ISSN 1003-8035 CN 11-2852/P
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宜昌至郑万高铁联络线施工阶段隧道进出口落石风险再评估

杨强国, 罗刚, 吴茂林, 张倩

杨强国,罗刚,吴茂林,等. 宜昌至郑万高铁联络线施工阶段隧道进出口落石风险再评估[J]. 中国地质灾害与防治学报,2025,36(4): 1-13. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202405033
引用本文: 杨强国,罗刚,吴茂林,等. 宜昌至郑万高铁联络线施工阶段隧道进出口落石风险再评估[J]. 中国地质灾害与防治学报,2025,36(4): 1-13. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202405033
YANG Qiangguo,LUO Gang,WU Maolin,et al. Re-evaluation on rockfall risk at tunnel entrances and exits during the construction phase of Yichang—Zhengwan high speed railway connection line[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2025,36(4): 1-13. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202405033
Citation: YANG Qiangguo,LUO Gang,WU Maolin,et al. Re-evaluation on rockfall risk at tunnel entrances and exits during the construction phase of Yichang—Zhengwan high speed railway connection line[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2025,36(4): 1-13. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202405033

宜昌至郑万高铁联络线施工阶段隧道进出口落石风险再评估

基金项目: 国家重点研发计划项目(2022YFC3005704);国家自然科学基金面上项目(42277143);四川省自然资源厅科研项目(KJ-2023-004;KJ-2023-029);中国中铁重大专项(2023-专项-05)
详细信息
    作者简介:

    杨强国(1983—),男,四川广安人,地质工程专业,学士,高级工程师,主要从事地质灾害勘查设计与防治研究。E-mail:280422390@qq.com

    通讯作者:

    罗 刚(1984—),男,甘肃天水人,地质工程专业,博士,教授,博导,主要从事高位高能危岩崩塌机理和防治研究。E-mail:luogang@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TU43

Re-evaluation on rockfall risk at tunnel entrances and exits during the construction phase of Yichang—Zhengwan high speed railway connection line

  • 摘要:

    新建宜昌至郑万高铁联络线穿越秦岭造山带大巴山弧形构造带东缘,新构造运动强烈,地层岩性纷杂,地形起伏大,隧道洞口边仰坡发育大量危岩体,对联络线施工和运营安全构成严重威胁。在勘察阶段初步评价的基础上,文章以35个初步评估筛选出的风险边坡为研究对象开展再评估。考虑施工临时防护措施的有效性,通过赤平投影分析和模糊数学层次分析法,筛选出2个高风险隧道。之后,利用基于GIS模型和概率模型的RocPro3D模拟软件对落石动力学特征开展了预测分析。结果表明:(1)魏家山隧道出口受落石冲击概率较低,老林岗隧道出口受落石冲击概率极高;(2)老林岗隧道危岩体直接冲击隧道洞口的概率为24.73%,最大冲击能量为5649 kJ,最大速度为21.82 m/s,冲击点集中在隧道洞口右侧;(3)根据冲击概率、冲击能量、冲击速度、树林和地形等因素,亟须对危岩3区进行工程治理。研究成果可为郑万高铁联络线隧道危岩的有效防治提供参考。

    Abstract:

    The new Yichang—Zhengwan high speed railway connection line crosses the eastern edge of the Dabashan arc tectonic belt in the Qinling orogenic belt, with strong neotectonic movement, mixed stratigraphic lithology, large topographic relief, and a large number of perilous rocks developed on the upward slopes of tunnel entrances, which poses a serious threat to the safety of the construction and operation of the connection line. On the basis of the preliminary evaluation during the survey phase, this paper takes 35 risky slopes screened out in the preliminary evaluation as research objects to carry out re-evaluation. Considering the efficacy of temporary construction protective measures, we narrowed down two high risk tunnels using stereographic projection analysis and the fuzzy mathematical analytic hierarchy process. Subsequently, the predictive analysis was conducted to assess the dynamic characteristics of falling rocks by Rockpro3D simulation based on GIS and probability models. The results show that: (1) The exit of the Weijiashan tunnel has a low probability of being impacted by falling rocks, while the exit of the Laolingang tunnel has an extremely high probability of being impacted by falling rocks; (2) The probability of the perilous rock of Laolingang tunnel impacting directly on the tunnel opening is 24.73%, with the maximum impact energy of 6 693 kJ and the maximum speed of 26.2 m/s, and the impact points are concentrated in the right side of the tunnel entrance; (3) According to the factors of impact probability, impact energy, impact velocity, woods and topography, there is an urgent need for engineering management of perilous rock zone 3. The research results can provide reference for the effective prevention and control of perilous rocks in the tunnel of Zheng-Wan high speed railway connection line.

  • 据不完全统计我国共有露天煤矿约300座(不含井露联合开采煤矿),产能达7.5908×108 t/a[1]。露天矿山边坡失稳滑坡会直接威胁到矿山工作者的生命和财产安全[2],由若干台阶构成的边坡也是露天矿山生产运输的主要依托对象,露天边坡稳定性直接影响到露天矿山的建设和生产。露天矿边坡稳定性分析一直是岩土工程领域研究的热点问题,一方面,露天矿边坡往往受多种影响因素共同作用,关系复杂[3]。另一方面,试验室难以还原现场地质条件及其他因素的影响,试验室岩样数据往往不能直接用于矿山边坡稳定性分析,所以作为露天矿边坡稳定性计算及数值模拟中岩(土)体的参数取值具有很大的模糊性,导致露天矿边坡是一个不确定性的系统,其稳定性评价也是一个不确定、多因素、非线性问题[4]

    针对露天矿边坡稳定性评价问题的不确定性、复杂性,一些学者将模糊评价理论等不确定性分析方法应用到边坡稳定性分析中。蒋中明[5]通过对边坡刚体极限平衡分析中模糊因素的分析, 提出了一种使用模糊集理论计算工程边坡稳定性的方法。丁浩江等[6]、王华俊等[7]分别运用模糊综合评价模型对澜沧江某水电站泄洪洞出口边坡和宁波市国省道公路岩质边坡进行了稳定性评价,评价结果均与实际情况吻合较好,验证了模糊综合评价方法运用于边坡稳定性分析的有效性。由于不同影响因素对边坡稳定性的影响不同,模糊综合评价方法中边坡影响因素权重的确定存在主观性,因此先采用层次分析法客观确定不同因素对边坡稳定性的影响权重进而采用模糊综合评价法对边坡稳定性进行评价效果会更好[89]。但是目前边坡稳定性分析的层次分析-模糊综合评价模型的评价指标主要来自边坡地质调查和边坡基本形态。已有研究中,将边坡变形监测信息作为评价指标纳入到该模型中的研究相对较少;此外已有研究主要通过现场观察边坡是否稳定来验证模型,这种模型验证方法存在一定的主观性。

    基于此,本文建立了考虑边坡监测信息的层次分析-模糊综合评价模型,首先对边坡监测数据进行分析,然后将边坡监测信息纳入边坡层次分析-模糊综合评价模型中,同边坡几何形态、边坡地质信息、气象水文信息等构成边坡系统的评价指标,然后基于层次分析法确定边坡稳定性评价指标的权重,最后基于隶属度最大原则确定边坡稳定性状态。将建立的层次分析-模糊综合评价模型应用于扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡稳定性评价,综合得出北帮边坡稳定性状况,最后通过数值模拟求解边坡安全系数对模型评价结果进行验证。

    模糊综合评价法对于复杂及不确定系统的评价具有明显的优势,将模糊综合评价法应用于边坡稳定性分析中首先需要确定边坡模糊指标集和评价集,然后根据隶属度函数确定单因子评价矩阵,根据边坡指标权重进行赋值,最后将权重向量与评价矩阵相结合根据隶属度最大原则得到最终的边坡稳定性评价结果[1012]

    根据相关规范[12],边坡的稳定性可以分为稳定、基本稳定、欠稳定、不稳定4个级别,同时建立边坡几何形态、边坡地质信息、边坡气象水文信息、边坡监测信息等四类边坡一级影响指标。边坡几何形态包括边坡坡高、边坡坡度、边坡结构类型3类指标;边坡地质信息包括边坡岩性、边坡弱层2项评价指标,边坡气象水文信息包括地下水影响、年平均降雨量2项评价指标;边坡监测信息主要包括地面变形情况、边坡变形速率等评价指标。边坡评价指标共9项,其中定量指标4项,定性指标5项。参考规范及已有研究[1213]确定影响等级如表1表2所示。

    表  1  连续型指标影响等级划分
    Table  1.  Classification of impact levels for continuous influencing indicators
    稳定性 坡高/m 坡度/(°) 年均降雨量/mm 地表变形
    速率/(mm·d−1
    稳定 0~100 0~15 0~500 5
    基本稳定 >100~200 >15~30 >500~800 >5~30
    欠稳定 >200~300 >30~50 >800~1200 >30~80
    不稳定 >300 >50 >1200 >80
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    表  2  离散型指标影响等级划分
    Table  2.  Classification of impact levels for discrete influencing indicators
    稳定性 岩性 结构类型 弱层 地面变形 地下水影响
    稳定 坚硬岩体 均质/反倾 很弱
    基本稳定 中等坚硬 斜交/横坡 反倾夹层 较弱
    欠稳定 软弱岩体 近水平坡 顺倾夹层、
    反倾基岩
    中等 较强
    不稳定 松散体 顺向坡 顺倾基岩 强烈 很强
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    对于露天矿边坡而言,各评价指标对边坡稳定性评价的贡献度是不同的,因此有必要利用层次分析法确定边坡各评价指标的影响因子[14]。通过标度方法,将影响因子的重要程度定量化[15]。如表3所示,通过指标两两比较后得出最终的边坡评价指标排序,表3uiuj分别代表不同的评价指标[16]

    表  3  层次分析法(AHP)影响因子标度
    Table  3.  Analytic hierarchy process (AHP) influence factor scale
    标度 含义
    1 uiuj指标影响程度相同
    3 uiuj指标影响程度相比,一个比另一个稍微重要
    5 uiuj指标影响程度相比,一个比另一个明显重要
    7 uiuj指标影响程度相比,一个比另一个强烈重要
    9 uiuj指标影响程度相比,一个比另一个极端重要
    2,4,6,8 介于以上两种比较之间的标度值
    倒数 uiuj指标之间判断bijujui指标之间判断1/1bijbij
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    隶属函数的确定对于边坡模糊综合评价具有重要的意义,隶属函数值即隶属度是表征边坡评价因子隶属于某个评价等级的程度。对于定量因素采用三角隶属度分布函数,本文采用的三角隶属度函数式(1)—(3)[1718]。离散型指标隶属度的确定取值见表4[9, 13]。考虑到各个评价指标在边坡稳定性评价中的贡献不同,采用层次分析法将各项评价指标赋予一定的权重值,通过标度方法,将评价因子的重要程度定量化。

    表  4  离散型指标评价隶属度表
    Table  4.  Discrete index evaluation membership degree
    离散型指标具体指标离散型指标评价隶属度
    稳定基本稳定欠稳定不稳定
    岩性坚硬岩体0.80.200
    中等坚硬0.40.50.10
    软弱岩体00.20.50.3
    松散体000.20.8
    结构类型顺向坡000.20.8
    近水平坡0.10.20.70
    斜交/横坡0.20.70.10
    均质/反倾0.80.200
    弱层1000
    反倾夹层0.20.70.10
    顺倾夹层、反倾基岩00.10.70.2
    顺倾基岩000.20.8
    地面变形0.80.200
    0.20.70.10
    中等00.10.70.2
    强烈000.20.8
    地下水影响很弱0.550.300.100.05
    较弱0.250.500.150.10
    较强0.050.100.300.55
    很强0.050.150.100.70
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    Vi1(xi)={1xiai1ai2xiai2ai1ai1<xiai20xi>ai2 (1)
    Vij(xi)={xiaij1aijaij1aij1<xiaij0xiaij1xi>aij+1aij+1xiaij+1aijaij<xiaij+1 (2)
    Vi1(xi)={1xiai5xiai4ai5ai4ai4xi<ai50xi<ai4 (3)

    式中:xi——连续变量指标值(i=1,2n)

    Vij——xi对应4个危险等级隶属度(j=1, 2, 3, 4);

    aij——风险等级划分标准值[19]j=1, 2, 3, 4)。

    扎哈淖尔露天煤矿位于内蒙古自治区通辽市西北端,露天矿北帮于2020年5月出现明显的变形现象,边坡上部940水平及920水平出现明显裂隙,采场下部边坡850水平出现明显的大块岩体剪出现象,图1为扎哈淖尔露天矿的俯瞰图及现场图。沿边坡倾向方向选取研究剖面(图2),NO.1和NO.2为布置在剖面上的微变监测雷达监测特征点,露天矿北帮岩(土)层剖面如图3所示,北帮岩体整体倾向为逆倾、倾角5°~13°,边坡高度为234 m,坡度为16°,自上而下依次为第四系岩层、新近系和古近系岩层、泥岩、泥砂岩互层及煤层。经过现场勘探北帮850水平存在一层弱层,弱层厚度在1~2 m,钻孔岩芯(图4)显示弱层附近岩体较破碎。同时北帮边坡泥岩和第四系黏土中有出水点[2021]

    图  1  扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡现场图
    Figure  1.  Site map of the north slope at Zhahanaoer open-pit mine
    图  2  扎哈淖尔露天矿北帮研究剖面位置
    Figure  2.  Study cross-section at the north slope at Zhahanaoer open-pit mine
    图  3  扎哈淖尔露天矿北帮地质剖面
    Figure  3.  Geological cross-section of the north slope of open-pit mine
    图  4  扎哈淖尔露天矿北帮弱层岩芯
    Figure  4.  Core samples of weak layers on the northern slope of open-pit mine

    根据现场勘察及收集已有的矿山地质资料,确定边坡高度为234 m,坡度为16°,年平均降雨量为354.3 mm,边坡变形速率取目前NO.1点和NO.2点监测数据的平均值,根据现场监测取值为24 mm/d,对于折减系数的取值,基于安全的角度,边坡模糊综合评价中的折减系数选取数值计算所得的较低值(1.121),定量指标采用三角形隶属度函数确定(表5)。定性指标隶属度参考相关文献确定(表6)最后得到边坡模糊综合评价矩阵R,进一步利用层次分析法确定了扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡模糊评价指标的权重矩阵M,并进行一致性检验[2224]

    表  5  北帮边坡定量指标隶属度
    Table  5.  Membership degree of quantitative indexes for the northern slope
    稳定性 坡高隶属度 坡度隶属度 年均降雨量
    隶属度
    地表变形速率
    隶属度
    稳定 0 0.86 1 0
    基本稳定 0.16 0.14 0 0.83
    欠稳定 0.84 0 0 0.17
    不稳定 0 0 0 0
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    表  6  北帮边坡定性指标隶属度
    Table  6.  Membership degrees of qualitative indexes for the northern slope
    稳定性 岩性隶属度 结构类型
    隶属度
    弱层隶属度 地面变形
    隶属度
    地下水影响
    隶属度
    稳定 0 0.80 0.20 0 0.05
    基本稳定 0.20 0.20 0.70 0 0.10
    欠稳定 0.50 0 0.10 0.20 0.30
    不稳定 0.30 0 0 0.80 0.55
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    边坡地表变形监测主要分析微变监测雷达系统于2020年4月26日—2021年6月14日NO.1点位和NO.2点位的微变监测雷达监测数据,将监测点的变形速率用不同的点线图来表示(图5),由图5可见边坡最初变形速率较快,后期变形速率逐渐趋于稳定。

    图  5  雷达监测点位变形速率
    Figure  5.  Deformation velocity rate at radar monitoring points
    \boldsymbolR = [0.000.160.840.000.860.140.000.001.000.000.000.000.000.830.170.000.000.200.500.300.800.200.000.000.200.700.100.000.000.000.200.800.050.100.300.55]
    \boldsymbolM=(0.0420.1450.0150.2880.1330.1270.1520.0230.075)

    由模糊综合评价法确定的模糊综合评价矩阵以及通过层次分析法确定的影响因子矩阵,确定扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡评价矩阵,北帮边坡为稳定状态、基本稳定状态、欠稳定状态、不稳定状态的隶属度分别为0.27545,0.43196,0.19304,0.09955,最大隶属度原则是得到边坡稳定性最常用的方法,但是如果第二大隶属度与最大隶属度值很接近的话,得到的评价结果准确度降低,基于此,首先对隶属度矩阵进行有效性检验。最大隶属度有效性验证公式如下[25]

    a=nβ12γ(n1) (4)

    式中:a——有效度;

    n——评价集中的元素个数;

    β——目标评价向量中最大隶属度;

    γ——目标评价向量中的第二大隶属度。

    经过计算,扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡层次分析-模糊综合评价模型所得的隶属度矩阵有效度为0.65521,属于比较有效,说明评价结果是稳定的,根据隶属度最大原则判定北帮边坡属于基本稳定状态。

    本研究通过数值模拟对层次分析-模糊综合评价模型得到的北帮边坡稳定性结果进行检验,根据北帮研究区剖面(图2)建立数值计算模型(图6),模型计算选取的坐标系为边坡临空面方向为X正方向,竖直向上为Z正方向。模型的左右边界(南北)、前后边界(东西)和底部边界分别以水平和垂直方向的位移约束,顶面设定为自由面,采用摩尔-库仑弹塑性本构模型进行求解,岩土体力学参数采用Hoek-Brown岩体强度方法并结合现场研究报告综合确定岩土体力学参数如表7所示[2627]

    图  6  研究剖面计算模型
    Figure  6.  Numerical model of study area
    表  7  岩层物理力学参数表
    Table  7.  Physico-mechanical parameters of strata
    岩层 重度/(kN·m−3 黏聚力/kPa 内摩擦角/(°)
    排弃物料 17.70 10.0 20.0
    第四系地层 17.90 17.0 11.7
    弱层 17.90 8.0 5.7
    新近系和古近系地层 17.90 14.0 13.0
    泥岩层 20.20 33.7 15.4
    砂岩层 24.40 40.0 28.0
    泥砂岩互层 23.45 35.0 24.6
    煤层 12.70 24.5 21.0
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    采用人为定义边坡折减强度上下限的方法确定边坡的折减系数,首先初步确定边坡折减系数的范围,然后以0.001为一个梯度进行折减计算,通常数值模拟对岩土体强度的折减是针对整个边坡区域进行折减,不能计算边坡内部多级滑动面。而对于多台阶边坡而言,每级台阶的折减系数和潜在滑移面都是值得关注的。因此在模拟过程中只折减850水平以上岩层和煤层的黏聚力和摩擦角[2829]。模拟结果如图7所示,850水平之上形成潜在滑坡面,边坡剪切变形相对集中于局部化变形区域内,而区域外的变形相当于卸载后的刚体运动,潜在滑坡体将沿该滑动面滑动,滑动面两侧沿滑动面方向的位移相差明显,存在较大的变形梯度。通过监测边坡表面各测点位移可发现随着监测点高程增大其位移量减小,边坡内部形成潜在滑坡面,滑移面安全系数为1.121。

    图  7  强度折减弱化北帮边坡潜在滑移面模拟结果
    Figure  7.  SRM modelled potential slip surface of the northern slope

    基于强度折减法得到北帮潜在滑移面安全系数分别为1.121(850水平以上),根据相关规范边坡稳定性划分表(表8[12],北帮850水平上部边坡属于基本稳定边坡,层次分析-模糊综合评价模型得到的边坡稳定性状态与数值模拟强度折减法得到的边坡稳定性状态相一致,验证了模型的准确性。

    表  8  边坡稳定性状态划分
    Table  8.  Classification of slope stability states
    边坡安全系数 F<1.00 1.00≤F<1.05 1.05≤F<1.20 F≥1.20
    边坡稳定状态 不稳定 欠稳定 基本稳定 稳定
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    (1)在监测数据分析和数值模拟的基础上,建立了考虑监测信息的边坡层次分析-模糊综合评价模型,该模型充分融合了边坡几何形态、边坡地质信息、气象水文信息、现场监测信息等多种信息。

    (2)北帮边坡稳定性状态为稳定、基本稳定、欠稳定、不稳定,隶属度分别为0.27545,0.43196,0.19304,0.09955,根据隶属度最大原则得出北帮边坡目前处于基本稳定状态。

    (3)通过数值模拟求解得北帮边坡滑移面安全系数为1.121,属于基本稳定边坡,强度折减法结果与所建立的边坡层次分析-模糊综合评价模型得到的边坡稳定性状态一致,验证了模型的有效性。

  • 图  1   部分隧道进出口工程措施降低了危岩落石危害

    Figure  1.   Engineering measures taken at the entrance and exit of some tunnels have reduced the hazards of perilous rocks

    图  2   老林岗隧道出口危岩发育特征

    Figure  2.   Development characteristics of perilous rocks at the exit of Laolingang tunnel

    图  3   陡崖2区赤平投影分析

    Figure  3.   Stereographic projection analysis in the steep cliff

    图  4   魏家山隧道出口危岩发育特征

    Figure  4.   Development characteristics of perilous rocks at the exit of Weijiashan tunnel

    图  5   RocPro3D模拟的落石块体轨迹

    Figure  5.   The simulated trajectories of the rockfall blocks in RocPro3D

    图  6   老林岗隧道出口危岩体落石块体运动轨迹及运动学特征

    Figure  6.   Trajectory and kinematics characteristics of the rockfall block at the exit of Laolingang tunnel

    图  7   老林岗隧道进口落石块体的冲击特征

    Figure  7.   Impact characteristics of the rockfall block at the entrance of Laolingang tunnel

    图  8   100号轨迹运动学特征曲线

    Figure  8.   Kinematic characteristic curve of 100 trajectory

    图  9   357号轨迹运动学特征曲线

    Figure  9.   Kinematic characteristic curve of 357 trajectory

    图  10   797号轨迹运动学特征曲线

    Figure  10.   Kinematic characteristic curve of 797 trajectory

    表  1   危岩落石严重性评价指标权重分级

    Table  1   Classification of weights for severity evaluation indicators of perilous rocks

    评价因子 权重 轻微 中等 严重 极严重
    F1:不利结构面产状与坡面关系 0.1626 未发育结构面,或结构面倾向与坡向夹角>60°,结构面倾角<35° 结构面倾向与坡向夹角>40°且倾角>35° 结构面倾向与坡向
    夹角<40°且倾角>35°
    结构面倾向与坡向夹角<20°且倾角>35°
    F2:危岩体体积/m3 0.1464 ≤50 50~100 100~500 ≥500
    F3:危岩体与母岩分离程度 0.130 0 危岩体与母岩接触,裂隙不发育且张开度小 危岩体与母岩之间裂隙
    发育一般,延伸不远
    危岩体与母岩之间裂隙较发育,裂隙张开程度较大且延伸较远 危岩体与母岩之间多组裂隙发育贯通,张开度大且延伸远
    F4:节理发育程度和组合特征 0.1138 节理不发育 节理发育一般,组合较为不利 节理较发育,组合不利 节理极发育,组合极不利
    F5:地层岩性组合 0.0976 软质岩为主的边坡 硬质岩边坡 软硬岩互层,或硬质岩为
    主夹软质岩的边坡
    上部厚层硬质岩,下部软岩
    或软弱夹层的边坡
    F6:日降雨量/mm 0.0895 ≤50 50~100 100~250 >250
    F7:坡型 0.0813 台阶型 凹型 直线型 凸型
    F8:坡高/m 0.0569 ≤20 20~50 50~100 ≥100
    F9:坡度/(°) 0.0488 ≤20 20~40 40~60 ≥60
    F10:植被覆盖率 0.0406 植被极发育且多为乔木 植被较发育且
    大部分为乔木
    植被发育差,多为灌木 植被不发育,多为杂草
    F11:地震烈度 0.0325 ≤4 4~6 6~8 ≥8
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    表  2   判断矩阵标度(重要性指标)及其含义

    Table  2   Scale and meaning of judgment matrix (importance indexes)

    标度值 含义
    1 表示两个指标相比,具有同样重要性
    3 表示两个指标相比,一个元素比另一个元素稍微重要
    5 表示两个指标相比,一个元素比另一个元素明显重要
    7 表示两个指标相比,一个元素比另一个元素强烈重要
    9 表示两个指标相比,一个元素比另一个元素极端重要
    2、4、6、8 2、4、6、8分别表示上述相邻判断1−3,3−5,5−7,7−9的中值
    倒数 表示元素ij比较的判断值aij,则元素ji比较的判断值aji=1/aij
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    表  3   危岩落石自身严重性判别矩阵

    Table  3   Self-severity discrimination matrix of rockfall

    F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11
    F11.001.111.251.431.671.822.002.863.334.005.00
    F20.901.001.131.291.501.641.802.573.003.604.50
    F30.800.891.001.141.331.451.602.292.673.204.00
    F40.700.780.881.001.171.271.402.002.332.803.50
    F50.600.670.750.861.001.091.201.712.002.403.00
    F60.550.610.690.790.921.001.101.571.832.202.75
    F70.500.560.630.710.830.911.001.431.672.002.50
    F80.350.390.440.500.580.640.701.001.171.401.75
    F90.300.330.380.430.500.550.600.861.001.201.50
    F100.250.280.310.360.420.450.500.710.831.001.25
    F110.200.220.250.290.330.360.400.570.670.801.00
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    表  4   层次分析法平均一致性指标值

    Table  4   The average consistency index value of the analytic hierarchy process

    m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
    RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.52 1.54 1.56 1.58
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    表  5   危岩落石地质灾害点自身严重程度评价结果

    Table  5   Evaluation result of the severity of geological disaster point of rockfall

    编号 工点名称 危险度 自身严重性 设计措施 工程措施评估 崩塌后上道概率 风险等级
    1 赵家隧道进口 1.8131 骨架护坡 低风险
    2 赵家隧道出口 1.4310 骨架护坡 低风险
    3 张家隧道进口 1.7562 骨架护坡,明洞16 m 低风险
    4 张家隧道出口 1.4310 骨架护坡,明洞20 m 低风险
    5 蔡家隧道进口 1.4472 骨架护坡,明洞24 m 低风险
    6 蔡家隧道出口 1.3172 骨架护坡,明洞37 m 低风险
    7 杨家隧道进口 1.5448 骨架护坡,明洞11 m 低风险
    8 杨家隧道出口 1.5936 骨架护坡,明洞7 m 低风险
    9 老林岗隧道进口 1.5936 骨架护坡,明洞23 m 低风险
    10 老林岗隧道出口 3.2521 清危,1500 kJ被动网2道,明洞30 m 高风险
    11 茅山坡隧道进口 2.1464 被动网1道,明洞4.75 m 低风险
    12 茅山坡隧道出口 3.2115 清危,主动网,被动网1道 低风险
    13 晓峰隧道进口 1.7562 骨架护坡,明洞36.5 m 低风险
    14 晓峰隧道出口 2.2684 清危,主动网,被动网2道,明洞17 m 低风险
    15 万家山隧道进口 3.0245 清危,主动网,被动网1道 低风险
    16 万家山隧道出口 1.5286 清危,骨架护坡,被动网1道 中风险
    17 杨三岭隧道进口 1.4798 清危,锚杆框架,被动网2道,明洞17 m 低风险
    18 杨三岭隧道出口 1.6099 锚杆框架,明洞5 m 低风险
    19 板仓隧道进口 2.3741 清危,锚杆框架,被动网1道,明洞15 m 中风险
    20 板仓隧道出口 1.6099 清危,骨架护坡,被动网1道,明洞10 m 低风险
    21 吉家坡隧道进口 1.6099 清危,骨架护坡,被动网1道,明洞22 m 低风险
    22 吉家坡隧道出口 1.9920 清危,被动网1道,明洞7 m 低风险
    23 石岭隧道进口 1.9432 清危,被动网1道,明洞11 m 低风险
    24 石岭隧道出口 2.2684 锚杆框架,明洞10 m 低风险
    25 白岩隧道进口 1.9351 清危,主动网,被动网1道 低风险
    26 白岩隧道出口 1.9838 清危,锚杆框架,明洞17 m 低风险
    27 长岗岭隧道进口 2.0895 防撞墩、墙 低风险
    28 长岗岭隧道出口 1.8212 清危,被动网1道 低风险
    29 魏家山隧道进口 2.0082 清危,防撞墩、墙,明洞11 m 中风险
    30 魏家山隧道出口 2.5285 清危,被动网1道 高风险
    31 兴山东隧道进口 3.0651 分级刷坡,锚杆框架,动网,被动网1道 中风险
    32 兴山东隧道出口 1.8618 锚杆框架,明洞18 m 低风险
    33 长岭隧道进口 2.5610 清危,主动网,被动网2道 中风险
    34 长岭左线隧道出口 1.4472 明洞12m 低风险
    35 长岭右线隧道出口 1.5529 锚杆框架,明洞12 m 低风险
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    表  6   RocPro3D中的计算参数

    Table  6   Calculation parameters in RocPro3D

    类型 描述 输入数据
    危岩体 老林岗隧道出口仰坡 落石区域 密度/(kg·m−3 形状 直径/m
    崖顶区 2.65 球体 2.6
    陡崖区 2.4
    崖底区 2.1
    魏家山隧道出口仰坡 W1 2.60 球体 2.4
    W2 2.3
    W3 2.3
    地貌参数 老林岗隧道出口仰坡 地貌类型 Rn Rt k β_lim/(°) β_lim'/(°)
    基岩 0.55 0.90 0.45 2 25
    林地 0.25 0.65 0.65 6 45
    沟道 0.40 0.85 0.55 4 35
    魏家山隧道出口仰坡 基岩 0.55 0.85 0.55 4 32
    耕地 0.35 0.80 0.60 8 40
    林地 0.27 0.75 0.65 6 45
    厂房 0.60 0.90 0.50 3 25
    河道 0.00 0.00 10.00 0 0
    能量耗散模型 R(V)=R/[1+(|V|/a)2], a=9.1435 m/s
    随机数生成模型 真随机数
    崩落次数 在每个圈定的危岩体范围内随机释放1000
    概率模型 高斯变量 εP(Gaussian)=ε+σεN(0,1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-28
  • 修回日期:  2024-09-25
  • 录用日期:  2024-11-04
  • 网络出版日期:  2025-03-04

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