河北省平山县大柳树村崩塌地质灾害治理设计.docx
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河北省平山县大柳树村崩塌地质灾害治理设计
河北省平山县大柳树村崩塌地质灾害治理设计
第20卷第4期
2009年12月
中国地质灾害与防治
TheChineseJournalofGeologicalHazardandControl
Vo1.2ONo.4
Dec.2009
河北省平山县大柳树村崩塌地质灾害治理设计
王亚军,王亚民,朱宏斌
（1.华北有色工程勘察院,河北石家庄050021;2.湖北宏昌建筑勘测设计有限公司,湖北武汉430200）
摘要:
崩塌与落石是山区常见的一种地质灾害,传统的治理方法多以圬工结构和钢木结构为主,这些方法存在着材料
用量大,施工强度大,破坏当地原始生态环境,缺乏可靠的设计技术保障等缺点.为克服传统治理方法的缺点,本文综
合考虑平山县大柳树村崩塌发育的地质环境条件,并详细分析地质灾害的发育特征后,进行设计方案比选,采用SNS
柔性防护网系统对其进行治理.作者通过现场实际工程地质条件研究,确定基本计算参数和建立计算模型,计算了
崩塌落石的运动能量及弹跳高度.根据计算结果,选用5m高RX一050型被动防护网,达到防灾减灾的目的.
关键词:
崩塌;SNS柔性防护网系统;被动防护系统;治理设计;河北省平山县
文章编号:
1003—8035（2009）04—0007—06中图分类号:
P642.21文献标识码:
A
1日IJ舌
平山县大柳树村位于河北省西部,属河北省与山
西省的交界处.该村地处太行山东麓,山高谷深,沟
壑纵横,地质环境条件复杂.
大柳树村村民集中居住在北山脚下,北山西北侧
山顶危岩集中分布,四面临空,呈悬崖状.北山东南
侧山坡上不均匀分布有较多孤立状基岩露头,节理裂
隙发育,表层岩体较破碎.受暴雨,爆破等外界因素
的影响下,北山常有崩塌发生,脱离母岩的岩块沿山
坡滚落,滑落,毁坏村民房屋,阻挡交通,砸伤人畜.
每逢暴雨均让村民心生恐慌,提心吊胆,总担心崩塌
的岩块会突然从天而降.崩塌地质灾害对山下大柳
树村居民的生命财产安全及交通构成了较大的威胁,
影响村民身心健康,急需治理.
2地质环境条件
2.1地形地貌
大柳树村位于太行山东麓,属侵蚀构造中低山
区.海拔标高为+681一十1065m,相对高差为384m.
山坡坡度多为45.左右,局部较陡峭.沟谷切割较深,
多为"V"字型沟谷.
2.2气象水文
2.2.1气象
该区属温带大陆性季风气候.四季分明,冬季寒
冷少雪,春季干燥多风,夏季炎热多雨,秋季晴朗少
云.年平均气温12.8qC,极端最高气温42.1℃,最低
气温一26.5℃.
区内降雨量变化较大,多年平均降水量
560.3mm,年最大降水量1209mm（1996年）,降水量多
集中在6～9月份,占全年降水量80%以上,常发生大
暴雨,最大日降雨量76mm（1999年）.
2.2.2水文
该区属滹沱河水系.滹沱河自西向东从大柳树
村北约8km处流过,滹沱河为常年性河流,属海河流
域子牙河水系.滹沱河发源于山西省繁峙县,多年平
均流量8.62×10m3,年最大流量为2410m/s（1996
年）.
2.3地层岩性
治理区大部分为基岩裸露,局部覆盖有少量第四
系残坡积物.地层由老到新分述如下:
（1）上太古界阜平群南营组（Am）
在治理区内广泛分布,为一套花岗变质岩.含较
多黑云母,斜长石,岩性为黑云斜长片麻岩.呈灰黑
色,片麻状构造,变晶结构.结构致密,属坚硬岩.
（2）第四系（Q）
山坡及山顶上的低洼处,存留有少量残坡积物,
厚度不一,零星分布.呈棕黄色,黄褐色,结构松散,
厚度为0.1～0.5m.另外,在坡脚有洪坡积物,呈灰
黄色,褐黄色,含少量碎石,厚度为0.8m左右.在沟
谷中有砂砾卵石分布.
2.4地质构造与地震
收稿日期:
2oo9—08—10;修回日期:
2oo9一O8—28
作者简介:
王亚军（1977一）,男,硕士,主要从事地质灾害防
治,环境地质及岩土工程勘察与设计等工作.
8
中国地质灾害与防治
ZH0NGGU0DIzHIZAIHAIYUFANGZHIXUEBAO2009正
2.4.1地质构造
治理区所在的大地构造为,中朝准地台的一个相
对稳定的Ⅱ级构造单元一山西断隆的东部边缘,属新
华夏构造体系.地处第三隆起带的太行山隆起,主结
构面呈NNE向.
治理区未发现大的明显构造,仅存在一些小的构
造裂隙.
2.4.2地震
据平山县县志记载,该区域历史上未发生过具有
破坏性地震.依据《中国地震动参数区划图》
（CB18306—2001）,治理区地震设防烈度为6度,地震
动峰值加速度值为0.05g,地震动反应谱特征周期为
0.45s.
2.5水文地质条件
治理区为黑云斜长片麻岩,富水性弱,透水性差,
地下水类型为基岩裂隙水.地下水的补给来源主要
是接受大气降水,沿岩石裂隙垂直入渗,转化为地下
水.地下水动态基本属于降水入渗一径流型.治理
区地形整体呈西南高东北低,冲沟发育,坡度较大,地
下水排泄方式以天然排泄为主.水文地质条件简单.
2.6岩体工程地质特征
治理区岩体为一套花岗变质岩,岩性为黑云斜长
片麻岩.结构致密,片麻状构造,节理裂隙不甚发育,
属坚硬岩.用地质锤锤击岩体时,岩体锤击声清脆,
有回弹,有震手反应,难击碎.向岩体表面倒水时,水
沿岩体表面流动,岩体基本无吸水反映.
参考《工程地质手册》（第四版）表3～1—42,3—1
—
43,取黑云斜长片麻岩岩石密度为2.7g/cm,岩石
单轴饱和抗压强度为160MPa,静弹性模量为1.6×
lO'MPa,承载力为4MPa,摩擦系数为0.70,粘聚力为
31kPa.[]
2.7人类工程经济活动
随着社会经济的发展和人口的增加,相应的人类
工程经济活动也在不断加剧.具体表现为:
（1）过度放牧,陡坡开垦土地,破坏山上植被,破
坏生态环境,为崩塌灾害创造有利条件.
（2）该村的大理岩,花岗岩的开采,开采过程中的
爆破是诱发崩塌发生的主要因素之一.
3崩塌灾害特征
3.1崩塌的灾害历史
1996年7月,北山山顶西部的危岩体发生崩塌,
岩块滚落和滑落在山坡平缓处及出村的小路上,阻碍
交通,崩塌岩块体积为0.1～1.5m大小不等.
1997年8月大雨时,北山山体东侧有0.1～1n13
大小不等石块滚落,砸毁房屋2间.
1999年7月暴雨造成洪水,北山崩塌物随雨水
沿山坡滚落和滑落,该村房屋损坏10间.
近年来,由于采石场的爆破及暴雨的影响,北山
上常有岩石块滚落至村庄及交通道路上.
3.2崩塌灾害危害对象
大柳树村位于河北省和山西省交界的偏远山区,
该村北山崩塌地质灾害隐患直接威胁大柳树村村民
的生命财产的安全,崩塌产生的岩块堵塞进出村庄的
唯一道路,破坏耕地庄稼.该村地处暴雨多发区,每
逢暴雨,村民人心惶惶,提心吊胆,崩塌灾害严重影响
着村民的身心健康.北山崩塌灾害主要的危害对象
为:
大柳树村住户50户,房屋140间,人口258人;进
出村道路约50m;耕地约2hrn2.
3.3崩塌的分布特征
大柳树村北山山坡高约50m,长约180m,坡度
45.左右,面积约为12700m2.山体大部分基岩裸露,
表层有少量不连续的薄层状残坡积土,长有杂草.
山体西侧山坡上局部岩体陡峭,节理裂隙发育,
将岩体分割呈块状,危岩块体积为0.1～1.5m.不等,
呈近似长方体,柱状,楔形状等不规则形状.目前状
况下,处于稳定状态.在暴雨,爆破等外界因素的影
响下,易形成大面积崩塌.
最大危岩体临空面近直立状,该危岩体高约
17m,东西宽约15m,南北长约18m.整个危岩崩塌体
的体积约4590m3（照片1）.岩体节理裂隙发育,可见
近垂直节理一组,共6条,产状2O.78.,裂隙张开度
1～15cm.可见近水平节理一组6条,节理面产状15.
5.,张开度约1～10cm.
北山东侧山体上不均匀分布有较多孤立的基岩
露头,节理裂隙较发育,将露头分割呈块状,各岩块近
似呈长方体,体积为0.1～1.5m不等,目前处于稳定
状态.在暴雨,放牧等外界因素的影响下,易沿山坡
滑动和滚落（照片2）.
另外,北山山坡上无规律的分布有大量剥离母岩
的孤石,块石,在外界因素的影响下,易沿山坡滑动和
滚落（照片3）.
3.4崩塌灾害的形成条件
3.4.1地形地貌
第4期王亚军,等:
河北省平山县大柳树村崩塌地质灾害治理设计9
照片1北山山体西侧危岩体（镜像:
北西）
Photo1Thedangerousrockmassonthewest
ofnorthmountain（mirrorimage:
northwest）
照片2北山山体局部孤立岩体（镜像:
北）
Photo2Thepartialisolatedrockmassonthenorth
mountain（mirrorimage:
north）
照片3北山山坡上的孤石,块石（镜像:
北西）
Photo3Theisolatedstonesonthehillsideof
northmountain（mirrorimage:
northwest）
大柳树村北山具备高陡的地形地貌条件,山体大
部分基岩出露,山坡高约50m,坡度45.左右,局部危
岩体近直立状,为岩块的崩塌和滚动创造了条件.
3.4.2岩体结构
北山岩体为上太古界阜平群南营组黑云斜长片
麻岩,长期受风化剥蚀作用,表层节理裂隙发育,裸露
岩体多被切割呈块状,在外界因素影响下,岩块较易
形成崩塌和滚落.
3.4.3大气降雨
该区域每年6～9月份易降暴雨,大雨不但促进
岩体进一步风化,也为崩塌提供了动力条件.
3.4.4采石场爆破
大柳树村石材资源丰富,近年来,为增加经济收
入,村民开始开采大理岩,花岗岩,爆破时产生的震动
为北山岩体崩塌产生了动力条件.
3.4.5随意放牧
在山坡上覆盖有少量残坡积土,长有野草,村民
常在北山牧羊,羊群的活动,易造成山坡岩块滑动和
滚落,引发崩塌灾害发生.
3.5危岩破坏模式
北山山体西侧危岩体临空面多近直立状,危岩体
后部存在与边坡坡向一致的陡倾角贯通或断续贯通
的破坏面,危岩体底部局部临空,危岩体可能沿底部
支点向临空方向倾倒破坏,属倾倒式破坏.
北山山体东侧的孤立的基岩露头,多被节理裂隙
分割呈块状,岩体后部存在与边坡倾向一致的贯通或
断续贯通的破裂面,倾角较缓,危岩体沿着破坏面滑
移破坏,属滑塌式破坏.
山体上其它的孤石,块石,多在暴雨,放牧等外界
因素影响下,沿山坡滑动滚落.
4崩塌灾害治理方案
4.1治理工程方案比选
（1）方案一:
搬迁避让
该方案的设计思路是通过主动搬迁受崩塌灾害
威胁区域的住户,采取主动避让的方法,有效的防止
人民生命财产的损失,达到防灾减灾的目的.
直接受崩塌灾害威胁的住户为沿山居住的18户
人家,由于该村地处太行山东麓中低山区,地形特征
决定,搬迁l8户人家,建房所需用地存在困难,村里
难以找到合适的地方建房.而且山区建房需要开挖
地基,费用较高,平均按每户8万元计算搬迁费,光搬
迁费需要144万元.另外,崩塌威胁到现有进出村道
路,再修一条进出村道路或者采取措施保护该道路,
困难很大.
（2）方案二:
清除危岩体
该方案的设计思路是直接消除崩塌灾害产生的
来源,清除北山上的危岩体,山坡上的孤石,滚石.
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中国地质灾害与防治
ZH0NGGUODIZHIZAIHAIYUFANGZHIXUEBA02009年
北山高约50m,危岩威胁区长约170m,坡度45.
左右,坡面面积约为12700m.要彻底消除隐患,需
要将北山西侧危岩体爆破除掉,西侧山坡最大危岩
体,临空面近直立状,高约17m,东西宽约15m,南北
长约18m,整个危岩崩塌体的体积约为4590m3.由于
山坡陡峭,爆破施工不便,产生的废石需要场地堆放,
同时也造成新的环境问题.
另外,在北山山坡遍地滚石,孤石,以及孤立基岩
风化露头,约12700m2山坡均需要清理,清理工程量
很大,清理后的废石需要场地堆放,将产生新的环境
问题.
危岩体清除按每立方米100元计算,清理孤石,
块石,按每立方米50元计算,该方案需要的治理费为
109.4万元,该方案治理费用较大.
（3）方案三:
主动加固危岩体
该方案是采取工程措施主动加固北山危岩体,可
以使用锚固法,挂网法,喷浆法等对北山危岩体进行
加固,使危岩体稳固,从而消除崩塌地质灾害.
本方案,可以有效的阻止崩塌灾害的发生,但是
由于坡高,坡度大,无工作面,施工难度很大,施工费
用高.
（4）方案四:
坡脚修建缓冲沟
该方案的设计思路是采取被动防护的措施,沿山
坡坡脚修建一条具有一定宽度和深度的缓冲沟,使滚
落,滑落下来的岩块落在缓冲沟内,避免冲进村庄造
成损失.
该方案需要开挖坡脚,北山山体多为基岩出露,
开挖难度大,工程量大,开挖坡脚易造成滑坡等新的
地质灾害出现.
（5）方案五:
坡脚修建挡石墙
在北山山坡脚修建挡石墙一道,拦截崩塌危岩
块.该方案工程量大,费用昂贵,且村后修建大型挡
土墙存在安全隐患.
（6）方案六:
SNS柔性防护网
SNS柔性防护网系统自1995年从瑞士引入我国
以来,已成功的应用于国内铁路,公路,水电站,矿山
和市政工程的上千个边坡工程中,解决了传统防治措
施难以解决的大量难题,其可靠的安全保障性,施工
的快速标准化和利于环保等综合技术经济优势极其
新颖而巧妙的防护观念和设计思想,已被广大工程技
术界人员所认识和认同.
该方案的设计思路是发生崩塌后进行有效拦截,
达到减灾防灾的目的.
SNS柔性防护网系统采用的是一种开放式防护
方法,按设计正确组织实施,较传统的防治方法可节
约大量资金,降低工程造价,不会引起新的环境问题,
有效的保护治理区原始生态环境.
4.2治理工程方案选择
根据大柳树村实际地质环境条件,以及北山崩塌
灾害的分布特征,结合崩塌灾害的危害对象,综合运
用地质学,环境学,农林学,生态学,岩土工程学等相
关知识,按照经济合理,安全有效的原则,对大柳树村
北山崩塌灾害防治工程采用:
SNS柔性防护网治理方
案.
SNS柔性防护网在地质灾害治理工程中应用不
多,本方案的实施,可以为今后同类工程探索积累相
关经验.该方案还具有以下突出特点:
（1）以柔克刚,拦截能力强.目前最大能及标准
已达5000kJ,理论上可以承受质量为10t的巨石以
31.6m/s的速度直接冲击.
（2）整个防护设计思想表现为降落石动能成功转
化为系统变形能,使设计相对简化.不需要考虑落石
与挡石网之间的冲击位置及力的相互作用,仅需根据
现场条件进行落石计算,选用相应能级系统.
（3）SNS柔性防护网系统材料性能稳定,安装标
准化,方便快捷,施工简单,易操作,防崩塌效果好.
（4）工厂化生产,标准化的设计安装保证了系统
的经济性能,造价低.
（5）现场适应能力强,限制条件小,陡坡,沟壑均
能适应,对原始景观破坏少.
5治理工程设计
5.1基本设计参数
（1）北山山坡参数
①坡度:
45.;②坡高:
50m;③坡长:
170m.
（2）最大危岩体参数
①坡度:
近直立;②最大高度:
17m;③危岩块体
积:
0.1～1.5m3.
（3）岩体参数
①岩性:
黑云斜长片麻岩;②密度:
2.7g/em3.
5.2计算简图
根据实际情况,取大柳树村北山最大危岩体进行
计算,计算简图如下图1所示.
5.3落石运动速度计算
第4期王亚军,等:
河北省平山县大柳树村崩塌地质灾害治理设计
图1危岩崩塌落石计算简图
Fig.1Thecalculationdiagramabouttherockfall
fromthedangerousrockmass
危岩体临空面近直立状,危岩块在开始17m的
下落阶段近似按自由落体运动对危岩块进行初速度
计算.岩块自危岩体低端向坡下运动的反射切线分
速度,运用《崩塌与落石》（胡厚田,中国铁道出版社）
第87页公式6—7和第90页表6—8进行计算.
设崩塌危岩块崩塌至缓坡坡面时的速度为,取
沿山坡向前运动的反射切线瞬时分速度为.,则:
=
~/2gHI
0=（1一）VCOS（口l一口）
其中:
——落石与坡面初次碰撞时的速度（m/s）;
日——危岩体高度（m）,取17m;
——
重力加速度（m/s）,取10m/s;
Vo——落石与坡面第一次碰撞后反射速度（m/
S）;
——
瞬时摩擦系数,查表取0.3;
a——危岩体坡度（.）,取90.;
——
山坡坡度角（.）,取45o.
代人参数,计算得:
=18.4m/s,.=9.1m/s.
5.4落石对斜坡面的最大偏离lm.x计算
落石对斜坡面的最大偏离z,运用《崩塌与落
石》（胡厚田,中国铁道出版社）第92页公式6—15和
第95页公式6—16进行计算.
（tana—cotf1）
"一2gtan口（1+cot）
200十2a（1一番）p=———-
二
√Vo
其中:
z——落石对斜面的最大偏离（m）;
Vo——落石与坡面第一次碰撞后反射速度,取
9.1m/s;
a——山坡坡度角（.）,取45.;
——
落石反射速度.的方向与纵坐标轴问的
夹角（o）.
代人参数,计算得:
:
95.8.,z…=5.0m.
5.5落石对斜坡面的最大偏离计算
落石对斜坡面的最大偏离h,运用《崩塌与落
石》（胡厚田,中国铁道出版社）第95页公式6—17进
行计算.
（tan口一cotf1）
"
其中:
～——落石对斜坡面的最大偏离,m;
——
落石与坡面初次碰撞时的速度,取
18.4m/s;
a——山坡坡度角（.）,取45.;
——
落石反射速度v0的方向与纵坐标轴间的
夹角,取95.8.;
——
重力加速度（m/s）,取10m/s.
代人参数,计算得:
～=5.0m.
5.6落石撞击能E计算
根据查尔斯（Chasles）理论,落石撞击能E为运动
能my与滚动能之和,这里运用《危岩防治原
理》（陈洪凯,地震出版社）第90页经验公式5.63进
行计算].
E=0.6mv
mm"m"
其中:
E——落石的撞击能（kJ）;
m——落石质量（kg）;
.——
落石与坡面第一次碰撞后反射速度,取
9.1m/s;
m一——预计最大落石的质量（kg）;
p——落石密度,取2.7g/cm~;
Vmax——预计最大落石的体积,取1.5m.
代人参数,计算得:
m=4.05×10kg,E=
201kJ.
5.7SNS被动防护网设计
5.7.1型号选择
通过计算,最大落石撞击能E=201kJ,考虑一定
的安全储备,根据《铁路沿线斜坡柔性安全防护网》
（TB/T3089—2004）表2选用被动防护网.选用的防
护网系统如下:
H
12
中国地质灾害与防治
ZHONGGUODIZHIZAIHAIYUFANGZHIXUEBAO2009正
型号:
RX一050.
网型:
D0/08/200.
结构配置:
钢柱+支撑绳+拉锚系统+缝合绳+
减压环.
5.7.2防护网离危岩边的距离及网高
通过上述计算,可确定出危岩块在距离危岩体坡
底水平方向5.0m范围内,可产生的滚动跳跃最大高
度为5.0m,远离危岩体顺坡滚动跳跃高度逐渐降低.
综合考虑施工方便及危岩的分布情况,选择距离
危岩体坡脚水平距离约20m的平缓处,在一条等高
线上设置被动防护网一道.被动防护网高度取b=
一
=5m.
5.7.3钢绳锚杆长度及抗拔力选用
被动网高度b=5m,根据《铁路沿线斜坡柔性安
全防护网》（TB/T3089—2004）附录B,表B.1,选用钢绳
锚杆长度（m）/抗拔力（kN）.
（1）上拉锚杆:
2m/50kN.
（2）侧拉锚杆:
2.5m/60kN.
（3）下拉锚杆:
2m/50kN.
（4）中间加固锚杆:
2m/50kN.
（5）钢绳锚杆孔径应大于钢绳直径15mm.
（6）锚固体砂浆标号不低于M20.
6结论
（1）大柳树村北山崩塌灾害防治工程采用SNS柔
性防护网治理方案,改变了传统的刚性或低强度低柔
性的设计方法,运用高强度柔性结构达到减灾防灾的
目的.
（2）治理工程的实施,不影响原始生态环境,亦不
会引起新的环境问题.
（3）该设计方案使施工安装标准化,技术简单,施
工快捷,治理费用低.
参考文献:
[1]《工程地质手册》编委会.工程地质手册（第四版）[M].北
京:
中国建筑工业出版社,2007:
165—170.
[2]胡厚田.崩塌与落石[M].北京:
中国铁道出版社,1989:
71—105.
[3]陈洪凯.危岩防治原理[M].北京:
地震出版社,2006:
67
—
9O.
[4]TB/T3089—2004.铁路沿线斜坡柔性安全防护网[s].
TheDesigningaboutgeologicaldisasterofrockFall
TreatmentWorkinDaliushuVillageofPingshanCounty,HebeiProvince
WANGYa—jun,WANGYa.min,ZHUHong.bin
（1.NorthChinaEngineeringInvestigationInstitute,Shijiazhuang050021,China;
2.HubeiHongchangConstructionSu~eyDesigningLimitedCompany,Wuhan430200,China）
Abstract:
Therockfallisakindofcommongeologicaldisasterinthemountainousarea,andthemasonrystructureandthe
steal-woodconstructionaretraditionalmethodstomanagetherockfal1.Thesetraditionalmeasureshavealotof
shortcomings,forinstance,largeamountofmaterial,constructionintensity,destroyingthelocalityprimitiveecological
environment,lackingthereliabletechniquesafeguardofdesigningandSOon.Inordertoovercometheshortcomingsof
traditionalmethods,theauthoroverallconsideredthegeologicalenvironmentconditionabouttherockfalldevelopmentinthe
DaliushuVillage,analyzedthedevelopmentalcharacteristicofgeologicaldisaster,andadoptedtheSNSsoftprotectsystem
toresolvetheproblemofrockfal1.Theauthordeterminedthebasiccalculationparametersandestablishedthecomputation
modelthroughtheactualengineeringgeologicalcondition,andcalculatedthemovementenergy
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