基于倾斜摄影三维地质建模的崩塌防治设计

       最近一直很忙，刚刚把项目任务完成，所以马不停蹄的和大家分享一个项目心得。那就是基于倾斜摄影三维地质建模的崩塌防治设计。

       该段路线右侧山体高陡，此处分为岩堆区和潜在落石崩塌区，崩塌区后壁陡立，接近90°，高度约150米，岩堆区岩堆厚度15-30米不等，堆积块石直径大着为1-6米，呈棱角状，岩性为粗粒砾岩。

由于潜在落石崩塌区位于山腰陡壁上，人员无法攀登，且节理裂隙较为发育，有发生二次崩塌的危险，传统测绘工作很难开展，几乎无法用人工的方式获得现场资料。

针对本项目面临的问题，在全线类似段落采用倾斜摄影技术，倾斜摄影具有多角度、大范围、高精度等多种优势，优化了传统的测绘方案，将地质灾害的测量成果从传统二维升级到实景三维，并与本院自主建立的崩塌防治设计体系进行结合，将精度高达0.2m*0.2m的倾斜摄影测量结果通过GIS数据完成从测量到设计分析计算软件的端口接入，为崩塌区方案设计提供依据。

       根据现场调查及地勘报告（不良地质一览表），潜在最大落石尺寸为1m3（2m×1m×0.5m），落石密度取2500kg/m3（落石计算代表值），落石质量为2.5t,对应的坠落岩石为计算方便可看作为球状，根据球体计算公式，求得球体直径D=1.24m。

      据此建立三维计算模型，三维计算模型与现状崩塌区完全匹配一致。奥维地图与计算模型对比如下：

      潜在崩塌区域为上部崩塌体，下部为岩堆区域，现状稳定性较好，因此应主要研究上部崩塌体的落石轨迹、冲击能等，兼顾岩堆区域。为做保守考虑，崩塌区域进行适当扩大。崩塌区域计算模型如下：

计算模型中有五种坡面特征，分别是：

（1）光滑坚硬的表面，如铺砌面或光滑的层状岩石表面；

（2）基岩表面和无植被的崩塌堆积体；

（3）植被覆盖的崩塌堆积体和植被稀少的土质边坡；

（4）有少量植被的崩塌或砾石堆积体；

（5）灌木覆盖的土质边坡。

       根据崩塌区特点，潜在崩塌落石区坡面特征为基岩表面，岩堆区域坡面特征为有植被覆盖的崩塌堆积体。落石计算所需的切向阻尼系数值、法向阻尼系数值取值如下：

       据此设置计算模型坡面特征参数，然后根据现场踏勘成果设定滚石位置，由于崩塌区现状相对稳定，为了保险起见，对崩塌区设置多处危岩落石点，每一条剖面线上均匀分配落石位置，并且每个落石位置抛石次数为50次，设置位置如下：

      初始落石动能设定为0KJ，球体大小位置选取为重心点，求解方法选择刚性体计算，具体设置如下：

      计算结果如下图所示，自由落石时最大冲击能为1533KJ，自由落石时最大速度（包括转动动能速度）为93.92m/s，自由落石时最小耗时为45.37s，自由落石时最大轨迹概率为6％。

  考虑现场崩塌体陡峭，人工挂网难以实现，且坡体节理裂隙发育，施工锚杆时容易对崩塌体造成扰动，因此根据计算结果在岩堆区域中部设置一道8m高的被动防护网，防护网容许冲击能为2000KJ。并在平行路线出设置一道拦石墙，拦石墙初拟高度为3m。设置位置如下：

       设置支挡结构物后落石轨迹如下，根据计算结果，可能的落石全部挡在支挡结构物范围内，拦截成功，设置被动网处受到的最大能量为1234KJ，且仍有部分落石未拦截成功继续滚动，碰到拦石墙时停止运动，设置拦石墙处受到的最大能量为86.12KJ，落石最大弹跳高度为0.32m，最大速度为19.7.m/s。

       根据计算结果根据现场测量结果，选取典型二维坡面进一步进行落石分析，与三维落石分析结果一致。综上，可得到以下结论：

（1）落石自由运动时最大冲击能为1533KJ，被动防护网实际受到的冲击能为1234KJ，最终设置防护网标准设计冲击能为1500KJ，防护网高度为8m，挂网角度等细节设计参见被动防护网通用设计图；

（2）计算时拦石墙初拟高度为3m，实际拦石墙受到的冲击能为86.12KJ，落石弹跳高度不足0.5m，考虑1.5m的安全高度，拦石墙最终设计高度为3.5m（1.5m基础埋深），并应结合落石岩块的坠落冲击速度对拦石墙进行强度及稳定性验算，确定缓冲层厚度等设计计算。

       拦石墙强度及稳定性验算内容较多，也很感谢这个项目让我们在崩塌防治中做了一个完整的计算体系，包括坠落岩块的冲击静力荷载R-缓冲层厚度计算、坠落岩块的冲击静力荷载R-拦石墙受到的实际冲击力计算、以及拦石墙强度及稳定性验算。这样可以基于倾斜摄影保证计算模型精度，导出冲击能及弹跳高度、落石速度等信息与理论公式结合，进一步求得拦石墙的尺寸及配套的缓冲层厚度！