延慶縣玉海路崩滑塌災害的危險性評價及防治對策

黃來源 ,安立偉

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

0 引言

玉海路位于延慶縣西北部,距北京市區約90km.其起點與京銀路(110國道)相接,向北經玉渡山自然保護區至張山營鎮五間房,全長約20km.沿線地質災害較為發育.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區的縣級公路.玉海路大部分為開山路段,巖體破碎,構造發育,沿線經常發生邊坡崩塌、滑坡等地質災害,對過往行人、車輛存在較大威脅.

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

1 地質災害發育特征

1.1 地質災害類型

根據野外調查,玉海路K1+000～ K11+000路段修建在延慶盆地的北側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邊坡,路兩側溝道較短、匯水面積不大且溝道內植被發育,溝道兩側坡面較穩定,不易形成泥石流發生的物源條件.所以玉海路K1+000～ K11+000路段存在的地質災害類型主要為巖質崩(滑)塌災害.

1.2 成災形式

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

1.3 崩塌源現狀(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,巖層產狀100°∠60°,巖石破碎,節理發育.坡頂上有一觀景亭,坡腳南側為檢票處.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,巖石風化破碎,節理裂隙發育.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,巖石風化破碎,節理裂隙發育.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,巖層產狀110°∠60°,巖石風化嚴重,節理發育.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,巖石風化嚴重,節理較多,現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白云巖,巖石風化嚴重、極其破碎,節理較多,現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白云巖,巖石風化嚴重、極其破碎,節理較多,現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,巖石風化嚴重,節理較多.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,巖石風化破碎嚴重,節理較多,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,巖石風化嚴重,節理較多.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.調查區最高點為青寺頂,海拔1210m.

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

2.2 地質條件

在玉海路沿線,出露地層主要有中生界侏羅系上統的后城組地層(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).

研究區的構造較發育,分布著一系列的斷裂與褶皺,但整體上級別較小.

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

2.3 誘發因素

(1)降水

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

(2)人類工程活動

本地區構造運動強裂,破碎帶發育,沿線途經多處破碎帶,修路削坡造成沿線多處形成破碎高陡邊坡,配套的護坡支擋工程較少,使得崩(滑)塌地質災害頻繁發生,嚴重威脅過往景區的人員和道路安全.

3 災體易發性評價

3.1 易發性評價方法

本次對崩(滑)塌災害體的易發性分析,主要選用層次分析法進行定性評價.

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP)是對一些較為復雜、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.是由美國運籌學家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則決策方法.

根據具體問題的實質和決策要求達到的目標,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構模型,從而把最底層和最高層的相對重要值或者相對優劣順序排列出來,供決策者參考.其步驟如下:

(1)建立層次結構模型;

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

(3)構造判斷矩陣,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果;

(4)檢驗層次分析結果,如有誤差,需對判斷矩陣的元素取值通過專家意見進行調整,從新運算.

3.2 崩(滑)塌災害層次分析模型

3.2.1 評價指標的選擇

本次工作根據野外實際調查數據,并充分考慮調查區內崩(滑)塌災害的特點,在眾多參考因子中選取了較能綜合反映崩(滑)塌災害易發性的3個一級指標和9個二級指標.其中一級指標為地形條件、地質條件和誘發因素.二級評價指標為坡高、坡度、危巖體體積、巖石破碎程度、節理裂隙發育程度、地層巖性、巖層產狀與坡向的關系、人類活動和多年平均最大日降雨量.

3.2.2 崩(滑)塌易發性評價指標的構建

根據評價體系設置的原則和選取的方法,結合玉海路崩(滑)塌災害的特點,本次工作崩(滑)塌易發性評價指標體系分為3個層次:目標層(R)、準則層(Xi)和措施層(Xii).其中目標層指崩(滑)塌易發性程度,準則層表示崩(滑)塌易發性評價中的一級評價指標,措施層則表示二級評價指標(圖3)

3.2.3 崩(滑)塌易發性評價指標權重計算

以一位專家打分為例,崩(滑)塌易發性評價指標權重計算過程如下:

(1)一級評價指標的權重計算

R與X構造矩陣及層次單排序

(2)二級評價指標的權重計算

X3與X31、X32、X33構造矩陣及層次單排序

X1與X11、X12、X13、X14構造矩陣及層次單排序

X2與X21、X22、構造矩陣及層次單排序

(3)層次總排序,進行一致性檢驗

上面得到的是一組指標對其上一層指標的權向量,最終要得到各指標特別是最低層中各指標對于總目標的排序權重,需要進行總排序.總排序權重要自上而下地將單準則下的權重進行合成.對于影響崩(滑)塌地質災害指標進行總排序,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

對總排序結果進行一致性檢驗,CR=0.0078<0.1,因此認為該專家的層次總排序結果具有滿意的一致性,達到要求.最后根據各位專家的評價結果,將權重值取平均值得到表1.

表1 崩(滑)塌易發性評價指標權重表

3.2.4 崩(滑)塌災害易發性評價模型

崩(滑)塌災害易發性評價可以通過9個二級指標的權重和打分實現.在評價過程中,將各個指標按照一定的標準進行打分,再將各個指標的賦值和相應的權重(Wi)相乘即可得出崩(滑)塌災害的易發性程度值(R).

崩(滑)塌易發性評價的模型為:

式中:R-- 崩(滑)塌易發性程度值;

Xi-- 各評價因子的定量打分;

Wi-- 各評價因子的權重.

對各因子定量打分標準的具體分值見表2:

表2 崩(滑)塌易發性程度評價因子定量評分表

崩(滑)塌災害易發性程度的劃分標準根據R的綜合值來確定.根據計算結果,各崩(滑)塌災害的得分在7～12之間.我們對崩(滑)塌災害易發性程度做相對劃分,<10分為易發性低,10～11分為易發性中等,>11分為易發性高.

3.3 易發性評價結果(表3)

表3 崩(滑)塌隱患易發性評價結果表

4 危害性評價

4.1 危害性評價方法

本標準是參照中國地質環境監測院推薦的"地質災害災情與危害程度分級標準"并結合北京地區地質災害特點制定的.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 地質災害危害程度分級標準

4.2 危害性評價結果(表5)

表5 崩(滑)塌隱患危害性評價結果表

注:以上表受危脅對象為公路,損毀公路造價參考定額標準和2000年承德地區山區公路造價并結合北京實際情況確定為500萬元/公里.

5 地質災害危險性評價

根據災害體易發性分析的結果,考慮災害的危害程度,對存在地質災害隱患的路段內的各個災害點或路段進行預測評價(表6、表7).

表6 地質災害危險程度分級標準

表7 崩(滑)塌隱患危險性評價結果表

6 地質災害危險性路段劃分

根據災害隱患點或路段的危險性評價結果,考慮災害的發育規模和分布特征,對玉海路沿線K1+000～ K11+000路段進行地質災害危險性劃分,分為低危險路段、較危險路段、危險路段和高危險路段,劃分依據如表8,對應的地理位置如表9:

表8 地質災害危險性路段劃分依據

表9 地質災害危險性路段劃分結果

7 防治對策

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

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

(2)坡面防護工程:砌體護坡、格構護坡、防護網護坡、噴錨護坡.

(3)排水工程:地表排水溝、滲水盲溝.

(4)植被恢復工程:直接種植、普通噴播、掛網客土噴播.

8 結論

(1)本文中地質災害危險性的評價是基于災體自身的易發性和災體發災后可能造成的危害性兩個指標.

(2)災體自身的易發性區別于災體穩定性.災體穩定性是強調在經典力學受力分析的前提下,基于極限平衡理論,進行穩定性計算的結果表述,結果是絕對的;而災體易發性指在實際工作中在很難確定塊體界面產狀參數和受力模型的情況下,通過分析影響易發性的災體自身因素以及外界誘發因素,基于專家經驗對災害易發程度的定性表述,結果是相對的.

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

(4)災體的危害性評價主要是參照中國地質環境監測院推薦的"地質災害災情與危害程度分級標準",通過發災后可能造成的人員財產損失來衡量,并結合北京地區地質災害特點.

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

略)