评估与决策

近年国内山地景区落石掉块现象常有发生,游客的生命安全受到严重威胁,因此对落石风险研究具有科学价值和重要社会效益。通过引入RHRS风险评估系统,针对两座样本景区,对可能导致落石灾害的各项影响因子(包括斜坡高度、地质特征、落石体积/块体大小、降雨量和历史落石频率等)进行较为深入的分析,根据原始评分公式进行风险评分,以综合分值来反映落石风险程度并结合风险允许标准划分高、中、低风险区域进行决策,将抽象的定性评价转为具体的定量评价,得到衢州药王山与江郎山两座样本景区的自然落石风险评分分别为142、117.2。采用FN曲线与ALARP原则相结合的方法来确定风险允许标准,计算我国可接受风险平均值为1.62×10-5/a,得到我们国家地质灾害可接受的风险水平FN曲线的上下限依次为10×10-4/a和10×10-5/a,为景区落石风险评估与决策提供借鉴。     

新疆和静县黄庙崩塌灾害发育特征及危险性评价

崩塌是和静县黄庙景区内主要地质灾害。根据危岩体失稳破坏的模式,研究区主要发育为倾倒式破坏。通过对地质灾害现状评估和预测评估,认为地质灾害危险性评估为一级,危险性大。将研究区划分为地质灾害危险性大区和地质灾害危险性小区,地质灾害危险性大区位于研究区北部,属地质灾害威胁区域,总面积0.4km~2;地质灾害危险性小区为危险性大区以南的其他区域,受地质灾害威胁较小,总面积0.33 km~2。     

边坡落石灾害的颗粒流模拟方法

落石是边坡的一种常见的动力地质灾害。基于颗粒流理论,提出了落石灾害的二维的可视化模拟方法。通过颗粒流中不同参数的ball单元的组合模拟了各种形状和特性的落石体;通过wall单元的组合模拟坡面;选择ball-ball和ball-wall的接触刚度模型、粘结模型和滑移模型等接触本构模型来反映落石运动过程中落石岩块内部各部分和落石与坡面作用行为;实现了边坡落石灾害的二维可视化模拟。模型模拟出落石的自由落体、弹跳、滑动和滚动等运动形式、运动过程岩块的崩解;得到了落石的运动速度、位移等运动学参数。工程实例初步验证了该方法的可行性、合理性。     

西南山区某铁路隧道口高位落石三维运动特征分析

西南山区某铁路隧道口上部广泛分布着高位危岩体,对下部隧道建(构)造物具有严重的威胁。采用Rockfall Analyst软件对该隧道上部五类不同尺寸的高位危岩体进行三维运动轨迹数值模拟,研究表明:研究区的高位危岩落石具有弹跳高度大、速度快、冲击能量高的特点;弹跳高度、运动速度与危岩落石的质量无关,冲击能量大小与落石质量成正比。分析表明:该地区高位危岩体的防护应避免单一防护措施,建议综合使用多种防护措施。     

太行山大峡谷崩塌发育特征及成因模式研究

太行山大峡谷位于山西省壶关县境内的南太行山区,历经亿万年的沧海桑田形成了以峡谷群、峰林石柱、河流瀑布、溶洞等为典型景观的大型高山峡谷景观系统,大峡谷现已建设成为“国家地质公园”和“5A”景区。同时,太行山大峡谷因地处我国第二、三阶梯的地表突变带,构造活动强烈,地表侵蚀严重,在山地特殊气候作用下崩塌灾害频发,时常损毁道路桥梁、破坏生活设施,并危及居民和游客安全,制约景区建设发展。本文立足大峡谷景区地质灾害详细调查,查明大峡谷内发育崩塌达318处,以高位小型岩质崩塌为主,主要分布于海拔700~1100 m之间,崩落高度平均120 m左右,最高可达300 m以上;崩塌多发育在断层带附近和软弱岩层处,沿峡谷两侧呈带状分布,以倾倒式和坠落式的破坏方式为主,具有明显的“群发、多发、复发”的特点。基于对大峡谷景区地形地貌、地层岩性、岩体结构、地表营力及人类活动等崩塌孕灾环境的分析,依据发育区位和致灾效应将崩塌划分为陡壁崩落带、梯状崩石链、碎裂崩滑带和水岸崩塌带4种类型;结合崩塌运动轨迹和对承灾体的效应归纳出崩落滚石型、崩链型、碎裂溃散型、落石涌浪型4种典型成灾模式,并分析提出景区安全防控的对策和建议。研究成果可为高山峡谷区的地质灾害防灾减灾、太行山区的景区开发规划和建设及地质环境保护提供借鉴。     

落石堆积的结构特征与斜坡破坏型式之转换

在基岩山区和丘陵区，落石堆积的分布非常广泛、并可经长期积累而形成巨大规模。然而，因缺乏研究，它们(尤其是规模较大者)经常被误定成滑坡或崩塌堆积。为此，作者结合长江三峡工程和西部大开发的需要，采用天然模型勘测和岩相分析等多种方法对其进行了长期研究。结果认为：1．落石堆积(累积体)通常是在扩离-落石发育而崩塌、滑坡不发育的陡崖(坡)下形成，同时还需有较平坡面，便于落石停积而不易被重力和流水搬走的堆积场所；2．落石堆积的结构特征为：(1)前缘土体较密实且粒(块)径较小，后缘多大块石并常具架空结构；(2)不等粒系数普遍较大；(3)常有淤泥质和砂、卵石夹层或透镜体；(4)前缘可具向外陡倾的加积层理。基于此，水的潜蚀作用和地表水对前缘的集中冲刷常成为落石堆积变形破坏的主因；3．落石堆积的破坏型式为滑坡、泥石流或碎屑流；4．落石堆积的勘查应特别注意查明环境水文地质条件、储水结构及相关参数；其稳定性评价应首先分析不同工程活动影响下产生潜蚀的可能性；5．为防治斜坡失稳，首先应保护落石堆积的自稳结构和选用有防潜蚀功能的开放型措施；6．深入研究落石堆积，对沉积学和工程地质学也具有理论意义和实用价值。     

地震荷载下危岩运动特征的模拟研究

西南地区地形复杂,位于地震高发区域。为了进一步研究该区域地震作用下落石的运动特征,以我国九寨沟景区内荷叶寨后山危岩带2为例。首先研究危岩带2中单一危岩体在自重荷载下的失稳情况,分别采用RocFall和非连续变形分析方法(DDA)进行模拟,结果表明:DDA和RocFall的模拟结果相近。DDA中落石水平位移模拟结果为210.6 m,RocFall中大部分落石水平位移分布在205 m附近。鉴于RocFall的局限性,采用DDA方法继续研究地震作用下危岩体的密度、高度、体积和地震波峰值加速度等因素对落石运动特征如运动轨迹、水平位移和速度的影响规律,并监测落石在坡脚附近的最大弹跳高度。研究结果表明:(1)危岩带2所处边坡自然坡角范围为65°~75°,落石在坡面上加速,在高程约2292 m(与居民区相对高差约为132 m)处发生抛射,运动方式以滚动、碰撞、弹跳为主;(2)岩体软弱结构面的贯通时间随落石密度、体积以及地震波峰值加速度增大而减小;(3)峰值速度随边坡高度、体积及地震波峰值加速度增大而增大;(4)水平位移随落石密度、边坡高度及地震波峰值加速度增大而增大;(5)坡脚处落石最大弹跳高度随各因素变量增大而增大。继续研究内部存在节理裂隙的岩体(3条平行节理将危岩分为K1~K4部分)在地震荷载下的运动特征:(1)在地震荷载作用下,危岩沿节理面发生倾倒破坏,落石水平位移模拟结果为191.5~243.8 m;(2)落石在坡脚附近的最大弹跳高度范围为0~13.8 m。     

慈竹对小型落石的拦截效果分析CSCD

落石灾害是我国西南地区常见的一种小型崩塌。落石对下方公路、桥梁、铁路等基础设施安全造成严重威胁。因此,如何对落石进行有效的拦截就显得尤为重要。常见的拦截设施,如拦石沟,拦石网,挡墙等,在布设时极易受地形、施工等因素的限制,有时难以大面积地布置,导致拦挡效果大为减弱。我国的西南地区生长着大量慈竹,慈竹具有生长快、繁殖能力强、抗弯折等特点,对落石具有很好的拦截效果。文章通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对慈竹的抗冲击能力进行了研究并提出了慈竹拦截小型落石的方案。结果如下:(1)慈竹破坏所需能量随着直径和壁厚的变大而上升,随着年龄、长重比和长径比的增大而降低;(2)一丛慈竹在抗冲击过程中最少能消耗3975.55 J能量,最多能消耗10890.88 J能量;(3)结合CRockfall软件进行慈竹落石拦截效应计算,结果显示拦截边坡高度43 m、直径0.5 m的危岩,需栽种2列3行6丛慈竹。     

落石冲击棚洞结构冲切特性研究

落石是一种严重的山区地质灾害,而棚洞作为主要防护落石的工程措施之一,研究落石冲击下棚洞结构动力响应特征具有重要的现实意义。以经典Hertz理论为基础,假设落石为球形刚性体,棚洞结构为梁结构,建立落石冲击力学模型,理论推导得到不同尺寸落石以不同速度冲击不同厚度砂土垫层材料下棚洞板的最大冲击力计算公式,并得出不同工况下棚洞板被冲切破坏时落石的极限冲切速度,结果表明：总体上,落石对棚洞板的冲击力随垫层厚度增加而减小,但垫层厚度不能无限增加,过厚的垫层自重较大,使棚洞板受力较大,垫层材料厚度在0.5～1.5 m厚之间较为合理;落石尺寸和冲击速度越大,棚洞板受力越大,有限厚度的垫层材料只能承受一定限度的冲击能量,当冲击能量超过垫层材料的极限承受强度时,垫层不再耗散能量;分析棚洞板冲切破坏条件可知,无垫层时,很小的落石冲击速度使棚洞发生破坏,可见,合理的垫层厚度对防治落石具有重要意义。     

土垫层缓冲落石冲击力特性离散元数值模拟分析

棚洞是我国西部山区防治崩塌落石灾害的主要工程措施之一。棚洞顶板以上通常铺设由砂或碎石组成的土垫层。土垫层的作用是避免落石直接冲击棚洞,缓冲落石的冲击力。长期以来,关于土垫层厚度对缓冲效果影响的研究较少,因此,还未形成统一的理论用于指导土垫层厚度的设计。文章运用离散单元方法建立落石冲击土垫层的数值模型,探究垫层厚度和落石下落高度对土垫层缓冲落石冲击力特性的影响。研究结果表明：落石冲击力峰值与落石下落高度呈幂函数关系,顶板中心力峰值与下落高度呈线性正相关关系;随着垫层厚度的增加,落石冲击力峰值减小,当垫层厚度增加到落石直径的1.0倍之后,落石冲击力峰值与垫层厚度无关;随垫层厚度的增大,顶板中心力峰值与落石冲击力峰值的比值减小,垫层缓冲效果增大,当垫层厚度增加到落石直径1.5倍之后,垫层缓冲效果增加不明显;垫层厚度建议取值为落石直径的1.5倍。     

基于线黏弹性接触的落石冲击地面参量理论研究

落石与坡面或者防护结构接触过程中冲击参量随时间变化特征是描述落石碰撞过程的重要指标,对于揭示落石与坡面相互作用机制以及采取合理的防护措施具有重要的意义。在现有的相关设计规范中,并没有给出关于落石冲击力时程关系的计算方法,仅参照有关规范或经验方法确定一个落石最大冲击力值。为此,首先基于线黏弹性接触理论,建立落石冲击地面力学模型,根据位移-速度组合初始条件以及速度-加速度组合初始条件分别推导得到两种落石冲击特征参量理论解析解;然后基于 ANSYS/LS-DYNA 非线性动力学软件,建立落石冲击地面三维数值模型,研究球体落石冲击地面力学特点;最后将理论结果对比室内试验和已有的研究成果,得出以下结论：（1）Hertz 弹性接触理论结果中各参量变化在加载阶段和恢复阶段均呈现对称的趋势,速度、加速度初始条件下的落石冲击特征参量和动力有限元法非常接近,而位移-速度初始条件组合并不适用于研究落石冲击下的动力特征;（2）不同速度和下落高度下,落石最大冲击力值随落石下落高度和冲击速度的增大而增加,而落石冲击作用时间随下落高度和冲击速度的增加而减小;（3）计算结果得到的落石最大冲击力以及落石冲击作用时间与室内试验结果和已有成果相接近,相比室内试验和有限元结果的震荡性,此结果更能体现落石冲击力变化规律; （4）多种冲击速度下,对比不同方法得到的落石最大冲击力,可知计算结果均在各种冲击力计算结果的范围内,具有很好的可靠性。考虑到现有研究理论的不足,难以求解落石冲击力时程关系,求解结果丰富了落石碰撞理论,可以指导工程有关落石灾害的防护设计。     

四川名山白马沟危岩体稳定性评价与落石轨迹分析

危岩体是指由结构面切割形成的在一定诱发因素下失稳破坏的岩体,其作为常见的自然地质灾害之一,严重影响山区人类生命财产安全。对危岩体的勘查、稳定性评价、风险评价是地质灾害预防的研究难题。受人类工程活动影响,名山县新店镇白马沟内存在多处危岩体。通过对国内外研究文献的查阅分析并结合白马沟危岩体的分布特征、发育特征、崩塌落石运动特性进行分析与研究,初步总结出了白垩系上统灌口组(K₂g)危岩体的形成、分布规律及成灾机理,并对该区4个危岩体利用Rockfall 进行数值模拟计算,计算其运动速度及运动轨迹,计算岩石弹跳高度及距离等。为此类工程地质条件下的的危岩体稳定性评价及运动轨迹的分析提供参考,同时对于崩塌危岩体灾害预防与减灾技术研究有积极意义 。