Research on Key Issues of Stability of Typical Dangerous Rock Masses in the Changxing Formation, Guizhou Province

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2025.035

Abstract

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

CLC Number:

P642.21

QIN Hongliang, ZHAO Cui, ZHU Yuhua, HU Rong, WU Bo, HUANG Xinxin, HUANG Guangcai. Research on Key Issues of Stability of Typical Dangerous Rock Masses in the Changxing Formation, Guizhou Province[J]. Geoscience, 2025, 39(04): 908-919.

Figures/Tables 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