四川青川縣碾子崩塌風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

張勁松，楊 紅

（1.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650011；2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059）

陡峻或極陡斜坡上，某些大塊或巨塊巖體，突然地墜落或滑落，順山坡猛烈地翻滾跳躍，巖塊相互撞擊破碎，最后堆于坡腳，這一過(guò)程稱(chēng)之為崩塌［1］。隨著改革開(kāi)放的深入和西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，鐵路、公路和其他各項(xiàng)工程不斷向山區(qū)延伸，高陡邊坡越來(lái)越多，邊坡崩塌落石災(zāi)害也在不斷增加。由于崩塌災(zāi)害具有發(fā)生時(shí)間不確定、墜落速度快等特點(diǎn)，常常會(huì)給人們?cè)斐删薮鬄?zāi)害。

2008年5月12日四川省發(fā)生8級(jí)地震，地震對(duì)青川縣造成了巨大破壞，同時(shí)引發(fā)了大量的次生地質(zhì)災(zāi)害。地震期間青川縣碾子村背后的山體發(fā)生崩塌，造成3人直接死亡，同時(shí)崩落的塊石掩埋了大量的耕地，且目前危巖帶內(nèi)還存在大量的危巖體，在地震、暴雨等因素影響下再次發(fā)生崩塌的可能性相當(dāng)大。本文以碾子村五社地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)為研究評(píng)價(jià)對(duì)象，在野外地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)巖土體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、落石運(yùn)動(dòng)過(guò)程數(shù)值模擬的基礎(chǔ)之上，計(jì)算了碾子村遭受崩塌災(zāi)害的災(zāi)損情況，對(duì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 碾子崩塌的總體概況

碾子崩塌位于碾子村五社北側(cè)，隸屬于四川省廣元市青川縣，地理坐標(biāo)為：N32°30'、E105°20'70″。碾子崩塌災(zāi)害由1#～9#危巖帶及蒿支窩危巖帶共計(jì)10個(gè)危巖帶組成；危巖帶呈排分布，南側(cè)為蒿支窩危巖帶、1#～4#危巖帶；北側(cè)為 5#～9#危巖帶（圖 1）。分析得出，10個(gè)危巖帶中對(duì)碾子村五社威脅最大的是2#危巖帶以及蒿支窩危巖帶。

蒿枝窩危巖帶位于碾子村五社北側(cè)，坡高80m，坡體上部為吳家坪組灰?guī)r，下部為耕地，危巖體主要位于坡體上部灰?guī)r出露部位，危巖帶寬度120m左右。邊坡巖體呈次塊狀～鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，主要發(fā)育的結(jié)構(gòu)面有：①N82°W/NE∠78°，可構(gòu)成危巖體的側(cè)緣邊界；②N59°W/NE∠84°，陡傾坡外結(jié)構(gòu)面，可構(gòu)成危巖體的底滑面；③N30°E/NW∠30°傾坡內(nèi)灰?guī)r層面，可構(gòu)成危巖體的后緣邊界，邊坡危巖體主要失穩(wěn)模式以傾倒式為主。

2 崩塌災(zāi)害的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

研究區(qū)的面積不足2km2，根據(jù)羅元華在《地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法》一書(shū)中提到的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)類(lèi)型的劃分標(biāo)準(zhǔn)［2］，得出研究區(qū)內(nèi)的崩塌災(zāi)害評(píng)估屬于點(diǎn)評(píng)估范疇。針對(duì)研究區(qū)崩塌災(zāi)害特點(diǎn)，選擇對(duì)崩塌的破壞概率、發(fā)生規(guī)模和危害范圍三個(gè)方面來(lái)對(duì)其進(jìn)行危險(xiǎn)性分析。

圖1 碾子崩塌全貌圖Fig.1 Complete picture of NianZi rock fall

2.1 崩塌的破壞概率分析

破壞概率的計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算［3］。計(jì)算公式如下：

式中：P——災(zāi)害體的破壞概率；

K——危巖體穩(wěn)定性系數(shù)，當(dāng)K≥1.2時(shí)取K=1.2。

危巖體的穩(wěn)定性采用《三峽庫(kù)區(qū)崩塌滑坡與塌岸地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘查技術(shù)要求》［4］推薦的公式進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)大量工程實(shí)例，結(jié)合規(guī)范要求，主要考慮了3種工況和荷載組合：工況1：天然工況，考慮自重和天然狀態(tài)下的裂隙水壓力；工況2：暴雨工況，考慮飽和自重+裂隙水壓，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3；工況3：地震工況，考慮自重、天然狀態(tài)下的裂隙水壓力和地震力。分別在蒿支窩危巖帶及2#危巖帶選擇兩塊具有代表性的危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，危巖體所在位置及高程見(jiàn)圖2～圖5所示。計(jì)算所需的巖體及結(jié)構(gòu)面參數(shù)見(jiàn)表1～表2。穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布設(shè)主軸線，釘設(shè)引樁，并砌磚保護(hù)，作為測(cè)量軸線的依據(jù)。為保證結(jié)構(gòu)軸線位置的準(zhǔn)確性，用全站儀進(jìn)行測(cè)量。

圖2 2#危巖帶立面圖Fig.2 Elevation map of dangerous rockⅡ

由危巖體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果（表3）及危巖體破壞概率計(jì)算公式（1）可以得出WY1和WY2的失穩(wěn)概率，WY1和WY2在天然工況下的失穩(wěn)概率為0.1，在暴雨工況下的失穩(wěn)概率都為0.18；在地震工況下WY1的失穩(wěn)概率為0.4；WY2的失穩(wěn)概率為0.3，易發(fā)性相對(duì)較高。

2.2 危巖體失穩(wěn)過(guò)程數(shù)值模擬及危害范圍預(yù)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)危巖體失穩(wěn)后在研究區(qū)坡面以直落、跳躍、滾動(dòng)、滑動(dòng)等方式運(yùn)動(dòng)。崩落體的運(yùn)動(dòng)軌跡、跳起高度和沖擊能的確定具有現(xiàn)實(shí)的工程意義和理論價(jià)值。危巖體失穩(wěn)后的彈跳高度、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)速度受危巖落石本身的大小、形狀及其堅(jiān)硬強(qiáng)度；邊坡或山坡的高度、坡度、坡形；坡面組成物質(zhì)及其表面起伏程度，覆蓋層植被情況和運(yùn)動(dòng)初始速度等多方面因素的影響。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及滾石試驗(yàn)，確定2#危巖帶上的危巖體失穩(wěn)后的運(yùn)動(dòng)路徑剖面圖如圖3所示；蒿支窩危巖體上的危巖失穩(wěn)后運(yùn)動(dòng)路徑如圖5所示。

圖3 2#危巖帶剖面圖Fig.3 Cross-section map of dangerous rockⅡ

圖4 蒿支窩危巖帶立面圖Fig.4 Elevation map of HaoZiWo dangerous rock

表1 典型危巖體特征統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of typical dangerous rock

表2 危巖體結(jié)構(gòu)面計(jì)算參數(shù)表Table 2 Calculation parameters of structure plane

圖5 蒿支窩危巖帶剖面圖Fig.5 Cross-section map of HaoZiWo dangerous rock

表3 危巖體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果表Table 3 Calculated results of stability

為了更全面的分析落石失穩(wěn)后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各個(gè)動(dòng)參數(shù)，現(xiàn)采用落石分析計(jì)算的專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)落石失穩(wěn)后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算。落石運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一共經(jīng)歷了三個(gè)不同的地層，灰?guī)r、泥巖及第四系堆積物。為使模擬過(guò)程更加接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，計(jì)算過(guò)程采取動(dòng)態(tài)選擇參數(shù)，即對(duì)每一坡段的法切向恢復(fù)系數(shù)及動(dòng)摩擦系數(shù)均設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差值，計(jì)算過(guò)程采用的參數(shù)見(jiàn)表4所示。同時(shí)，落石樣本按現(xiàn)場(chǎng)堆積落石尺寸選用粒徑在2～5m的巖塊，重量為1700～2000kg，樣本總數(shù)為50個(gè)。假設(shè)各個(gè)落石樣本初始狀態(tài)均為靜止。模擬結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7所示。

圖6 2#危巖帶落石運(yùn)動(dòng)軌跡圖Fig.6 The falling rocks trajectories of dangerous rockⅡ

圖7 蒿支窩危巖帶落石運(yùn)動(dòng)軌跡圖Fig.7 The falling rocks trajectories of HaoZiWo dangerous rock

計(jì)算結(jié)果和野外滾石試驗(yàn)結(jié)果基本一致，及危巖一旦失穩(wěn)將會(huì)威脅到危巖帶下方居民區(qū)的人員、牲口、耕地及房屋的安全。根據(jù)滾石試驗(yàn)的結(jié)果還可以間接的推測(cè)出危巖帶失穩(wěn)危巖體所威脅的范圍，具體威脅范圍見(jiàn)圖8所示。

表4 落石運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬參數(shù)表Table 4 Parameters of the rock fall numerical simulation

3 承災(zāi)體的易損性評(píng)價(jià)

易損性是指受災(zāi)體遭受地質(zhì)災(zāi)害破壞機(jī)會(huì)的多少與發(fā)生損毀的難易程度，它表征的是對(duì)成災(zāi)結(jié)果具有直接影響的受災(zāi)體特征。易損性評(píng)價(jià)的基本目標(biāo)是獲取各方面易損性要素參數(shù)，為破壞損失評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括：劃分受災(zāi)體類(lèi)型；調(diào)查統(tǒng)計(jì)各類(lèi)受災(zāi)體數(shù)量及分布情況；核算受災(zāi)體價(jià)值；分析各類(lèi)受災(zāi)體遭受不同類(lèi)型、不同強(qiáng)度地質(zhì)災(zāi)害危害時(shí)的破壞程度及其價(jià)值損失率。

評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)主要的受災(zāi)體為：人口、房屋建筑、室內(nèi)外設(shè)備及物品、農(nóng)作物、土地資源等；受崩塌威脅的人口有100人，房屋68間，磚混平房8間，磚木結(jié)構(gòu)房屋60間，受威脅耕地8602m2，受威脅畜132頭。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 崩塌災(zāi)害受災(zāi)體數(shù)量?jī)r(jià)值統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistics of the hazard bearing body’s number and value

崩塌的易損度采用下式進(jìn)行計(jì)算：

其中：V——易損性，包括財(cái)產(chǎn)易損性和人員易損性；

P——災(zāi)害體的破壞概率；

W——受災(zāi)體總量，包括受災(zāi)人員總數(shù)及財(cái)產(chǎn)統(tǒng)計(jì)核算價(jià)值。

由崩塌災(zāi)害的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)計(jì)算出研究區(qū)的崩塌災(zāi)害在天然工況、暴雨工況及地震工況下的平均破壞概率，再由公式2及受災(zāi)體統(tǒng)計(jì)表5得出研究區(qū)內(nèi)的人員預(yù)估損失在天然工況下為10人，在暴雨工況下為18人，在地震工況下的人員預(yù)估損失為35人；財(cái)產(chǎn)預(yù)估損失天然工況下為32.43×104元，暴雨工況下為58.374萬(wàn)元，在地震工況下為113.51×104元。

4 承災(zāi)體的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

危巖崩塌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)可以定義為危巖失穩(wěn)破壞產(chǎn)生不良后果的可能性，即危巖崩塌風(fēng)險(xiǎn)包括危巖發(fā)生破壞的可能性及其所產(chǎn)生的后果（損失）2個(gè)方面，可以表示為：

圖8 碾子崩塌災(zāi)害影響范圍平面圖Fig.8 Plan map of influenced scope by rock fall in NianZi

式中：R——危巖崩塌風(fēng)險(xiǎn)；

P——危巖失穩(wěn)破壞的概率；

C——危巖失穩(wěn)后造成的損失［5］。

危巖體失穩(wěn)后造成的損失包括經(jīng)濟(jì)損失和人員損失，在這里只討論經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)濟(jì)損失采用下式進(jìn)行計(jì)算：

其中：S——經(jīng)濟(jì)損失；

VI——第I類(lèi)承災(zāi)體的易損值；

WI——承災(zāi)體平均單價(jià)；

AI——承災(zāi)體計(jì)量單位；

P——破壞概率。

根據(jù)前述的計(jì)算結(jié)果及經(jīng)濟(jì)損失等級(jí)劃分表6可得出：在天然、暴雨工況下經(jīng)濟(jì)損失屬于一級(jí)，在地震工況下經(jīng)濟(jì)損失屬于二級(jí)。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)崩塌災(zāi)害由1#～9#危巖區(qū)及蒿支窩危巖區(qū)共計(jì)10個(gè)危巖帶組成；崩塌的破壞模式主要是以滑移式和傾倒式為主，崩塌的主要影響因素有地形地貌、地震作用、暴雨及風(fēng)化作用，對(duì)五社居民威脅較大危巖區(qū)是2#危巖區(qū)及蒿支窩危巖區(qū)。

表6 經(jīng)濟(jì)損失等級(jí)劃分表Table 6 Classification of economic loss

（2）通過(guò)對(duì)研究區(qū)崩塌災(zāi)害的易損性及風(fēng)險(xiǎn)性分析得出：研究區(qū)內(nèi)的人員預(yù)估損失在天然工況下為10人，在暴雨工況下為18人，在地震工況下的人員預(yù)估損失為35人；財(cái)產(chǎn)預(yù)估損失天然工況下為32.43×104元，在暴雨工況下為58.374×104元，在地震工況下的財(cái)產(chǎn)預(yù)估損失為113.51×104元；研究區(qū)崩塌災(zāi)害在天然、暴雨工況下可能造成的經(jīng)濟(jì)損失屬于一級(jí)，在地震工況下可能造成的經(jīng)濟(jì)損失屬于二級(jí)。

（3）根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果及數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，針對(duì)災(zāi)害的特征提出的災(zāi)害治理措施為高3m的RX-050型被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。

致謝一同參與野外地質(zhì)地質(zhì)調(diào)查與室內(nèi)試驗(yàn)的還有易志堅(jiān)、楊珩，在此對(duì)他們表示感謝。

［1］張悼元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1994.ZHANG Zhuoyuan，WANG Shitian，WANG Lansheng.Analysis principle of engineering geology［M］.Beijing：Geological Publishing House，1994.

［2］羅元華.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法［M］.北京：地質(zhì)出版社，1998.LUO Yuanhua.The risk evaluation methods of geological disaster［M］.Beijing：Geological Publishing House，1998.

［3］張延輝.延安鳳凰山滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2008.ZHANG Yanhui.Landslide risk research of Fenghuang mountain in Yan’an［D］.Xi An：Chang'an University，2008.

［4］三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部.三峽庫(kù)區(qū)崩塌滑坡與塌岸地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘查技術(shù)要求［S］.2004：67-68.Prevention of geological disasters in gorges reservoir area headquarters geological exploration technical requirements of the geological disasters prevention project of collapse，landslide and bank collapse in the Three Gorges Reservoir［S］.2004：67-68.

［5］許強(qiáng)，陳偉.單體危巖崩塌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法—以四川省丹巴縣危巖崩塌體為例［J］.地質(zhì)通報(bào)，2009，28（8）：1039—1046.XU Qiang，CHEN Wei.Risk assessment method for single rockfall geo-disaster：a case study on the rockfall in Danba County［J］.Geological Bulletin of China，2009，28（8）：1039-1046.