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烏魯木齊石人子溝水庫道路山體崩塌危巖體穩(wěn)定性分析

文檔作者：王保山王剛文檔來源：新疆地礦局第三地質(zhì)大隊		更新日期： 2026年08月11日	點擊數(shù)：
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M管理及其他 anagement and other
烏魯木齊石人子溝水庫道路山體崩塌危巖體穩(wěn)定性分析
王保山，王剛
（新疆地礦局第三地質(zhì)大隊，新疆 庫爾勒 841000）
摘 要：對烏魯木齊市石人溝水庫西岸崩塌危巖體進行三維掃描數(shù)據(jù)進行處理，獲得危巖體的三維形態(tài)、尺寸及典型節(jié)理裂隙
信息。根據(jù)試驗和經(jīng)驗值得到危巖體及結構面的物理力學參數(shù)，采用極限平衡法和三維整體穩(wěn)定法對崩塌危巖體不同工況條件
下的穩(wěn)定性進行評價。在此基礎上，對崩塌危巖體進行落石軌跡分析，獲得崩塌危巖體落石運動軌跡和分布規(guī)律，為后續(xù)防護
與治理措施提供理論依據(jù)。
關鍵詞：石人子溝；山體崩塌；危巖體；穩(wěn)定性分析
中圖分類號：P642.2 文獻標識碼：A 文章編號：11-5004（2018）10-0203-2
收稿日期：2018-10
作者簡介：王保山，男 ，生于1988 年，漢族，新疆庫爾勒人，研究生碩士，水工
環(huán)中級，研究方向：地質(zhì)災害勘查與防治、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)。
隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，山區(qū)建設進程加快。山區(qū)的公
路、鐵路以及水利樞紐的興建使得危巖體災害發(fā)生的頻率越來
越高，人們也越來越重視對危巖體的防治。很多地區(qū)都存在著危
巖體的地質(zhì)災害隱患，而對危巖體進行穩(wěn)定性分析，是消除這些
災害隱患必不可少的工作。本文通過對石人溝水庫西岸崩塌危
巖體進行三維掃描數(shù)據(jù)進行處理分析，并就該危巖體的穩(wěn)定性
作出評價，為后續(xù)防護治理工作提供相應的理論借鑒[1]。
1 工程地質(zhì)條件
1.1 地形地貌
研究區(qū)地貌屬構造- 侵蝕形成的低山區(qū)，石人子溝河谷呈南
北向展布，兩側分布有陡坡，相對切割深度50-200m，受強烈的
風化剝蝕作用及水流侵蝕作用，而形成圓頂中低山，邊坡及坡頂
植被較發(fā)育。由于道路切坡，在道路兩側分布有陡坎。研究區(qū)北
部斜坡微地貌特征明顯，在斜坡前緣由人類切坡修路，破壞坡面
穩(wěn)定性，前緣呈陡坎狀，斜坡坡度一般在60°左右，坡面巖體突
兀，風化破碎。勘查區(qū)東部的石人子溝沖洪積形成的階地，地形
平坦，坡降一般小于10‰。
1.2 地層巖性
根據(jù)野外調(diào)查及收集的資料，研究區(qū)出露地層為中生界二
疊系下統(tǒng)（T1+2cn）倉房溝群和第四系松散堆積物[2]。
1.3 地質(zhì)構造與區(qū)域地殼穩(wěn)定性
1.3.1 地質(zhì)構造
對于研究區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性起控制作用的斷裂為紅雁池- 柳樹
溝逆斷層，為柳樹溝箱狀背斜的次生斷裂構造，在石人溝入溝口
處呈斜角度分布，在地形上有明顯反映，斷層帶上可見擦痕、巖
石破碎和透鏡體化、綠泥石化明顯，斷層兩側石英脈和方解石脈
非常發(fā)育。
1.3.2 新構造運動
第四紀以來新構造運動時急時緩，一直在交替進行。在中更
新世末期新構造運動表現(xiàn)為山體上升盆地下降，中更新統(tǒng)地層
有較大升幅，至晚更新世末地貌輪廓已基本形成，進入全新世僅
稍加塑造，形成了現(xiàn)代的地貌格局。
1.3.3 地震及區(qū)域地殼穩(wěn)定性
根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》（GB18306 － 2015）
勘查區(qū)地震動峰值加速度0.20g，對應的地震基本烈度為Ⅷ度。
根據(jù)地殼結構、地震震級、地震基本烈度、地震動峰值加速度等
指標進行地殼穩(wěn)定性劃分，工作區(qū)地殼穩(wěn)定性屬次不穩(wěn)定區(qū)。
2 崩塌危巖體穩(wěn)定性評價
本項目中的崩塌危巖體的主要破壞模式為滑移式破壞楔形
體破壞。采用Slide 軟件進行滑移式穩(wěn)定性分析；采用Swedge 軟
件進行楔形體穩(wěn)定分析。
Slide 穩(wěn)定性計算剖面采用三維激光掃描確定的地質(zhì)剖面，
計算參數(shù)中巖體根據(jù)試驗獲得，裂隙面參數(shù)依據(jù)規(guī)范里的經(jīng)驗
參數(shù)。分別對13 個崩塌危巖體進行了天然工況、降雨及地震工
況下的穩(wěn)定性計算。計算結果表明，在天然工況下各崩塌危巖體
的穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2，均能滿足規(guī)范要求。降雨工況下各剖面
穩(wěn)定系數(shù)均小于天然工況，在降雨工況下大部分崩塌危巖體的
穩(wěn)定系數(shù)小于1.1，比規(guī)范要求的穩(wěn)定系數(shù)要低。在暴雨等工況
條件下，崩塌體巖性及滑裂面力學參數(shù)劣化，穩(wěn)定系數(shù)降低。崩
塌危巖體應作為工程治理措施的重點對象。地震工況下各剖面
穩(wěn)定系數(shù)均小于天然工況，在地震工況下大部分部分崩塌危巖
體的穩(wěn)定系數(shù)小于1.1，比規(guī)范要求的穩(wěn)定系數(shù)要低。在地震工
況條件下，崩塌體受水平地震力作用，穩(wěn)定系數(shù)比天然工況有所
降低[3]。
Swedge 穩(wěn)定性計算利用上述章節(jié)獲得的地形、結構面及巖
層等信息，生成崩塌危巖體的三維地質(zhì)模型，進而分析危巖體結
構面在空間上的相互組合及交切，確定楔形體的空間位置。利
用赤平投影軟件分析得出潛在不穩(wěn)定的結構面組合，分析結構
面組合條件下不穩(wěn)定塊體的破壞模式。分別對13 個崩塌危巖體
進行了天然工況、降雨及地震工況下的穩(wěn)定性計算。計算結果表
明，在天然工況下各崩塌危巖體的穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2，均能滿
足規(guī)范要求。降雨工況下各剖面穩(wěn)定系數(shù)均小于天然工況；在
降雨工況下大部分崩塌危巖體的穩(wěn)定系數(shù)均小于1.1，比規(guī)范要
求的穩(wěn)定系數(shù)要低；地震工況下各剖面穩(wěn)定系數(shù)均小于天然工
況，在地震工況下大部分崩塌危巖體的穩(wěn)定系數(shù)小于1.1，比規(guī)
范要求的穩(wěn)定系數(shù)要低。
Swedge 軟件計算出了各種工況下的穩(wěn)定系數(shù)較slide 軟件計
算的偏低，主要是由于Slide 軟件計算的為單面滑動，Swedge 軟
件計算的為兩個最不利結構面組合的楔形體滑動破壞。因此，大
部分危巖崩塌體的潛在失穩(wěn)模式為不利結構面組合的楔形體滑
動破壞。
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M管理及其他 anagement and other
到理想的測量效果。
2.3 GPS 測繪技術在城市建設中應用
除上述應用外，該技術在城市建設中發(fā)揮著巨大的作用，該
技術能夠進行全天候測量，影響因素較少，測站不需要進行通
視，在進行目標測量過程中，其上方無遮擋物存在，便可實現(xiàn)精
準測量，通常情況下雙頻GPS 接收機，能夠?qū)崿F(xiàn)5mm+1×10-6D
的基線解精度，該技術相較于紅外儀有著很大的優(yōu)勢，可以進行
長距離的測量，效率高，而且居于非常高的精度。進行GPS 布設
控制網(wǎng)時，在30min~40min 便可實現(xiàn)各測站的測量，極大的提升
了工作效率。
2.4 GPS 測繪技術在公路測量建設中的應用
（1）繪制大比例尺地形圖。通常而言，進行高等級公路選線
使可通過大比例尺帶狀地形圖上來實現(xiàn)。過去進行測圖工作中，
應當首先建立控制網(wǎng)，接著在開展碎部測量，這些工作完成后，
在繪制大比例尺地形圖。
不僅需要投入大量的測繪時間和人力投入，而且測繪的效
率很慢。而GPS RTK 技術的應用，實現(xiàn)了動態(tài)測量，能夠在很
多的時間內(nèi)，獲知各個坐標點，并將碎部測量的數(shù)據(jù)信息輸入到
繪圖軟件，便可在室內(nèi)完成此項工作。
（2）工程控制測量。靜態(tài)測量是該技術進行控制網(wǎng)建立的最
精密手段，尤其適用于大型建筑物的測量。在公路工程建設中，
應用最多的是GPS 實時動態(tài)控制測量，在測量過程中能實時獲
得定位精度，極大的提升了測繪的工作效率。
（3）公路中線測設。設計人員通過大比例尺帶狀地形圖進
行公路定線之后，需要把公路中線進行有效的標定。此時，通過
GPS 實時測量技術的應用，僅需將中線樁點的坐標輸入到GPS
接收機，便可通過接收機自動給出放樣的點位。
（4）公路縱、橫斷面測量。利用繪圖軟件便可在公路中線確
定后的中線樁點坐標，繪制出公路的路線斷面以及各樁點的橫
斷面。不必在進行現(xiàn)場測量，有效的降低了人工投入，提高了工
作效率。
3 結語
在經(jīng)濟社會高速的發(fā)展背景下，GPS 技術也獲得了極大的
發(fā)展，不僅具有非常高的測量精和測量效率，同時其經(jīng)濟性也非
常明顯，因此，應用前景廣闊。特別是應用于工程測繪，該技術
的測繪精度極高，大大提升了測繪數(shù)據(jù)的可靠性，增進了工作效
率，降低了人力投入，避免了資源浪費，對確保測繪結果更好地
服務于建設項目具有非常重要的意義。
參考文獻
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100+103.
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（上接203 頁）
3 崩塌危巖區(qū)整體穩(wěn)定性評價
在GIS 平臺中進行二次開發(fā)，嵌入無限邊坡分析模塊，假定
滑動面深度為5m，在天然與降雨工況下，對烏魯木齊市石人子
溝水庫道路山體崩塌危巖區(qū)整體穩(wěn)定性進行評價。
在GIS 平臺中進行二次開發(fā)，嵌入無限邊坡分析模塊，假
定滑動面深度為5m，在天然與降雨工況下，崩塌危巖區(qū)整體穩(wěn)
定性進行了評價。整體穩(wěn)定性計算結果表明，天然工況下，絕大
數(shù)區(qū)域穩(wěn)定系數(shù)大于1.2，滿足規(guī)范的穩(wěn)定要求。在降雨工況下，
區(qū)域穩(wěn)定系數(shù)顯著下降，部分坡度較陡區(qū)域穩(wěn)定系數(shù)小于1，不
穩(wěn)定崩塌危巖體范圍明顯增大，與前面章節(jié)二維極限平衡計算
結果基本一致。穩(wěn)定系數(shù)較小的區(qū)域需作為防治措施的重點區(qū)
域，為后續(xù)防護與治理措施提供依據(jù)。
4 崩塌危巖體落石軌跡模擬
對于不穩(wěn)定巖質(zhì)邊坡崩塌危巖體，特別是表面風化常有落
塊的地區(qū)，工程中最關心的就是如下幾個問題：(1) 落石的落距；
(2) 落石的最大彈跳高度。
采用Rocfall 軟件對研究區(qū)崩塌危巖體落石估計進行了模
擬。著重對穩(wěn)定系數(shù)較低的危巖體B2、B6、B7 進行了分析。研
究結果表明，在不設任何阻攔的情況下，落石均能滾落到公路
上，其中B2 有小部分落石堆積到公路，B6 和B7 有大部分落石
堆積到公路；落石在滾落過程中，最大彈跳高度為12m。在未
設置擋墻前，危巖體在預設擋墻處的彈跳高度為0 ～ 2m，因此
建議設置的擋墻高度為2m。根據(jù)落石的運動特征及公路走向情
況，建議在公路上方斜坡小平臺上設置擋墻以攔阻上部落石。加
設擋墻之后，落石基本被攔在擋墻之內(nèi)，為后續(xù)防治工程的設計
提供理論依據(jù)。
5 結論
本項目中的崩塌危巖體的主要破壞模式為滑移式破壞楔形
體破壞。采用Slide 軟件進行滑移式穩(wěn)定性分析；采用Swedge 軟
件進行楔形體穩(wěn)定分析。
（1）Swedge 軟件計算出了各種工況下的穩(wěn)定系數(shù)較slide
軟件計算的偏低，主要是由于Slide 軟件計算的為單面滑動，
Swedge 軟件計算的為兩個最不利結構面組合的楔形體滑動破
壞。因此，大部分危巖崩塌體的潛在失穩(wěn)模式為不利結構面組合
的楔形體滑動破壞。
（2）在GIS 平臺中進行二次開發(fā)，嵌入無限邊坡分析模塊，
假定滑動面深度為5m，在天然與降雨工況下，崩塌危巖區(qū)整體
穩(wěn)定性進行了評價。穩(wěn)定系數(shù)較小的區(qū)域需作為防治措施的重
點區(qū)域，為后續(xù)防護與治理措施提供依據(jù)。
（3）采用Rocfall 軟件對研究區(qū)崩塌危巖體落石估計進行了
模擬。根據(jù)落石的運動特征及公路走向情況，建議在公路上方斜
坡小平臺上設置擋墻以攔阻上部落石。加設擋墻之后，落石基本
被攔在擋墻之內(nèi)，為后續(xù)防治工程的設計提供理論依據(jù)。
參考文獻
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