崩塌影响最大范围的确定(2007年7月10日修改稿)

精品文档 1欢迎下载 崩塌影响最大范围的确定 崩塌危岩体沿崩塌面滑移 翻滚 脱离母岩后形成崩塌 一般情况下 崩 塌危岩体的所在位置较高 势能储备大 势能一旦转换为动能 其破坏性和危 害性都会很大 崩塌危岩体的岩性 崩塌面的岩性特征 崩塌方向上地面的起 伏变化 崩塌岩块落地点的地形及地质特征 植被情况等诸多因素 都会影响 到崩塌的危害范围 较好地确定崩塌的影响范围 在陡岩分布广泛 崩塌灾害 多发区的贵州省 具有特殊的意义 一 基本假定一 基本假定 1 崩塌岩块在崩塌过程中的运动轨迹线 在崩塌方向线的垂直平面上 不考虑崩塌方向的侧向改变 2 不考虑崩塌岩块碎裂或地面变形引起的动能损失 3 假定崩塌岩块落地位置的地面为弹性体 小范围内的地面光滑 其倾 向及倾角与计算剖面一致 二 崩塌岩块运动轨迹计算二 崩塌岩块运动轨迹计算 1 崩塌岩块在崩塌面上的运动形式十分复杂 常常是滑移和翻滚共存 以下按滑移状态阐述 在实际应用中 应根据发生翻滚运动的可能性大小 调 整崩塌面摩擦角 的取值 如崩塌危害体为独立的硬质岩石 崩塌面由硬质岩 构成 且平整光滑 可考虑取 0 A 崩塌岩块在崩塌面上的运动轨迹与崩塌面一致 相应的水平距离 图 一 精品文档 2欢迎下载 S L COS 1 B 危岩体在重力作用下 沿崩塌面 L 滑移 设崩塌危岩体后缘的岩块 在崩塌后有最大的影响范围 该岩块在崩塌面上的下滑力 F WSin WCos tg 2 式中 F 岩块在崩塌面上的下滑力 W 岩块重量 W mg m 为岩块质量 g 为重力加速度 g 9 81m 秒 2 崩塌面的倾角 L 崩塌面的长度 可在计算剖面上量取 崩塌面上的摩擦角 崩塌危岩块在崩塌面上的加速度与下滑力间的关系为 F ma 3 以 3 式代入 2 式 立即得崩塌岩块沿崩塌面的运动加速度 a g Sin Cos tg 4 S L 图一 危岩体 最大影响范围 第1落地点 第n次落地点 第2落地点 精品文档 3欢迎下载 设崩塌面的长度为 L 崩塌岩块的初速度为零 崩塌岩块滑移长度与滑移 时间的关系式为 L a t2 2 1 故有 t 2L a 0 5 5 再以 4 式代入 5 式 即得 t 2L g Sin Cos tg 0 5 6 这即是崩塌岩块在崩塌面上的滑移时间 崩塌岩块完成滑移 脱离母岩瞬间 沿崩塌面的速度 V0 at g Sin Cos tg t 以 6 式代入后得 V0 7 tgCosSingL2 这即是崩塌岩块在脱离母岩瞬间 沿崩塌面方向的瞬时速度 与之相应的 水平速度 Vos Vo Cos 8 竖直速度 VOH Vo Sin 9 2 崩塌岩块脱离母岩至第一次落地时间内的运动轨迹 忽略空气阻力不 计 岩块在水平方向以速度 Vos 作匀速运动 在竖直方向作加速运动 故此 在时间 t 崩塌岩块的运动轨迹方程为 S1 Vos t 10 精品文档 4欢迎下载 1 H1 VOH t 1 2gt2 10 2 这即是崩塌岩块脱离母岩至第一次落地时间内的轨迹方程 在引入崩塌方 向的地面线坐标后 即可用图解法 解析法或编制计算机程序 求得崩塌岩块 的第一次落地点及崩塌运动时间 三 崩塌岩块第一次落地后的弹跳轨迹三 崩塌岩块第一次落地后的弹跳轨迹 崩塌岩块落地后 将引起弹跳 并同时发生相应的动能损失 因落地点地 面的物理性质不同 其动能损失也不同 在此引入弹跳系数的概念 弹跳系数 在 0 1 范围内取值 其取值大小 应根据植被情况 地面及一定深度范围内的 岩性特征来确定 目前尚无可供使用的试验或统计资料 设岩块落地前和弹起 后的质量不变 岩块弹起后动量的损失在本质上为岩块运动速度的损失 在一 般情况下 岩块弹起瞬间的运动速度小于落地前瞬间的运动速度 1 崩塌岩块弹跳轨迹方程参数计算 对 10 1 式和 10 2 式求一阶导数得岩块落地瞬间的 水平速度 V1S V0S 11 竖直速度 V1H V0H gt 12 沿岩块落地入射线方向的速度 V1 V1S 2 V1H 2 0 5 13 岩块落地入射线与水平线的夹角 精品文档 5欢迎下载 1 tg 1 V1H V1S 14 式 12 中的时间 t 为崩塌岩块脱离母岩至第一落地点的运动时间 或 前一弹跳的运动时间 设岩块落地时与地面成点接触 落地点一定范围内的地面光滑平整 按入 射角与反射角相等原理 岩块反弹射线与地面的夹角和岩块落地射线与地面的 夹角相等 均等于 1 1 1为地面在崩塌方向上与水平面的夹角 岩块反 弹射线与水平线的夹角为 2 1 1 如图 2 2 崩塌岩块弹跳运动轨迹 设崩塌岩块落地点的反弹系数为 K 岩块反弹瞬间的反弹速度因动量损失 而减小 其相应的反弹速度 V01 K V1 15 与之相应的反弹 水平速度 V01S V01 Cos 2 1 1 16 竖向速度 V01H V01 Sin 2 1 1 17 精品文档 6欢迎下载 用 16 及 17 式求得的 V01S及 V01H替代 10 1 及 10 2 式中的 V0S及 V0H1即得岩块反弹后的运动轨迹方程 S2 V01s t 18 1 H2 V01H t 1 2gt2 18 2 岩块落地反弹后的运动轨迹方程与岩块脱离母岩至第一次落地时间内的运 动轨迹方程在形式上完全一致 仅有水平运动速度和竖直运动速度在数值上的 变化 按以上方程进行多次弹跳计算 当第 n 次弹跳的跨距小于某一数值 且落 地点附近地面斜坡没有突然变陡时 可认为弹跳终止 同时可认为第 n 次弹跳 的落地点 即是崩塌影响范围的边界 四 应用时应注意的问题四 应用时应注意的问题 1 崩塌面摩擦角与岩体内摩擦角具有完全不同的概念 由硬质岩构成的 危岩体 硬质岩崩塌面 危岩体中的独立岩块 直立甚至倒悬的危岩体 在崩 塌面上的运动形式常常表现为翻滚状态 崩塌面摩擦角 应取得较小 甚至可 取为零 而软质岩或较软岩的 值反而应取得大一些 2 当崩塌危岩体落地点的地面倾向与崩塌方向线不一致时 崩塌岩块的 反弹方向将会改变 并向地面的最大倾角方向偏移 在崩塌影响范围圈定时 应予充分注意 精品文档 7欢迎下载 3 当崩塌岩块弹跳终止点前缘 有陡岩或陡斜坡 45 及以上 时 应 适当调整崩塌面摩擦角 或反弹系数 以确定崩塌岩块进入下一斜坡再弹跳的 可能性 4 反弹系数应在地质调查的基