包 祎

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環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源穩(wěn)定性及危險(xiǎn)性等級(jí)劃分探討

包 祎

（四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，成都 610000）

隨著大型水利水電工程的修建，環(huán)境邊坡的危險(xiǎn)源穩(wěn)定性問(wèn)題也日益受到人們的重視。該文以環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源為研究對(duì)象，結(jié)合危險(xiǎn)源穩(wěn)定性的因素，進(jìn)行危險(xiǎn)源穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)；通過(guò)CSMR分類(lèi)體系對(duì)環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源進(jìn)行半定量評(píng)價(jià)；同時(shí)以鋼筋混凝土構(gòu)筑物可能受到的損害為研究對(duì)象提出危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性等級(jí)劃分方法，其研究結(jié)果對(duì)以后環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源的評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)治理具有一定的借鑒意義。

邊坡；危險(xiǎn)源；穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；危險(xiǎn)性等級(jí)

近年來(lái)，隨著我國(guó)大型水利水電工程的修建，產(chǎn)生了越來(lái)越多的工程邊坡，在關(guān)注工程邊坡穩(wěn)定性的同時(shí)，外圍的環(huán)境邊坡是否存在危險(xiǎn)源以及危險(xiǎn)源的穩(wěn)定性問(wèn)題，也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，為了消除邊坡安全隱患，預(yù)測(cè)及防治危險(xiǎn)源對(duì)工程區(qū)建筑部位的影響，保障車(chē)輛、設(shè)備和人員的安全，保障工程的順利施工和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，對(duì)環(huán)境邊坡的危險(xiǎn)源的穩(wěn)定性等級(jí)進(jìn)行劃分是必要的，本文就環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和危險(xiǎn)性等級(jí)劃分方法進(jìn)行探討。

1 影響危險(xiǎn)源穩(wěn)定性的因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素不是相互獨(dú)立的，往往相互作用對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，可歸納為以下四類(lèi)：

1）邊坡幾何特征，包括邊坡坡度、高度、長(zhǎng)度、形態(tài)以及邊坡的臨空條件等;

2）巖體結(jié)構(gòu)特征，巖體結(jié)構(gòu)單元類(lèi)型；結(jié)構(gòu)面的組合形式；結(jié)構(gòu)面的連通情況；

3）水文地質(zhì)條件，地下水沿結(jié)構(gòu)面的滲流弱化作用；地下水引起坡體內(nèi)部動(dòng)水壓力增大作用；

表1 環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

注：可根據(jù)植被發(fā)育情況，對(duì)危險(xiǎn)源穩(wěn)定性程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整

4）外動(dòng)力作用，外動(dòng)力作用包括開(kāi)挖方式和降雨等因素。

2 危險(xiǎn)源穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源發(fā)育的工程地質(zhì)條件、可能失穩(wěn)模式，評(píng)價(jià)因素包括地形坡度、植被發(fā)育狀況、結(jié)構(gòu)面及巖體特征和危險(xiǎn)源類(lèi)型等幾方面，結(jié)合工程特點(diǎn)制定評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)（表1），分為穩(wěn)定性極差、穩(wěn)定性差、穩(wěn)定性較差等三類(lèi)。

2.2 半定量評(píng)價(jià)方法－CSMR

CSMR分類(lèi)體系是中國(guó)水利水電邊坡工程登記小組于1997年發(fā)展起來(lái)的分類(lèi)體系在RMR-SMR體系的基礎(chǔ)上，引入高度修正系數(shù)和結(jié)構(gòu)面條件修正系數(shù)，提出的一種不僅可用于邊坡巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)，還可進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的方法，CSMR分類(lèi)體系。其具體表達(dá)式如下式：

CSMR=ξRMR-λ（F1′F2′F3）+F4（1）

1）RMR是巖體質(zhì)量得分；

2）ξ坡高修正系數(shù)，計(jì)算表達(dá)式

表2 不同結(jié)構(gòu)面調(diào)整因子評(píng)分值

注：P.平面破壞；T.傾倒破壞；αs.邊坡傾向；αj.結(jié)構(gòu)面傾向；βs.邊坡傾角；βj.結(jié)構(gòu)面傾角；

ξ=0.57+0.43×（Hr/H）

式中，Hr=80m，H-邊坡高度（單位：m）；對(duì)于傾倒邊坡：ξ=1。

3）F1、F2、F3：由表2確定。

4） F4：由表3確定

5）λ為結(jié)構(gòu)面條件系數(shù)。

CSMR的值以20分為間隔，劃分5個(gè)級(jí)別，然后可根據(jù)邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定巖體質(zhì)量類(lèi)別，半定量地評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量和穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)可能的破壞模式，見(jiàn)表4。

表3 邊坡開(kāi)挖方法調(diào)整評(píng)分值

根據(jù)危險(xiǎn)源定義，危險(xiǎn)源安全儲(chǔ)備均不高，穩(wěn)定性狀況中不存在穩(wěn)定、完全穩(wěn)定等級(jí)別，因此，為和現(xiàn)場(chǎng)定性判定保持統(tǒng)一，將表4修正后如表5所示。

最終危險(xiǎn)源穩(wěn)定性由現(xiàn)場(chǎng)判斷和半定量評(píng)價(jià)方法綜合后得出。

表4 CSMR分級(jí)描述表（據(jù)Romana）

表5 環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源穩(wěn)定性CSMR分級(jí)描述表

（據(jù)Romana分級(jí)描述表修正）

3 危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性等級(jí)

3.1 危險(xiǎn)源危害程度分析

環(huán)境邊坡的危險(xiǎn)源對(duì)工程區(qū)的建筑物、施工人員、機(jī)械設(shè)備、交通等造成了一定的沖擊威脅，不同研究對(duì)象的抗災(zāi)能力不同，本次以鋼筋混凝土構(gòu)筑物可能遭受的損壞為對(duì)象進(jìn)行研究。

為確定危險(xiǎn)源破壞能力的大小，提出以危險(xiǎn)源破壞后動(dòng)能大小W、混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu，k及混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cu,0為基本參數(shù)的較為簡(jiǎn)捷的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

混凝土的配制強(qiáng)度是指，實(shí)際工程施工中作所使用的混凝土的最大抗壓強(qiáng)度，計(jì)算公式是：

表6 不同混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的取值規(guī)定

據(jù)：《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204）

fcu，0=fcu，k+1.645σ （2）

式中：fcu，0—混凝土配制強(qiáng)度（MPa）；fcu，k—混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；σ—混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）

σ的值應(yīng)當(dāng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204）的規(guī)定取用，見(jiàn)表6。

混凝土所承受的壓強(qiáng)大于其實(shí)際所能承受的抗壓強(qiáng)度時(shí)即被破壞，而當(dāng)其小于實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)不會(huì)被破壞，故根據(jù)實(shí)際情況，本文將fcu，k與fcu，0值作為混凝土在承受外力時(shí)是否被破壞的上、下限分界點(diǎn)。即當(dāng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后，得出的危險(xiǎn)源對(duì)混凝土的壓力值p＜fcu，k時(shí)，危險(xiǎn)源對(duì)混凝土輕微破壞，當(dāng)fcu，k≤P≤fcu，0時(shí)，危險(xiǎn)源對(duì)混凝土建筑物破壞為中等破壞，當(dāng)p＞fcu，0時(shí)，危巖體對(duì)混凝土建筑物的破壞為嚴(yán)重破壞。

1）經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)：①危險(xiǎn)源下落時(shí)能量守恒，以獲得碰撞時(shí)的較大動(dòng)能；②危險(xiǎn)源在碰撞混凝土建筑物后到能力消失的過(guò)程動(dòng)量守恒，以獲得較大動(dòng)能并簡(jiǎn)化計(jì)算；③碰撞類(lèi)型為剛體碰撞，碰撞時(shí)間t均為0.01s；④選取碰撞面積時(shí)取危巖塊體較小面的面積，以獲得較大的沖擊力；⑤假設(shè)對(duì)混凝土的破壞為正向、垂直受撞擊破壞，以獲得較大破壞動(dòng)能；⑥假設(shè)危巖塊體對(duì)混凝土建筑物的破壞為危巖體對(duì)立方體混凝土塊的破壞，以獲得較大破壞能力，同時(shí)滿足fcu，0值及fcu，k的使用條件；

2）已知條件：危巖體的高度h、塊體尺寸l×x×y、危巖體的密度ρ，重力加速度g，碰撞時(shí)間t，碰撞時(shí)取的較小面積為s=x×y。

3）計(jì)算公式：危巖體對(duì)混凝土建筑物的沖擊壓強(qiáng)P計(jì)算公式為：

P—危巖體對(duì)混凝土產(chǎn)生的沖擊壓強(qiáng)（MPa）；T—碰撞時(shí)間（取經(jīng)驗(yàn)值0.01s）；G—重力加速度（9.8N/kg）；l—危巖體較大面的長(zhǎng)度（m）；ρ—危巖體的密度（kg/m3）；h—危巖體相對(duì)混凝土建筑物的高度（m）；m—危巖體質(zhì)量（kg）；V—危巖體撞擊混凝土建筑前的速度（m/s）；f—危巖體的沖擊力（N）；x·y—危巖體撞擊混凝土的較小面積（m2）。

表7 沖擊壓強(qiáng)與危害程度評(píng)價(jià)之間的關(guān)系

如一工程區(qū)混凝土標(biāo)號(hào)主要為C25，則據(jù)前表可得其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ應(yīng)取5.0，則由公式可知該混凝土建筑物遭受危巖體破壞的下限值fcu，k=25Mpa，上限值fcu，0為25+1.645×5.0等于33.225Mpa，取33Mpa。評(píng)價(jià)方法見(jiàn)表7。

表8 危險(xiǎn)源危害程度計(jì)算結(jié)果（舉例表示）

根據(jù)式（2）可計(jì)算出危巖體的沖擊壓強(qiáng)，并結(jié)合表7可以得出危險(xiǎn)源的危害性等級(jí)，危險(xiǎn)源相關(guān)計(jì)算結(jié)果及危害性等級(jí)見(jiàn)表8（舉例表示）。

4 結(jié)論

本次研究在對(duì)危險(xiǎn)性等級(jí)劃分時(shí)，只考慮危險(xiǎn)源對(duì)混凝土構(gòu)筑物的危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)價(jià)，因此評(píng)價(jià)結(jié)果也只針對(duì)混凝土構(gòu)筑物適用。本文通過(guò)對(duì)環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源的穩(wěn)定性定性和半定量評(píng)價(jià)，危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性等級(jí)劃分，針對(duì)不同穩(wěn)定性，不同等級(jí)的危險(xiǎn)源進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，以期能獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省資金的目的。

[1] 孫東亞.邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)方法RMR～SMR體系及其修正[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1997,16（4）:297-304.．

[2] Romna M. SMR Classification[C]//Proc. 7th ISRM Congress.Proc, 1991, 955-960．

[3] Romana M. A Geomechanical Classification for Slopes: Slope Mass Rating[M]. Oxford: Oxford Pergamon Press, 1993．

[4] GB50204，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》．

[5] 趙宏展，徐向東.危險(xiǎn)源的概念辨析[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006,16（1）:65-70.

[6] 張勇慧，李紅旭，盛謙等.山區(qū)公路巖質(zhì)邊坡危險(xiǎn)源安全性評(píng)價(jià)研究[J].公路,2010, （2）:55-59.

An Approach to Environmental Slope Hazard Stability and Hazard Classification

BAO Yi

（Sichuan Institute of Forestry Investigation and Planning, Chengdu 610000）

Environment slope hazard stability is getting more and more attention.This paper makes an approach to assessment of environment slope hazard stability and hazard classification. Semi-quantitative assessment of hazard carried out by CSMR system. The hazard classification is based on damage of reinforced concrete structures.

slope; hazard; stability assessment; hazard rating

2017-12-01

包祎（1985-），男，河南南陽(yáng)人，碩士，工程師，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)

P642.2

A

1006-0995（2018）03-0502-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.03.034