公路落石特征及柔化防護(hù)的試驗研究

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1、公路落石特征及柔化防護(hù)的試驗研究1緒論1.1研究背景我國是一個幅員遼闊、山脈眾多的國家，斜坡坡面地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，經(jīng)常出現(xiàn)邊坡巖塊脫離母巖并快速向下運(yùn)動的現(xiàn)象，從而構(gòu)成較大的潛在的危害[14]。尤其是近些年來山區(qū)公路的修建不斷增加，公路里程數(shù)加大，所經(jīng)路線邊坡坡狀況復(fù)雜多樣，落石災(zāi)害經(jīng)常出現(xiàn)。落石災(zāi)害的規(guī)模雖然小，但其造成的危害大，全面有效的治理困難。高速公路高邊坡防護(hù)越來越多，且多數(shù)為路暫邊坡，開挖后巖體的整體性受到影響，巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，并且?guī)酝谶吰率箮r體裸落，更易受外界環(huán)境的影響而引發(fā)落石，尤其在黑龍江的寒冷地區(qū)，冬季寒冷、夏季晝夜溫差較大，邊坡巖體在凍融循環(huán)作用下強(qiáng)度降低而發(fā)生災(zāi)害。

2、落石發(fā)生的規(guī)模小，位置零散不確定，易被忽略，但它的危害使經(jīng)濟(jì)遭到巨大損失、人民的生命安全受到威脅。在美國、意大利、加拿大等山區(qū)多的國家里，落石成為邊坡失穩(wěn)造成人員傷亡的主要因素在我國，落石造成各項設(shè)施的損失以及人員傷亡也很多。1972年，在川藏公路迫龍?zhí)祀U段，落石的下落致公路運(yùn)輸車隊中的11人傷亡[15]。1981年8月16日，在寶成軍師廟車站處K312處，落石穿透正停留該站的旅客列車上，致1人死亡，21人受傷[4]。1999年，3月25日，在浙江支和縣西塘鎮(zhèn)西南3km處，一輛行駛的汽車被落石擊中，造成18人死亡。2001年7月25日，小客車行到貴新公路55公里一帶時，數(shù)十公斤的石塊擊穿右

3、前擋風(fēng)玻璃而碰中副駕駛員的頭部致死。2007年6月10日，在重慶市萬州區(qū)，從山體上滾落的石塊致行駛客車砸中，致7人死亡，12人受傷。2011年9月13日，西漢高速公路犄角嶺隧道上行線北口，由于持續(xù)多日降雨導(dǎo)致山體松動而引發(fā)落石飛落，造成橋梁出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重影響通行。2013年6月24日，渝昆高速K401+500m處由于連續(xù)降雨情致山體落石將超車道碰出大洞，造成交通中斷；2013年，2月25日，在鎮(zhèn)巴縣境內(nèi)315縣道上，越野車正在行駛過程中，被突然墜落的巨石砸中，致一人死亡。落石造成的慘劇給人們留下了深刻印象，落石的災(zāi)害越來越受到人們的關(guān)注，雨季連續(xù)降雨造成巖體松動成為發(fā)生落石災(zāi)害的一個重要引

4、發(fā)因素；許多偏遠(yuǎn)山路車流量小，邊坡防止落石災(zāi)害措施少、難度大，也是發(fā)生落石災(zāi)害的集中地區(qū)；地震發(fā)生時，邊坡巖體受到劇烈震動沖擊，使軟弱面松動的巖體和整體性能好的巖體都出現(xiàn)抗剪強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減小，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的落石災(zāi)害，地震發(fā)生機(jī)率小，但造成的后果損失大，對于這種不經(jīng)常發(fā)生引發(fā)落石災(zāi)害的因素要引起重視，做好預(yù)警和防護(hù)工作。1.2國內(nèi)外概況及發(fā)展趨勢1.2.1落石運(yùn)動特征的研究為防止邊坡落石的發(fā)生，研究落石的運(yùn)動特征有重要作用，落石的運(yùn)動形式、落石運(yùn)動軌跡、運(yùn)動的速度對確定防護(hù)措施的位置和選擇起到了決定性的作用。國內(nèi)學(xué)者胡厚田根據(jù)進(jìn)行大量野外調(diào)查資料，落石按照初始的運(yùn)動狀態(tài)劃分為轉(zhuǎn)動式、滑

5、移式和直落式三種，按照落石的運(yùn)動形式分為直落式、直落跳躍式、跳落式、滑落式和滾落式五類。直落式落石為直立邊坡上的巖塊，失穩(wěn)后下落形成；直落跳躍式的落石為自由墜落的巖塊，與巖體碰撞后跳躍；跳落式為落石在高陸的邊坡跳躍前進(jìn)；滑落式落石一般發(fā)生在平整且坡度緩的邊坡，以滑動的形式向下運(yùn)動。楊海清、周小平[17]將落石形狀近似為橢圓形，采用接觸力學(xué)和運(yùn)動學(xué)理論為基礎(chǔ)，將落石下落時的運(yùn)動形式分為自由落體運(yùn)動、滑動和滾動、碰撞、跳躍，實際運(yùn)動為其中的幾種組合。葉四橋、陳洪凱[18]等人進(jìn)行現(xiàn)場落石試驗時，無論落石的形狀是球形、方形、片狀或其它形狀，落石運(yùn)動都是以滾動和彈跳為主，沒有明顯的滑動段。落石下落

6、時以滾動為主時，能量損失大，以跳躍為主時，落石的運(yùn)動速度和運(yùn)動距離較大，并且與坡面的碰撞會使落石的運(yùn)動方向發(fā)生變化。在對邊坡落石運(yùn)動軌跡方程的推導(dǎo)計算時，通常將落石簡化為質(zhì)點(diǎn)，落石運(yùn)動過程中一般不考慮落石質(zhì)量的變化和空氣阻力的影晌。對落石運(yùn)動過程進(jìn)行比較早的研究是前蘇聯(lián)的尼?米?羅依尼什維里教授，提出了計算不同類型的邊坡坡面上落石滾落的運(yùn)動速度公式，如單一坡度的邊坡和折線形邊坡等計算公式。.2落石運(yùn)動方式及影響因素2.1概述落石，也稱為墜石或滾石，研究其形成的條件、運(yùn)動的特征是清晰、明確的研究落石定義的基礎(chǔ)。落石的發(fā)生與邊坡的穩(wěn)定有密切相關(guān)，并且與崩塌、碎落等地質(zhì)災(zāi)害都有很大聯(lián)系，一般認(rèn)為

7、落石是小規(guī)模的崩塌。危巖是落石形成的基礎(chǔ)，被結(jié)構(gòu)面切割處于不穩(wěn)定狀態(tài)或欠穩(wěn)定的狀態(tài)，巖體中存在發(fā)育的結(jié)構(gòu)面是形成落石的前提，因而落石形成的過程具有一定的漸進(jìn)性，重力作用、風(fēng)化作用、水、地震等作用是誘發(fā)落石形成的主要因素，危巖在與母巖徹底分離后，以滑動、滾動、墜落、跳躍等方式向下運(yùn)動形成了落石，大規(guī)模的落石災(zāi)害為崩塌，單塊或多塊為落石，兩者的差異主要是規(guī)模的大小。對于落石雖然沒有一個統(tǒng)一的定義，但都是根據(jù)其形成的機(jī)理、因素