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图解坡面地质灾害的柔性防护系统

已有 5817 次阅读 2016-1-19 08:50 |个人分类:科学书摘|系统分类:科普集锦| 科学出版社, 地质灾害, 阳友奎, 柔性防护系统

我国是个多山国家,特别是西部和东南部山区,各种地质灾害常有发生,加之人口众多、幅员辽阔,各类工程建设和资源开发分布广泛、规模庞大、数量众多,必然地要带来大量的坡面地质灾害问题,在铁路、公路这样的串联式线状工程沿线尤为突出,灾害的发生具有点多、面广、线长等特点,在有限的资源(人力、物力、财力) 条件下防护治理非常困难,甚至防不胜防,成为威胁临坡工程正常运营和各种人类活动的重要因素。


长期以来,在斜坡坡面地质灾害防治方面,广大岩土工程技术人员积累了大量经验,建立了以加固、护面、拦挡等为主,以危石清除、排水、植被绿化等为辅的各种工程防治措施,并尤以浆砌片石和喷射混凝土护坡、锚固、浆砌片石拦石墙和简易钢结构栅栏等最为常见 。现行坡面地质灾害主要的工程防治措施及其分类如下图所示。



图 坡面地质灾害主要工程防治措施及其分类


各种坡面地质灾害工程防治措施有着各自不同的作用原理、防治功能和适用条件,其技术经济指标也各有优劣,而坡面地质灾害的复杂性、随机性、区域差异性决定了其防治措施必须根据防治目的、地质条件、安全度要求和技术经济条件等来加以综合选择,以实现防治工程的最优化。


本文仅简单介绍其中柔性防护系统的相关内容。



主动防护系统



从功能上讲,主动防护系统都是为了实现坡面孤危石及浅表层岩土体的加固,从而避免落石或局部崩塌的发生,抑制浅表层岩土体的变形移动,阻止或缓解各种自然营力对坡面的侵蚀作用。从方法上讲,主动防护系统都是将柔性网尽可能紧贴地覆盖在坡面上来约束岩土体的变形移动或运动。从基本构成上讲,主动防护系统都是由柔性网、锚杆和连接构件三部分组成。



图   主动防护系统结构类型示意图

根据锚杆和柔性网网片的布置方式,主动防护系统可区分为矩阵式锚固的网片单元式布置系统和梅花形锚固的网片连续布置系统两类



落石防护系统



柔性防护系统在地质灾害防治领域的应用源起于落石防护,其“以柔克刚” 的结构性功能优势在落石防护系统中也表现得更为突出,相关技术的发展也最为迅速,并逐渐形成了以被动防护系统、围护系统为代表的落石防护体系,同时也出现了缓冲系统、柔性棚洞这样的用于特定条件下落石防护的系统形式,它们的共同特征是都不以改变潜在落石即孤危石的存在条件和失稳时的初始启动条件为目的,而是在落石运动路径上通过改变其后续运动路径和速度,使其最终停止并堆存在预定的保护区域之外,从而实现该预定保护区域内的各类设施和人员的安全防护。


定型化被动系统


在柔性防护技术领域内,被动系统也就是拦石网始终走在发展的前列,新型构件不断出现,结构形式不断优化,防护能力不断提高,已形成了一套相对完善的技术体系。其中的关键就是实现了系统产品的定型化,以下为迄今为止的主要定型化系统,这一方面可以让我们了解不同型号被动系统的防护能力与基本构成要求,而更重要的是,通过对不同系列被动系统演进特征的了解,既能让我们认识它们的优劣,从而有利于做出合理的设计选型,也能启发我们进一步优化改进被动系统的思路。



图 钢丝绳网类被动防护系统( RX系列)的基本构成与结构布置图



图 多跨式布置的环形网类被动防护系统(RXI-A系列)的结构布置及其缓冲区连接方式


图   采用U形消能件和链式绞织网的被动防护系统(GBE系列)的结构布置及其缓冲区连接方式




图   采用U形消能件和环形网的被动防护系统(RXE系列)的结构布置及其缓冲区连接方式



围护系统




图   围护系统结构布置示意图及典型工程图片

在各类坡面地质灾害柔性防护系统中,围护系统的结构形式最为简单,地将柔性网悬挂在由锚杆提供固定支承的上缘支撑绳上,形成一种形同“窗帘” 的悬挂于坡面上的帘幕式结构。在防护理念上围护系统仅主要用于落石防护,且并不以阻止落石的发生为目的,而是通过控制落石的运动范围来避免其形成危害,这类防护系统实际发挥的是被动防护功能。



缓冲系统



图  缓冲系统结构示意图及典型工程图片

缓冲系统实际上就是将拦石网与围护系统进行适当的组合,利用拦石网的拦截功能首先使来自上坡面的落石动能有所衰减后,将其导入系统尾段的围护网,使落石在围护系统的约束作用下被继续向坡下引导,直至下一级缓冲系统或落石堆积区域。



柔性棚洞



图 悬臂式柔性棚洞

图中所示三类悬臂式柔性棚洞均采用了斜向坡外的顶棚形式,其目的非常明显,就是将落石尽可能顺畅地导向系统之外,使其成为一种能够自行清理落石的防护系统。


图  在山区人流集中的景区行人通道上应用的廊道式柔性棚洞



本文由刘四旦摘编自阳友奎、原振华、杨涛著《柔性防护系统及其工程设计与应用》一书。标题为编者所加。


ISBN 978-7-03-044696-1


柔性防护系统及其工程设计与应用》构建了柔性防护系统的理论与技术体系,以边坡加固和落石防护等坡面地质灾害柔性防护系统为主线,系统地阐述了柔性防护系统的作用原理、结构与构件特征、设计选型方法、施工安装与运营维护原则。全书共十章,前七章主要阐述了坡面地质灾害及其工程防护措施、柔性防护技术的防护理念及其发展历程、柔性防护系统的标准化体系、常用柔性防护系统的基本构成与作用原理、现有定型化柔性防护系统的基本配置、柔性防护工程设计方法及其施工安装与维护原则、柔性防护系统应用中的常见问题等,后三章主要介绍了柔性防护系统在泥石流防护、雪崩防护、安防工程等其他领域的应用及其基本形式,展示了柔性防护技术在不同应用领域的独特优势。本书在内容和著述方式上综合考虑了理论与实践的结合,重点突出了相关问题的基本原理或原则以及应如何正确应用柔性防护系统的论述,对促进柔性防护技术及其系统产品的进一步发展,规范防护工程的设计与应用都具有重要的指导意义。


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