延慶縣玉海路崩滑塌災(zāi)害的危險性評價及防治對策

黃來源 ,安立偉

(1.北京市地質(zhì)研究所, 北京 100120;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100038)

0 引言

玉海路位于延慶縣西北部,距北京市區(qū)約90km.其起點與京銀路(110國道)相接,向北經(jīng)玉渡山自然保護(hù)區(qū)至張山營鎮(zhèn)五間房,全長約20km.沿線地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育.其位置如圖1所示.

玉海路建成于2002年,為通往玉渡山自然保護(hù)區(qū)的縣級公路.玉海路大部分為開山路段,巖體破碎,構(gòu)造發(fā)育,沿線經(jīng)常發(fā)生邊坡崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,對過往行人、車輛存在較大威脅.

據(jù)延慶縣公路局資料,2004年4月1日中午13點,玉海路多處發(fā)生坍方,總計1900 m3.2005年、2008年汛期玉海路K1+000～K11+000路段都曾多次發(fā)生一定規(guī)模的崩塌、滑坡.

1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

1.1 地質(zhì)災(zāi)害類型

根據(jù)野外調(diào)查,玉海路K1+000～ K11+000路段修建在延慶盆地的北側(cè)平原與中低山的過渡地帶,主要為削坡修路形成的裸露巖質(zhì)邊坡,路兩側(cè)溝道較短、匯水面積不大且溝道內(nèi)植被發(fā)育,溝道兩側(cè)坡面較穩(wěn)定,不易形成泥石流發(fā)生的物源條件.所以玉海路K1+000～ K11+000路段存在的地質(zhì)災(zāi)害類型主要為巖質(zhì)崩(滑)塌災(zāi)害.

1.2 成災(zāi)形式

崩(滑)塌主要有兩種成災(zāi)形式,一是成為泥石流的土石來源直接演變成坡面泥石流.二是直接危害受災(zāi)目標(biāo).本地區(qū)的成災(zāi)形式是第二種,直接威脅玉海路,是玉海路沿線最常見的地質(zhì)災(zāi)害隱患,其發(fā)生時間具有偶然性,較難預(yù)測和預(yù)防,所以采取工程治理措施是比較合理的消除災(zāi)害隱患的方法.

1.3 崩塌源現(xiàn)狀(見表)

編號描述地理位置YB01坡體高約20m,坡向180°～200°,坡度80°,危巖體積約100m3.巖性為侏羅系后城組砂巖、礫巖,巖層產(chǎn)狀100°∠60°,巖石破碎,節(jié)理發(fā)育.坡頂上有一觀景亭,坡腳南側(cè)為檢票處.本處工程活動主要為修路削坡.玉海路K10+080～ K10+90 YB02 (照片2)坡體高約20m,坡向230°,坡度80°,危巖體積約200m3.巖性為侏羅系后城組砂巖,巖石風(fēng)化破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育.本處工程活動為修路削坡和鑿巖植樹.玉海路K8+400～ K8+460 YB03 (照片1)坡體高約20m,坡向230°,坡度80°,危巖體積約200m3.巖性為侏羅系后城組砂巖,巖石風(fēng)化破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育.本處工程活動為修路削坡和鑿巖植樹.玉海路K7+900～ K8+250 YB04 (照片3)坡體最高處高約20m,坡向210°,坡度80°,危巖體積約200m3.巖性為侏羅系后城組砂巖,巖層產(chǎn)狀110°∠60°,巖石風(fēng)化嚴(yán)重,節(jié)理發(fā)育.本處工程活動主要為修路削坡.玉海路K7+000～ K7+200 YB05坡體高約30m,坡向165°,坡度80°,危巖體積約300m3.巖性為薊縣系霧迷山組白云巖,巖石風(fēng)化嚴(yán)重,節(jié)理較多,現(xiàn)場坡腳處堆積少量垮落巖屑.本處工程活動主要為修路削坡和鑿巖植樹.玉海路K5+650～ K5+750 YB06坡體高約30m,坡向244°,坡度70°,危巖體積約400m3.巖性為薊縣系霧迷山組灰質(zhì)白云巖,巖石風(fēng)化嚴(yán)重、極其破碎,節(jié)理較多,現(xiàn)場坡腳處堆積多處垮落巖屑.本處工程活動主要為修路削坡和鑿巖植樹.玉海路K5+460～ K5+650 YB07坡體高約30m,坡向244°,坡度70°,危巖體積約400m3.巖性為薊縣系霧迷山組灰質(zhì)白云巖,巖石風(fēng)化嚴(yán)重、極其破碎,節(jié)理較多,現(xiàn)場坡腳處堆積多處垮落巖屑.本處工程活動主要為修路削坡和鑿巖植樹.玉海路K5+000～ K5+200

YB08 坡體高約15m～20m,坡向210°,坡度80°,危巖體積約250m3.巖性為薊縣系霧迷山組白云巖,巖石風(fēng)化嚴(yán)重,節(jié)理較多.本處工程活動主要為修路削坡和鑿巖植樹.玉海路K3+600～ K3+750 YB09坡體高約10m～20m,坡向110°,坡度70°,危巖體積約300m3.巖性為薊縣系霧迷山組白云巖,巖石風(fēng)化破碎嚴(yán)重,節(jié)理較多,坡腳有松散巖屑堆積物.本處工程活動主要為修路削坡、坡腳修筑有砌石擋墻和鑿巖植樹.玉海路K2+600 YB10 坡體高約30m,坡向100°,坡度80°,危巖體積約200m3.巖性為薊縣系霧迷山組白云巖,巖石風(fēng)化嚴(yán)重,節(jié)理較多.本處工程活動主要為修路削坡和鑿巖植樹.玉海路K2+400

2 成災(zāi)因素分析

2.1 地形地貌

玉海路沿線的地貌為中-低山地貌,地形大致呈北高南低的趨勢,山體海拔多在600～1300m.調(diào)查區(qū)最高點為青寺頂,海拔1210m.

崩(滑)塌的形成與地形直接相關(guān),一般發(fā)生在高陡斜坡的邊緣,發(fā)生崩(滑)塌的地面坡度往往大于45°,尤其是大于60°的陡坡.地形切割愈強(qiáng)烈、高差愈大,形成崩(滑)塌的可能性愈大.玉海路兩側(cè)的高陡巖質(zhì)邊坡坡度一般為70°～80°,坡高15～30m,多處為削坡修路,近乎直立,地形因素為崩(滑)塌的發(fā)生提供最基本的能量條件.

2.2 地質(zhì)條件

在玉海路沿線,出露地層主要有中生界侏羅系上統(tǒng)的后城組地層(J3h)、中元古界薊縣系霧迷山組地層(Jxw)和第四系(Q)松散沉積物(如圖2).

研究區(qū)的構(gòu)造較發(fā)育,分布著一系列的斷裂與褶皺,但整體上級別較小.

巖石的風(fēng)化作用對崩(滑)塌形成有著較大的影響.因為風(fēng)化作用能使斜坡前緣各種成因的裂隙加深加寬,對崩(滑)塌的發(fā)生起著催化作用.在降水少的地區(qū),由于物理風(fēng)化強(qiáng)烈,導(dǎo)致巖石機(jī)械破碎而發(fā)生崩(滑)塌.玉海路地區(qū)巖性主要為發(fā)育在破碎帶中的砂巖、礫巖,節(jié)理、裂隙發(fā)育的白云巖.這些巖石微觀構(gòu)造發(fā)育極易風(fēng)化.

2.3 誘發(fā)因素

(1)降水

降水是崩滑地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素.融雪、降雨特別是大雨、暴雨和長時間的連續(xù)降雨,使地表水滲入坡體,軟化巖、土及其中軟弱面,產(chǎn)生孔隙水壓力,從而誘發(fā)崩塌.凍脹、晝夜溫差變化等,也會誘發(fā)崩塌.本地區(qū)夏季發(fā)生的崩(滑)塌主要是降雨誘發(fā);冬、春季節(jié)發(fā)生的崩(滑)塌主要是前一年秋冬季節(jié)降水量較大,深入山體,發(fā)生凍脹,本年春融季節(jié)來到,地表水入滲加之巖體熱脹冷縮,導(dǎo)致塌方.

(2)人類工程活動

本地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)裂,破碎帶發(fā)育,沿線途經(jīng)多處破碎帶,修路削坡造成沿線多處形成破碎高陡邊坡,配套的護(hù)坡支擋工程較少,使得崩(滑)塌地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生,嚴(yán)重威脅過往景區(qū)的人員和道路安全.

3 災(zāi)體易發(fā)性評價

3.1 易發(fā)性評價方法

本次對崩(滑)塌災(zāi)害體的易發(fā)性分析,主要選用層次分析法進(jìn)行定性評價.

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP)是對一些較為復(fù)雜、較為模糊的問題做出決策的簡易方法,它特別適用于那些難于完全定量分析的問題.是由美國運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty 教授于70年代初期提出的一種簡便、靈活而又實用的多準(zhǔn)則決策方法.

根據(jù)具體問題的實質(zhì)和決策要求達(dá)到的目標(biāo),將問題劃分為不同的組成要素,并按照各要素之間的相互影響及隸屬關(guān)系將各要素按照不同的層次組合在一起,形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型,從而把最底層和最高層的相對重要值或者相對優(yōu)劣順序排列出來,供決策者參考.其步驟如下:

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型;

(2)將問題中的各個要素劃分為不同的層次結(jié)構(gòu),以框架結(jié)構(gòu)說明各層次之間的從屬關(guān)系;

(3)構(gòu)造判斷矩陣,通過專家對因子間的相對重要程度打分,并用矩陣表示打分結(jié)果;

(4)檢驗層次分析結(jié)果,如有誤差,需對判斷矩陣的元素取值通過專家意見進(jìn)行調(diào)整,從新運(yùn)算.

3.2 崩(滑)塌災(zāi)害層次分析模型

3.2.1 評價指標(biāo)的選擇

本次工作根據(jù)野外實際調(diào)查數(shù)據(jù),并充分考慮調(diào)查區(qū)內(nèi)崩(滑)塌災(zāi)害的特點,在眾多參考因子中選取了較能綜合反映崩(滑)塌災(zāi)害易發(fā)性的3個一級指標(biāo)和9個二級指標(biāo).其中一級指標(biāo)為地形條件、地質(zhì)條件和誘發(fā)因素.二級評價指標(biāo)為坡高、坡度、危巖體體積、巖石破碎程度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、地層巖性、巖層產(chǎn)狀與坡向的關(guān)系、人類活動和多年平均最大日降雨量.

3.2.2 崩(滑)塌易發(fā)性評價指標(biāo)的構(gòu)建

根據(jù)評價體系設(shè)置的原則和選取的方法,結(jié)合玉海路崩(滑)塌災(zāi)害的特點,本次工作崩(滑)塌易發(fā)性評價指標(biāo)體系分為3個層次:目標(biāo)層(R)、準(zhǔn)則層(Xi)和措施層(Xii).其中目標(biāo)層指崩(滑)塌易發(fā)性程度,準(zhǔn)則層表示崩(滑)塌易發(fā)性評價中的一級評價指標(biāo),措施層則表示二級評價指標(biāo)(圖3)

3.2.3 崩(滑)塌易發(fā)性評價指標(biāo)權(quán)重計算

以一位專家打分為例,崩(滑)塌易發(fā)性評價指標(biāo)權(quán)重計算過程如下:

(1)一級評價指標(biāo)的權(quán)重計算

R與X構(gòu)造矩陣及層次單排序

(2)二級評價指標(biāo)的權(quán)重計算

X3與X31、X32、X33構(gòu)造矩陣及層次單排序

X1與X11、X12、X13、X14構(gòu)造矩陣及層次單排序

X2與X21、X22、構(gòu)造矩陣及層次單排序

(3)層次總排序,進(jìn)行一致性檢驗

上面得到的是一組指標(biāo)對其上一層指標(biāo)的權(quán)向量,最終要得到各指標(biāo)特別是最低層中各指標(biāo)對于總目標(biāo)的排序權(quán)重,需要進(jìn)行總排序.總排序權(quán)重要自上而下地將單準(zhǔn)則下的權(quán)重進(jìn)行合成.對于影響崩(滑)塌地質(zhì)災(zāi)害指標(biāo)進(jìn)行總排序,如下表所示:

R X1 X2 X3 W 0.5695 0.3331 0.0974 X11 0.109 0.000 0.000 0.062 X12 0.582 0.000 0.000 0.331 X13 0.309 0.000 0.000 0.176 X14 0.000 0.558 0.000 0.186 X21 0.000 0.136 0.000 0.045 X22 0.000 0.078 0.000 0.026 X31 0.000 0.228 0.000 0.076 X32 0.000 0.000 0.667 0.065 X33 0.000 0.000 0.333 0.033

對總排序結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗,CR=0.0078<0.1,因此認(rèn)為該專家的層次總排序結(jié)果具有滿意的一致性,達(dá)到要求.最后根據(jù)各位專家的評價結(jié)果,將權(quán)重值取平均值得到表1.

表1 崩(滑)塌易發(fā)性評價指標(biāo)權(quán)重表

3.2.4 崩(滑)塌災(zāi)害易發(fā)性評價模型

崩(滑)塌災(zāi)害易發(fā)性評價可以通過9個二級指標(biāo)的權(quán)重和打分實現(xiàn).在評價過程中,將各個指標(biāo)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分,再將各個指標(biāo)的賦值和相應(yīng)的權(quán)重(Wi)相乘即可得出崩(滑)塌災(zāi)害的易發(fā)性程度值(R).

崩(滑)塌易發(fā)性評價的模型為:

式中:R-- 崩(滑)塌易發(fā)性程度值;

Xi-- 各評價因子的定量打分;

Wi-- 各評價因子的權(quán)重.

對各因子定量打分標(biāo)準(zhǔn)的具體分值見表2:

表2 崩(滑)塌易發(fā)性程度評價因子定量評分表

崩(滑)塌災(zāi)害易發(fā)性程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)R的綜合值來確定.根據(jù)計算結(jié)果,各崩(滑)塌災(zāi)害的得分在7～12之間.我們對崩(滑)塌災(zāi)害易發(fā)性程度做相對劃分,<10分為易發(fā)性低,10～11分為易發(fā)性中等,>11分為易發(fā)性高.

3.3 易發(fā)性評價結(jié)果(表3)

表3 崩(滑)塌隱患易發(fā)性評價結(jié)果表

4 危害性評價

4.1 危害性評價方法

本標(biāo)準(zhǔn)是參照中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院推薦的"地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情與危害程度分級標(biāo)準(zhǔn)"并結(jié)合北京地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特點制定的.危害程度分級分為特大級、重大級、較大級、一般級四級(表4).

表4 地質(zhì)災(zāi)害危害程度分級標(biāo)準(zhǔn)

4.2 危害性評價結(jié)果(表5)

表5 崩(滑)塌隱患危害性評價結(jié)果表

注:以上表受危脅對象為公路,損毀公路造價參考定額標(biāo)準(zhǔn)和2000年承德地區(qū)山區(qū)公路造價并結(jié)合北京實際情況確定為500萬元/公里.

5 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

根據(jù)災(zāi)害體易發(fā)性分析的結(jié)果,考慮災(zāi)害的危害程度,對存在地質(zhì)災(zāi)害隱患的路段內(nèi)的各個災(zāi)害點或路段進(jìn)行預(yù)測評價(表6、表7).

表6 地質(zhì)災(zāi)害危險程度分級標(biāo)準(zhǔn)

表7 崩(滑)塌隱患危險性評價結(jié)果表

6 地質(zhì)災(zāi)害危險性路段劃分

根據(jù)災(zāi)害隱患點或路段的危險性評價結(jié)果,考慮災(zāi)害的發(fā)育規(guī)模和分布特征,對玉海路沿線K1+000～ K11+000路段進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性劃分,分為低危險路段、較危險路段、危險路段和高危險路段,劃分依據(jù)如表8,對應(yīng)的地理位置如表9:

表8 地質(zhì)災(zāi)害危險性路段劃分依據(jù)

表9 地質(zhì)災(zāi)害危險性路段劃分結(jié)果

7 防治對策

研究區(qū)內(nèi)崩、滑塌的近期工程治理工作建議主要針對玉海路沿線地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)中確定為危險路段(K5+650～ K8+460)和高危險路段(K2+000～ K5+650)的兩側(cè)山坡.具體工程措施如下:

(1)削坡填方工程:機(jī)械清除危巖體,松散堆積層,對規(guī)模巨大的危巖體可采取爆破清除的措施.

(2)坡面防護(hù)工程:砌體護(hù)坡、格構(gòu)護(hù)坡、防護(hù)網(wǎng)護(hù)坡、噴錨護(hù)坡.

(3)排水工程:地表排水溝、滲水盲溝.

(4)植被恢復(fù)工程:直接種植、普通噴播、掛網(wǎng)客土噴播.

8 結(jié)論

(1)本文中地質(zhì)災(zāi)害危險性的評價是基于災(zāi)體自身的易發(fā)性和災(zāi)體發(fā)災(zāi)后可能造成的危害性兩個指標(biāo).

(2)災(zāi)體自身的易發(fā)性區(qū)別于災(zāi)體穩(wěn)定性.災(zāi)體穩(wěn)定性是強(qiáng)調(diào)在經(jīng)典力學(xué)受力分析的前提下,基于極限平衡理論,進(jìn)行穩(wěn)定性計算的結(jié)果表述,結(jié)果是絕對的;而災(zāi)體易發(fā)性指在實際工作中在很難確定塊體界面產(chǎn)狀參數(shù)和受力模型的情況下,通過分析影響易發(fā)性的災(zāi)體自身因素以及外界誘發(fā)因素,基于專家經(jīng)驗對災(zāi)害易發(fā)程度的定性表述,結(jié)果是相對的.

(3)本文在進(jìn)行災(zāi)體易發(fā)性評價中是采用層次分析法(AHP),對可能影響易發(fā)性的災(zāi)體自身因素以及外界誘發(fā)因素等項目進(jìn)行影響程度權(quán)重的確定.

(4)災(zāi)體的危害性評價主要是參照中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院推薦的"地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情與危害程度分級標(biāo)準(zhǔn)",通過發(fā)災(zāi)后可能造成的人員財產(chǎn)損失來衡量,并結(jié)合北京地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特點.

(5)本文對玉海路沿線K1+000～ K11+000路段進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害危險性劃分,分為低危險路段、較危險路段、危險路段和高危險路段.

略)