SNS 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)在崩塌地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用

項(xiàng)文江

（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)總公司，北京 100050）

崩塌屬于規(guī)模大且破壞性較強(qiáng)的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，在發(fā)生時(shí)可能會(huì)對(duì)周邊居民的房屋或是各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞。在國(guó)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料中有記錄，山西省某地發(fā)生黃土崩塌地質(zhì)災(zāi)害，崩塌體積2.5萬(wàn)立方米左右，厚度9米左右，災(zāi)害的發(fā)生造成了高達(dá)20余人的死亡。從此案例中便能夠看出，崩塌地質(zhì)災(zāi)害的重大危害性，為此，需要有關(guān)部門不斷開(kāi)展對(duì)此種災(zāi)害防治措施的研究。

1 崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生原因及危害性

1.1 內(nèi)在因素分析

導(dǎo)致崩塌發(fā)生的內(nèi)部因素包括三種：其一，巖土類型與結(jié)構(gòu)。不同類型的巖土均有發(fā)生崩塌的可能性，但在崩塌特點(diǎn)上卻存在著一定的差異性，例如，堅(jiān)硬的碳酸鹽是或是變質(zhì)巖等的崩塌，其特點(diǎn)在于數(shù)量多、規(guī)模大；互層巖石與松土層等，基于風(fēng)蝕等外部因素影響導(dǎo)致其耐受力會(huì)受到不同程度的影響，在發(fā)生崩塌時(shí)以墜落與剝落形式最為常見(jiàn)，危害性相對(duì)較輕。總結(jié)而言，巖土結(jié)構(gòu)完整性與均一性與崩塌的發(fā)生率呈負(fù)相關(guān)[1]。其二，地質(zhì)構(gòu)造條件。巨大斷裂發(fā)育的構(gòu)造活動(dòng)帶，屬于大規(guī)模崩塌的多發(fā)地帶，此種結(jié)構(gòu)面發(fā)育中斜坡越傾斜則崩塌發(fā)生的可能性越大。其三，地形地貌條件。從以往大量崩塌地質(zhì)災(zāi)害案例來(lái)看，經(jīng)常發(fā)生崩塌的地區(qū)多具有著坡度大、切割劇烈特征。

1.2 外在因素分析

引發(fā)崩塌的外在因素包括以下幾種：其一，地震與火山等活動(dòng)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性造成破壞，從而增加崩塌發(fā)生可能性。其二，冰雪融化或是雨水較大的環(huán)境下，地表水會(huì)深入到坡體中，從而軟化巖土與軟弱面，促使其之間形成孔隙，此種孔隙便是屬于崩塌的引發(fā)因素。其三，河湖、水庫(kù)等地表水長(zhǎng)時(shí)間浸泡與沖刷，導(dǎo)致坡體的支撐能力受到影響，致使邊坡的穩(wěn)定性降低，從而引發(fā)崩塌。其四，基于各項(xiàng)工程的建設(shè)，認(rèn)為的進(jìn)行爆破與開(kāi)挖等，會(huì)導(dǎo)致周邊地質(zhì)環(huán)境的坡體穩(wěn)定性受到破壞，比較容易引發(fā)崩塌。其五，巖土體中原本存在的裂隙在外部環(huán)境的侵蝕下進(jìn)一步發(fā)展，加之晝夜溫差的影響，在自身穩(wěn)定性以及平衡性上均有所弱化，從而進(jìn)一步增加了崩塌發(fā)生可能性[2]。

2 崩塌地質(zhì)災(zāi)害治理方案分析

2.1 方案概述

（1）坍塌特征

坍塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的山坡處于斜核處，屬于自然環(huán)境下形成的陡坡，標(biāo)高368m～410m，山體基巖出露，坡度為64°～81°，部分危巖體近直立狀，高度為16m～33m，長(zhǎng)度超出250m，陡崖山露巖層屬于寒武系中統(tǒng)中厚層灰?guī)r，表層巖石表現(xiàn)出的分化程度較大，且伴隨著裂縫的發(fā)育[3]。基于種種外部因素的影響，此地區(qū)比較頻繁的發(fā)生落石情況，周邊存在居民區(qū)，在雨季時(shí)，崩塌災(zāi)害發(fā)生的可能性急劇上漲，促使村民的財(cái)產(chǎn)與生命安全受到極大威脅[4]。

（2）方案設(shè)計(jì)

針對(duì)懸崖位置的危巖、險(xiǎn)石及時(shí)的給予清除；針對(duì)崖腔與空洞等給予支撐或是鑲補(bǔ)；控制坡面巖土體的風(fēng)化剝落，合理的應(yīng)用SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。結(jié)合當(dāng)前所了解到的邊坡信息，坡面沒(méi)有出現(xiàn)明顯的崖腔與空洞，支撐與鑲補(bǔ)等措施不能夠起到效果；陡崖受到風(fēng)化侵蝕的面積較大，危巖與險(xiǎn)石眾多，若選擇危巖與險(xiǎn)石清除措施，則會(huì)面臨著較大的工作量，且危險(xiǎn)系數(shù)較高，無(wú)法在根本上對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決；錨固措施的應(yīng)用比較合理，但應(yīng)該完全的了解坡面的危巖與險(xiǎn)石，實(shí)際工作執(zhí)行會(huì)遇到諸多阻礙因素，且施工風(fēng)險(xiǎn)較大，為此，以上措施均存在著不合理之處[5]。SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)具有著一定的工程適應(yīng)性與施工安裝便捷性優(yōu)勢(shì)，結(jié)合工程實(shí)際情況，應(yīng)用SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)左坡面加固不符合經(jīng)濟(jì)性原則，且施工條件不夠理想，為此，主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)也不適合應(yīng)用。

2.2 方案對(duì)比選擇

若處于落石的物源區(qū)范圍過(guò)大，可能滑落或是墜落的石頭數(shù)量過(guò)多的條件下，在中途對(duì)滾石進(jìn)行攔截的方案有效性較強(qiáng)，為此，制定兩種具體方案。

其一，攔石墻+落石槽。此方案的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在對(duì)施工材料的要求不高，可就近取材，經(jīng)濟(jì)性較高，投入成本較??；劣勢(shì)為用剛性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力沖擊的阻攔，可能會(huì)起到適得其反的作用，需要建造一個(gè)規(guī)模巨大的攔石結(jié)構(gòu)。同時(shí)，基于工程規(guī)模的影響，導(dǎo)致施工過(guò)程所需時(shí)間較多，若在此過(guò)程中發(fā)生崩塌，則會(huì)導(dǎo)致施工人員面臨著生命安全的威脅[6]。

其二，SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。此系統(tǒng)應(yīng)用中結(jié)構(gòu)支撐為鋼柱，攔石結(jié)構(gòu)具有柔性特征，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在整體的柔性較強(qiáng)，能夠有效的分散動(dòng)力沖擊力，同時(shí)此系統(tǒng)對(duì)地形的適應(yīng)性較強(qiáng)，且所應(yīng)用的材料具有環(huán)保屬性。另外，此方案的施工便捷性優(yōu)勢(shì)較為明顯，施工過(guò)程不會(huì)受到過(guò)多因素的干擾，實(shí)現(xiàn)快速安裝，快速施工效果，避免在施工過(guò)程中發(fā)生崩塌情況。

2.3 防護(hù)網(wǎng)設(shè)計(jì)

（1）參數(shù)設(shè)置

為確保SNS防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用安全性，在方案設(shè)計(jì)中根據(jù)最不利參數(shù)組合進(jìn)行計(jì)算，陡崖段高度取最大值，坡度根據(jù)直立進(jìn)行計(jì)算，斜坡取最大度數(shù)。山坡參數(shù)為：陡崖段：90°，坡高31m，坡腳長(zhǎng)度256m；斜坡段：坡度42°，坡高50m，坡腳長(zhǎng)度340m。落石參數(shù)：落石體積為1m3。巖體參數(shù)：巖性：中厚層灰?guī)r；密度：2.76g/cm3。

（2）落石運(yùn)動(dòng)計(jì)算

圖1 落實(shí)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

陡崖段坡面危巖體，脫離母體下落，運(yùn)動(dòng)軌跡可分為三個(gè)階段：墜落-碰撞彈跳-滾動(dòng)。陡崖段危巖在墜落后會(huì)形成自由落體運(yùn)動(dòng)，后在下落的過(guò)程中與突出的巖壁發(fā)生接觸，接觸后改變?cè)械倪\(yùn)動(dòng)軌跡，且出現(xiàn)碰撞的次數(shù)不固定，之后會(huì)向居民區(qū)方向運(yùn)動(dòng)。落石運(yùn)動(dòng)計(jì)算分析將落石視為球體，從坡體最高處位置（H-82m）出現(xiàn)崩塌落石，計(jì)算方式如圖1所示，落石的初始速度為v0=0m/s，重力加速度為d=9.8m/s2，落實(shí)碰撞彈跳發(fā)生在斜坡段，斜坡表面多有植被覆蓋，表層多為風(fēng)化巖石與碎石土，因?yàn)榻佑|面為風(fēng)化巖石或是碎石，常規(guī)法向阻尼系數(shù)為0.35.法向阻尼系數(shù)Rn取值為0.35，切向阻尼系數(shù)R1取值為0.85。設(shè)定落石在陡壁崖墜落，墜落高度為32m，結(jié)合公式1、2能夠計(jì)算出落石墜落階段耗費(fèi)時(shí)間為2.56s左右，碰撞斜坡坡面前的速度為25.04m/s。

落實(shí)墜落段：加速度：g=9.8m/s2

彈跳段：落石觸底后再次彈跳初始速度分量如下：

公式3：v1=R1(vxcosθ-vysinθ)

vn=Rn(vxsinθ+vycosθ)

公式4：vx=vcosθ-vsinθ

vy=-(v1sinθ+vncosθ)

公式中vx是落石觸底前水平方向速度分量；vy是落石觸底錢豎直方向速度分量，速度向上為正，向下為負(fù)。

落石碰撞后接觸地面歷時(shí)與水平運(yùn)動(dòng)距離為：

公式5：t=2(vxtanθ+v'y)/g

公式6：L=vxt

（3）SNS被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)設(shè)計(jì)

首先，防護(hù)網(wǎng)型號(hào)的選擇需要結(jié)合落石的計(jì)算結(jié)果而定，同時(shí)，基于落石形狀的差異性，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程存在著諸多不可控因素，為此，需要在落石運(yùn)動(dòng)能的基礎(chǔ)上乘以1.2的系數(shù)來(lái)近似考慮其運(yùn)轉(zhuǎn)功能。其次，防護(hù)網(wǎng)高度設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要結(jié)合多次落石運(yùn)動(dòng)情況以及計(jì)算結(jié)果而定，取最終所獲取到的彈跳最高值。

3 結(jié)語(yǔ)

從本文中引入的案例來(lái)分析，在條件不夠理想的環(huán)境下，以往所應(yīng)用的攔石墻+落石槽方案不能夠達(dá)到最佳效果，為最大化的控制崩塌危害性，最終選定SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，其所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)也較為明顯。將SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用到崩塌防治中，能夠輔助明確防護(hù)設(shè)施的位置，同時(shí)也能夠經(jīng)由計(jì)算明確攔石網(wǎng)的最高位置，以及落石的運(yùn)動(dòng)速度與軌跡等，將這些參數(shù)融入到方案設(shè)計(jì)中，促使整個(gè)方案的可靠性有明顯提升。

[1]彭景亮.SNS防護(hù)系統(tǒng)在某危巖帶防治中的應(yīng)用初探[J].山西建筑，2017，43(25):72-74.

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