贵州长兴组典型危岩体稳定性关键问题研究

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2025.035

摘要/Abstract

摘要：

长期以来,危岩体的形成机理、崩塌发生的可能性及主要诱发因素、崩落影响范围等关键问题没有得到有效解决。本文以贵州长兴组典型危岩体为研究对象,综合运用现场调查、工程测量、岩石力学试验、数理统计、赤平投影、极限平衡法、数值模拟及相关性分析等方法,系统研究其形成机理、稳定性及影响范围。研究显示,该区危岩体的形成机理为长兴组硬质灰岩形成陡崖地貌,在各种综合作用力下形成裂隙,上硬下软的岩性组合在长兴组燧石灰岩底部形成凹岩腔,在地表陡崖临空面处便形成危岩体;危岩体稳定性定量计算与定性分析的结论基本吻合,3个危岩单体处于欠稳定状态,3个危岩单体处于基本稳定状态;危岩体崩落最大影响距离为345 m,落石影响范围约0.36 km²。研究表明,研究区内危岩体主要由岩石强度及化学成分、内外部作用力、地层岩性组合特征等因素的共同作用形成;在人类寿命数十年的时间尺度范围内,其倾覆力矩来源于水压力,降雨为该区倾倒式崩塌最重要的诱发因素;崩落运动距离、总动能分别与落石块体体积正相关,弹跳高度与落石块体体积不相关。本研究对贵州岩溶山区类似危岩体灾害的防治具有一定的科学指导意义。

关键词: 长兴组, 危岩体, 稳定性分析, 数值模拟, 崩落影响范围

Abstract:

For a long time, key issues such as the formation mechanism of dangerous rock masses, the possibility of collapse, main triggering factors, and the impact range of collapse have not been effectively solved. This study takes typical dangerous rock masses in the Changxing Formation of Guizhou as the research object, and systematically investigates their formation mechanism, stability, and impact range by comprehensively applying methods including field investigation, engineering survey, rock mechanics test, mathematical statistics, stereographic projection, limit equilibrium method, numerical simulation, and correlation analysis. The results show that the formation mechanism of dangerous rock masses in this area is as follows: the hard limestone of the Changxing Formation forms steep cliff landforms, and fractures are generated under the action of various combined forces; the lithological combination of “hard on top and soft at the bottom” forms concave rock cavities at the bottom of cherty limestone in the Changxing Formation, thus forming dangerous rock masses at the free face of surface cliffs. The conclusions of quantitative calculation and qualitative analysis of dangerous rock mass stability are basically consistent: 3 individual dangerous rock masses are in a sub-stable state, and 3 are in a basically stable state. The maximum impact distance of dangerous rock mass collapse is 345 m, and the rockfall impact range is about 0.36 km?. The study indicates that the dangerous rock masses in the study area mainly result from the combined action of factors such as rock strength, chemical composition, internal and external forces, and characteristics of stratigraphic-lithological combinations. Within the time scale of several decades of human lifespan, the overturning moment stems from water pressure, and rainfall is the most important triggering factor for toppling collapses in this area. The collapse travel distance and total kinetic energy are positively correlated with the volume of rockfall blocks, respectively, while the bounce height has no correlation with the volume of rockfall blocks. This research has certain scientific guiding significance for the prevention and control of similar dangerous rock mass disasters in karst mountainous areas of Guizhou.

Key words: Changxing Formation, dangerous rock mass, stability analysis, numerical simulation, impact range of collapse

中图分类号:

P642.21

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图/表 12

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编号	宽×高×厚 (m³)	坡向	坡度	主要结构面	岩层产状	受体	距房屋 (m)
WY1	33×24×18	100°	80°	40°∠78°、70°∠78°	324°∠14°	办公楼人员、危岩顶部通信塔	85
WY2	20×26×8	95°	80°	20°∠75°、90°∠75°	327°∠13°	下部村民、附近人员、耕地	152
WY3	13×26×7	105°	80°	20°∠75°、90°∠75°	327°∠13°	下部村民、附近人员、耕地	162
WY4	6×25×6	85°	78°	30°∠75°、115°∠75°	327°∠13°	下部村民、附近人员、耕地	155
WY5	9×35×3	135°	85°	40°∠80°、300°∠80°	310°∠12°	下部村民、附近人员、耕地	88
WY6	14×34×5	150°	85°	45°∠80°、130°∠80°	310°∠12°	下部村民、附近人员、耕地	98

编号	宽×高×厚 (m³)	坡向	坡度	主要结构面	岩层产状	受体	距房屋 (m)
WY1	33×24×18	100°	80°	40°∠78°、70°∠78°	324°∠14°	办公楼人员、危岩顶部通信塔	85
WY2	20×26×8	95°	80°	20°∠75°、90°∠75°	327°∠13°	下部村民、附近人员、耕地	152
WY3	13×26×7	105°	80°	20°∠75°、90°∠75°	327°∠13°	下部村民、附近人员、耕地	162
WY4	6×25×6	85°	78°	30°∠75°、115°∠75°	327°∠13°	下部村民、附近人员、耕地	155
WY5	9×35×3	135°	85°	40°∠80°、300°∠80°	310°∠12°	下部村民、附近人员、耕地	88
WY6	14×34×5	150°	85°	45°∠80°、130°∠80°	310°∠12°	下部村民、附近人员、耕地	98

试样编号	岩性	饱和单轴抗压试验		抗拉强度 f_lk(MPa)	变形试验
试样编号	岩性	饱和密度 ρ(g/cm³)	抗压强度 f_r (MPa)	抗拉强度 f_lk(MPa)	弹性模量 E (10⁴MPa)	泊松比μ
YY-1	灰岩	2.73	48.32	6.24	3.24	0.31
YY-2	灰岩	2.67	30.27	3.36	4.12	0.28
YY-3	灰岩	2.70	37.59	5.59	3.36	0.30
YY-4	灰岩	2.69	44.86	4.71	3.38	0.29
YY-5	灰岩	2.71	36.55	3.55	4.61	0.26
YY-6	灰岩	2.68	40.54	6.03	4.55	0.27
样本数		6	6	6	6	6
最大值		2.73	48.32	6.24	4.61	0.31
最小值		2.67	30.27	3.36	3.24	0.26
平均值		2.70	39.69	4.91	3.88	0.29
标准差		0.022	6.402	1.247	0.628	0.019
变异系数		0.008	0.161	0.254	0.162	0.066
修正系数		0.993	0.867	0.790	0.866	0.946
标准值		2.68	34.40	3.88	3.36	0.27

试样编号	岩性	饱和单轴抗压试验		抗拉强度 f_lk(MPa)	变形试验
试样编号	岩性	饱和密度 ρ(g/cm³)	抗压强度 f_r (MPa)	抗拉强度 f_lk(MPa)	弹性模量 E (10⁴MPa)	泊松比μ
YY-1	灰岩	2.73	48.32	6.24	3.24	0.31
YY-2	灰岩	2.67	30.27	3.36	4.12	0.28
YY-3	灰岩	2.70	37.59	5.59	3.36	0.30
YY-4	灰岩	2.69	44.86	4.71	3.38	0.29
YY-5	灰岩	2.71	36.55	3.55	4.61	0.26
YY-6	灰岩	2.68	40.54	6.03	4.55	0.27
样本数		6	6	6	6	6
最大值		2.73	48.32	6.24	4.61	0.31
最小值		2.67	30.27	3.36	3.24	0.26
平均值		2.70	39.69	4.91	3.88	0.29
标准差		0.022	6.402	1.247	0.628	0.019
变异系数		0.008	0.161	0.254	0.162	0.066
修正系数		0.993	0.867	0.790	0.866	0.946
标准值		2.68	34.40	3.88	3.36	0.27

危岩体	序号	组合交棱线	倾向(°)	倾角(°)	夹角(°)	危岩体	序号	组合交棱线	倾向(°)	倾角(°)	夹角(°)
WY1	1	P-J1	61	77	39	WY4	1	P-J1	45	74	40
	2	P-J2	66	78	34		2	P-J2	123	75	38
	3	P-L	12	10	88		3	P-L	357	11	88
	4	J1-J2	55	78	45		4	J1-J2	73	70	12
	5	J1-L	313	14	147		5	J1-L	303	12	142
	6	J2-L	343	13	117		6	J2-L	27	7	58
WY2	1	P-J1	42	74	53	WY5	1	P-J1	70	78	65
	2	P-J2	14	43	81		2	P-J2	220	45	85
	3	P-L	7	10	88		3	P-L	225	1	90
	4	J1-J2	55	72	40		4	J1-J2	350	75	145
	5	J1-L	293	11	162		5	J1-L	312	12	183
	6	J2-L	3	11	92		6	J2-L	30	2	105
WY3	1	P-J1	50	73	55	WY6	1	P-J1	83	77	67
	2	P-J2	40	67	65		2	P-J2	78	74	72
	3	P-L	17	9	88		3	P-L	240	4	90
	4	J1-J2	55	72	50		4	J1-J2	87	77	63
	5	J1-L	293	11	172		5	J1-L	317	12	167
	6	J2-L	3	11	102		6	J2-L	40	0	110