滑坡地質災害分析機制答辯問題
⑴ 滑坡風險分析實例研究
本文譯自Geotechnical and Geological Engineering,2003(21):113~127。
G.L.Sivakumar Babu1M.D.Mukesh1著
趙玉軍2譯 朱汝烈2校
(1Department of Civil Engineering,Indian Intitute of Science,Bangalore,India;2中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所,河北保定,)
【摘要】在喜馬拉雅地區,通過運用隨機現場模型,結合斜坡穩定性分析,對由於土體參數易變性引起的滑坡風險不確定性進行研究。在滑坡地區一個典型斜坡的水平方向和垂直方向上,就試驗樣品數量、承壓水位的變化和地震效應等的准確程度的空間差異性影響進行了研究。結果表明土體參數的偏差程度、土體參數的空間分異、試驗樣品的數量和承壓水位的變化對滑坡地區斜坡穩定性的影響尤為顯著。結果同時表明,用均勻變化的假說來判斷斜坡穩定性是保守的。研究成果是一個有益的成功的範例;同時應指出,地下排水形式的緩解措施能改善滑坡地區斜坡穩定性。
【關鍵詞】滑坡孔隙壓力變化安全性斜坡穩定性空間變化
符號目錄
F(v)——累積概率分布
E(v)——分布預期平均值
σ(v)——分布標准偏移
m,δ——分布系數
ρ——自相關函數
α——離散系數
δx,δv,δz——距離偏置
Dh,Dv——水平和垂直相關性距離
P(f)——事故概率
1前言
在喜馬拉雅地區,滑坡已成為導致人們生活和財產大量損失的主要災害問題。滑坡通常是因存在諸多觸發機制而產生的,例如下雨引起斜坡內承壓水位的升高,地震、植被類型改變及人類建造活動等。通常情況下,對山區地帶的公路沿線和住宅區的斜坡都按傳統的安全因素邊界條件進行了穩定性評價。同時,考慮到滑坡地區的土體參數的變化無常,所以為了更優良的工程施工,著力進行有關土體參數變化影響的研究,與研究承壓水位變化和地震強度同屬必需。就斜坡安全性方面而論,這比用傳統的安全因素邊界條件方式來闡述,顯得更較為全面。
本文主要介紹對一個典型滑坡進行的研究。通過使用類似於Vanmarcke(1977)和Calle(1985)公式的一個隨機抽樣現場模型,對土體參數變化的影響進行研究,並計算事故發生的概率。在喜馬拉雅地區國道公路的一個路段斜坡安全性評價中,探討了水平方向和垂直方向上的空間差異性。研究成果在確定水平方向和垂直方向上土樣的最佳采樣間距,以及為穩定斜坡目的而設計地下排水緩解措施等方面,都很適用,從而提了高斜坡穩定性。
2背景資料
對斜坡穩定性的不確定性已做了長期的研究。一些研究者對斜坡穩定性問題提出了各自具有影響的見解。Chowdhury(1984)提出的斜坡概率分析,對評價多種斜坡穩定措施的設計方案很有幫助。Christian等(1992)認為,概率原理應用得是否恰當,取決於對事故相對概率或對設計不確定性影響的鑒別。Mostyn和Li(1993)指出,概率分析為指導斜坡設計者制訂方案提供了信息指南。根據 Morgenstern(1997),滑坡問題受不確定性困擾,出現在包括從位置判定、物質參數評價到分析與設計等環節,貫穿於用概率法進行評價的各個階段。這些研究對解決不確定性影響問題提供了有益見解。
3可忍受風險標准
在多數情況下,基於f-N比率〔災害頻度(f)和災害總數(N)〕的年事故概率觀點,是按安全性和穩定性極限標准,對斜坡現有的穩定狀況進行判定的有用基準。單純的滑坡定量風險分析包括判斷導致不良後果的潛在事故的風險。滑坡事故描述(尤其為了分區目的)應該包括滑坡特徵和發生滑坡的概率。一旦了解了具體事故的發生概率,就可對風險進行評估。很多研究者和工程師已擬定了一些有關可忍受風險標準的准則。他們指出,滑坡事故增添的風險與其他各種風險相比起來,並不顯著突出,其他那些風險是應當減小至「既低而又合理適用」 原文為As Low As Reasonably Practicable(ALARP)。
建立可接受標準的一條途徑,是考察相關地區諸如工業事故和大壩等所採取的標准。在英國,土地使用計劃的風險標准,是基於附近工業區的相關事故年基準f-N比率加以制定的,並建議其年下限和上限分別為每年10-4和10-6。大壩風險評估已有長足發展,並在如美國和加拿大等很多國家使用,中國香港將其引用於評價斜坡。經常推薦那些風險要求盡可能低,但又可行的地區類似的可接受極限,同時可舉出財政費用損失的極限。Cruden和Fell在這方面提出了傑出見解。最近,美國陸軍工程兵軍團(US Army Corps of Engineers)特別推薦了針對事故和水資源的相關安全指數和基礎設施項目概率目標(表1)。
表1堤壩安全性標准指標(美國陸軍工程兵軍團,1999)
通常,安全性評價是參數和模型不確定性的一個函數。根據事故概率參數的不確定性影響得出易變性影響的概念。由於不能准確地了解事故過程,模型不確定性的影響非常復雜。在本文實例中,對滑坡地區滑動斜坡的背景分析表明,可把其滑動面視為弧形滑動或大直徑滑動,因而使用必肖普(Bishop's)法進行分析。
4地貌學
由於構造運動、褶皺、斷層和褶皺基岩地層的原因,沿喜馬拉雅地區Sutlej峽谷內、22號國道公路(National Highway NH-22)兩旁的斜坡是破碎脆弱的。沿Sutlej河岸上的國道公路受破碎斜坡影響的不穩定路段長約500m,滑坡頂部高出河岸約200m。斜坡表面坡度在35°到50°范圍內變化。該地區經常發生滑坡事故,Jagannatha Rao等人詳細描述過滑坡地區的地質詳圖和地質岩土特性(1998)。作為地質岩土野外勘察項目的一部分,提前鑽了4個深度6~23m的鑽孔。圖1所示為該地區斜坡的土體層次。在斜坡的坡頂和坡腳分別鑽了一個鑽孔。在滑坡地區的中間位置進一步鑽進了兩個鑽孔。然而,笨重的鑽機需佔用較大的空間,且在易碎斜坡上安裝鑽機非常困難。崎嶇斜坡陡峭的地形也阻礙了在這類地區鑽孔的可能。滑坡區的土體由挾有破碎岩塊的粉砂質砂組成。直剪試驗得到的剪切系數顯示,其內內摩擦角范圍為300~470,粘聚力為0~100kPa。鑒於滑坡頻繁發生和維持滑坡穩定的重要性,必須在滑坡區使用安全性和風險觀念進行評價,進而建立准則。以下內容主要介紹滑坡區現場模型的應用,並對所獲成果進行了討論。
圖1Powori滑坡地帶橫斷面圖
5隨機現場模型
早期背景資料表明,對包括隨機無序樣品的不確定性,通常使用隨機現場模型進行評價。在穩定性分析時所輸入參數的不確定性,對事故發生概率分析的影響很大。安全系數低於1.00的斜坡,發生滑坡的概率屬潛在事故概率。結合必肖普法,使用「先正常狀態、然後瞬間」 原文:First Order Second Moment(FOSM)。
地質災害調查與監測技術方法論文集
地質災害調查與監測技術方法論文集
式中:m和δ為分布系數;F(v)是作為隨機變化v預期平均值和標准偏差E(v)和σ(v)的累積概率分布。已有文獻證實了剪切強度參數使用對數分布的有效性。早期的概率分析表明,單位重量的變化不太重要,故無需考慮單位重量的變化。自相關函數ρ(δx,δy,δz)系作為距離偏置函數的任意兩點間的相互關系,可寫為:
地質災害調查與監測技術方法論文集
式中:Dh和D。為自相關系數,它們與高差起伏比例有關。δx、δy、δz分別為在x、y、z方向任意兩點間的空間距離。參數a是垂直變數(相對於沿鉛垂線的平均值的波動變化)與整體變數(相對於整個覆蓋堆積物的平均值的變數)之比值。令a=1,自相關函數呈現出文獻中經常推薦的傳統高斯(Gaussian)形態。概率分布和自相關函數確定了隨機模型的徹底完善。參數分析旨在研究垂直和水平相關距離、粘聚力和內摩擦角系數變化、承壓水位的變化和地震活躍系數變化等對相關事故概率的影響。對參數進行分析可以導出在傾角為47°的斜坡上臨界剖面的標准計算值(F=1.06)。表2所示為研究中使用的變數和相關值的變化范圍。從直接剪切試驗得出強度參數值,用於分析的材料的平均參數:粘聚力為50kPa,內摩擦角為35°,單位重量為18kN/m3。(Calle,1985)在文獻中曾提到,在其他地區使用這一模型也很適宜。
表2參數研究中使用的變數及其數值變動范圍
6結果和討論
本項研究的主要目的是滑坡地區土體斜坡有關特性的影響,並指出其定量化的重要性。只有對滑坡地區進行詳細的勘察,才能獲得准確的易變性評估。在現有分析中使用了粘聚力和內摩擦角變化率(C.O.V)、空間相關距離和承壓水位變化,主要是為了在滑坡區盡可能地控制破壞范圍。
6.1試驗樣品數量(N)的影響
所有試驗樣品都影響概率分析的結果。大量的試驗可增強分析中所使用的強度參數輸入值的置信度水平。然而,大量試驗也將導致土樣的過量採集。所以,在對場地進行勘察之前,預先確定試驗樣品的數量是很重要的。這在對相似項目進行穩定性分析並建立准則方面也很有用。在該滑坡地區共進行了25次試驗,主要意圖是檢查參數對事故概率的影響。圖2(a)所示為試驗樣品的數量對事故概率的影響。從圖2(a)可看出,試驗樣品對事故概率的影響很顯著。圖2(b)所示為與樣品數量相關聯的粘聚力和內摩擦角系數變化因素對事故概率的影響。當粘聚力和內內摩擦角變化率范圍為0.1到0.3時,影響最顯著。
圖2
(a)實驗樣品數量對事故概率的影響
(b)與實驗樣品數量相聯系的粘聚力及內摩擦角系數變數對事故概率的影響
6.2空間非均質性
土體的不同內在性質特性引起土體參數在水平和垂直方向上發生變化。若按傳統的穩定性計算,則不可能確定土體參數的空間變異。然而,通過對該場地進行詳細的勘察,在概率采樣網范圍內對斜坡穩定性進行分析,可以更好地記錄和融合土體參數變化情況。用空間相關間距和變異函數來表示既定土體剖面的非均質性界限是適宜的。判定空間相關間距,要求對場地進行全面、詳細的勘測和試驗,這對每個項目而言並不一定適宜。根據以往的研究可確定這些參數的分布,並指導樣品的採集。土體特性的相關間距,對土體變化來說是一個有用的描述符值。它表明,如果土體采樣的距離低於相關間距,可很好地獲得真實的土體特性變化情況。所以,空間相關間距對現場勘察很有幫助。也可以把它作為土體內在變化的一種定量參數,用於土體斜坡風險的分析。所以,為了揭示空間相關間距對穩定性分析的敏感性,應使水平和垂直相關間距都在額定值范圍內變動。
6.3 水平相關間距(Dh)的影響
水平相關間距相當於在水平方向上土體性質達到穩定時的最小距離。本研究中,水平相關間距的變化范圍為10~200m,同時使其他所有參數保持為恆量。圖3(a)所示為水平相關間距在粘聚力和內摩擦角變化率不同時對事故概率的影響。從圖3(a)可看出,若增大水平相關間距,可能稍微降低事故概率,尤其在變化率低的時候更為顯著。圖3(b)更清楚地表明了,在變化率數值微小的變動范圍內(0.1~0.3),事故概率增大的情形,直到水平相關間距為50m時,事故概率才會降低,並隨後保持恆量。這表明在上述或相似情況下,將采樣間距定為50m是最適宜的。
圖3
(a)水平相關間距對事故概率的影響
(b)與水平相關間距相聯系的粘聚力及內摩擦角系數變數對事故概率的影響
6.4垂直相關間距(Dv)的影響
垂直相關間距的變化范圍是0.1~10m,為研究垂直相關間距對事故概率的影響,設令其餘參數均為常量。圖4(a)為垂直相關間距在粘聚力和內摩擦角變化率不同時,對事故概率的影響。從圖4(a)可明顯地看出,在0.1~5m很短的間距范圍內,事故概率隨垂直相關間距的增加而增大。然而,當垂直相關間距的變化率很大時,對事故概率的影響並不太明顯。圖4(b)也證實,僅當粘聚力和內摩擦角變化率達到30%時,對事故概率的影響才顯著。得出的結論是,垂直相關間距應為5m或低於設計值。同時,在取樣困難的岩層內,相鄰孔段很難採集樣品,且很費錢。本成果建議,相鄰孔段的更多信息對垂直剖面是有用的,能更明確地說明事故概率。和水平相關距離不同,垂直相關距離對事故概率的影響非常大。結果表明,該場地採用5m為相
圖4
(a)垂直相關間距對事故概率的影響
(b)與垂直相關間距相聯系的粘聚力及內摩擦角系數變數對事故概率的影響
關距離最為適宜。然而在另外一些地區,參數的變化通常須視具體場地而定。這一結果進一步證實了在水平和垂直方向上,與土體參數變化相關的資料數據的重要性。
6.5空間非均質性中的各向異性影響
在一些研究中,通過用均質性假說(此處 Dh=Dv)來確定空間非均質性的影響。當 Dh=Dv,並且無限擴大時,可假定強度參數在空間范圍完全相關。然而,這種假定與非均質性並不一致。僅僅當水平和垂直方向所有信息對非均質特性都適合時,才能簡單地闡述水平和垂直相關距離的相對影響。在表3中總結了此方面的研究。結果表明,空間均質性變化假說過度評估了事故概率,所以是保守的,尤其當變化系數很小時。很明顯,可對分析中使用的強度參數在水平和垂直方向的變化情況進行單獨研究,通過對土體的非均質性描述來進行穩定性評價。
表3各向同性和空間各向異性變化對事故概率的影響
上述內容清楚表明,在土體斜坡風險分析中,與描述試驗數量和鑽孔水平和垂直距離一樣,研究土體強度特性的空間變化是很重要的。
6.6孔隙壓力的影響
通常根據滲透性評估來研究孔隙壓力。很多研究者已經認識到了有關孔隙水壓力的不確定性以及孔隙水壓力與斜坡穩定性關系的重要性。有人通過規定平均孔隙壓力和孔隙壓力比變化率,來研究孔隙水壓力的不確定性影響。在現有研究中,通過測定水壓坡降線的標准偏移來研究孔隙壓力的影響。假定其孔隙壓力一般按照承壓水位的預期平均值分布。圖5所示為關於水壓坡降線標准偏移的事故概率變化。滑坡剖面坡角約近似為47°,因此對坡角為25°、30°和35°的三個水壓坡降線,和1~10m的標准偏移進行研究。對25°的水壓坡降線進行觀察發現,事故概率在標准偏移超過6m時的增加很大。然而,對30°和350的水壓坡降線進行監測發現,孔隙壓力的影響超過了所有水壓坡降線的范圍。很明顯,水壓坡降線中很小的增加值,都將增大事故發生的概率。成果強調了在斜坡研究中對孔隙壓力變化進行適當觀察的必要性;同時指出,研究水壓坡降線的角度和水壓坡降線的標准偏移,對斜坡進行安全性評估是有可能的。
6.7地震系數的影響
在該地區經常發生不同等級的地震,造成額外的損失。圖6所示為地震系數對事故概率的影響。通過水平地震相關系數的變化(0.05~0.25)來研究地震對滑坡事故概率的影響。例如,在變化系數為10%的情況下,事故概率的增加很大。當地震系數從0.05增加到0.25時,事故概率從8.4×10-23增加到0.3。結果表明當發生了相關系數為0.2的地震時,在滑坡區可能發生斜坡事故。
7結束語
本報告力圖對一個典型滑坡區的不穩定性風險進行評估。結果表明,概率分析對判定土體天然變化性、斜坡性質和評價不穩定性是一種有力工具。進一步研究表明,確定所需試驗樣品數量、水平和垂直采樣距離和滑坡觸發因素(如孔隙壓力變化和地震力),對滑坡穩定性評價也很有幫助。滑坡穩定性評估也可用於幫助設計緩解措施。
圖5孔隙壓力變數對事故概率的影響
圖6水平地震系數對事故概率的影響
對滑坡區穩定性評估的研究提出以下幾點建議:
(1)若有更多的采樣點條件及其在水平和垂直方向位置的數據,可為安全性評估提供更適宜的根據。
(2)成果清楚的表明,空間變化對事故概率的影響極為顯著,而均質性變化的假設是守舊的。垂直相關距離比水平相關距離的影響更顯著。
(3)需要清楚地確定承壓水位,分析滲入點和降雨入滲,與相應標准偏移一起恰當地確定水壓坡降線。
(4)當地震等級與最大水平相關系數為0.2或更大、且相一致時,容易發生滑坡事故。
⑵ 如何防治崩塌,滑坡等斜坡地質災害
1.加強監測
2.保護植被
3.工程護坡
⑶ 滑坡的成因機制
1.滑坡的力學原理
由於坡地的岩性、構造不同,滑動面的性質也不同,但絕大多數滑動面近似圓弧面。滑坡體的運動是沿圓弧面轉動,因此可以用力矩平衡理論來分析(圖4-4)。
圖4-4 滑坡力學圖
設滑坡體以O為圓心,以R為半徑,沿AB面向下滑動。從O點向下作垂線OO'將滑坡體分為左右兩部分。左側部分的重心為O2,重力為P2,滑動力矩為P2·a。右側重心為O1,重力為P1,抗滑力矩為P1·b;f為AB面上的平均抗滑阻力,所產生的抗滑力矩為f·AB·R。滑坡體的極限平衡狀態方程式為
地質災害調查與評價
當P2·a>P1·b+f·AB·R時,滑坡體開始滑動,由於下滑過程中P2和a逐漸減小,P1和b逐漸增大,達到新的平衡時停止滑動。若滑坡體借慣性滑得很遠,會產生P2·a<P1·b+f·AB·R的情況,此時滑坡體穩定,不再滑動。
2.滑動面(帶)與斜坡穩定性的關系
滑動面(帶)是滑坡形成演化的關鍵要素。滑動面(帶)的埋深在很大程度上決定了滑坡體的規模,其形狀直接控制著滑坡體的穩定狀態,是滑坡研究、勘測、穩定性分析、災害預測預報以及工程處理的重要對象或依據。
典型的滑坡滑動面由陡傾的拉張段(後段)、緩傾的滑移段(中段)和平緩以至反翹的阻滑段(前段)三部分組成,在剖面上狀似船底形。受各種因素的影響,滑動面的總體真實形態可表現為直線形、折線形、圈椅形、階梯形等形狀。
直線形滑動面主要形成於具有單一結構面的坡體中,即多形成於層狀岩體(包括層狀火山岩)內或堆積層下伏基岩面和堆積層內的沉積間斷面上。其特點是地層傾角小於坡面傾角,前緣在坡腳附近及以上位置剪出,後緣與上方斜坡面相交,呈一傾斜的平面。直線形滑動面不存在前緣反翹抗滑段,故穩定性差、危害大。
折線或階梯形滑面多發生在滑動面坡角大於岩層傾角的斜坡地帶,滑動面由節理或層理等軟弱結構面組成,在縱剖面上呈階梯狀折線。
圈椅形滑動面的中部順層段一般不發育,前緣段的長短取決於滑坡規模和所處岩層結構面的發育程度,對滑坡的穩定起著重要作用。
船底形滑動面滑坡多發育在土質邊坡,其後緣較陡,傾角大多在60°以上。在蠕變階段,滑坡後緣首先出現弧狀拉張裂隙,是滑坡預報的重要依據。中部滑面一般比較平緩,傾角多小於20°,但長度占整個滑動面的一半以上,是滑坡的主滑段。前緣平緩甚至反傾,形成抗滑段。當主滑體滑至滑動面前緣時,大多數滑坡已趨於穩定。
3.滑坡的發育階段
滑坡的發育是一個緩慢而長期的變化過程。通常將滑坡的發育過程劃分為3個階段,即滑前變形階段、滑動破壞階段、滑後壓密穩定階段。研究滑坡發育過程對於認識滑坡和正確地選擇防治措施都有重要的意義。
(1)滑前變形階段
可細分為蠕動變形階段、等速變形階段、加速變形階段和臨滑階段。
蠕動變形階段後緣產生斷續的不規則的拉裂縫,但無明顯的錯落、下沉;兩側、中部和前緣無明顯的變形形跡。
等速變形階段各弧形拉張裂縫端部可能互相交錯,開始出現錯落下沉;兩側出現間斷的羽狀裂縫,滑坡體局部出現隆起、沉陷。
加速變形階段不連續剪切滑移面迅速擴展,剪斷剪切滑移面間的岩土「固鎖段」,逐漸形成貫通性剪切滑移面。後緣弧形拉張裂縫趨於連接,加大加深,滑坡體錯落下沉;兩側羽狀裂縫加強,出現順兩側壁方向的剪張裂縫,並與後緣弧形裂縫趨於連通,呈現整體滑移邊界;前緣出現輕微鼓脹。
臨滑階段後緣弧形拉張裂縫貫通,形成弧形拉裂圈,並與兩側剪張裂縫連接,呈現整體滑移邊界,滑體出現明顯錯落下沉,後緣壁明顯;前緣鼓脹,並出現鼓脹裂縫或放射狀裂縫;前端滑床擠壓褶皺,並有擠壓裂縫,或岩層傾角變陡,或擠壓破碎等現象。
從蠕動變形階段→等速變形階段→加速變形階段→臨滑階段,經歷的時間有長有短,長者可達數年之久,短者僅數月或幾天時間。
(2)滑動破壞階段
滑動破壞階段是指滑動面貫通後,滑坡開始作整體向下滑動的階段。此時滑坡後緣迅速下陷,滑坡壁明顯出露;有時滑體分裂成數塊,並在坡面上形成階梯狀地形。滑坡體上的樹林傾斜形成「醉漢林」,水管、渠道等被剪斷,各種建築物嚴重變形以致倒塌。隨著滑坡體向前滑動,滑坡體向前伸出形成滑坡舌,並使前方的道路、建築物遭受破壞或被掩埋。發育在河谷岸坡的滑坡,或者堵塞河流,或者迫使河流彎曲轉向。
(3)滑後壓密穩定階段
滑坡體在滑動過程中具有一定的動能,可以滑到很遠的地方。但在滑動面摩擦阻力的作用下,滑坡體最終要停止下來。滑動停止後,除形成特殊的滑坡地形外,滑坡岩土體結構和水文地質條件等都發生了一系列變化。
在重力作用下,滑坡體上的鬆散岩土體逐漸壓密,地表裂縫被充填,滑動面(帶)附近的岩土強度由於壓密,固結程度提高,整個滑坡的穩定性也有所提高。當滑坡坡面變緩、滑坡前緣無滲水、滑坡表面植被重新生長的時候,說明滑坡已基本穩定。滑坡的壓密穩定階段可能持續幾年甚至更長的時間。
實際上,滑坡的滑動過程是非常復雜的,並不完全遵循上述三個發展階段。如黃土或粘性土滑坡一般沒有蠕動變形階段,在強大震動力的作用下可突然發生滑坡災害。
⑷ 怎麼判斷滑坡地質災害。從哪些方面考慮其特徵
識別滑坡
掌握滑坡的基本特徵
1、必須有一定的滑坡邊界和滑坡床( 即滑動面、帶) 以下的岩土體。"
2、 必須要改變原有山體斜坡( 或邊坡) 的地形地貌, 形成獨特的「 滑坡地貌」。"
3、 必須要破壞組成山體斜坡的岩土體的構造及其原始水文地質條件。形成有別於"
4、其外圍坡體內部的岩土體結構和構造, 並改變地下水的滲流通道和排泄條件。
識別滑坡的標志
1、地形地物"
在山體斜坡地帶, 滑坡區常形成圈椅狀地形和槽谷狀地形, 或造成斜坡上出現異常
的台坎及斜坡坡腳「 侵佔」 河床、耕地、房屋場地、道路邊緣等現象。
在滑坡體上, 常有鼻狀凸丘或多級平台。平台的高程和特徵與外圍河流階地不同。
在滑坡體外兩側, 常形成溝谷, 常有雙溝同源現象。可見到線形地物( 如道路、耕
地邊界等) 被錯斷位移的現象。
在滑坡體上, 常有積水窪地、地面裂縫、「 醉漢林」、「 馬刀樹」 和房屋開裂、傾斜、
沉陷、隆起、冒水等現象。
2、岩土體結構構造"
滑坡體范圍內的岩土體常有擾亂、松動、擠壓揉皺、受水浸潤、擦痕等現象。基岩
的層位、產狀和斷層特徵與外圍不一致, 常見有被泥土、石屑充填或未被充填的張性裂
縫, 張扭性裂縫( 兩側邊緣) 及壓性裂縫。土體趨向鬆散, 其層序正常或倒置, 傾向異
常, 普遍出現小型坍滑現象。
3、 水文地質"
滑坡區內含水層的原有狀況( 含水層位、水位、泉水流量等) 常被破壞, 致使滑坡
體特別是滑坡群成為復雜的水文地質綜合體。在具有隔水作用的滑動面( 帶) 的前緣
( 出露點) 常有成排、成群的泉水溢出。在滑體後緣的斷壁上, 常有泉水出露或滲水現
象。有時, 在滑坡體兩側或前緣, 會形成特殊的「 泥球」 現象。
4、 滑坡邊界及滑坡床"
滑坡後緣斷壁上帶有順層擦痕。滑坡前緣土體常被擠出或呈舌狀凸起, 常伴有揉
皺、褶曲或斷裂( 非構造) 現象 在滑動的岩土體周邊兩側, 常有溝或裂面( 或張扭性"
羽狀裂縫帶), 甚至線狀地物被剪斷等現象。
滑坡床常具塑性變形帶。帶內多由粘粒物質或粘粒夾磨光角礫組成。滑動面一般很
光滑。其上擦痕方向與滑動方向一致。應注意滑坡擦痕的這種單層性特徵( 即只有表面
一層才具有), 據此可與構造成因的疊成性擦痕相區別。
上述的滑坡外貌及其內部結構構造標志應是滑坡作用的統一產物。其外貌常可反映
實質。然而, 經過長期的剝蝕破壞後, 滑坡外貌特徵常遭到改變乃至消失。有時還伴有
其它成因的假象, 給調查研究工作造成了困難。
⑸ 以崩塌、滑坡、泥石流等災害勘查為例,談談地質災害勘察技術的認識。並說明它與岩土工程勘察的異同
勘查基本是純地質 一般不動鑽機 地調為主
岩土工程一般是結合其他勘察手段的 入物探什麼的 純地質的成分沒那麼大
⑹ 怎麼判斷滑坡地質災害.從哪些方面考慮其特徵
識別滑坡
掌握滑坡的基本特徵
1、必須有一定的滑坡邊界和滑坡床( 即滑動面、帶) 以下的岩土體."
2、 必須要改變原有山體斜坡( 或邊坡) 的地形地貌,形成獨特的「 滑坡地貌」."
3、 必須要破壞組成山體斜坡的岩土體的構造及其原始水文地質條件.形成有別於"
4、其外圍坡體內部的岩土體結構和構造,並改變地下水的滲流通道和排泄條件.
識別滑坡的標志
1、地形地物"
在山體斜坡地帶,滑坡區常形成圈椅狀地形和槽谷狀地形,或造成斜坡上出現異常
的台坎及斜坡坡腳「 侵佔」 河床、耕地、房屋場地、道路邊緣等現象.
在滑坡體上,常有鼻狀凸丘或多級平台.平台的高程和特徵與外圍河流階地不同.
在滑坡體外兩側,常形成溝谷,常有雙溝同源現象.可見到線形地物( 如道路、耕
地邊界等) 被錯斷位移的現象.
在滑坡體上,常有積水窪地、地面裂縫、「 醉漢林」、「 馬刀樹」 和房屋開裂、傾斜、
沉陷、隆起、冒水等現象.
2、岩土體結構構造"
滑坡體范圍內的岩土體常有擾亂、松動、擠壓揉皺、受水浸潤、擦痕等現象.基岩
的層位、產狀和斷層特徵與外圍不一致,常見有被泥土、石屑充填或未被充填的張性裂
縫,張扭性裂縫( 兩側邊緣) 及壓性裂縫.土體趨向鬆散,其層序正常或倒置,傾向異
常,普遍出現小型坍滑現象.
3、 水文地質"
滑坡區內含水層的原有狀況( 含水層位、水位、泉水流量等) 常被破壞,致使滑坡
體特別是滑坡群成為復雜的水文地質綜合體.在具有隔水作用的滑動面( 帶) 的前緣
( 出露點) 常有成排、成群的泉水溢出.在滑體後緣的斷壁上,常有泉水出露或滲水現
象.有時,在滑坡體兩側或前緣,會形成特殊的「 泥球」 現象.
4、 滑坡邊界及滑坡床"
滑坡後緣斷壁上帶有順層擦痕.滑坡前緣土體常被擠出或呈舌狀凸起,常伴有揉
皺、褶曲或斷裂( 非構造) 現象 在滑動的岩土體周邊兩側,常有溝或裂面( 或張扭性"
羽狀裂縫帶),甚至線狀地物被剪斷等現象.
滑坡床常具塑性變形帶.帶內多由粘粒物質或粘粒夾磨光角礫組成.滑動面一般很
光滑.其上擦痕方向與滑動方向一致.應注意滑坡擦痕的這種單層性特徵( 即只有表面
一層才具有),據此可與構造成因的疊成性擦痕相區別.
上述的滑坡外貌及其內部結構構造標志應是滑坡作用的統一產物.其外貌常可反映
實質.然而,經過長期的剝蝕破壞後,滑坡外貌特徵常遭到改變乃至消失.有時還伴有
其它成因的假象,給調查研究工作造成了困難.
⑺ 地質災害防治工作現狀及存在的主要問題
存在的主要問題。一是部分幹部群眾科學防災意識薄弱,存在僥幸心理;二是地質災害防治經費嚴重不足,部分地區地質災害危險點和隱患點勘查治理與搬遷避讓工作進展緩慢;三是地質災害應急處置交通工具和防治技術等無法滿足汛期地質災害防治工作的需要;四是地質災害防治工作機構還不夠健全,管理人員嚴重不足,技術力量薄弱等。
一是繼續加強領導,落實防災責任。充分認識做好當前地質災害防治工作的重要性和緊迫性,切實加強領導,將地質災害隱患點的監測預報預警責任分解到村、到戶、到人。二是加強排查,消除災害隱患。重點抓好丘陵山區和重大工程地質災害危險點、隱患點的全面排查,及早發現和解決問題,消除隱患,落實監測預報預警措施和避險場所。會同氣象、水文等有關部門,進一步做好地質災害氣象預警預報工作,擴大預報信息發布的覆蓋面,增強時效性,確保及時將預警預報信息發送到相關管理人員。出現暴雨、特大暴雨的地區,要對滑坡、崩塌、泥石流地質災害隱患點加密監測頻率。三是加強值班,確保信息暢通。嚴格遵守汛期值班、災情速報和專報制度,保證汛期24小時輪流值班,確保災情險情信息及時、准確。四是加強保障,提高反應能力。切實加強地質災害應急管理機構和隊伍建設,確保地質災害應急人員、車輛、經費和相關設備的到位。充分發揮地勘單位的技術優勢,做好地質災害應急處置的各項工作,隨時參與地質災害應急搶險和應急調查等工作。五是加強監督,減少人為災害。加強對各類工程建設項目引發地質災害活動的監督管理,嚴格執行地質災害危險性評估和地質災害防治工程「三同時」制度,防止開采礦產資源和地下水資源引發地質災害,減少人為因素引發的地質災害。六是加強宣傳,增強防災意識。充分發揮廣播、電視、互聯網、報刊、手機簡訊的作用,進一步做好丘陵山區受地質災害威脅群眾的宣傳教育工作,提高群測群防水平和科學防災救災能力。
⑻ 我國地質災害調查現狀與存在問題的分析
6.1.1 歷史與現狀
(1)1991年原地質礦產部組織開展的以省為單位的全國地質災害現狀概查
1991年原地質礦產部組織實施了以省為單位的全國地質災害現狀概查,主要以收集資料和各省(區、市)上報的資料為主,較全面地對全國地質災害類型與現狀進行了總結。調查內容包括地質災害的類型、發生的重點區域、對國家和人民生命財產造成的損失以及地質災害發育特徵和分布規律等。根據收集整理的成果和萬余個典型地質災害點資料,匯編並出版了《中國地質災害》,編制出版了《中國分省地質災害圖集》。
(2)1992~2003年期間,原地質礦產部部署1∶50萬環境地質調查
1992~2003年,原國家計委和原地質礦產部組織開展了省(區、市)級(1∶50萬)地質災害調查與編圖,圈定滑坡等地質災害危險區;1996年為減災防災、提升國土整體的調查研究程度和水平,把此項工作擴展為以地質災害為主的環境地質調查,這是我國第一輪較全面地在全國開展的地質災害的調查。調查的主要目的是在概略查明各省(區、市)地質環境條件的基礎上,重點調查人類工程活動與地質環境的相互作用和影響,初步查明開發利用自然環境遇到的和引發的各種主要地質災害、特殊不良地質環境條件和環境地質問題的發育特徵和分布規律,作出現狀評價和發展趨勢預測,提出防治對策建議,為國家制定減災、防災、國土開發與整治、經濟建設和社會發展規劃,以及地質環境監督管理,提供宏觀決策依據;保護地質環境,減少災害損失,促進經濟建設與地質環境的協調發展。
(3)1999年國土資源部啟動縣(市)地質災害調查工作
從1999年開始,作為國土資源大調查計劃的組成部分,國土資源部啟動以縣(市)為單元的地質災害調查工作。這項工作強調遵循「以人為本」的原則,專業人員與地方結合,大力推行群測群防體系。基本做法是採取專業調查和發動群眾查險、報險相結合的辦法,不強調按比例尺布線與布點。根據已掌握的情況和群眾報險線索,以鄉鎮、村莊、重要交通干線和工程設施為重點,逐步進行現場調查並注意發現地質災害隱患點、危險點。對隱患點、危險點綜合分析後,劃出地質災害易發區和防治區,初步建立起群測群防預警體系,包括:建立減災防災領導責任制;建立臨災避險群防體系;編制地質災害防災預案;建立汛期地質災害險情速報制度等。
1999年在進行10個縣的地質災害調查試點的同時,啟動了三峽庫區(包括宜昌市、巫山縣等在內的)19個縣(市)的地質災害調查,為大規模的地質災害防治工作提供了示範。截至2004年底,全國已經完成616個縣(市)的地質災害調查工作,為地方各級政府和國土資源管理部門組織地質災害「群測群防」和防治管理,為縣、鄉級地方政府行使減災職能,提供了重要依據。
縣(市)地質災害調查,是新一輪的地質災害調查,它注重減災防災實效,是普及地質災害防治知識,建設具有中國特色的地質災害防災預警體系的重要工作,已成為我國地質災害調查工作的新模式。
(4)大江大河流域的地質災害調查
如長江流域環境地質調查,黃河流域環境地質調查等。「七五」期間,開展了1∶20萬三峽工程庫區環境地質調查,1∶20萬攀西、六盤水、岷江流域、沱江流域環境地質調查,1∶10萬嘉陵江、大渡河等部分幹流環境地質調查,1∶10萬小江流域地質災害調查,對滑坡、崩塌和泥石流等地質災害的分布規律及其形成特徵進行了系統的調查工作。
(5)重點經濟地區較大比例尺的地質災害調查工作
各省(區、市)根據自身的具體特點,有針對性地開展了較大比例尺的地質災害調查工作。
1)城市地質災害調查。上海市從20世紀60年代初就開始了以防治地面沉降為重點的城市地質工作,系統地進行了地面沉降調查和長期監測。江蘇省從20世紀70年代起,先後圍繞南京、南通、常州、蘇州、無錫等10個中心城市,開展1∶5萬水文地質、工程地質和環境地質綜合勘查工作,分析研究了各中心城市地面沉降、地裂縫、地面塌陷的起因、現狀、發生發展特徵與規律。
2)礦山地質災害調查。20世紀80年代以來,在華東地區開展了不同比例尺的礦山地質調查工作,如兗滕—兩淮能源開發區環境地質論證、兩淮煤田煤炭開采環境地質調查等工作。遼寧、黑龍江等省先後在礦業城市開展了礦山地質災害調查。
3)其他類型地質災害調查。長江三角洲地區地下水資源與地質災害調查評價;鞍山西部隱伏岩溶塌陷地質災害勘查;黑龍江中俄界河1∶5萬塌岸地質災害調查。
(6)重大工程區地質災害勘查
三峽庫區開展了大比例尺的地質災害勘查與治理工作。
6.1.2 調查成果的應用
(1)為規劃和防災預案的編制提供依據
地質災害調查成果,成為全國各省(區、市)編制地質災害防治規劃和汛期地質災害防災預案的重要依據。
(2)為重大工程部署和城市安全提供基礎資料
地質災害調查成果為重大工程,如水庫移民選址,鐵路、公路和輸電、輸氣管線的選線,大江大河安全,城市規劃,基礎設施建設,提供了基礎資料。
(3)為地質災害監測和防治提供依據
縣(市)地質災害調查工作,基本查清了地質災害多發縣(市)、鄉、村所在地地質災害隱患點的分布,建立了地質災害群測群防體系,建立了地質災害調查信息系統,為合理地部署地質災害監測網提供依據。
(4)為提高公眾防災意識作出貢獻
通過地質災害調查,特別是縣(市)地質災害調查,提高了公眾,特別是地質災害高發區公眾的防災意識,提高了對地質災害認識的普及率。
6.1.3 存在問題的分析
地質災害調查工作,為我國地質環境保護、國土資源規劃開發提供了基礎資料。但是,隨著國民經濟的高速發展和城市化比率的不斷提高,三峽工程、西電東送、南水北調工程等需要提供大量基礎性、先導性的地質調查數據,我國的地質災害調查工作已越來越不適應社會發展和國家重大基礎設施建設的需要。存在的主要問題有以下幾方面:
(1)調查的對象和內容與國民經濟建設、社會發展結合不夠
以往的地質災害調查,偏重傳統的自然屬性研究,與人類工程活動及經濟建設結合不夠,服務領域較窄,在土地利用、城市規劃、重大工程建設、生態環境保護等方面的服務工作相對薄弱。
(2)調查工作不規范,調查的精度和廣度存在較大局限
過去開展的區域性地質災害調查,一般為中小比例尺,調查精度不能滿足社會經濟發展的需要。
1∶50萬全國地質災害調查,開始於「八五」,至2003年基本完成,歷時12年,技術落後,各省調查程度不一,災害規模分級標准不統一,絕大部分省份沒有建立相應的調查資料庫,給全國的數據匯總和綜合分析帶來困難。
縣(市)地質災害調查,遵循「以人為本」的原則,注重對地質災害隱患點的調查,淡化了對地質環境的調查。同時,縣(市)調查從全國角度來看,比較分散,很難形成全面的認識和評價。
區域性地質災害調查工作精度較低,比例尺小,缺乏重點地域的重點調查研究成果。
(3)調查的技術方法、標準的局限
在技術方面,沒有形成系統的標准和評價體系,工作程度偏低,工作中獲得的大量原始信息資料,相當部分未能建立資料庫,信息的社會化和開發利用程度低。
(4)調查的時效性的局限
在科學認識上,沒有按照地質災害發生的客觀規律,結合人類社會經濟發展的要求,有計劃地開展地質災害調查工作。
地質災害調查落後於地質災害發展的速度,由於原有的工作方法、思路和成果的表達方式陳舊,調查成果的信息化、網路化、社會化程度低,大多未與當地社會經濟發展現狀和發展方向相結合,或未考慮如何為社會經濟發展服務,從而影響成果向社會生產力的轉化,難以滿足政府和社會的實用性、實效性需求。
地質災害的調查評價滯後於生態環境保護、城市規劃、土地綜合利用、地質環境的合理開發利用、地質災害防治的需要。
(5)沒有建立地質災害調查制度
沒有建立地質災害調查制度,對地質災害調查的責任、周期、比例尺、內容等方面沒有明確的規定。
6.1.4 開展地質災害調查需求的分析
(1)我國地質災害分布廣泛,危害嚴重,地質災害動態變化,需要開展地質災害調查
我國是世界上地質災害最為嚴重的國家之一。全國僅大大小小的崩塌、滑坡災害危險點就有百萬處以上,每年還會出現幾萬至十幾萬處新的危險點。近年來因崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質災害,平均每年有1000多人死亡,經濟損失高達數十億元,已經成為我國大部分地區經濟社會發展的一大制約因素,引起了黨和政府、社會公眾的極大關注。經過十幾年的努力,地質災害調查工作取得了顯著成績。但由於以往基礎工作薄弱,對潛在的地質災害隱患情況底數不清,無法進行有效的災害預報預警,從而使防災工作處於被動狀態,因此,開展適當比例尺的全國地質災害調查和大比例尺的地質災害多發區的地質災害調查是十分必要的。
由於人類活動和自然條件的演變,地質災害也是動態變化的,為認清地質災害的分布規律,確保國家減災方案的科學性和准確性,要求反復開展地質災害調查。
(2)貫徹「以人為本」、「全面、協調、可持續」發展的需要
《中國21世紀議程》提出了可持續發展的戰略目標,要實現可持續發展,避免人員傷亡,基礎就是建立在對我國地質環境和地質災害的全面認識上。國土整治與開發、重大工程和國民經濟社會發展布局,工業化進程的加快和城市化水平的迅速提高,為確保生產、生存、生活的安全,必須開展系統的地質災害調查工作。
(3)地質災害監測預警和減災工程的需要
為達到防災減災、保護資源環境、促進經濟社會可持續發展,國家將採取一系列的地質災害監測預警和減災工程行動。為科學、有效地開展地質災害監測,實施減災工程計劃,必須開展相應精度的地質災害調查。
(4)國家編制修訂地質災害防治規劃及其他規劃的需求
《地質災害防治條例》第十一條規定,國務院國土資源主管部門會同國務院建設、水利、鐵道、交通等部門,依據全國地質災害調查結果,編制全國地質災害防治規劃……縣級以上地方人民政府國土資源主管部門會同同級建設、水利、交通等部門,依據本行政區域的地質災害調查結果和上一級地質災害防治規劃,編制本行政區域的地質災害防治規劃……地質災害調查是國家編制修訂地質災害防治規劃的依據,同時也是指導各部門(行業)協調行動的依據。
⑼ 地質災害防治設計中的幾個問題
根據鏈子崖黃臘石地質災害防治工作專家組在鏈子崖黃臘石地質災害防治工作中的經驗,對地質災害防治設計工作提出如下建議。
鏈子崖、黃臘石地質災害防治工作專家組,是國家科委牽頭、中央各部委和湖北省人民政府參加組成的防治工作領導小組的技術參謀班子(著者任專家組長),主要任務是向領導小組提出咨詢建議,進行技術把關。專家組自1989年4月成立以來,除日常工作外,召開過九次專家組會議,多次深入現場勘察,召開專門會議,審查工作計劃,討論重大技術問題,解決重大技術難關,提出重大技術建議,審查勘察、設計成果,做了大量工作,於1991年9月圓滿地完成了任務。
鏈子崖和黃臘石地質災害防治工作,不論就其規模、復雜性和難度,在國內外都是少有的。專家組在兩年的工作中遇到了許多新的和難度極大的問題,經過反復的討論,許多問題都取得了一致的認識,向領導小組提出了許多重大建議,有些問題是帶有很大的風險的,風險再大也得決策,專家組均作出了向領導小組提出決策性的意見。這一節就是專家組活動中的指導思想、重大和風險問題的決策依據及有關的經驗。
1.地質災害防治是一項地質工程
開展任何一項工作,不管自覺還是不自覺地,都存在有一個指導這項工作的指導思想和觀點。鏈子崖和黃臘石地質災害防治工作從一開始就有一個明確的指導思想和對這項工作認識的基本觀點。這個指導思想和基本觀點就是,鏈子崖和黃臘石兩處地質災害防治是一項地質工程。地質災害防治工程,從大的方面來說,是一項地質環境治理工程,從小的方面來說,是一項地質體改造工程,簡單地說可以稱為地質工程。這類工程不是土木工程,不是一般的建築工程,而是一項地質工程。這項工程的目的是塑造一個安全穩定的新的地質環境,保障人民安居樂業,保障國民經濟少受損失和國家經濟建設順利發展。要做到這一點,這項工程的建設必須緊緊地依靠地質,地質災害勘察成果的水平將決定這項工程的建設水平,也可以說地質是地質工程的基礎。這項地質體改造工程,從何處下手來作?要進行地質體改造,必須明確改造目的、改造對象、改造技術,這是非常關鍵的。如鏈子崖危岩體挖煤采空是變形產生的主要原因,我們就應該對采空區的應力條件、地質體強度進行改造;對黃臘石滑坡來說,滑坡體內的水是滑動的主要原因,那就應該改造滑坡體的水文地質條件和滑體的受力條件,這就叫做「對症下葯」。換一句話說,地質災害防治的地質體改造工作必須通過認真的勘測工作,查清地質災害產生的原因、活動機制、災害體的結構及其穩定條件,然後「對症下葯」地給出防治方案,進行技術設計和施工,才能奏效,這是非常關鍵的一環,一定要明確這一點。
地質工程有其特殊性,特殊就特殊在它是以地質體結構為建築材料,以地質體結構為建築結構,以地質環境為賦存條件建築環境的一項特殊的建築工程。它不像土木工程已經有幾百年的歷史,有豐富的經驗,有各種各樣的規程、規范可做參考;這方面的經驗是不多的,即使有了,因為地質體十分復雜,也不能生搬硬套。必須在查清地質體結構、地質災害產生的原因、機制以及地質災害體結構的基礎上,進行科學的分析,作出防治方案,再根據結構作用功能進行結構設計,方能成功。在這個過程中,必須有地質人員參加,也可以說,應該以地質人員為主來進行更好些。對這種工程來說,設計人員包打天下肯定是要失敗的。地質人員最有條件認識地質災害產生的原因、機制和地質災害體的結構,最有條件給出科學的防治方案,設計人員一般對地質災害產生的原因、機制和災害體的結構不容易搞清楚,給出的防治方案常常與地質實際不符,工程設計人員要想做好這項工作必須緊密地與地質人員合作,這個問題必須引起重視。
2.地質災害防治的特殊性
地質災害防治不同於一般的地質工程,它除了具有一般的地質工作的共同特性外,尚有其特殊性。其特殊性在於它是處於孕育成災過程中,有的剛具有發生變形跡象,有的處於變形發展過程中,有的則處於成災過程中;有的是初次發生,有的是災體復活,其類型繁多,成因各異,階段不同,狀態不一。這些特點在鏈子崖危岩體和黃臘石滑坡中都存在,鏈子崖危岩體和黃臘石滑坡,這兩者也存在很大的不同。鏈子崖危岩體系處於孕育滑坡過程中的變形階段,或者說,系處於蠕滑變形階段,尚未進入加速變形階段,它也可能變形速率逐漸減小,最後不發生滑動,也可能變形速率逐漸加大,進入加速變形階段,最後產生崩塌滑坡,形成大規模的地質災害,造成巨大的經濟損失,這在歷史上多次重復發生過。黃臘石滑坡系古滑坡復活,在歷史上是否重復發生過沒有記載,但它是一個滑坡群,互相牽連,問題也十分復雜。
鏈子崖危岩體變形已經歷了幾百年的歷史,黃臘石滑坡系1983年暴雨後地表開始出現裂縫,以後逐年發展。鏈子崖危岩體系位於基岩內、黃臘石滑坡系位於鬆散堆積層中。據現在已掌握的資料分析認為,鏈子崖危岩體系在挖煤采空區下沉變形誘發下,追蹤構造裂隙產生的裂縫,其前緣「五萬方」的險兆十分明顯;黃臘石滑坡,據已有的資料判斷,最可能是沿上滑面滑動,但還存在有一個沿潛伏的下滑動面滑動的可能性。各有各的特點,必須區別對待。
地質災害防治不是像地基、邊坡、隧道建築那樣的地質工程。地基、邊坡、隧道建築是在穩定的地質體上建築地質工程,工程地質勘察的目的是查清現狀的地質體組成成分、地質體結構,以及地質體賦存環境條件和地質體的物理力學性質資料,為地質工程結構設計提供基本資料。而地質災害防治工程是對不穩定的地質體進行改造,變不穩定的地質體為穩定的地質體。這就提出,地質災害勘察工作目的是查清地質災害產生的原因、運動機制、穩定狀況及地質災害體的結構和水文地質、工程地質條件,為地質災害防治提供基礎資料。
地質災害防治與一般的地質工程不同之處,在於它的研究工作內容是,通過地質體改造防治已經產生的或將要產生的地質災害,這項工作中最重要的是查清地質災害產生原因、運動機制、災害體的結構及穩定性條件,這是制定正確的防治方案和取得防治效果的關鍵所在。在證論過程中對鏈子崖危岩體變形原因是有很大爭論的,有的認為是剝蝕卸荷,地應力調整引起的;有的認為是崖腳強度不足產生傾倒變形;有的認為是挖煤采空區卸荷引起地面下沉造成的,等等。不同的產生原因就有不同的防治方案,如認為是崖邊卸荷產生的,就提出了錨固為主的防治方案;認為是采空區引起的,則提出了承重抗滑鍵為主的防治方案。對此進行了反復論證,比較一致的意見是地下采空區是鏈子崖危岩體變形的主要原因,崖邊卸荷是附加因素。據此,最後制定了承重抗滑鍵為主和崖邊錨固為輔的綜合治理方案。這就是有的放矢的原則。
防治決策必須考慮致災可能性,成災的經濟損失和防治效益。上面論述了鏈子崖危岩體和黃臘石滑坡防治是一項地質工程,還應該承認鏈子崖危岩體和黃臘石滑坡防治是一項防災工程,這也是地質災害防治的特殊性,它不是一般的地質工程,而是一項防災工程。防災工程就有一個該防不該防的問題,該防不該防的標準是什麼?主要是經濟效益,即投資和收益的關系問題。一般認為災害防治的效益可以取得1∶10,著者認為地質災害防治的效益可以達到1∶20以上,據此著者認為根據我國目前經濟實力,我國地質災害該防不該防的投資和收益的比值界限定為1∶20為宜。根據這一指標,我們來看看鏈子崖危岩體和黃臘石滑坡該不該防治?在立項申請報告時著者曾估算過鏈子崖危岩體如果不防治,如果僅前緣「五萬方」產生崩塌,不會造成堵江、礙航和斷航災害,沒有必要進行防治;如果250萬立方米變形體產生鹽池河式崩塌破壞,崩塌體一旦入江將可能造成堵江、礙航,甚至出現斷航的危險,如果產生這種情況,可能造成的經濟損失約為50~60億元人民幣,如果進行防治,防治投資約為1億元人民幣左右,防治效益大約為1∶50~1∶60左右,顯然是應該進行防治的,這是鏈子崖危岩體立項防治的主要依據。黃臘石滑坡防治的效益也是很大的,尤其是對保護巴東縣城免於滑坡發生時產生的涌浪襲擊具有重大意義。上述表明,除了經濟因素外,社會意義也很重要,這兩處地質災害如果不防治,一旦發生災害,將對人民生存和生活產生巨大的影響,甚至有可能引起社會動亂。顯然,進行防治是完全應該的,合理的,這就是該不該防治的決策依據,在地質災害防治時必須掌握這些特殊性。
3.不確定性問題的決策
一般來說,地質體是復雜的,地質災害勘察和測試結果或多或少都存在有一些不確定性成分,這些不確定性成分有的是隨機性的,有的是定向性的。隨機性的可以採用數理統計分析方法作出判斷;定向性的原則上不能簡單地用數理統計分析的方法進行判斷。不論情況如何,在利用這些資料時,不能就事論事,而應該進行綜合分析,權衡利弊地進行。為此,就需要選擇一種相應的方法進行判斷,專家經驗評判法或者稱為德爾菲法就是適合的方法,在鏈子崖和黃臘石地質災害防治方案論證中就利用了這種方法。這里存在一個影響程度大小問題,有的是對防治方案具有控製作用,有的是對技術設計有影響的。顯然,對防治方案具有控製作用的權比對技術設計具有影響作用的權要大得多。這就是說,防治方案正確與否是防治工作成敗的關鍵。因此,對防治方案具有控製作用的不確定性的地質因素的判斷決策尤為重要,必須認真對待,絕不能憑想像簡單從事。在鏈子崖和黃臘石地質災害防治方案論證中各存在一個對防治方案具有控製作用,爭議較大的問題,即鏈子崖危岩體是否存在整體滑動可能性和黃臘石滑坡是否存在深層滑動可能性問題,我們在解決這個問題中採用的判斷決策方法是專家經驗判斷法,即德爾菲法。
黃臘石滑坡是否存在深層滑動問題比較易於解決,黃臘石滑坡在地質勘探中發現在鬆散滑坡體滑動面下面的基岩內還存在有一個斷續分布的破裂面。有的專家認為這個面是構造成因的;有的專家認為這個破裂面是上部滑動的影響帶;有的專家認為黃臘石滑坡復活有可能沿著這個面滑動;有的專家認為不可能沿著這個面滑動,但大多數專家認為近期不會沿著這個面滑動,在地下水長期作用下,破裂帶物質軟化,沿著這個面滑動的可能性還是存在的,監測資料亦有跡象表明,目前黃臘石滑坡活動系沿著淺層滑動面滑動。另一方面,考慮到長江三峽工程在不久的將來即將建成,三峽水庫蓄水後水深和水面都將大大增大,黃臘石滑坡即使沿著深層破裂面滑動入江,也不會造成重大的地質災害。據此,長江三峽鏈子崖、黃臘石地質災害防治可行性研究階段,專家組根據多數專家的意見,作出的結論是:黃臘石滑坡防治主要考慮淺層滑動面,在防治中不要擾動深層破裂帶(包括防止地下水滲入)。
鏈子崖危岩體能否產生整體滑動問題爭議比較大,多次召開專家組和專家組擴大會議進行論證。長江三峽鏈子崖、黃臘石地質災害防治可行性研究階段,專家組根據多數專家的意見作出的結論是:「危岩體山體開裂變形有多方面因素,其中以挖煤采空占重要地位。T8~T12縫段危岩體的變形破壞方式,預測以崩塌為主,但不能排除在特殊不利的情況下發生較大規模滑移(即整體滑動)的可能性,防治原則應當是既防崩又防滑,……」其根據有如下幾點:
(1)T8~T12縫段後緣已經形成弧形拉裂縫;
(2)變形監測結果T8、T9及「五萬立方米」地段變形量和變形速率大體相近;
(3)1988年安裝監測點時工人聽到在T8縫附近地下產生岩體破裂聲,且聞到上溢的硫化氫氣體;
(4)近年來,1#洞內滲水量增多,地表黃泥通過T8、T9淋濾帶到1#洞內,證明T8和T9縫已與地下的1#洞連通;
(5)1#洞頂板及襯砌出現縱張裂縫;
(6)1#洞內觀測到的頂板下沉變形與采空區范圍相當;
(7)T8~T12包圍的危岩體內部已經存在著缺陷(微破裂面),岩體已經受到損傷,在外界因素作用下,損傷會不斷擴大,岩體強度將逐漸降低;
(8)中國科學院地質研究所三維有限元應力分析結果表明,采空區外到臨空岩壁間的未採掘的煤體寬度如果大於120m時將不產生塑性化,如果小於70m時,則未開采部分煤體將產生塑性化,即出現流動變形現象,一旦進入加速流變階段,即將導致產生大規模破壞。
(9)1#洞內變形監測結果表明,1991年以來,變形速率有加劇的跡象,這一現象必須引起高度重視。
(10)另據秭歸縣志記載:長江三峽鏈子崖崩塌存在有380~400年的周期,而鏈子崖危岩體目前也正處於此周期當中。
上述表明,T8~T12縫段產生大規模破壞的可能性是存在的,問題還在於產生大規模滑動破壞後能否成災,災害損失有多大。在三峽工程未建成前,產生大規模破壞時,產生礙航或斷航的可能性是完全存在,造成的損失是十分巨大的。三峽水庫蓄水後,如果產生大規模破壞時問題會怎麼樣?這也是必須認真考慮的。我們所指的大規模破壞或整個滑動系指250萬立方米規模的崩塌,這是立項防治的主要對象。三峽水庫的最高水位為175m,正常蓄水位為150m,枯水季節的低水位130m,河床標高約30m,且兵書寶劍峽峽谷出口處河谷狹窄。假設崩塌體入江後堆積坡角為40°,水庫蓄水後流速很小,帶走量很少。250萬立方米危岩體如果產生類似於鹽池河形式崩塌,假設崩塌體松脹系數為1.3,則鬆散堆積體積為325萬立方米,如果崩塌入江,在河床堆積高度可能超過130~140m,三峽水庫蓄水後,造成礙航,甚至斷航的可能性依然存在,即大規模成災的可能性依然存在。因此,在鏈子崖危岩體防治中必須考慮整體滑動的可能性,這就是長江三峽鏈子崖、黃臘石地質災害防治可行性研究階段專家組作出「鏈子崖危岩體整治不能排除整體滑動可能性」,且防治的主要對象為250萬立方米的依據。
上述表明,在地質災害防治工作中,對不確定性問題決策時,除應充分考慮地質現象外,還必須認真考慮成災可能性及可能造成的損失狀況,這是非常重要的,這也是地質災害防治的特殊性所在。
4.防治技術適宜性問題
防治目標和防治方案確定以後,防治技術選擇和設計將是防治效果和防治工程成敗的關鍵。
危岩體和滑坡防治主要原理是改變危岩體和滑坡體內的應力狀態和保持其強度,從理論上講,常用的技術原理為削頭、壓腳、排水。從具體技術措施來講,常用的有卸荷、支擋、錨固、地表排水、地下疏乾等。這些技術使用得當,會收到很好的效果;如果使用不當,將會出現事與願違的後果。在鏈子崖危岩體防治方案論證中,曾遇這樣的問題:為了防止煤層采空區頂板繼續下沉和煤層下沉引起鏈子崖危岩體整體滑動,在采空區設置承重抗滑鍵。承重的作用在於防止頂板繼續下沉,導致殘留煤柱繼續破壞和強度繼續降低;抗滑的作用在於防止殘留煤柱破壞導致抗剪強度降低,引起鏈子岩危岩體整體滑動。這是鏈子崖危岩體防治方案中的一個重要組成部分,是一個正確的防治方案。但在設計中採取了承重抗滑鍵布置方向與原採煤巷道方向直交,這就是說,施工時將要把巷道洞間的煤柱(壁)再挖掉一部分,這樣將使殘留的煤柱面積進一步減小,使采空區殘留煤柱的承重能力降低,有可能在施工過程中出現加速破壞的可能性,顯然,這一技術設計選擇是大有問題的。另一個例子是黃臘石滑坡防治方案中地面排水工程問題。黃臘石滑坡復活主要原因是大氣降水滲入滑坡體內,導致地下水位升高,滑坡體重量增大,孔隙水壓力增高,滑坡體失穩。很明顯,解決黃臘石滑坡復活的主要技術,是採用排水為主,具體地說就是採取地表排水和地下疏干相結合的技術。有一種設想是,只做地表排水就行了,這里同樣存在一個技術原理問題,地表排水的作用主要是排出大氣降水在地表形成的地面徑流。因此,在地表排水設計中必須包括地表整平,消除地面坑窪積水或設置支溝將窪地積水引出,防止或盡量減少大氣降水向滑坡體內入滲,而入滲的水量遠遠小於滑坡體疏干排水的能力,這是有效的,可是在大氣降水在地表形不成地表徑流的情況下,地表排水就無效了。這時如果大氣降水入滲量小於滑坡體的排水能力,也不至於引起地下水位上長,也不會有問題;如果大氣降水入滲量大於滑坡體的排水能力,將會引起地下水位上升,滑坡體重量增大,孔隙水壓力增高,也有導致滑坡復活的可能。因此,在選用地表排水為主的情況下,還必須配合採用地下疏干措施,在極為重要的地段還應該校核是否需要增加錨固措施,不能簡單地把地表排水看成是萬能的。上述表明,在進行危岩體和滑坡體防治技術選擇中必須認真考慮各項防治技術的原理、適用范圍、經濟造價和施工難度,不能簡單地拿來就用。
5.孕災體穩定性評價問題
這是地質災害防治中的重要問題之一,它是該防治和不該防治決策的重要依據之一。如果孕災體是穩定的或趨向於穩定的,那就沒有必要投資進行防治;如果是不穩定的,防治效益大於1∶20,那就有必要投資進行防治。如何評價孕災體的穩定性?目前常用的方法是採用數理分析,有的採用確定性模型進行數學力學計算,有的採用不確定性模型進行概率分析。這種分析中存在著一個很大的不確定性問題,就是分析計算中的模型選擇和參數取值。模型選擇牽扯到地質災害成因、機制和孕災體的結構,這個問題必須在詳細的地質研究基礎上,加上經驗判斷給出。如何根據已取得的資料給出合理的分析計算模型,這里存在著很大的不確定性問題,在解決這個問題上經驗是很重要的。例如鏈子崖危岩體的穩定性,許多人進行過計算分析,計算結果求得的安全系數有的高達3.7,有的達1.7,都是穩定的。實際上變形監測結果是,鏈子崖危岩體的變形與日俱增,不斷地在發展,這表明計算結果是不符合實際的。其原因除了力學模型選擇中存在著不確定因素外,還有一個重要因素,即參數選擇問題,選用的參數多數來自於試驗,部分地來自於經驗。試驗值的分散性是很大的,也就是說,取值中的不確定性是很大的;經驗也存在著很大不確定性,這與一個人的工作實踐經歷有很大的關系,經驗豐富的人給出的參數值可靠性就高一些,經驗欠缺的人給出的參數值的可靠性就差一些。以參數c、φ值為例,給高一些,計算結果得到的穩定性系數就高一些;如果給低一些,計算得出的穩定性系數就低一些,究竟哪個對?很難說。顯然,這個方法中的不確定性是很大的,用這個結果作依據決策該不該防治的理由是不充分的;用這個結果進行防治工程結構設計,是帶有很大的危險性的。這不能作為科學的決策依據,那麼這個問題該怎麼解決?著者認為最最重要的,也是最科學的方法是地質分析方法。
地質分析的依據是什麼?主要依據有兩個方面的資料,一個是災害體的外觀形態特徵,或者稱為地貌特徵;另一個是變形監測資料。這兩者結合起來是最最科學的,最可靠的,僅僅形態特徵資料有時也不一定靠得住。如山坡上出現一條裂縫,就說是滑坡引起的,實際上不一定,引起山坡產生變形的原因可以有很多,不一定都是滑坡。又如,山坡上常出現有馬刀樹,這也不一定就是滑坡,暴風也可以將樹吹歪,然後再長直,而形成馬刀形。外觀形態特徵分析絕不能簡單地採用一、兩個現象為依據,必須收集多方面資料進行綜合判斷,變形監測結果也是一樣,其中也存在意外情況,在採用這方面資料之前必須剔除意外資料,否則,其結果也是靠不住的。在地質分析中,不管是外觀形態特徵資料也好,監測資料也好,必須認真地進行分析,首先要去偽存真,然後再進行去粗取精,這樣才能得到科學的結論,這是非常重要的。
在穩定性判斷中還有一個方面的資料應該充分利用,這就是歷史資料。地質災害的發生發展常常具有周期性的規律,地質災害發生發展也存在著高低、急緩、起伏的過程,它和其他方面的自然作用一樣,具有作用活動的周期性。如大氣降水,有豐水年和枯水年。與豐水年相應地,則地質災害發展就活躍;與枯水年相應地,地質災害發展就減緩,甚至暫時休止,在這個時期變形監測結果可能是沒有活動跡象,這一點是非常重要的。前面談到過,秭歸縣志記載表明,長江三峽鏈子崖崩塌就有380~400年的周期,而從自然災害發展規律來說,目前正處於自然災害活躍時期。因此,鏈子崖危岩體變形近一個時期也比較明顯,監測結果表明,變形也一直在發展;而鏈子崖崩塌現在也正處於380~400年的周期當中,我們在評價鏈子崖危岩體穩定性時充分考慮了這些因素,最後才作出鏈子崖危岩體必須進行防治的結論。上述結果表明,地質災害穩定性評價必須充分採用地質分析和數理分析兩個方面的方法進行,而其中最重要的是地質分析。地質分析中又可分為:地質地貌特徵分析、變形監測分析和歷史分析等三個方面。地質災害穩定性評價必須採用地質地貌特徵分析、變形監測分析、歷史分析、數理分析和綜合分析的辦法才能得到可靠的結果。
6.安全系數選擇問題
安全系數取值幾乎可以說貫穿於整個地質災害防治過程中。在判斷地質災害體是否穩定時,要採用安全系數;評價防治工程的可靠度要用安全系數表徵;在結構設計時,進行作用力取值要採用安全系數;結構材料與構件強度取值要用安全系數,在施工工藝可靠性方面也要採用安全系數。這么多安全系數怎麼取用?在這個問題上有時有些混亂。在鏈子崖和黃臘石地質災害防治工作中由於各位專家採用的概念或所闡述的對象不同,在討論中涉及安全系數時常常各持己見,這也是地質災害防治與其他地質工程建築的一個不同之處,在這里,著者再談談這個問題。
在判斷地質災害體是否穩定時科學的評價指標是穩定性系數η,但有一些工程設計人員常常也用安全系數來表述,這也是無可非議的。安全系數除包含有穩定性因素外,還包含很多環境因素和社會因素,對地質災害評價來說,還是用穩定性系數表示為好。穩定性系數取值也存在著很大的不確定性,上面曾談到鏈子崖危岩體不少人對其穩定性系數進行過分析,得到的結果相差很大,其原因在於兩方面:一是計算模型選擇上;另一方面在於力學參數選取上,這兩方面都存在有不確定性。由此決定著在評價地質災害體穩定性時,穩定性系數指標取值就受這兩方面因素的控制。穩定性系數取值大小主要決定於計算模型選擇的可靠性和力學參數取值的可靠性上,這兩方面取值的可靠性,很大程度上決定於進行取值的專家的科學技術水平,也可以說是經驗水平。一般來說,比較有經驗的專家也只能有80%~90%的把握,即各自的可靠度最低也不能低於1.1~1.2。
地質災害的穩定性系數應該是力學模型的可靠度與力學參數的可靠度的乘積,由此看來,科學的穩定性系數η應該是1.1×1.1~1.2×1.2,即為1.21~1.44,不應該低於此值,具體取值時還要考慮防治工程的重要性和取值人的實踐經驗水平。
在評價防治工程的可靠度時用安全系數K表示是正確的。一般來說,這個安全系數K系由三個部分組成,即作用力取值安全系數K1,材料與構件強度取值安全系數K2及施工工藝安全系數K3組成,即K=K1×K2×K3。其中作用力安全系數K1影響因素與穩定性系數η相當,即可在1.21~1.44之間取值。材料與構件強度取值安全系數K2與材料和構件使用方法關系極大,如材料為單一的鋼材,安全系數可取1.05~1.1;鋼筋混凝土構件安全系數可取1.50~1.65;混凝土結構構件安全系數可在1.6~2.5之間取值。地質災害防治中所採用的構件和材料一般多為鋼筋混凝土構件,故安全系數一般取在1.5~1.65之間。施工工藝安全系數與施工方法技術水平有很大關系,這個系數是很難琢磨的,大體上在1.2~1.5之間。由此決定,防治工程安全系數K變化於1.21×1.5×1.2=2.2至1.44×1.65×1.5=3.65之間。鏈子崖危岩體防治可行性論證中作用力的安全系數選用中參照了各種規程規范和工程實例,選用值為1.35,這是比較合適的,其地方面的安全系數將在初步設計中進一步論證。
安全系數是極為復雜的,影響因素是變化多端的,不僅受地質因素影響,結構材料因素影響,施工工藝影響,還有環境因素影響。環境影響因素絕不可忽視,其中最主要的則為地下水的水質和大氣化學成分及溫度的影響,對這些因素的影響必須進行科學的論證。安全系數取低了,防治的安全度不足而蘊藏著隱患;安全系數取高了,造價太高,則又可能蘊藏著浪費,這個問題必須認真論證。
在結束本章論述時,簡要歸納一下,在地質災害防治設計中必須遵守的基本觀點,這些基本觀點有:
地質災害是威脅人類生活和生存,造成資源和財產損失的地質事件。地質災害防治是一項地質工程,它又與一般的土木工程和地質工程不同,它具有很大的特殊性。其特殊性在於地質災害防治工程是通過地質改造手段將已經產生破壞或即將產生破壞的不穩定性的地質災害體進行改造,達到穩定的和安全的地質環境,保障人類生存和美好的生活,簡單地說是一項防災工程。具體地來講,地質災害防治對象是已經產生破壞和即將產生破壞而處於不穩定的地質體,對其進行防治工作中最最重要的是必須查清地質災害產生的原因,活動機制和災害體的結構。在此基礎上才能作出正確的防治方案和防治工程結構設計,地質災害防治必須與經濟效益掛鉤,這是決策該不該立項防治的關鍵,也是防治投資額度決策的依據。一般來說,根據我國目前經濟實力,防治投資效益取1∶20作為立項防治依據為宜,穩定性分析和安全系數選取是地質災害防治中的兩個重要技術問題。穩定性分析必須以地質分析為基礎,參照數理分析,歷史分析進行綜合判斷。安全系數選取必須全面地分析地質的、結構的、施工工藝、環境條件、社會效益等方面的因素綜合分析選定。地質災害防治是一項巨型的系統工程,必須認真對待,只准成功,不能失敗,一旦失敗,其後果是極為嚴重的。