帕隆藏布峡谷区落石运动特征及工程风险评价

摘要

落石是一种常见的不良地质现象，在我国西南大高差峡谷区频繁发生落石灾害。落石灾害偶然发生的特点为其防治工程的设计带来巨大的挑战，小规模的落石灾害会对铁路、公路的安全运营带来影响，大规模的落石灾害不仅会严重威胁到建筑物安全，还会造成重大人员伤亡。　　帕隆藏布地处西藏自治区林芝市波密县境内，具有河谷宽窄相间、河流深切及水系沿构造线发育的高山峡谷地貌特征，区内落石等不良地质发育。本文以帕隆藏布峡谷区的落石问题为研究对象，基于现场调查和理论研究，采用模型试验方法研究了影响落石运动特征的因素。结合数值方法分析了瓢达曲某隧道岸坡落石的运动轨迹，并对落石运动的区域进行了预测，最后对落石的防治提出了建议。主要研究内容如下：　　(1)把落石在边坡上的运动分为飞落、碰撞、滚动、滑动四种形式。基于运动学理论，讨论研究了落石四种运动形式的运动轨迹以及运动参数。　　(2)基于控制变量法，采用模型试验研究了影响落石运动特征的多种因素。研究表明：①落石最远运动距离与落石质量、数量、下落高度以及边坡高度成正比，在边坡坡度为50°左右时达到最大；②落石的偏移比与边坡高度、落石数量成正比，与落石质量成反比，与边坡坡度、落石下落高度无关；③落石碰撞后的弹跳高度以及碰撞恢复系数与坡面覆盖层有关，与落石质量、下落高度无关，落石碰撞后的弹跳高度和碰撞恢复系数在边坡坡度为50°左右时达到最大。　　(3)模型试验研究表明，落石在边坡上的运动形式与落石形状紧密相关。薄片状落石在边坡上的运动形式以滑动为主；长条形落石在边坡上的运动形式有滑动、滚动、碰撞；长方体、正方体落石在边坡上的运动形式为滚动与碰撞；圆柱状落石在边上的运动形式以滚动为主。落石的形状越规则、越接近球形，其水平运动距离越远、偏移比越小，弹跳高度越高，碰撞恢复系数越大。　　(4)基于模型试验结果，根据落石与边坡碰撞时的接触情况，把落石的碰撞形式分为面碰撞、棱碰撞、点碰撞，建议点碰撞恢复系数取值在0.3~0.67之间，棱碰撞恢复系数取值在0.13~0.3之间，面碰撞恢复系数取值在0.02~0.13之间。　　(5)对模型试验获得的落石运动的横向偏移距离与水平最远运动距离的数据进行统计分析，统计结果表明，有99.4%的落石偏移比小于0.3，所有落石偏移比均小于0.4；有99.83%的落石偏移角在60°以内，所有落石的偏移角都在65°以内。　　(6)采用数值方法，模拟分析了研究区瓢达曲某隧道岸坡落石的运动轨迹，结合模型试验的偏移比和现场岸坡岩体结构面调查数据，预测了考虑岩体结构面后的落石运动区域。基于计算结果，提出了针对落石不良地质采用柔性防护网或棚洞防治的设计建议。

目录

声明

第 1 章绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 落石运动特征的理论研究

1.2.2 落石运动特征的试验方法研究

1.2.3 落石运动特征的数值研究

1.2.4 落石的防治措施研究

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 本文研究的思路和技术路线

第 2 章帕隆藏布峡谷区落石的形成条件和诱发因素

2.1 落石形成的条件

2.1.1 地形地貌

2.1.2 地层岩性

2.1.3 地质构造

2.1.4 风化卸荷

2.2 落石的诱发因素

2.2.1 冻融循环

2.2.2 降雨及地下水

2.2.3 动植物作用

2.2.4 人类工程活动

2.2.5 地震

第 3 章帕隆藏布峡谷区落石运动特征的理论分析

3.1 落石在边坡上常见的运动形式

3.1.1 落石的初始运动形式

3.1.2 落石在边坡上的运动形式

3.2 落石运动特征的理论计算

3.2.1 飞落

3.2.2 碰撞

3.2.3 滚动

3.2.4 滑动

3.3 落石运动特征计算实例

第 4 章落石运动特征的室内模型试验研究

4.1 试验方案设计

4.1.1 试验目的

4.1.2 试验模型设计与制作

4.1.3 试验仪器设备

4.1.4 试验方法与步骤

4.2 落石运动特征的分析

4.2.1 长方体落石的运动特征

4.2.2 正方体落石的运动特征

4.2.3 长条形落石的运动特征

4.2.4 薄片状落石的运动特征

4.2.5 圆柱状落石的运动特征

4.3 落石影响范围的分析

4.3.1 落石水平运动距离的分析

4.3.2 落石偏移比的分析

4.3.3 落石偏移角的分析

4.4 落石碰撞特征的分析

4.4.1 落石碰撞恢复系数的分析

4.4.2 落石碰撞后弹跳高度的分析

4.5 小结

第 5 章帕隆藏布峡谷区落石的工程风险分析

5.1 落石对隧道口的危险性评价

5.1.1 研究区区域地质概况

5.1.2 研究区危岩落石发育特征

5.1.3 危岩落石威胁区域预测

5.2 结构面对落石运动区域的影响

5.3 研究区落石的防治措施

5.3.1 隧道口落石常见防治措施

5.3.2 研究区隧道口落石的防治措施

结论与展望

致谢

参考文献