滑坡地质灾害分析机制答辩问题
⑴ 滑坡风险分析实例研究
本文译自Geotechnical and Geological Engineering,2003(21):113~127。
G.L.Sivakumar Babu1M.D.Mukesh1著
赵玉军2译 朱汝烈2校
(1Department of Civil Engineering,Indian Intitute of Science,Bangalore,India;2中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所,河北保定,)
【摘要】在喜马拉雅地区,通过运用随机现场模型,结合斜坡稳定性分析,对由于土体参数易变性引起的滑坡风险不确定性进行研究。在滑坡地区一个典型斜坡的水平方向和垂直方向上,就试验样品数量、承压水位的变化和地震效应等的准确程度的空间差异性影响进行了研究。结果表明土体参数的偏差程度、土体参数的空间分异、试验样品的数量和承压水位的变化对滑坡地区斜坡稳定性的影响尤为显著。结果同时表明,用均匀变化的假说来判断斜坡稳定性是保守的。研究成果是一个有益的成功的范例;同时应指出,地下排水形式的缓解措施能改善滑坡地区斜坡稳定性。
【关键词】滑坡孔隙压力变化安全性斜坡稳定性空间变化
符号目录
F(v)——累积概率分布
E(v)——分布预期平均值
σ(v)——分布标准偏移
m,δ——分布系数
ρ——自相关函数
α——离散系数
δx,δv,δz——距离偏置
Dh,Dv——水平和垂直相关性距离
P(f)——事故概率
1前言
在喜马拉雅地区,滑坡已成为导致人们生活和财产大量损失的主要灾害问题。滑坡通常是因存在诸多触发机制而产生的,例如下雨引起斜坡内承压水位的升高,地震、植被类型改变及人类建造活动等。通常情况下,对山区地带的公路沿线和住宅区的斜坡都按传统的安全因素边界条件进行了稳定性评价。同时,考虑到滑坡地区的土体参数的变化无常,所以为了更优良的工程施工,着力进行有关土体参数变化影响的研究,与研究承压水位变化和地震强度同属必需。就斜坡安全性方面而论,这比用传统的安全因素边界条件方式来阐述,显得更较为全面。
本文主要介绍对一个典型滑坡进行的研究。通过使用类似于Vanmarcke(1977)和Calle(1985)公式的一个随机抽样现场模型,对土体参数变化的影响进行研究,并计算事故发生的概率。在喜马拉雅地区国道公路的一个路段斜坡安全性评价中,探讨了水平方向和垂直方向上的空间差异性。研究成果在确定水平方向和垂直方向上土样的最佳采样间距,以及为稳定斜坡目的而设计地下排水缓解措施等方面,都很适用,从而提了高斜坡稳定性。
2背景资料
对斜坡稳定性的不确定性已做了长期的研究。一些研究者对斜坡稳定性问题提出了各自具有影响的见解。Chowdhury(1984)提出的斜坡概率分析,对评价多种斜坡稳定措施的设计方案很有帮助。Christian等(1992)认为,概率原理应用得是否恰当,取决于对事故相对概率或对设计不确定性影响的鉴别。Mostyn和Li(1993)指出,概率分析为指导斜坡设计者制订方案提供了信息指南。根据 Morgenstern(1997),滑坡问题受不确定性困扰,出现在包括从位置判定、物质参数评价到分析与设计等环节,贯穿于用概率法进行评价的各个阶段。这些研究对解决不确定性影响问题提供了有益见解。
3可忍受风险标准
在多数情况下,基于f-N比率〔灾害频度(f)和灾害总数(N)〕的年事故概率观点,是按安全性和稳定性极限标准,对斜坡现有的稳定状况进行判定的有用基准。单纯的滑坡定量风险分析包括判断导致不良后果的潜在事故的风险。滑坡事故描述(尤其为了分区目的)应该包括滑坡特征和发生滑坡的概率。一旦了解了具体事故的发生概率,就可对风险进行评估。很多研究者和工程师已拟定了一些有关可忍受风险标准的准则。他们指出,滑坡事故增添的风险与其他各种风险相比起来,并不显著突出,其他那些风险是应当减小至“既低而又合理适用” 原文为As Low As Reasonably Practicable(ALARP)。
建立可接受标准的一条途径,是考察相关地区诸如工业事故和大坝等所采取的标准。在英国,土地使用计划的风险标准,是基于附近工业区的相关事故年基准f-N比率加以制定的,并建议其年下限和上限分别为每年10-4和10-6。大坝风险评估已有长足发展,并在如美国和加拿大等很多国家使用,中国香港将其引用于评价斜坡。经常推荐那些风险要求尽可能低,但又可行的地区类似的可接受极限,同时可举出财政费用损失的极限。Cruden和Fell在这方面提出了杰出见解。最近,美国陆军工程兵军团(US Army Corps of Engineers)特别推荐了针对事故和水资源的相关安全指数和基础设施项目概率目标(表1)。
表1堤坝安全性标准指标(美国陆军工程兵军团,1999)
通常,安全性评价是参数和模型不确定性的一个函数。根据事故概率参数的不确定性影响得出易变性影响的概念。由于不能准确地了解事故过程,模型不确定性的影响非常复杂。在本文实例中,对滑坡地区滑动斜坡的背景分析表明,可把其滑动面视为弧形滑动或大直径滑动,因而使用必肖普(Bishop's)法进行分析。
4地貌学
由于构造运动、褶皱、断层和褶皱基岩地层的原因,沿喜马拉雅地区Sutlej峡谷内、22号国道公路(National Highway NH-22)两旁的斜坡是破碎脆弱的。沿Sutlej河岸上的国道公路受破碎斜坡影响的不稳定路段长约500m,滑坡顶部高出河岸约200m。斜坡表面坡度在35°到50°范围内变化。该地区经常发生滑坡事故,Jagannatha Rao等人详细描述过滑坡地区的地质详图和地质岩土特性(1998)。作为地质岩土野外勘察项目的一部分,提前钻了4个深度6~23m的钻孔。图1所示为该地区斜坡的土体层次。在斜坡的坡顶和坡脚分别钻了一个钻孔。在滑坡地区的中间位置进一步钻进了两个钻孔。然而,笨重的钻机需占用较大的空间,且在易碎斜坡上安装钻机非常困难。崎岖斜坡陡峭的地形也阻碍了在这类地区钻孔的可能。滑坡区的土体由挟有破碎岩块的粉砂质砂组成。直剪试验得到的剪切系数显示,其内内摩擦角范围为300~470,粘聚力为0~100kPa。鉴于滑坡频繁发生和维持滑坡稳定的重要性,必须在滑坡区使用安全性和风险观念进行评价,进而建立准则。以下内容主要介绍滑坡区现场模型的应用,并对所获成果进行了讨论。
图1Powori滑坡地带横断面图
5随机现场模型
早期背景资料表明,对包括随机无序样品的不确定性,通常使用随机现场模型进行评价。在稳定性分析时所输入参数的不确定性,对事故发生概率分析的影响很大。安全系数低于1.00的斜坡,发生滑坡的概率属潜在事故概率。结合必肖普法,使用“先正常状态、然后瞬间” 原文:First Order Second Moment(FOSM)。
地质灾害调查与监测技术方法论文集
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式中:m和δ为分布系数;F(v)是作为随机变化v预期平均值和标准偏差E(v)和σ(v)的累积概率分布。已有文献证实了剪切强度参数使用对数分布的有效性。早期的概率分析表明,单位重量的变化不太重要,故无需考虑单位重量的变化。自相关函数ρ(δx,δy,δz)系作为距离偏置函数的任意两点间的相互关系,可写为:
地质灾害调查与监测技术方法论文集
式中:Dh和D。为自相关系数,它们与高差起伏比例有关。δx、δy、δz分别为在x、y、z方向任意两点间的空间距离。参数a是垂直变量(相对于沿铅垂线的平均值的波动变化)与整体变量(相对于整个覆盖堆积物的平均值的变量)之比值。令a=1,自相关函数呈现出文献中经常推荐的传统高斯(Gaussian)形态。概率分布和自相关函数确定了随机模型的彻底完善。参数分析旨在研究垂直和水平相关距离、粘聚力和内摩擦角系数变化、承压水位的变化和地震活跃系数变化等对相关事故概率的影响。对参数进行分析可以导出在倾角为47°的斜坡上临界剖面的标准计算值(F=1.06)。表2所示为研究中使用的变量和相关值的变化范围。从直接剪切试验得出强度参数值,用于分析的材料的平均参数:粘聚力为50kPa,内摩擦角为35°,单位重量为18kN/m3。(Calle,1985)在文献中曾提到,在其他地区使用这一模型也很适宜。
表2参数研究中使用的变量及其数值变动范围
6结果和讨论
本项研究的主要目的是滑坡地区土体斜坡有关特性的影响,并指出其定量化的重要性。只有对滑坡地区进行详细的勘察,才能获得准确的易变性评估。在现有分析中使用了粘聚力和内摩擦角变化率(C.O.V)、空间相关距离和承压水位变化,主要是为了在滑坡区尽可能地控制破坏范围。
6.1试验样品数量(N)的影响
所有试验样品都影响概率分析的结果。大量的试验可增强分析中所使用的强度参数输入值的置信度水平。然而,大量试验也将导致土样的过量采集。所以,在对场地进行勘察之前,预先确定试验样品的数量是很重要的。这在对相似项目进行稳定性分析并建立准则方面也很有用。在该滑坡地区共进行了25次试验,主要意图是检查参数对事故概率的影响。图2(a)所示为试验样品的数量对事故概率的影响。从图2(a)可看出,试验样品对事故概率的影响很显著。图2(b)所示为与样品数量相关联的粘聚力和内摩擦角系数变化因素对事故概率的影响。当粘聚力和内内摩擦角变化率范围为0.1到0.3时,影响最显著。
图2
(a)实验样品数量对事故概率的影响
(b)与实验样品数量相联系的粘聚力及内摩擦角系数变量对事故概率的影响
6.2空间非均质性
土体的不同内在性质特性引起土体参数在水平和垂直方向上发生变化。若按传统的稳定性计算,则不可能确定土体参数的空间变异。然而,通过对该场地进行详细的勘察,在概率采样网范围内对斜坡稳定性进行分析,可以更好地记录和融合土体参数变化情况。用空间相关间距和变异函数来表示既定土体剖面的非均质性界限是适宜的。判定空间相关间距,要求对场地进行全面、详细的勘测和试验,这对每个项目而言并不一定适宜。根据以往的研究可确定这些参数的分布,并指导样品的采集。土体特性的相关间距,对土体变化来说是一个有用的描述符值。它表明,如果土体采样的距离低于相关间距,可很好地获得真实的土体特性变化情况。所以,空间相关间距对现场勘察很有帮助。也可以把它作为土体内在变化的一种定量参数,用于土体斜坡风险的分析。所以,为了揭示空间相关间距对稳定性分析的敏感性,应使水平和垂直相关间距都在额定值范围内变动。
6.3 水平相关间距(Dh)的影响
水平相关间距相当于在水平方向上土体性质达到稳定时的最小距离。本研究中,水平相关间距的变化范围为10~200m,同时使其他所有参数保持为恒量。图3(a)所示为水平相关间距在粘聚力和内摩擦角变化率不同时对事故概率的影响。从图3(a)可看出,若增大水平相关间距,可能稍微降低事故概率,尤其在变化率低的时候更为显著。图3(b)更清楚地表明了,在变化率数值微小的变动范围内(0.1~0.3),事故概率增大的情形,直到水平相关间距为50m时,事故概率才会降低,并随后保持恒量。这表明在上述或相似情况下,将采样间距定为50m是最适宜的。
图3
(a)水平相关间距对事故概率的影响
(b)与水平相关间距相联系的粘聚力及内摩擦角系数变量对事故概率的影响
6.4垂直相关间距(Dv)的影响
垂直相关间距的变化范围是0.1~10m,为研究垂直相关间距对事故概率的影响,设令其余参数均为常量。图4(a)为垂直相关间距在粘聚力和内摩擦角变化率不同时,对事故概率的影响。从图4(a)可明显地看出,在0.1~5m很短的间距范围内,事故概率随垂直相关间距的增加而增大。然而,当垂直相关间距的变化率很大时,对事故概率的影响并不太明显。图4(b)也证实,仅当粘聚力和内摩擦角变化率达到30%时,对事故概率的影响才显著。得出的结论是,垂直相关间距应为5m或低于设计值。同时,在取样困难的岩层内,相邻孔段很难采集样品,且很费钱。本成果建议,相邻孔段的更多信息对垂直剖面是有用的,能更明确地说明事故概率。和水平相关距离不同,垂直相关距离对事故概率的影响非常大。结果表明,该场地采用5m为相
图4
(a)垂直相关间距对事故概率的影响
(b)与垂直相关间距相联系的粘聚力及内摩擦角系数变量对事故概率的影响
关距离最为适宜。然而在另外一些地区,参数的变化通常须视具体场地而定。这一结果进一步证实了在水平和垂直方向上,与土体参数变化相关的资料数据的重要性。
6.5空间非均质性中的各向异性影响
在一些研究中,通过用均质性假说(此处 Dh=Dv)来确定空间非均质性的影响。当 Dh=Dv,并且无限扩大时,可假定强度参数在空间范围完全相关。然而,这种假定与非均质性并不一致。仅仅当水平和垂直方向所有信息对非均质特性都适合时,才能简单地阐述水平和垂直相关距离的相对影响。在表3中总结了此方面的研究。结果表明,空间均质性变化假说过度评估了事故概率,所以是保守的,尤其当变化系数很小时。很明显,可对分析中使用的强度参数在水平和垂直方向的变化情况进行单独研究,通过对土体的非均质性描述来进行稳定性评价。
表3各向同性和空间各向异性变化对事故概率的影响
上述内容清楚表明,在土体斜坡风险分析中,与描述试验数量和钻孔水平和垂直距离一样,研究土体强度特性的空间变化是很重要的。
6.6孔隙压力的影响
通常根据渗透性评估来研究孔隙压力。很多研究者已经认识到了有关孔隙水压力的不确定性以及孔隙水压力与斜坡稳定性关系的重要性。有人通过规定平均孔隙压力和孔隙压力比变化率,来研究孔隙水压力的不确定性影响。在现有研究中,通过测定水压坡降线的标准偏移来研究孔隙压力的影响。假定其孔隙压力一般按照承压水位的预期平均值分布。图5所示为关于水压坡降线标准偏移的事故概率变化。滑坡剖面坡角约近似为47°,因此对坡角为25°、30°和35°的三个水压坡降线,和1~10m的标准偏移进行研究。对25°的水压坡降线进行观察发现,事故概率在标准偏移超过6m时的增加很大。然而,对30°和350的水压坡降线进行监测发现,孔隙压力的影响超过了所有水压坡降线的范围。很明显,水压坡降线中很小的增加值,都将增大事故发生的概率。成果强调了在斜坡研究中对孔隙压力变化进行适当观察的必要性;同时指出,研究水压坡降线的角度和水压坡降线的标准偏移,对斜坡进行安全性评估是有可能的。
6.7地震系数的影响
在该地区经常发生不同等级的地震,造成额外的损失。图6所示为地震系数对事故概率的影响。通过水平地震相关系数的变化(0.05~0.25)来研究地震对滑坡事故概率的影响。例如,在变化系数为10%的情况下,事故概率的增加很大。当地震系数从0.05增加到0.25时,事故概率从8.4×10-23增加到0.3。结果表明当发生了相关系数为0.2的地震时,在滑坡区可能发生斜坡事故。
7结束语
本报告力图对一个典型滑坡区的不稳定性风险进行评估。结果表明,概率分析对判定土体天然变化性、斜坡性质和评价不稳定性是一种有力工具。进一步研究表明,确定所需试验样品数量、水平和垂直采样距离和滑坡触发因素(如孔隙压力变化和地震力),对滑坡稳定性评价也很有帮助。滑坡稳定性评估也可用于帮助设计缓解措施。
图5孔隙压力变量对事故概率的影响
图6水平地震系数对事故概率的影响
对滑坡区稳定性评估的研究提出以下几点建议:
(1)若有更多的采样点条件及其在水平和垂直方向位置的数据,可为安全性评估提供更适宜的根据。
(2)成果清楚的表明,空间变化对事故概率的影响极为显著,而均质性变化的假设是守旧的。垂直相关距离比水平相关距离的影响更显著。
(3)需要清楚地确定承压水位,分析渗入点和降雨入渗,与相应标准偏移一起恰当地确定水压坡降线。
(4)当地震等级与最大水平相关系数为0.2或更大、且相一致时,容易发生滑坡事故。
⑵ 如何防治崩塌,滑坡等斜坡地质灾害
1.加强监测
2.保护植被
3.工程护坡
⑶ 滑坡的成因机制
1.滑坡的力学原理
由于坡地的岩性、构造不同,滑动面的性质也不同,但绝大多数滑动面近似圆弧面。滑坡体的运动是沿圆弧面转动,因此可以用力矩平衡理论来分析(图4-4)。
图4-4 滑坡力学图
设滑坡体以O为圆心,以R为半径,沿AB面向下滑动。从O点向下作垂线OO'将滑坡体分为左右两部分。左侧部分的重心为O2,重力为P2,滑动力矩为P2·a。右侧重心为O1,重力为P1,抗滑力矩为P1·b;f为AB面上的平均抗滑阻力,所产生的抗滑力矩为f·AB·R。滑坡体的极限平衡状态方程式为
地质灾害调查与评价
当P2·a>P1·b+f·AB·R时,滑坡体开始滑动,由于下滑过程中P2和a逐渐减小,P1和b逐渐增大,达到新的平衡时停止滑动。若滑坡体借惯性滑得很远,会产生P2·a<P1·b+f·AB·R的情况,此时滑坡体稳定,不再滑动。
2.滑动面(带)与斜坡稳定性的关系
滑动面(带)是滑坡形成演化的关键要素。滑动面(带)的埋深在很大程度上决定了滑坡体的规模,其形状直接控制着滑坡体的稳定状态,是滑坡研究、勘测、稳定性分析、灾害预测预报以及工程处理的重要对象或依据。
典型的滑坡滑动面由陡倾的拉张段(后段)、缓倾的滑移段(中段)和平缓以至反翘的阻滑段(前段)三部分组成,在剖面上状似船底形。受各种因素的影响,滑动面的总体真实形态可表现为直线形、折线形、圈椅形、阶梯形等形状。
直线形滑动面主要形成于具有单一结构面的坡体中,即多形成于层状岩体(包括层状火山岩)内或堆积层下伏基岩面和堆积层内的沉积间断面上。其特点是地层倾角小于坡面倾角,前缘在坡脚附近及以上位置剪出,后缘与上方斜坡面相交,呈一倾斜的平面。直线形滑动面不存在前缘反翘抗滑段,故稳定性差、危害大。
折线或阶梯形滑面多发生在滑动面坡角大于岩层倾角的斜坡地带,滑动面由节理或层理等软弱结构面组成,在纵剖面上呈阶梯状折线。
圈椅形滑动面的中部顺层段一般不发育,前缘段的长短取决于滑坡规模和所处岩层结构面的发育程度,对滑坡的稳定起着重要作用。
船底形滑动面滑坡多发育在土质边坡,其后缘较陡,倾角大多在60°以上。在蠕变阶段,滑坡后缘首先出现弧状拉张裂隙,是滑坡预报的重要依据。中部滑面一般比较平缓,倾角多小于20°,但长度占整个滑动面的一半以上,是滑坡的主滑段。前缘平缓甚至反倾,形成抗滑段。当主滑体滑至滑动面前缘时,大多数滑坡已趋于稳定。
3.滑坡的发育阶段
滑坡的发育是一个缓慢而长期的变化过程。通常将滑坡的发育过程划分为3个阶段,即滑前变形阶段、滑动破坏阶段、滑后压密稳定阶段。研究滑坡发育过程对于认识滑坡和正确地选择防治措施都有重要的意义。
(1)滑前变形阶段
可细分为蠕动变形阶段、等速变形阶段、加速变形阶段和临滑阶段。
蠕动变形阶段后缘产生断续的不规则的拉裂缝,但无明显的错落、下沉;两侧、中部和前缘无明显的变形形迹。
等速变形阶段各弧形拉张裂缝端部可能互相交错,开始出现错落下沉;两侧出现间断的羽状裂缝,滑坡体局部出现隆起、沉陷。
加速变形阶段不连续剪切滑移面迅速扩展,剪断剪切滑移面间的岩土“固锁段”,逐渐形成贯通性剪切滑移面。后缘弧形拉张裂缝趋于连接,加大加深,滑坡体错落下沉;两侧羽状裂缝加强,出现顺两侧壁方向的剪张裂缝,并与后缘弧形裂缝趋于连通,呈现整体滑移边界;前缘出现轻微鼓胀。
临滑阶段后缘弧形拉张裂缝贯通,形成弧形拉裂圈,并与两侧剪张裂缝连接,呈现整体滑移边界,滑体出现明显错落下沉,后缘壁明显;前缘鼓胀,并出现鼓胀裂缝或放射状裂缝;前端滑床挤压褶皱,并有挤压裂缝,或岩层倾角变陡,或挤压破碎等现象。
从蠕动变形阶段→等速变形阶段→加速变形阶段→临滑阶段,经历的时间有长有短,长者可达数年之久,短者仅数月或几天时间。
(2)滑动破坏阶段
滑动破坏阶段是指滑动面贯通后,滑坡开始作整体向下滑动的阶段。此时滑坡后缘迅速下陷,滑坡壁明显出露;有时滑体分裂成数块,并在坡面上形成阶梯状地形。滑坡体上的树林倾斜形成“醉汉林”,水管、渠道等被剪断,各种建筑物严重变形以致倒塌。随着滑坡体向前滑动,滑坡体向前伸出形成滑坡舌,并使前方的道路、建筑物遭受破坏或被掩埋。发育在河谷岸坡的滑坡,或者堵塞河流,或者迫使河流弯曲转向。
(3)滑后压密稳定阶段
滑坡体在滑动过程中具有一定的动能,可以滑到很远的地方。但在滑动面摩擦阻力的作用下,滑坡体最终要停止下来。滑动停止后,除形成特殊的滑坡地形外,滑坡岩土体结构和水文地质条件等都发生了一系列变化。
在重力作用下,滑坡体上的松散岩土体逐渐压密,地表裂缝被充填,滑动面(带)附近的岩土强度由于压密,固结程度提高,整个滑坡的稳定性也有所提高。当滑坡坡面变缓、滑坡前缘无渗水、滑坡表面植被重新生长的时候,说明滑坡已基本稳定。滑坡的压密稳定阶段可能持续几年甚至更长的时间。
实际上,滑坡的滑动过程是非常复杂的,并不完全遵循上述三个发展阶段。如黄土或粘性土滑坡一般没有蠕动变形阶段,在强大震动力的作用下可突然发生滑坡灾害。
⑷ 怎么判断滑坡地质灾害。从哪些方面考虑其特征
识别滑坡
掌握滑坡的基本特征
1、必须有一定的滑坡边界和滑坡床( 即滑动面、带) 以下的岩土体。"
2、 必须要改变原有山体斜坡( 或边坡) 的地形地貌, 形成独特的“ 滑坡地貌”。"
3、 必须要破坏组成山体斜坡的岩土体的构造及其原始水文地质条件。形成有别于"
4、其外围坡体内部的岩土体结构和构造, 并改变地下水的渗流通道和排泄条件。
识别滑坡的标志
1、地形地物"
在山体斜坡地带, 滑坡区常形成圈椅状地形和槽谷状地形, 或造成斜坡上出现异常
的台坎及斜坡坡脚“ 侵占” 河床、耕地、房屋场地、道路边缘等现象。
在滑坡体上, 常有鼻状凸丘或多级平台。平台的高程和特征与外围河流阶地不同。
在滑坡体外两侧, 常形成沟谷, 常有双沟同源现象。可见到线形地物( 如道路、耕
地边界等) 被错断位移的现象。
在滑坡体上, 常有积水洼地、地面裂缝、“ 醉汉林”、“ 马刀树” 和房屋开裂、倾斜、
沉陷、隆起、冒水等现象。
2、岩土体结构构造"
滑坡体范围内的岩土体常有扰乱、松动、挤压揉皱、受水浸润、擦痕等现象。基岩
的层位、产状和断层特征与外围不一致, 常见有被泥土、石屑充填或未被充填的张性裂
缝, 张扭性裂缝( 两侧边缘) 及压性裂缝。土体趋向松散, 其层序正常或倒置, 倾向异
常, 普遍出现小型坍滑现象。
3、 水文地质"
滑坡区内含水层的原有状况( 含水层位、水位、泉水流量等) 常被破坏, 致使滑坡
体特别是滑坡群成为复杂的水文地质综合体。在具有隔水作用的滑动面( 带) 的前缘
( 出露点) 常有成排、成群的泉水溢出。在滑体后缘的断壁上, 常有泉水出露或渗水现
象。有时, 在滑坡体两侧或前缘, 会形成特殊的“ 泥球” 现象。
4、 滑坡边界及滑坡床"
滑坡后缘断壁上带有顺层擦痕。滑坡前缘土体常被挤出或呈舌状凸起, 常伴有揉
皱、褶曲或断裂( 非构造) 现象 在滑动的岩土体周边两侧, 常有沟或裂面( 或张扭性"
羽状裂缝带), 甚至线状地物被剪断等现象。
滑坡床常具塑性变形带。带内多由粘粒物质或粘粒夹磨光角砾组成。滑动面一般很
光滑。其上擦痕方向与滑动方向一致。应注意滑坡擦痕的这种单层性特征( 即只有表面
一层才具有), 据此可与构造成因的叠成性擦痕相区别。
上述的滑坡外貌及其内部结构构造标志应是滑坡作用的统一产物。其外貌常可反映
实质。然而, 经过长期的剥蚀破坏后, 滑坡外貌特征常遭到改变乃至消失。有时还伴有
其它成因的假象, 给调查研究工作造成了困难。
⑸ 以崩塌、滑坡、泥石流等灾害勘查为例,谈谈地质灾害勘察技术的认识。并说明它与岩土工程勘察的异同
勘查基本是纯地质 一般不动钻机 地调为主
岩土工程一般是结合其他勘察手段的 入物探什么的 纯地质的成分没那么大
⑹ 怎么判断滑坡地质灾害.从哪些方面考虑其特征
识别滑坡
掌握滑坡的基本特征
1、必须有一定的滑坡边界和滑坡床( 即滑动面、带) 以下的岩土体."
2、 必须要改变原有山体斜坡( 或边坡) 的地形地貌,形成独特的“ 滑坡地貌”."
3、 必须要破坏组成山体斜坡的岩土体的构造及其原始水文地质条件.形成有别于"
4、其外围坡体内部的岩土体结构和构造,并改变地下水的渗流通道和排泄条件.
识别滑坡的标志
1、地形地物"
在山体斜坡地带,滑坡区常形成圈椅状地形和槽谷状地形,或造成斜坡上出现异常
的台坎及斜坡坡脚“ 侵占” 河床、耕地、房屋场地、道路边缘等现象.
在滑坡体上,常有鼻状凸丘或多级平台.平台的高程和特征与外围河流阶地不同.
在滑坡体外两侧,常形成沟谷,常有双沟同源现象.可见到线形地物( 如道路、耕
地边界等) 被错断位移的现象.
在滑坡体上,常有积水洼地、地面裂缝、“ 醉汉林”、“ 马刀树” 和房屋开裂、倾斜、
沉陷、隆起、冒水等现象.
2、岩土体结构构造"
滑坡体范围内的岩土体常有扰乱、松动、挤压揉皱、受水浸润、擦痕等现象.基岩
的层位、产状和断层特征与外围不一致,常见有被泥土、石屑充填或未被充填的张性裂
缝,张扭性裂缝( 两侧边缘) 及压性裂缝.土体趋向松散,其层序正常或倒置,倾向异
常,普遍出现小型坍滑现象.
3、 水文地质"
滑坡区内含水层的原有状况( 含水层位、水位、泉水流量等) 常被破坏,致使滑坡
体特别是滑坡群成为复杂的水文地质综合体.在具有隔水作用的滑动面( 带) 的前缘
( 出露点) 常有成排、成群的泉水溢出.在滑体后缘的断壁上,常有泉水出露或渗水现
象.有时,在滑坡体两侧或前缘,会形成特殊的“ 泥球” 现象.
4、 滑坡边界及滑坡床"
滑坡后缘断壁上带有顺层擦痕.滑坡前缘土体常被挤出或呈舌状凸起,常伴有揉
皱、褶曲或断裂( 非构造) 现象 在滑动的岩土体周边两侧,常有沟或裂面( 或张扭性"
羽状裂缝带),甚至线状地物被剪断等现象.
滑坡床常具塑性变形带.带内多由粘粒物质或粘粒夹磨光角砾组成.滑动面一般很
光滑.其上擦痕方向与滑动方向一致.应注意滑坡擦痕的这种单层性特征( 即只有表面
一层才具有),据此可与构造成因的叠成性擦痕相区别.
上述的滑坡外貌及其内部结构构造标志应是滑坡作用的统一产物.其外貌常可反映
实质.然而,经过长期的剥蚀破坏后,滑坡外貌特征常遭到改变乃至消失.有时还伴有
其它成因的假象,给调查研究工作造成了困难.
⑺ 地质灾害防治工作现状及存在的主要问题
存在的主要问题。一是部分干部群众科学防灾意识薄弱,存在侥幸心理;二是地质灾害防治经费严重不足,部分地区地质灾害危险点和隐患点勘查治理与搬迁避让工作进展缓慢;三是地质灾害应急处置交通工具和防治技术等无法满足汛期地质灾害防治工作的需要;四是地质灾害防治工作机构还不够健全,管理人员严重不足,技术力量薄弱等。
一是继续加强领导,落实防灾责任。充分认识做好当前地质灾害防治工作的重要性和紧迫性,切实加强领导,将地质灾害隐患点的监测预报预警责任分解到村、到户、到人。二是加强排查,消除灾害隐患。重点抓好丘陵山区和重大工程地质灾害危险点、隐患点的全面排查,及早发现和解决问题,消除隐患,落实监测预报预警措施和避险场所。会同气象、水文等有关部门,进一步做好地质灾害气象预警预报工作,扩大预报信息发布的覆盖面,增强时效性,确保及时将预警预报信息发送到相关管理人员。出现暴雨、特大暴雨的地区,要对滑坡、崩塌、泥石流地质灾害隐患点加密监测频率。三是加强值班,确保信息畅通。严格遵守汛期值班、灾情速报和专报制度,保证汛期24小时轮流值班,确保灾情险情信息及时、准确。四是加强保障,提高反应能力。切实加强地质灾害应急管理机构和队伍建设,确保地质灾害应急人员、车辆、经费和相关设备的到位。充分发挥地勘单位的技术优势,做好地质灾害应急处置的各项工作,随时参与地质灾害应急抢险和应急调查等工作。五是加强监督,减少人为灾害。加强对各类工程建设项目引发地质灾害活动的监督管理,严格执行地质灾害危险性评估和地质灾害防治工程“三同时”制度,防止开采矿产资源和地下水资源引发地质灾害,减少人为因素引发的地质灾害。六是加强宣传,增强防灾意识。充分发挥广播、电视、互联网、报刊、手机短信的作用,进一步做好丘陵山区受地质灾害威胁群众的宣传教育工作,提高群测群防水平和科学防灾救灾能力。
⑻ 我国地质灾害调查现状与存在问题的分析
6.1.1 历史与现状
(1)1991年原地质矿产部组织开展的以省为单位的全国地质灾害现状概查
1991年原地质矿产部组织实施了以省为单位的全国地质灾害现状概查,主要以收集资料和各省(区、市)上报的资料为主,较全面地对全国地质灾害类型与现状进行了总结。调查内容包括地质灾害的类型、发生的重点区域、对国家和人民生命财产造成的损失以及地质灾害发育特征和分布规律等。根据收集整理的成果和万余个典型地质灾害点资料,汇编并出版了《中国地质灾害》,编制出版了《中国分省地质灾害图集》。
(2)1992~2003年期间,原地质矿产部部署1∶50万环境地质调查
1992~2003年,原国家计委和原地质矿产部组织开展了省(区、市)级(1∶50万)地质灾害调查与编图,圈定滑坡等地质灾害危险区;1996年为减灾防灾、提升国土整体的调查研究程度和水平,把此项工作扩展为以地质灾害为主的环境地质调查,这是我国第一轮较全面地在全国开展的地质灾害的调查。调查的主要目的是在概略查明各省(区、市)地质环境条件的基础上,重点调查人类工程活动与地质环境的相互作用和影响,初步查明开发利用自然环境遇到的和引发的各种主要地质灾害、特殊不良地质环境条件和环境地质问题的发育特征和分布规律,作出现状评价和发展趋势预测,提出防治对策建议,为国家制定减灾、防灾、国土开发与整治、经济建设和社会发展规划,以及地质环境监督管理,提供宏观决策依据;保护地质环境,减少灾害损失,促进经济建设与地质环境的协调发展。
(3)1999年国土资源部启动县(市)地质灾害调查工作
从1999年开始,作为国土资源大调查计划的组成部分,国土资源部启动以县(市)为单元的地质灾害调查工作。这项工作强调遵循“以人为本”的原则,专业人员与地方结合,大力推行群测群防体系。基本做法是采取专业调查和发动群众查险、报险相结合的办法,不强调按比例尺布线与布点。根据已掌握的情况和群众报险线索,以乡镇、村庄、重要交通干线和工程设施为重点,逐步进行现场调查并注意发现地质灾害隐患点、危险点。对隐患点、危险点综合分析后,划出地质灾害易发区和防治区,初步建立起群测群防预警体系,包括:建立减灾防灾领导责任制;建立临灾避险群防体系;编制地质灾害防灾预案;建立汛期地质灾害险情速报制度等。
1999年在进行10个县的地质灾害调查试点的同时,启动了三峡库区(包括宜昌市、巫山县等在内的)19个县(市)的地质灾害调查,为大规模的地质灾害防治工作提供了示范。截至2004年底,全国已经完成616个县(市)的地质灾害调查工作,为地方各级政府和国土资源管理部门组织地质灾害“群测群防”和防治管理,为县、乡级地方政府行使减灾职能,提供了重要依据。
县(市)地质灾害调查,是新一轮的地质灾害调查,它注重减灾防灾实效,是普及地质灾害防治知识,建设具有中国特色的地质灾害防灾预警体系的重要工作,已成为我国地质灾害调查工作的新模式。
(4)大江大河流域的地质灾害调查
如长江流域环境地质调查,黄河流域环境地质调查等。“七五”期间,开展了1∶20万三峡工程库区环境地质调查,1∶20万攀西、六盘水、岷江流域、沱江流域环境地质调查,1∶10万嘉陵江、大渡河等部分干流环境地质调查,1∶10万小江流域地质灾害调查,对滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害的分布规律及其形成特征进行了系统的调查工作。
(5)重点经济地区较大比例尺的地质灾害调查工作
各省(区、市)根据自身的具体特点,有针对性地开展了较大比例尺的地质灾害调查工作。
1)城市地质灾害调查。上海市从20世纪60年代初就开始了以防治地面沉降为重点的城市地质工作,系统地进行了地面沉降调查和长期监测。江苏省从20世纪70年代起,先后围绕南京、南通、常州、苏州、无锡等10个中心城市,开展1∶5万水文地质、工程地质和环境地质综合勘查工作,分析研究了各中心城市地面沉降、地裂缝、地面塌陷的起因、现状、发生发展特征与规律。
2)矿山地质灾害调查。20世纪80年代以来,在华东地区开展了不同比例尺的矿山地质调查工作,如兖滕—两淮能源开发区环境地质论证、两淮煤田煤炭开采环境地质调查等工作。辽宁、黑龙江等省先后在矿业城市开展了矿山地质灾害调查。
3)其他类型地质灾害调查。长江三角洲地区地下水资源与地质灾害调查评价;鞍山西部隐伏岩溶塌陷地质灾害勘查;黑龙江中俄界河1∶5万塌岸地质灾害调查。
(6)重大工程区地质灾害勘查
三峡库区开展了大比例尺的地质灾害勘查与治理工作。
6.1.2 调查成果的应用
(1)为规划和防灾预案的编制提供依据
地质灾害调查成果,成为全国各省(区、市)编制地质灾害防治规划和汛期地质灾害防灾预案的重要依据。
(2)为重大工程部署和城市安全提供基础资料
地质灾害调查成果为重大工程,如水库移民选址,铁路、公路和输电、输气管线的选线,大江大河安全,城市规划,基础设施建设,提供了基础资料。
(3)为地质灾害监测和防治提供依据
县(市)地质灾害调查工作,基本查清了地质灾害多发县(市)、乡、村所在地地质灾害隐患点的分布,建立了地质灾害群测群防体系,建立了地质灾害调查信息系统,为合理地部署地质灾害监测网提供依据。
(4)为提高公众防灾意识作出贡献
通过地质灾害调查,特别是县(市)地质灾害调查,提高了公众,特别是地质灾害高发区公众的防灾意识,提高了对地质灾害认识的普及率。
6.1.3 存在问题的分析
地质灾害调查工作,为我国地质环境保护、国土资源规划开发提供了基础资料。但是,随着国民经济的高速发展和城市化比率的不断提高,三峡工程、西电东送、南水北调工程等需要提供大量基础性、先导性的地质调查数据,我国的地质灾害调查工作已越来越不适应社会发展和国家重大基础设施建设的需要。存在的主要问题有以下几方面:
(1)调查的对象和内容与国民经济建设、社会发展结合不够
以往的地质灾害调查,偏重传统的自然属性研究,与人类工程活动及经济建设结合不够,服务领域较窄,在土地利用、城市规划、重大工程建设、生态环境保护等方面的服务工作相对薄弱。
(2)调查工作不规范,调查的精度和广度存在较大局限
过去开展的区域性地质灾害调查,一般为中小比例尺,调查精度不能满足社会经济发展的需要。
1∶50万全国地质灾害调查,开始于“八五”,至2003年基本完成,历时12年,技术落后,各省调查程度不一,灾害规模分级标准不统一,绝大部分省份没有建立相应的调查数据库,给全国的数据汇总和综合分析带来困难。
县(市)地质灾害调查,遵循“以人为本”的原则,注重对地质灾害隐患点的调查,淡化了对地质环境的调查。同时,县(市)调查从全国角度来看,比较分散,很难形成全面的认识和评价。
区域性地质灾害调查工作精度较低,比例尺小,缺乏重点地域的重点调查研究成果。
(3)调查的技术方法、标准的局限
在技术方面,没有形成系统的标准和评价体系,工作程度偏低,工作中获得的大量原始信息资料,相当部分未能建立数据库,信息的社会化和开发利用程度低。
(4)调查的时效性的局限
在科学认识上,没有按照地质灾害发生的客观规律,结合人类社会经济发展的要求,有计划地开展地质灾害调查工作。
地质灾害调查落后于地质灾害发展的速度,由于原有的工作方法、思路和成果的表达方式陈旧,调查成果的信息化、网络化、社会化程度低,大多未与当地社会经济发展现状和发展方向相结合,或未考虑如何为社会经济发展服务,从而影响成果向社会生产力的转化,难以满足政府和社会的实用性、实效性需求。
地质灾害的调查评价滞后于生态环境保护、城市规划、土地综合利用、地质环境的合理开发利用、地质灾害防治的需要。
(5)没有建立地质灾害调查制度
没有建立地质灾害调查制度,对地质灾害调查的责任、周期、比例尺、内容等方面没有明确的规定。
6.1.4 开展地质灾害调查需求的分析
(1)我国地质灾害分布广泛,危害严重,地质灾害动态变化,需要开展地质灾害调查
我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一。全国仅大大小小的崩塌、滑坡灾害危险点就有百万处以上,每年还会出现几万至十几万处新的危险点。近年来因崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害,平均每年有1000多人死亡,经济损失高达数十亿元,已经成为我国大部分地区经济社会发展的一大制约因素,引起了党和政府、社会公众的极大关注。经过十几年的努力,地质灾害调查工作取得了显著成绩。但由于以往基础工作薄弱,对潜在的地质灾害隐患情况底数不清,无法进行有效的灾害预报预警,从而使防灾工作处于被动状态,因此,开展适当比例尺的全国地质灾害调查和大比例尺的地质灾害多发区的地质灾害调查是十分必要的。
由于人类活动和自然条件的演变,地质灾害也是动态变化的,为认清地质灾害的分布规律,确保国家减灾方案的科学性和准确性,要求反复开展地质灾害调查。
(2)贯彻“以人为本”、“全面、协调、可持续”发展的需要
《中国21世纪议程》提出了可持续发展的战略目标,要实现可持续发展,避免人员伤亡,基础就是建立在对我国地质环境和地质灾害的全面认识上。国土整治与开发、重大工程和国民经济社会发展布局,工业化进程的加快和城市化水平的迅速提高,为确保生产、生存、生活的安全,必须开展系统的地质灾害调查工作。
(3)地质灾害监测预警和减灾工程的需要
为达到防灾减灾、保护资源环境、促进经济社会可持续发展,国家将采取一系列的地质灾害监测预警和减灾工程行动。为科学、有效地开展地质灾害监测,实施减灾工程计划,必须开展相应精度的地质灾害调查。
(4)国家编制修订地质灾害防治规划及其他规划的需求
《地质灾害防治条例》第十一条规定,国务院国土资源主管部门会同国务院建设、水利、铁道、交通等部门,依据全国地质灾害调查结果,编制全国地质灾害防治规划……县级以上地方人民政府国土资源主管部门会同同级建设、水利、交通等部门,依据本行政区域的地质灾害调查结果和上一级地质灾害防治规划,编制本行政区域的地质灾害防治规划……地质灾害调查是国家编制修订地质灾害防治规划的依据,同时也是指导各部门(行业)协调行动的依据。
⑼ 地质灾害防治设计中的几个问题
根据链子崖黄腊石地质灾害防治工作专家组在链子崖黄腊石地质灾害防治工作中的经验,对地质灾害防治设计工作提出如下建议。
链子崖、黄腊石地质灾害防治工作专家组,是国家科委牵头、中央各部委和湖北省人民政府参加组成的防治工作领导小组的技术参谋班子(著者任专家组长),主要任务是向领导小组提出咨询建议,进行技术把关。专家组自1989年4月成立以来,除日常工作外,召开过九次专家组会议,多次深入现场勘察,召开专门会议,审查工作计划,讨论重大技术问题,解决重大技术难关,提出重大技术建议,审查勘察、设计成果,做了大量工作,于1991年9月圆满地完成了任务。
链子崖和黄腊石地质灾害防治工作,不论就其规模、复杂性和难度,在国内外都是少有的。专家组在两年的工作中遇到了许多新的和难度极大的问题,经过反复的讨论,许多问题都取得了一致的认识,向领导小组提出了许多重大建议,有些问题是带有很大的风险的,风险再大也得决策,专家组均作出了向领导小组提出决策性的意见。这一节就是专家组活动中的指导思想、重大和风险问题的决策依据及有关的经验。
1.地质灾害防治是一项地质工程
开展任何一项工作,不管自觉还是不自觉地,都存在有一个指导这项工作的指导思想和观点。链子崖和黄腊石地质灾害防治工作从一开始就有一个明确的指导思想和对这项工作认识的基本观点。这个指导思想和基本观点就是,链子崖和黄腊石两处地质灾害防治是一项地质工程。地质灾害防治工程,从大的方面来说,是一项地质环境治理工程,从小的方面来说,是一项地质体改造工程,简单地说可以称为地质工程。这类工程不是土木工程,不是一般的建筑工程,而是一项地质工程。这项工程的目的是塑造一个安全稳定的新的地质环境,保障人民安居乐业,保障国民经济少受损失和国家经济建设顺利发展。要做到这一点,这项工程的建设必须紧紧地依靠地质,地质灾害勘察成果的水平将决定这项工程的建设水平,也可以说地质是地质工程的基础。这项地质体改造工程,从何处下手来作?要进行地质体改造,必须明确改造目的、改造对象、改造技术,这是非常关键的。如链子崖危岩体挖煤采空是变形产生的主要原因,我们就应该对采空区的应力条件、地质体强度进行改造;对黄腊石滑坡来说,滑坡体内的水是滑动的主要原因,那就应该改造滑坡体的水文地质条件和滑体的受力条件,这就叫做“对症下药”。换一句话说,地质灾害防治的地质体改造工作必须通过认真的勘测工作,查清地质灾害产生的原因、活动机制、灾害体的结构及其稳定条件,然后“对症下药”地给出防治方案,进行技术设计和施工,才能奏效,这是非常关键的一环,一定要明确这一点。
地质工程有其特殊性,特殊就特殊在它是以地质体结构为建筑材料,以地质体结构为建筑结构,以地质环境为赋存条件建筑环境的一项特殊的建筑工程。它不像土木工程已经有几百年的历史,有丰富的经验,有各种各样的规程、规范可做参考;这方面的经验是不多的,即使有了,因为地质体十分复杂,也不能生搬硬套。必须在查清地质体结构、地质灾害产生的原因、机制以及地质灾害体结构的基础上,进行科学的分析,作出防治方案,再根据结构作用功能进行结构设计,方能成功。在这个过程中,必须有地质人员参加,也可以说,应该以地质人员为主来进行更好些。对这种工程来说,设计人员包打天下肯定是要失败的。地质人员最有条件认识地质灾害产生的原因、机制和地质灾害体的结构,最有条件给出科学的防治方案,设计人员一般对地质灾害产生的原因、机制和灾害体的结构不容易搞清楚,给出的防治方案常常与地质实际不符,工程设计人员要想做好这项工作必须紧密地与地质人员合作,这个问题必须引起重视。
2.地质灾害防治的特殊性
地质灾害防治不同于一般的地质工程,它除了具有一般的地质工作的共同特性外,尚有其特殊性。其特殊性在于它是处于孕育成灾过程中,有的刚具有发生变形迹象,有的处于变形发展过程中,有的则处于成灾过程中;有的是初次发生,有的是灾体复活,其类型繁多,成因各异,阶段不同,状态不一。这些特点在链子崖危岩体和黄腊石滑坡中都存在,链子崖危岩体和黄腊石滑坡,这两者也存在很大的不同。链子崖危岩体系处于孕育滑坡过程中的变形阶段,或者说,系处于蠕滑变形阶段,尚未进入加速变形阶段,它也可能变形速率逐渐减小,最后不发生滑动,也可能变形速率逐渐加大,进入加速变形阶段,最后产生崩塌滑坡,形成大规模的地质灾害,造成巨大的经济损失,这在历史上多次重复发生过。黄腊石滑坡系古滑坡复活,在历史上是否重复发生过没有记载,但它是一个滑坡群,互相牵连,问题也十分复杂。
链子崖危岩体变形已经历了几百年的历史,黄腊石滑坡系1983年暴雨后地表开始出现裂缝,以后逐年发展。链子崖危岩体系位于基岩内、黄腊石滑坡系位于松散堆积层中。据现在已掌握的资料分析认为,链子崖危岩体系在挖煤采空区下沉变形诱发下,追踪构造裂隙产生的裂缝,其前缘“五万方”的险兆十分明显;黄腊石滑坡,据已有的资料判断,最可能是沿上滑面滑动,但还存在有一个沿潜伏的下滑动面滑动的可能性。各有各的特点,必须区别对待。
地质灾害防治不是像地基、边坡、隧道建筑那样的地质工程。地基、边坡、隧道建筑是在稳定的地质体上建筑地质工程,工程地质勘察的目的是查清现状的地质体组成成分、地质体结构,以及地质体赋存环境条件和地质体的物理力学性质资料,为地质工程结构设计提供基本资料。而地质灾害防治工程是对不稳定的地质体进行改造,变不稳定的地质体为稳定的地质体。这就提出,地质灾害勘察工作目的是查清地质灾害产生的原因、运动机制、稳定状况及地质灾害体的结构和水文地质、工程地质条件,为地质灾害防治提供基础资料。
地质灾害防治与一般的地质工程不同之处,在于它的研究工作内容是,通过地质体改造防治已经产生的或将要产生的地质灾害,这项工作中最重要的是查清地质灾害产生原因、运动机制、灾害体的结构及稳定性条件,这是制定正确的防治方案和取得防治效果的关键所在。在证论过程中对链子崖危岩体变形原因是有很大争论的,有的认为是剥蚀卸荷,地应力调整引起的;有的认为是崖脚强度不足产生倾倒变形;有的认为是挖煤采空区卸荷引起地面下沉造成的,等等。不同的产生原因就有不同的防治方案,如认为是崖边卸荷产生的,就提出了锚固为主的防治方案;认为是采空区引起的,则提出了承重抗滑键为主的防治方案。对此进行了反复论证,比较一致的意见是地下采空区是链子崖危岩体变形的主要原因,崖边卸荷是附加因素。据此,最后制定了承重抗滑键为主和崖边锚固为辅的综合治理方案。这就是有的放矢的原则。
防治决策必须考虑致灾可能性,成灾的经济损失和防治效益。上面论述了链子崖危岩体和黄腊石滑坡防治是一项地质工程,还应该承认链子崖危岩体和黄腊石滑坡防治是一项防灾工程,这也是地质灾害防治的特殊性,它不是一般的地质工程,而是一项防灾工程。防灾工程就有一个该防不该防的问题,该防不该防的标准是什么?主要是经济效益,即投资和收益的关系问题。一般认为灾害防治的效益可以取得1∶10,著者认为地质灾害防治的效益可以达到1∶20以上,据此著者认为根据我国目前经济实力,我国地质灾害该防不该防的投资和收益的比值界限定为1∶20为宜。根据这一指标,我们来看看链子崖危岩体和黄腊石滑坡该不该防治?在立项申请报告时著者曾估算过链子崖危岩体如果不防治,如果仅前缘“五万方”产生崩塌,不会造成堵江、碍航和断航灾害,没有必要进行防治;如果250万立方米变形体产生盐池河式崩塌破坏,崩塌体一旦入江将可能造成堵江、碍航,甚至出现断航的危险,如果产生这种情况,可能造成的经济损失约为50~60亿元人民币,如果进行防治,防治投资约为1亿元人民币左右,防治效益大约为1∶50~1∶60左右,显然是应该进行防治的,这是链子崖危岩体立项防治的主要依据。黄腊石滑坡防治的效益也是很大的,尤其是对保护巴东县城免于滑坡发生时产生的涌浪袭击具有重大意义。上述表明,除了经济因素外,社会意义也很重要,这两处地质灾害如果不防治,一旦发生灾害,将对人民生存和生活产生巨大的影响,甚至有可能引起社会动乱。显然,进行防治是完全应该的,合理的,这就是该不该防治的决策依据,在地质灾害防治时必须掌握这些特殊性。
3.不确定性问题的决策
一般来说,地质体是复杂的,地质灾害勘察和测试结果或多或少都存在有一些不确定性成分,这些不确定性成分有的是随机性的,有的是定向性的。随机性的可以采用数理统计分析方法作出判断;定向性的原则上不能简单地用数理统计分析的方法进行判断。不论情况如何,在利用这些资料时,不能就事论事,而应该进行综合分析,权衡利弊地进行。为此,就需要选择一种相应的方法进行判断,专家经验评判法或者称为德尔菲法就是适合的方法,在链子崖和黄腊石地质灾害防治方案论证中就利用了这种方法。这里存在一个影响程度大小问题,有的是对防治方案具有控制作用,有的是对技术设计有影响的。显然,对防治方案具有控制作用的权比对技术设计具有影响作用的权要大得多。这就是说,防治方案正确与否是防治工作成败的关键。因此,对防治方案具有控制作用的不确定性的地质因素的判断决策尤为重要,必须认真对待,绝不能凭想像简单从事。在链子崖和黄腊石地质灾害防治方案论证中各存在一个对防治方案具有控制作用,争议较大的问题,即链子崖危岩体是否存在整体滑动可能性和黄腊石滑坡是否存在深层滑动可能性问题,我们在解决这个问题中采用的判断决策方法是专家经验判断法,即德尔菲法。
黄腊石滑坡是否存在深层滑动问题比较易于解决,黄腊石滑坡在地质勘探中发现在松散滑坡体滑动面下面的基岩内还存在有一个断续分布的破裂面。有的专家认为这个面是构造成因的;有的专家认为这个破裂面是上部滑动的影响带;有的专家认为黄腊石滑坡复活有可能沿着这个面滑动;有的专家认为不可能沿着这个面滑动,但大多数专家认为近期不会沿着这个面滑动,在地下水长期作用下,破裂带物质软化,沿着这个面滑动的可能性还是存在的,监测资料亦有迹象表明,目前黄腊石滑坡活动系沿着浅层滑动面滑动。另一方面,考虑到长江三峡工程在不久的将来即将建成,三峡水库蓄水后水深和水面都将大大增大,黄腊石滑坡即使沿着深层破裂面滑动入江,也不会造成重大的地质灾害。据此,长江三峡链子崖、黄腊石地质灾害防治可行性研究阶段,专家组根据多数专家的意见,作出的结论是:黄腊石滑坡防治主要考虑浅层滑动面,在防治中不要扰动深层破裂带(包括防止地下水渗入)。
链子崖危岩体能否产生整体滑动问题争议比较大,多次召开专家组和专家组扩大会议进行论证。长江三峡链子崖、黄腊石地质灾害防治可行性研究阶段,专家组根据多数专家的意见作出的结论是:“危岩体山体开裂变形有多方面因素,其中以挖煤采空占重要地位。T8~T12缝段危岩体的变形破坏方式,预测以崩塌为主,但不能排除在特殊不利的情况下发生较大规模滑移(即整体滑动)的可能性,防治原则应当是既防崩又防滑,……”其根据有如下几点:
(1)T8~T12缝段后缘已经形成弧形拉裂缝;
(2)变形监测结果T8、T9及“五万立方米”地段变形量和变形速率大体相近;
(3)1988年安装监测点时工人听到在T8缝附近地下产生岩体破裂声,且闻到上溢的硫化氢气体;
(4)近年来,1#洞内渗水量增多,地表黄泥通过T8、T9淋滤带到1#洞内,证明T8和T9缝已与地下的1#洞连通;
(5)1#洞顶板及衬砌出现纵张裂缝;
(6)1#洞内观测到的顶板下沉变形与采空区范围相当;
(7)T8~T12包围的危岩体内部已经存在着缺陷(微破裂面),岩体已经受到损伤,在外界因素作用下,损伤会不断扩大,岩体强度将逐渐降低;
(8)中国科学院地质研究所三维有限元应力分析结果表明,采空区外到临空岩壁间的未采掘的煤体宽度如果大于120m时将不产生塑性化,如果小于70m时,则未开采部分煤体将产生塑性化,即出现流动变形现象,一旦进入加速流变阶段,即将导致产生大规模破坏。
(9)1#洞内变形监测结果表明,1991年以来,变形速率有加剧的迹象,这一现象必须引起高度重视。
(10)另据秭归县志记载:长江三峡链子崖崩塌存在有380~400年的周期,而链子崖危岩体目前也正处于此周期当中。
上述表明,T8~T12缝段产生大规模破坏的可能性是存在的,问题还在于产生大规模滑动破坏后能否成灾,灾害损失有多大。在三峡工程未建成前,产生大规模破坏时,产生碍航或断航的可能性是完全存在,造成的损失是十分巨大的。三峡水库蓄水后,如果产生大规模破坏时问题会怎么样?这也是必须认真考虑的。我们所指的大规模破坏或整个滑动系指250万立方米规模的崩塌,这是立项防治的主要对象。三峡水库的最高水位为175m,正常蓄水位为150m,枯水季节的低水位130m,河床标高约30m,且兵书宝剑峡峡谷出口处河谷狭窄。假设崩塌体入江后堆积坡角为40°,水库蓄水后流速很小,带走量很少。250万立方米危岩体如果产生类似于盐池河形式崩塌,假设崩塌体松胀系数为1.3,则松散堆积体积为325万立方米,如果崩塌入江,在河床堆积高度可能超过130~140m,三峡水库蓄水后,造成碍航,甚至断航的可能性依然存在,即大规模成灾的可能性依然存在。因此,在链子崖危岩体防治中必须考虑整体滑动的可能性,这就是长江三峡链子崖、黄腊石地质灾害防治可行性研究阶段专家组作出“链子崖危岩体整治不能排除整体滑动可能性”,且防治的主要对象为250万立方米的依据。
上述表明,在地质灾害防治工作中,对不确定性问题决策时,除应充分考虑地质现象外,还必须认真考虑成灾可能性及可能造成的损失状况,这是非常重要的,这也是地质灾害防治的特殊性所在。
4.防治技术适宜性问题
防治目标和防治方案确定以后,防治技术选择和设计将是防治效果和防治工程成败的关键。
危岩体和滑坡防治主要原理是改变危岩体和滑坡体内的应力状态和保持其强度,从理论上讲,常用的技术原理为削头、压脚、排水。从具体技术措施来讲,常用的有卸荷、支挡、锚固、地表排水、地下疏干等。这些技术使用得当,会收到很好的效果;如果使用不当,将会出现事与愿违的后果。在链子崖危岩体防治方案论证中,曾遇这样的问题:为了防止煤层采空区顶板继续下沉和煤层下沉引起链子崖危岩体整体滑动,在采空区设置承重抗滑键。承重的作用在于防止顶板继续下沉,导致残留煤柱继续破坏和强度继续降低;抗滑的作用在于防止残留煤柱破坏导致抗剪强度降低,引起链子岩危岩体整体滑动。这是链子崖危岩体防治方案中的一个重要组成部分,是一个正确的防治方案。但在设计中采取了承重抗滑键布置方向与原采煤巷道方向直交,这就是说,施工时将要把巷道洞间的煤柱(壁)再挖掉一部分,这样将使残留的煤柱面积进一步减小,使采空区残留煤柱的承重能力降低,有可能在施工过程中出现加速破坏的可能性,显然,这一技术设计选择是大有问题的。另一个例子是黄腊石滑坡防治方案中地面排水工程问题。黄腊石滑坡复活主要原因是大气降水渗入滑坡体内,导致地下水位升高,滑坡体重量增大,孔隙水压力增高,滑坡体失稳。很明显,解决黄腊石滑坡复活的主要技术,是采用排水为主,具体地说就是采取地表排水和地下疏干相结合的技术。有一种设想是,只做地表排水就行了,这里同样存在一个技术原理问题,地表排水的作用主要是排出大气降水在地表形成的地面径流。因此,在地表排水设计中必须包括地表整平,消除地面坑洼积水或设置支沟将洼地积水引出,防止或尽量减少大气降水向滑坡体内入渗,而入渗的水量远远小于滑坡体疏干排水的能力,这是有效的,可是在大气降水在地表形不成地表径流的情况下,地表排水就无效了。这时如果大气降水入渗量小于滑坡体的排水能力,也不至于引起地下水位上长,也不会有问题;如果大气降水入渗量大于滑坡体的排水能力,将会引起地下水位上升,滑坡体重量增大,孔隙水压力增高,也有导致滑坡复活的可能。因此,在选用地表排水为主的情况下,还必须配合采用地下疏干措施,在极为重要的地段还应该校核是否需要增加锚固措施,不能简单地把地表排水看成是万能的。上述表明,在进行危岩体和滑坡体防治技术选择中必须认真考虑各项防治技术的原理、适用范围、经济造价和施工难度,不能简单地拿来就用。
5.孕灾体稳定性评价问题
这是地质灾害防治中的重要问题之一,它是该防治和不该防治决策的重要依据之一。如果孕灾体是稳定的或趋向于稳定的,那就没有必要投资进行防治;如果是不稳定的,防治效益大于1∶20,那就有必要投资进行防治。如何评价孕灾体的稳定性?目前常用的方法是采用数理分析,有的采用确定性模型进行数学力学计算,有的采用不确定性模型进行概率分析。这种分析中存在着一个很大的不确定性问题,就是分析计算中的模型选择和参数取值。模型选择牵扯到地质灾害成因、机制和孕灾体的结构,这个问题必须在详细的地质研究基础上,加上经验判断给出。如何根据已取得的资料给出合理的分析计算模型,这里存在着很大的不确定性问题,在解决这个问题上经验是很重要的。例如链子崖危岩体的稳定性,许多人进行过计算分析,计算结果求得的安全系数有的高达3.7,有的达1.7,都是稳定的。实际上变形监测结果是,链子崖危岩体的变形与日俱增,不断地在发展,这表明计算结果是不符合实际的。其原因除了力学模型选择中存在着不确定因素外,还有一个重要因素,即参数选择问题,选用的参数多数来自于试验,部分地来自于经验。试验值的分散性是很大的,也就是说,取值中的不确定性是很大的;经验也存在着很大不确定性,这与一个人的工作实践经历有很大的关系,经验丰富的人给出的参数值可靠性就高一些,经验欠缺的人给出的参数值的可靠性就差一些。以参数c、φ值为例,给高一些,计算结果得到的稳定性系数就高一些;如果给低一些,计算得出的稳定性系数就低一些,究竟哪个对?很难说。显然,这个方法中的不确定性是很大的,用这个结果作依据决策该不该防治的理由是不充分的;用这个结果进行防治工程结构设计,是带有很大的危险性的。这不能作为科学的决策依据,那么这个问题该怎么解决?著者认为最最重要的,也是最科学的方法是地质分析方法。
地质分析的依据是什么?主要依据有两个方面的资料,一个是灾害体的外观形态特征,或者称为地貌特征;另一个是变形监测资料。这两者结合起来是最最科学的,最可靠的,仅仅形态特征资料有时也不一定靠得住。如山坡上出现一条裂缝,就说是滑坡引起的,实际上不一定,引起山坡产生变形的原因可以有很多,不一定都是滑坡。又如,山坡上常出现有马刀树,这也不一定就是滑坡,暴风也可以将树吹歪,然后再长直,而形成马刀形。外观形态特征分析绝不能简单地采用一、两个现象为依据,必须收集多方面资料进行综合判断,变形监测结果也是一样,其中也存在意外情况,在采用这方面资料之前必须剔除意外资料,否则,其结果也是靠不住的。在地质分析中,不管是外观形态特征资料也好,监测资料也好,必须认真地进行分析,首先要去伪存真,然后再进行去粗取精,这样才能得到科学的结论,这是非常重要的。
在稳定性判断中还有一个方面的资料应该充分利用,这就是历史资料。地质灾害的发生发展常常具有周期性的规律,地质灾害发生发展也存在着高低、急缓、起伏的过程,它和其他方面的自然作用一样,具有作用活动的周期性。如大气降水,有丰水年和枯水年。与丰水年相应地,则地质灾害发展就活跃;与枯水年相应地,地质灾害发展就减缓,甚至暂时休止,在这个时期变形监测结果可能是没有活动迹象,这一点是非常重要的。前面谈到过,秭归县志记载表明,长江三峡链子崖崩塌就有380~400年的周期,而从自然灾害发展规律来说,目前正处于自然灾害活跃时期。因此,链子崖危岩体变形近一个时期也比较明显,监测结果表明,变形也一直在发展;而链子崖崩塌现在也正处于380~400年的周期当中,我们在评价链子崖危岩体稳定性时充分考虑了这些因素,最后才作出链子崖危岩体必须进行防治的结论。上述结果表明,地质灾害稳定性评价必须充分采用地质分析和数理分析两个方面的方法进行,而其中最重要的是地质分析。地质分析中又可分为:地质地貌特征分析、变形监测分析和历史分析等三个方面。地质灾害稳定性评价必须采用地质地貌特征分析、变形监测分析、历史分析、数理分析和综合分析的办法才能得到可靠的结果。
6.安全系数选择问题
安全系数取值几乎可以说贯穿于整个地质灾害防治过程中。在判断地质灾害体是否稳定时,要采用安全系数;评价防治工程的可靠度要用安全系数表征;在结构设计时,进行作用力取值要采用安全系数;结构材料与构件强度取值要用安全系数,在施工工艺可靠性方面也要采用安全系数。这么多安全系数怎么取用?在这个问题上有时有些混乱。在链子崖和黄腊石地质灾害防治工作中由于各位专家采用的概念或所阐述的对象不同,在讨论中涉及安全系数时常常各持己见,这也是地质灾害防治与其他地质工程建筑的一个不同之处,在这里,著者再谈谈这个问题。
在判断地质灾害体是否稳定时科学的评价指标是稳定性系数η,但有一些工程设计人员常常也用安全系数来表述,这也是无可非议的。安全系数除包含有稳定性因素外,还包含很多环境因素和社会因素,对地质灾害评价来说,还是用稳定性系数表示为好。稳定性系数取值也存在着很大的不确定性,上面曾谈到链子崖危岩体不少人对其稳定性系数进行过分析,得到的结果相差很大,其原因在于两方面:一是计算模型选择上;另一方面在于力学参数选取上,这两方面都存在有不确定性。由此决定着在评价地质灾害体稳定性时,稳定性系数指标取值就受这两方面因素的控制。稳定性系数取值大小主要决定于计算模型选择的可靠性和力学参数取值的可靠性上,这两方面取值的可靠性,很大程度上决定于进行取值的专家的科学技术水平,也可以说是经验水平。一般来说,比较有经验的专家也只能有80%~90%的把握,即各自的可靠度最低也不能低于1.1~1.2。
地质灾害的稳定性系数应该是力学模型的可靠度与力学参数的可靠度的乘积,由此看来,科学的稳定性系数η应该是1.1×1.1~1.2×1.2,即为1.21~1.44,不应该低于此值,具体取值时还要考虑防治工程的重要性和取值人的实践经验水平。
在评价防治工程的可靠度时用安全系数K表示是正确的。一般来说,这个安全系数K系由三个部分组成,即作用力取值安全系数K1,材料与构件强度取值安全系数K2及施工工艺安全系数K3组成,即K=K1×K2×K3。其中作用力安全系数K1影响因素与稳定性系数η相当,即可在1.21~1.44之间取值。材料与构件强度取值安全系数K2与材料和构件使用方法关系极大,如材料为单一的钢材,安全系数可取1.05~1.1;钢筋混凝土构件安全系数可取1.50~1.65;混凝土结构构件安全系数可在1.6~2.5之间取值。地质灾害防治中所采用的构件和材料一般多为钢筋混凝土构件,故安全系数一般取在1.5~1.65之间。施工工艺安全系数与施工方法技术水平有很大关系,这个系数是很难琢磨的,大体上在1.2~1.5之间。由此决定,防治工程安全系数K变化于1.21×1.5×1.2=2.2至1.44×1.65×1.5=3.65之间。链子崖危岩体防治可行性论证中作用力的安全系数选用中参照了各种规程规范和工程实例,选用值为1.35,这是比较合适的,其地方面的安全系数将在初步设计中进一步论证。
安全系数是极为复杂的,影响因素是变化多端的,不仅受地质因素影响,结构材料因素影响,施工工艺影响,还有环境因素影响。环境影响因素绝不可忽视,其中最主要的则为地下水的水质和大气化学成分及温度的影响,对这些因素的影响必须进行科学的论证。安全系数取低了,防治的安全度不足而蕴藏着隐患;安全系数取高了,造价太高,则又可能蕴藏着浪费,这个问题必须认真论证。
在结束本章论述时,简要归纳一下,在地质灾害防治设计中必须遵守的基本观点,这些基本观点有:
地质灾害是威胁人类生活和生存,造成资源和财产损失的地质事件。地质灾害防治是一项地质工程,它又与一般的土木工程和地质工程不同,它具有很大的特殊性。其特殊性在于地质灾害防治工程是通过地质改造手段将已经产生破坏或即将产生破坏的不稳定性的地质灾害体进行改造,达到稳定的和安全的地质环境,保障人类生存和美好的生活,简单地说是一项防灾工程。具体地来讲,地质灾害防治对象是已经产生破坏和即将产生破坏而处于不稳定的地质体,对其进行防治工作中最最重要的是必须查清地质灾害产生的原因,活动机制和灾害体的结构。在此基础上才能作出正确的防治方案和防治工程结构设计,地质灾害防治必须与经济效益挂钩,这是决策该不该立项防治的关键,也是防治投资额度决策的依据。一般来说,根据我国目前经济实力,防治投资效益取1∶20作为立项防治依据为宜,稳定性分析和安全系数选取是地质灾害防治中的两个重要技术问题。稳定性分析必须以地质分析为基础,参照数理分析,历史分析进行综合判断。安全系数选取必须全面地分析地质的、结构的、施工工艺、环境条件、社会效益等方面的因素综合分析选定。地质灾害防治是一项巨型的系统工程,必须认真对待,只准成功,不能失败,一旦失败,其后果是极为严重的。