重庆土木建筑学会岩土工程分会重庆土木建筑学会岩土工程分会

20072007 年学术研讨会年学术研讨会

危岩稳定性分析方法危岩稳定性分析方法

陈洪凯陈洪凯重庆交通大学重庆交通大学

什么是危岩？• 危岩是指由多组岩体结构面切割并位于陡崖或陡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。坡上稳定性较差的岩石块体及其组合。

落石

危岩危岩

崩落现场

座滑型危岩座滑型危岩

座滑型危岩座滑型危岩

主控结构面抗剪强度参数方法 • 《地质灾害防治工程设计规范》方法《地质灾害防治工程设计规范》方法

• 注：本报告注：本报告 <1><1> 法法

主控结构面抗剪强度参数方法 • 主控结构面贯通率法 主控结构面贯通率法 本报告本报告 <2><2> 法法

0

20

40

60

80

0 20 40 60 80 100

/ %贯通率

/ E

-4当

量粘

结力

5

6

7

8

9

10

11

0 20 40 60 80 100

/ %贯通率

/E-

1当

量摩

擦角

危岩稳定性评价标准

重庆交通大学重庆交通大学

危岩破坏模式 不稳定 基本稳定 稳定

滑塌式危岩 ＜ 1.0 1.0~1.3 ＞ 1.3

倾倒式危岩 ＜ 1.0 1.0~1.5 ＞ 1.5

坠落式危岩 ＜ 1.0 1.0~1.5 ＞ 1.5

危岩稳定性评价标准

《地质灾害防治工程设计规范》标准《地质灾害防治工程设计规范》标准

一级 二级 三级

滑塌式危岩 1.40 1.30 1.20

倾倒式危岩 1.50 1.40 1.30

坠落式危岩 1.60 1.50 1.40

一级：危及县和县级以上城市、大型工况企业、交通枢纽及重要公共设 施，破坏后果特别严重。

二级：危及一般城镇、居民集中区、重要交通干线、一般工矿企业等，破坏后果严重。

三级：除一、二级以外的地区。

危岩稳定性评价标准

《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》标准《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》标准

危岩类型危岩稳定状态

不稳定 欠稳定 基本稳定 稳定

滑塌式危岩 Fs＜ 1.0 1.0≤Fs＜ 1.15 1.15≤Fs＜ Ft

Fs≥Ft

倾倒式危岩 Fs＜ 1.0 1.0≤Fs＜ 1.25 1.25≤Fs＜ Ft

Fs≥Ft

坠落式危岩 Fs＜ 1.0 1.0≤Fs＜ 1.35 1.35≤Fs＜ Ft

Fs≥Ft

危岩类型

危岩防治工程等级

一级 二级 三级

非校核工况 校核工况 非校核工况 校核工况 非校核工况 校核工况

滑塌式危岩 1.40 1.15 1.30 1.10 1.20 1.05

倾倒式危岩 1.50 1.20 1.40 1.15 1.30 1.10

坠落式危岩 1.60 1.25 1.50 1.20 1.40 1.15

危岩稳定性评价标准

《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》 《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》 安全系数标准安全系数标准

危岩稳定性计算荷载组合

组合一：自重 + 裂隙水压力 ( 天然状态 ) ( 倾倒式危岩可不考虑 )

组合二：自重 + 裂隙水压力 ( 暴雨状态 ) ( 坠落式危岩可不考虑 )

组合三：自重 + 裂隙水压力 ( 天然状态 )+ 地震力

三种荷载组合中，一般以组合二为危岩防治工程设计荷载。对于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，设计荷载组合应调整为：自重 + 裂隙水压力 ( 暴雨状态 )+ 地震力。

危岩稳定性计算方法

本报告本报告 <3><3> 法法

(1) 滑塌式危岩：组合一

危岩稳定性计算方法

本报告本报告 <3><3> 法法

(1) 滑塌式危岩：组合二

危岩稳定性计算方法

本报告本报告 <3><3> 法法

(1) 滑塌式危岩：组合三

危岩稳定性计算方法

本报告本报告 <3><3> 法法(2) 倾倒式危岩：重心内倾时

组合二

组合三

危岩稳定性计算方法

本报告本报告 <3><3> 法法(2) 倾倒式危岩：重心外倾时

组合二

组合三

危岩稳定性计算方法

本报告本报告 <3><3> 法法(3) 坠落式危岩：

组合一

组合三

危岩稳定性计算方法

《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》 计算方法：要求》 计算方法：本报告本报告 <4><4> 法法

(1) 滑塌式危岩

危岩稳定性计算方法

《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》 计算方法：要求》 计算方法：本报告本报告 <4><4> 法法

(2) 倾倒式危岩 当危岩稳定性由主控结构面的抗拉强度控制时，危岩的稳定系数计算分为危岩体重心在倾覆点以外和在倾覆点之内两种情况。重心在倾覆点以外 :

危岩稳定性计算方法

《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》 计算方法：要求》 计算方法：本报告本报告 <4><4> 法法

(2) 倾倒式危岩 当危岩稳定性由主控结构面的抗拉强度控制时，危岩的稳定系数计算分为危岩体重心在倾覆点以外和在倾覆点之内两种情况。重心在倾覆点以内 :

危岩稳定性计算方法

《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》 计算方法：本报告要求》 计算方法：本报告 <4><4> 法法

(2) 倾倒式危岩 当危岩稳定性由底部岩体抗拉强度控制时，危岩的稳定系数计算式为 :

危岩稳定性计算方法《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术

要求》 计算方法：要求》 计算方法：本报告本报告 <4><4> 法法(3) 坠落式危岩 对于具有主控结构面的情况，稳定系数取下面两个计算结果的较小值：

危岩稳定性计算方法《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术

要求》 计算方法：要求》 计算方法：本报告本报告 <4><4> 法法(3) 坠落式危岩 对于不存在主控结构面的悬挑式危岩，稳定系数取下面两个计算结果的较小值

危岩稳定性计算算例选取 W4( 图 7) 、 W12( 图 8) 、 W15( 图 9) 、 W16

( 图 10) 、 W20( 图 11) 、 W22( 图 12) 等 6 个代表性危岩单体按照下述四种组合进行稳定性对比分析：

<1>+<3> 法；<1>+<4> 法；<2>+<3> 法；<2>+<4> 法。

危岩稳定性计算算例

代表性计算剖面代表性计算剖面

图 7 W4 坠落式危岩 图 8 W12 滑塌式危岩 图 9 W15 坠落式危岩

危岩稳定性计算算例

代表性计算剖面代表性计算剖面

图 10 W16 坠落式危岩 图 11 W22 倾倒式危岩

危岩稳定性计算计算流程

1.1. 确定主控结构面贯通率确定主控结构面贯通率 RR ，依据工程安全等级确，依据工程安全等级确定 和 ；定 和 ；

2.2. 依据式（依据式（ 55 ）、（）、（ 66 ）得到 和 ；）得到 和 ；3.3. 依据式（依据式（ 77 ）（）（ 88 ）得到 ；）得到 ；4.4. 确定危岩类别和计算工况；确定危岩类别和计算工况；5.5. 确定危岩几何尺寸、力学强度等基本资料；确定危岩几何尺寸、力学强度等基本资料；6.6. 依据相应稳定型计算公式确定危岩稳定性系数；依据相应稳定型计算公式确定危岩稳定性系数；7.7. 依据表依据表 11 进行稳定性评价。进行稳定性评价。

危岩稳定性计算计算算例 W16 号危岩为一坠落式危岩，

危岩高 33.25m ，长 12m ，厚 5.75m ，裂隙深度 21.57m 。主控结构面倾角 78 度，岩体粘聚力 400kPa ，内摩擦角 35 度；结构面粘聚力 70kPa ，内摩擦角 25 度。

1. 确定主控结构面贯通率 R=21.57/33.25=64.9 ％。

2. 依据该危岩带安全等级一级，确定 和 分别为 0.8 和 0.75 。

3. 由式 (5)~(8) 确定贯通率法抗剪强度参数分别为： 185.9kPa ，内摩擦角 28.5 度。

危岩稳定性计算计算算例

4. 该危岩为坠落式，涉及工况一和工况三。

5. 按式 (38) 计算得到工况一稳定性系数为 1.44 ，按表 1 评价，处于基本稳定状态。

6. 按式 (37) 计算得到工况三稳定性系数为 1.40 ，按表 1 评价处于基本稳定状态。

危岩稳定性计算算例 计算结果计算结果

编号

危岩类别

工况

<1> + <3>方法 <1> + <4>方法 <2> + <3><2> + <3>方法方法 <2> + <4>方法

c(kPa) (°) Fs

c(kPa) (°) Fs

c(kPa) (°) FsFs c

(kPa) (°) Fs

W4坠落式

一 268.3

31.0

2.94268.3

31.0

1.56133.6

28.26 1.531.53 133.628.26

0.456

三 268.3

31.0

2.87268.3

31.0

0.56133.6

28.26 1.531.53 133.628.26

0.457

W16

坠落式

一 185.9

28.5

1.44185.9

28.5

1.26143.6

28.56 1.141.14 143.628.56

0.343

三 185.9

28.5

1.40185.9

28.5

0.74143.6

28.56 1.121.12 143.628.56

0.343

W15

坠落式

一 102 26 1.18 102 26 1.14135.2

26.96 1.491.49 135.226.96

1.54

二 102 26 1.04 102 26 1.00135.2

26.96 1.341.34 135.226.96

1.39

三 102 26 1.14 / / /135.2

26.96 1.461.46 / / /

W12滑塌式

一 166.1

27.9

1.12166.1

27.9

1.04134.8

26.92 1.071.07 134.826.92

0.95

二 166.1

27.9

1.07166.1

27.9

1.02134.8

26.92 0.980.98 134.826.92

0.93

三 166.1

27.9

1.11 /134.8

26.92 0.940.94 / / /

W22倾倒式

二 / / 2.49 / / 2.56 / / 2.492.49 / / 2.56

三 / / 1.38 / / / / / 1.381.38 / / /

危岩稳定性计算算例计算结果分析计算结果分析 ::

应用本文提出的危岩主控结构面抗剪强度参数贯通应用本文提出的危岩主控结构面抗剪强度参数贯通率法确定的值比规范推荐的长度加权方法要稳定，而在率法确定的值比规范推荐的长度加权方法要稳定，而在计算方法方面，文献计算方法方面，文献 [12][12] 建议的方法计算倾倒式危岩建议的方法计算倾倒式危岩的稳定系数要高于本文方法、计算的坠落式危岩稳定系的稳定系数要高于本文方法、计算的坠落式危岩稳定系数则明显欠合理，仅有滑塌式危岩较为合理；而文本建数则明显欠合理，仅有滑塌式危岩较为合理；而文本建议的危岩稳定性计算方法在采用贯通率法时的结果比规议的危岩稳定性计算方法在采用贯通率法时的结果比规范范 [3][3] 推荐的长度加权方法要合理一些。推荐的长度加权方法要合理一些。

结论与建议

• 危岩稳定性分析是危岩体是否需要进行工程治理的重要危岩稳定性分析是危岩体是否需要进行工程治理的重要科学依据，《地质灾害防治工程设计规范》科学依据，《地质灾害防治工程设计规范》 (DB50/50(DB50/50

29-2004)29-2004) 推荐根据主控结构面贯通段长度与非贯通段推荐根据主控结构面贯通段长度与非贯通段长度采取线性加权方法确定主控结构面抗剪强度参数的长度采取线性加权方法确定主控结构面抗剪强度参数的方法存在一定不合理性，本文通过对具有不同贯通率的方法存在一定不合理性，本文通过对具有不同贯通率的大量室内试块试验，初步建立了考虑危岩主控结构面贯大量室内试块试验，初步建立了考虑危岩主控结构面贯通率及防治工程安全等级的危岩主控结构面抗剪强度参通率及防治工程安全等级的危岩主控结构面抗剪强度参数计算方法。数计算方法。

结论与建议

• 由于《地质灾害防治工程设计规范》由于《地质灾害防治工程设计规范》 (DB50/5029-2004)(DB50/5029-2004)

中缺乏实用性较强的危岩稳定系数计算方法，为该规范中缺乏实用性较强的危岩稳定系数计算方法，为该规范的推广应用带来了较多不确定性因素，本文基于极限平的推广应用带来了较多不确定性因素，本文基于极限平衡原理，详细推导了滑塌式危岩、倾倒式危岩和坠落式衡原理，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，并通过稳危岩在不同荷载组合下的稳定系数计算方法，并通过稳定性评判标准，建立了危岩稳定性分析方法。定性评判标准，建立了危岩稳定性分析方法。

结论与建议

• 通过工程实例分析，初步验证了本文建立的危岩稳定性通过工程实例分析，初步验证了本文建立的危岩稳定性分析方法的合理性。分析方法的合理性。

• 进一步研究中，建议加强本文计算方法的验证和实用性进一步研究中，建议加强本文计算方法的验证和实用性修正工作，危岩主控结构面抗剪强度参数计算方法中应修正工作，危岩主控结构面抗剪强度参数计算方法中应该进一步考虑主控结构面的损伤和断裂问题，稳定性计该进一步考虑主控结构面的损伤和断裂问题，稳定性计算方法中进一步考虑危岩体作为三维刚性块体的稳定问算方法中进一步考虑危岩体作为三维刚性块体的稳定问题。题。