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某鐵路停車場邊坡危巖落石運動分析及防治措施研究

文檔作者：王洪法文檔來源：中鐵上海設計院集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年03月04日
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王洪法：某鐵路停車場邊坡危巖落石運動分析及防治措施研究·197·
DOI：10．13379／j．issn．1003·8825．2018．05．40
某鐵路停車場邊坡危巖落石運動分析及防治措施研究
王洪法
(中鐵上海設計院集團有限公司，上海200070)
摘要i危巖落石是山區鐵路沿線主要的地質災害類型之一，由于危巖落石運動的不確定性，
目前對于落石區域的預測及危險等級的劃分沒有可靠的方法，在實際工程設計過程中，亦無規范或
標準規定的計算方法。對此，在現場調查與分析的基礎上。運用ROCKFALJL軟件，對某鐵路停車場
邊坡危巖落石進行綜合模擬，并預測危巖落石可能達到的區域，揭示崩塌落石的沖擊特性；通過統
計分析劃分出落石危險等級區域，并在此基礎上提出了該鐵路停車場邊坡崩塌落石的防治措施。
關鍵詞：停車場；危巖落石；運動分析；危險等級；防治方案
中圖分類號：U216．41+5 文獻標志碼：A 文章編號：1003—882512018)05—0197—05
0引言¨。3】
近年來，新城鎮建設、高速公路、高鐵等國家
基礎建設項目發展迅猛，越來越多的工程建設項目
位于山地區域，崩塌落石災害在山區鐵路沿線隨處
可見。其分布范圍極廣，發生突然，頻率高，對沿
線構筑物(鐵路軌道、橋梁、隧道進出口、明洞、棚
洞等)和人類活動(行駛車輛、過往人群等)構成了
嚴重的威脅。
目前我國有關崩塌落石災害的基礎理論研究非
常薄弱，尚無有關崩塌落石災害防護設計的規范、
規程，不同的單位根據各自的經驗和認識進行相關
設計，因而存在很大的風險性。總體說來，目前有
關崩塌落石災害及其防護技術方面主要存在如下幾
個方面的問題：
(1)確定崩塌落石沿坡面的運動軌跡是對落石
進行有效攔截的基礎，這是一個難點。目前大多采
用現場試驗的方法確定，尚無合理、簡易的計算公
式，影響到對落石坡面運動軌跡的確定，進而影響
坡面攔截系統合理位置的選擇以及落石危害區域的
確定。
(2)崩塌落石對防護結構的沖擊力是進行防護
結構設計的關鍵參數。目前尚無相關的有效計算公
收稿日期：2018—03—20
基金項目：中鐵上海設計院集團有限公司科研項目：廣州市軌道交
通四號線南延段工程南沙停車場高邊坡加固技術研究
(集14—06)
作者簡介：王洪法(i970一)，男，江蘇揚州人。高級工程師，主
要從事路基設計工作。E．mail：121 1550265@qq．corn。
式，嚴重地影響了防護結構的設計。
上述問題，目前國內外尚缺乏深入研究，也是
目前鐵路建設和管理方面存在的重大技術難題，迫
切需要進行深入而廣泛的研究。本文結合某鐵路停
車場邊坡危巖落石治理工程，對危巖落石危害程度
和影響范圍以及防治措施進行研究。
1工程概況
某鐵路停車場區域地貌為剝蝕低丘陵區，北側
為上世紀九十年代末期采石形成的高陡邊坡，坡面
主要為巖質邊坡，巖性為花崗巖，全一弱風化，邊
坡高度約80—100 m，坡率1：0．2—1：0．5。
根據現場地質勘察，山體邊坡整體穩定，但是
由于開采爆破使坡面局部閉合裂隙張開，形成縱橫
交錯的卸荷裂隙，在重力、風化營力、地表水滲透
壓力等作用下與母巖逐漸分離，形成潛在的危巖，
成為安全隱患，直接威脅停車場內的建筑及人類
活動。
場區內平面布置，見圖1。
圖1中，場內建筑物與既有高陡邊坡坡腳距離
最小約30 m，最大約70 m。
本次研究的思路為：根據危巖體的結構以及既
有邊坡的現狀特征，運用Roekfall軟件建立某鐵路
停車場高陡坡落石運動分析模型，重點分析落石運
動軌跡，統計劃分出落石風險等級區域，定量評估
危巖落石的危害程度和影響范圍，并據此擬定相應
的工程防護措施，確保場區內建筑及人類活動的
安全。
萬方數據
·198·
路基工程
Subgrade Engineering 2018年第5期(總第200期)
圖1 停車場平面布置(單位：1111)
2 危巖落石失穩后風險區域預測方法H‘51
目前，國內外許多專家和學者已經提出了許多
種崩滑運動距離的預測模型方法，包括：經驗統計
預測模型(李保雄，1998；王念秦，2003)、確定性
預測模型(如雪橇模型Hungr，1995)、摩擦模型
(Scheidegger，1973)、數值模擬預測模型(江曉禹，
2006)等，而危巖落石與滑坡又有很大的區別，落石
運動距離的預測尚未有一套成熟的方法。
要準確地預測落石風險區域，從目前來看，共有3
種方法，即滾石試驗、落石歷史調查和落石軌跡計算。
(1)滾石試驗：這是最直接、最有效的方法。
理想的狀況是沿陡崖走向從不同位置、不同高度和
不同坡面，選用不同形狀和不同尺寸的塊石，沿陡
崖滾落，即可得到落石可到達區域，即威脅區域。
該方法類似完全歸納法，但其操作過程繁瑣，費用
高，并且存在很多安全問題，一般難以實現。
(2)落石歷史調查：對某一具體的危巖落石帶，
通常坡腳散落著歷史上崩落的巖塊，通過區域調查
和分析，大致可以認為歷史上危巖崩落后所覆蓋的
區域，也會是將來危巖崩落后可能的威脅區域，并
根據落石數量的多少，確定落石危險等級。該方法
類似于經驗統計預測模型。
(3)落石軌跡計算：運用動力學和運動學的相關
理論，模擬落石運動軌跡，通過計算機軟件的分析，
得出落石的運動軌跡及滑落后的水平距離，從而預測
落石風險區域，并根據落石的概率確定落石風險等
級，目前國內外比較常用的軟件是Rockfall軟件。
本文以落石軌跡計算為主，結合落石歷史調查，
綜合確定落石風險等級區域。
3 落石彈跳軌跡理論計算及風險等級劃分卜121
3．1模擬斷面選取
根據現場調查了解到該山體高邊坡是由人工采
石形成的，邊坡上部較緩，中下部較陡近乎直立，
局部地段坡面突出呈倒懸狀，邊坡最大高度
80～100 m，坡度約730～840。基于安全考慮，采
用坡高100 m，邊坡角度80。左右的斷面進行落石
分析計算，邊坡中部模擬采石形成的兩個陡坎，局
部地段有不同程度的高低起伏。計算模擬斷面，見
圖2。
110
90
70
E
越50
姬
30
10
o lo 20
水平距離，m
圖2計算斷面
3．2運用落石分析軟件Rockfall模擬
根據落石計算原理，運用Rockfall軟件建立分
析模型，重點選取落石大小、形狀、坡面粗糙程度
等參數。當邊坡頂部和底部為土質邊坡、中部為巖
質，坡高100 m，平均坡度為80。，選取落石質量
1 000～5000 kg，5000—10000 kg各模擬200次，其
落石軌跡，見圖3。
由圖3可以看出：從高度100 in處掉落不同
質量的石塊，落石飛落距離相對集中在35—70 113
之間，即離坡腳15～50 m地方，二次飛落(指落
石接觸地面后再次彈跳)距離可能在70 Ill以外，
落石最大飛行速度約39—40 m／s，落石能量最大
約800～8 000 kJ，落石相對坡腳最大彈跳高度為
61～64 m(指落石在坡面上彈起后相對地面距
離)。
各參數包絡線，見圖4一圖6。
萬方數據
王洪法：某鐵路停車場邊坡危巖落石運動分析及防治措施研究
0 20 40 60 80
水平距離，m
(a)落石質量1000-5000kg
45
●40
?34
￡28
趣23
嘲17
濰II
l；卜6
0 20 40 60 80
水平距離，m
(b)落石質t5000—10000kg
圖3落石軌跡
坡形狀線
O 9 18刀36 46 55 64 73 82 91 100
落石距滑落起點水平距離，m
(a)落石質量1000kg
體邊坡形狀線
絡線
O 9 18 27 36 46 55 64 73 82 91 100
落石距滑落起點水平距離，m
(b)落石質量10000kg
圖4最大平移速度包絡線
900
800
700
高600
箍500
柑400
量200
100
：
咖
避
柑
量
邊坡形狀線
線
O 9 18 27 36 46 55 64 73 82 91 100
落石距滑落起點水平距離，m
(a)落石質tloootg
擴十模{{
十參壹
均一～．
邊坡形狀線
線
0 9 18 27 36 46 55 64 73 82 91 100
落石距滑落起點水平距離，m
(b)落石質量10000kg
圖5最大沖擊能■包絡線
73
64
—54
越45
框36
襄翟
9
O 9 18 27 36 46 55 64 73 82 91 100
落石距滑落起點水平距離，m
(a)落石質量1000kg
線
0 9 18 27 36 46 55 64 73 82 91 100
落石距滑落起點水平距離，m
(b)落石質量10000kg
圖6最大彈跳高度包絡線
據調查，原靠近坡腳位置為水塘，常有碎塊掉
落，主要掉落在距離坡腳約15～30 m的范圍內；水
塘抽水填平后，據現場施工人員反映，偶爾碎石也
會掉落，掉落滾動距離離坡腳超過30 m，表明落石
在撞擊地面后會反彈跳起，向更遠的位置運動。
4落石風險等級區域的劃分及設計方案‘‘3。161
根據落石不同的質量，模擬當邊坡高度為100 m
時，不同落石質量的計算結果，見表l。
衰1 100m坡高不同落石質量的計算結果
同理計算：當落石計算其它邊界條件不變，降
低邊坡高度時，落石點距坡腳的距離隨著邊坡高度
的降低而減小。根據邊坡高度的不同進一步細化落
石風險區域，邊坡高度和風險區域劃分，見表2。
表2邊坡高度與落石風險區域劃分Hi
邊坡高度H 落石高危區落石中危區落石低危區
／7≤30 0—20 20—30 >30
3035
0一10和>40
0一15和>45
Ⅳ>80 20。40 40—50 0—20和>50
∞如∞加∞如加如加m
m，恒囂
張∞m斂甜強撕仃9
山，越恒卷融
一．．，g一、越瑙渣斗 惦帕弘勰∞n¨6
萬方數據
·200·
路基工程sub酬e Engine。ering 2018年第5期(總第200期)
根據表2數據，劃分出不同邊坡高度的落石風險區域，見圖7。
圖7落石風險區域劃分
由圖7可見：距離坡腳0～30 m為落石高危區，
距離坡腳10—50 m為落石中危區，其余均為落石低
危區。根據落石區域的劃分，結合落石的彈跳高度及
沖擊能量，設計采用一種柔性窗簾式防護網，其設計
理念為“疏導+控制”，即全坡面掛IZ一075型張口
式簾式網，其頂部為一道類似于被動網的柔性防護
網，底部不封口，允許運動至該處的落石繼續向下運
動，下部邊坡覆蓋了簾式防護網，利用網片自身重量
可抑制落石彈跳，又可引導落石滾落至坡腳，防止網
內兜了大量塊石形成安全隱患。張口式簾式網剖面示
意，見圖8。防護網施工后全貌，見圖9。
圖8張口式簾式網剖面設計方案示意
圖9防護網施工后全貌
5結語
危巖落石運動是一種極其復雜的運動，落石與
坡面碰撞的受力情況具有很大的不確定性，這使得
落石的運動軌跡計算變得非常復雜。主要因素有：
邊坡坡度、坡面形狀及粗糙程度、坡面的植被發育
情況、坡面的巖石力學性質、落石的大小、形狀、
下落狀態等等。本文在現場調查的基礎上，運用
Rockfall軟件建立某鐵路停車場高陡邊坡落石運動分
析模型，重點分析和運用落石的概率統計，從而估
算落石的風險等級區域，為場區內建筑物的合理布
置及高陡邊坡落石防護方案提供定量依據，最終采
用以“疏導”為思路的邊坡落石防治方案，經過工
程實踐驗證，該方案具有較好的防護效果。
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The Kinematic Analysis and Preventive Treatment of the Dangerous Rock
on a Railway Depot Slope
WANG Hongfa
(China Railway Shanghai Design Institute Group Co．，Ltd．，Shanghai 200070，China)
Abstract：RockfalliS one of the main disaster types of railway in the mountain area．Due to the uncertainty Ot
the rockfall movement，no reliable method can be used for rockfall prediction and risk classification nowadays．
As a result，based on field investigation and analysis of rock—fall model，applying the principle of kinematics
calculation，using the ROCKFALL software to do some comprehensive simulations and predictions of dangerous
area where the rocks may reach，reveal the impact property and movement rules of rockfall when rocks fall
along slope，classify the risk level by statistical analysis and provide quantitative design basis．And the
countermeasures are put forward based on all mentioned above．
Key words：depot；dangerous rockfall；kinematic analysis；risk classification；preventive measures
征訂《路基工程》及合訂本啟事
2019年度《路基工程》正在征訂，郵發代號62—156，雙月出版，每期(本)15元，全年6期(本)
90元。讀者可到當地郵局辦理訂閱，也可直接到編輯部訂閱。
為滿足讀者需要，本刊備有歷年合訂本，每本90元(含郵資、包裝費)。
郵政匯款：成都市金牛區通錦路16號《路基工程》編輯部郵編：610032
市電：(028)86442963(傳真) 路電：(061)42963
銀行賬號：中國建設銀行股份有限公司成都金仙橋支行51001446408050264369《路基工程》編輯部
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