地质灾害控制理论
㈠ 地质灾害防治工程中的基本理论和几个主要技术
首先,要明来确地质工程的自基本理论问题是什么。著者认为,地质工程的基本理论是地质控制论。防治地质灾害或对地质体失稳防治的认识有两种观点:①荷载支护体系观点;②地质体改造观点。而地质体改造观点是十分重要的一种观点,它的基础理论就是地质控制论,它科学地提出防治地质体失稳的技术措施。地质体改造是地质工程理论的基本组成部分,地质体组成成分、地质体结构及地质环境条件则形成力的平衡。上述三者之一遭到破坏时,便可能产生失稳,对此可以通过改变其组成成分、结构、地质体赋存环境条件达到新的稳定状态。
地质工程工作中常用的地质技术,可概括为以下6个方面:①钻探技术;②物探技术:CT、电磁波层析、地质雷达等;③测试技术:综合测孔、流变试验、刚性压机等;④监测技术:遥测、遥控、立体监测等;⑤地质体改造技术:灌浆、锚固、支挡工程等;⑥计算机技术:数值分析、仿真模拟、反分析、自动化控制等。
㈡ 地质灾害防治工程的经济学原理
一、地质灾害防治活动的产品
在人类的物质资料生产过程中,劳动首先是人与自然之间的过程,是人以自身的活动来引起、调整和控制人与自然之间的物质变换过程。地质灾害防治活动,包括预测地质灾害发生的可能性,兴工动料构筑减灾工程都是引起、调整和控制人与自然之间的物质变换过程。
在地质灾害的定义中,人类的生命和财产遭受了危害,生产和生活活动受到了阻滞,资源和环境受到了破坏,这时成灾区范围内人类的生命、财产、生产及生活活动、资源和环境称为承灾体。地质灾害防治活动是以提供承灾体安全为产品的经济活动。我们把通过地质灾害防治活动提供的承灾体安全称为安全品。
地质灾害防治活动产出的是安全品,安全品的价值不是在市场竞争中通过价格得以实现。假设决定对某一泥石流易发区进行勘查,即决定投入资金进行勘查。经过招投标竞争,甲企业以100万元勘查工程价款中标。经勘查得出结论,年内有暴雨,且暴雨必定引发特大型泥石流。承灾体为一座工厂,其全部财产,重置价1000万元,20户居民,其全部财产200万元,该区再无其他财产。经科学分析,若无防灾工程,也不迁移,则暴发泥石流时,居民财产百分之百被毁,即200万元;企业财产50%受损,即500万元。若迁移居民和企业,需耗费500万元,若兴建防御工程,至少需2000万元,我们选择转移居民和企业财产的做法。假定甲企业得出的结论和损失分析是正确的,那么,减灾工程的经济效益是(200×100%+1000×50%-500-100)÷(500+100)=16.66%,安全品的价值实现了700万元。也就是说,如果不投入资金进行减灾活动,承灾体的损失将是700万元,而减灾活动的结果是使承灾体获得了安全,支出的是500万元迁移费用和投入的100万元勘查费用。以绝对数表示的经济效益是100万元。在这个例子中,如果承灾体不是一个工厂、20户居民的财产,而是一个城区的500户居民,10个工厂,一所学校,其价值分别是5000万元、10000万元和300万元,而迁移费用2000万元,泥石流毁损各工厂和居民财产的百分比不变,毁损学校财产的价值为三分之二。此外,灾后治理发生的费用也是灾害发生的损失,设为210万元。那么,我们选择兴建防御工程,这时按已有的经济效益定义,投资的经济效益是(5000+5000+200+210-2000-100)÷(2000+100)=386.19%。即不投资进行减灾活动,承灾体的损失是10410万元,投资防御后承灾体获得安全,这个安全是以2100万元的投入换来的,安全品实现的价值是10410万元,其净效益为10410-2100=8310万元。由此可以看到,安全品的价值就是承灾体在受到地质动力作用时最大可能损失的价值;安全品的价值,不论是转移了承灾体还是通过防治工程使灾害体消失了危害之势,只要承灾体获得了安全,安全品的价值就实现了。
二、安全品生产活动的特殊性
(一)产品用途的单一性
地质灾害防治活动的劳动对象是客观地质体。人们根据已有的认识,对客观地质体进行勘查,当然首先是可能成灾的区域,尤其是成灾严重的区域。为了保证承灾体的安全,经过论证,对于极易成灾,且一旦成灾,则灾度很高的点要兴工动料建造防御工程,改变地质体应力状态。就过程而言,对客观地质体的认识是勘查过程,这与地质勘查一样。正是这一点决定了地质灾害勘查企业多来自于地质勘查行业。对于兴建工程,地质体改变应力状态这一阶段又类似于建筑业,兴工动料,生产单件性产品。虽然少数减灾工程除了具有减灾功能外,还可以结合具体条件综合开发其他产品,但我们的目的是防止地质灾害发生,遇有这种情况可以分开评估。
(二)安全品是一种公共物品
承灾体是宽泛的概念,我们不能排除防治区域内任何人及其所有物从地质灾害防治中获得安全,也不会因为区域内多有一个人及其所有物而使另外人及其所有物的安全受到威胁。因此,地质灾害防治活动的产品具有公共物品的属性。安全品的公共性决定了由自然因素引发的地质灾害防治活动的出资人必为政府,包括中央政府和地方政府。
(三)安全品生产活动中资金运动的特殊性
工业的资金,从用货币在市场上购进生产要素开始,经过生产过程生产出产品,再用产品从市场交换回货币资金,这样一个过程又一个过程循环运动。其中一个环节受阻,整个资金运动就会停止。事实上,地质灾害防治活动也要接续不断地完成这4个环节,防治活动才能不断地进行下去。我们来分析资金运动过程的特殊性。
1.决定生产过程是否进行的是业主
从事地质灾害防治活动的企业,用货币资金从市场上购进生产要素,获得具有专业知识的劳动力和劳动手段,为勘查活动做准备,这一环节与工业企业没有差别。完成生产准备之后,资金进入生产过程。劳动力与劳动资料结合作用于劳动对象,对客观地质体可能发生地质动力现象的情况获得认识。一般要做出三种选择,一是成灾可能性很小,即使成灾灾害损失很小,不必采取预防措施;二是成灾可能性较大,灾害损失也较大,但种种原因使得兴建工程,改变客观地质体的应力状态并不经济,这时可选择转移承灾体;三是必须兴建防灾工程。做出决定之前,需要进行方案比选的效益分析。做完选择并实施后,生产过程就结束了,资金进入了产成品状态,这一环节与工业企业也没有差别。但在生产过程进行之前,生产要素进入企业之后,与工业企业不同,劳动对象不像工业企业那样,购进材料加工处理,购进什么材料,从哪里购都由企业自己决定。地质灾害防治企业对自然地质动力现象进行勘查之前,要通过国家有关部门的认可才能进行。这是资金运动过程中与工业企业的资金运动在空间位置确定上的差异,是地质灾害防治活动特有的经济关系的反映。
2.产成品没有实物形态
工业企业的生产过程结束,产成品有时要在企业留滞一段时间。产成品一般是实物形态。地质灾害防治活动企业产出的安全品不会在企业留滞,没有实物形态,具有信息产品的特征。
3.“惊险的一跃”在生产过程进行之前
工业企业的产成品要在市场出售换回货币资金。这一环节完成,资金就完成了一个循环,一个产品的物质生产过程也就完成。这一阶段是价值实现阶段,这是一个十分重要的环节,马克思说这是“惊险的一跃”。产品是否适应市场需要,产品的质量性能,产品个别劳动与社会平均劳动的差别,都要在这一环节上表现出来。如果产品不是社会所需要的产品,那么就卖不出去,产成品就完不成“惊险的一跃”。如果产品的质量、性能不高,那么买者就不愿买,或低价卖或销售不畅,完成“惊险的一跃”就很困难。产品的价格要以市场上的价格表现出来。售价与成本之差是产品生产者的利税,如果售价高于成本,那么产成品转化为货币资金,也就大于投入的生产要素成本,否则转化的货币资金或等于或小于投入的生产要素成本,企业就没有利润。地质灾害防治活动企业的产成品是安全品,一经生产出来,立即就被承灾体的所有者或占有者、使用者直接享用,看不到直接的惊险一跃过程,没有产成品直接转化为货币资金的过程,即不是用产成品直接在市场上交换成货币。但是地质灾害防治活动要继续下一生产过程就必须获得货币资金的补充,谁来补充?这一问题涉及地质灾害防治活动特有的经济关系:自然地质灾害应由政府投入货币资金,人类直接诱发地质灾害应由诱发者投入资金。尽管地质灾害防治活动的产成品没有直接的“惊险的一跃”过程,但仍有产品质量和个别成本与社会成本的差别问题存在。显然,对地质动力现象的产生、发展和变化认识结论常与实际不符,则必失信于人,企业要在“惊险一跃”中摔伤。如果减灾投入比承灾体的损失还大,那么减灾企业的继续存在就没有意义,“惊险一跃”之后也就难以再获得出资人的投资了。然而,对于出资人来说,从事地质灾害防治活动的企业对地质动力现象的产生、发展和变化认识结论与实际相符的程度却是投资产生效益的关键之一。因而从事地质灾害防治活动的企业的“惊险一跃”不在产品生产出来之后,而在资金投入之前。信誉程度、企业等级是地质灾害防治效益的分析指标。
4.社会财富总量即时不增
在市场经济中,一般经济活动在“看不见的手”的指挥下,自觉不自觉地从自然界获取物质和能量,增加社会财富。而地质灾害防治活动是动用已经获得的社会物质财富防止更大量的已经形成的社会物质财富损失,其基本出发点和归宿是如何减少灾害给社会经济和资源带来的破坏与损害。这个特性说明,除非结合其他以经营为目的的工程或间接影响,一般的,地质灾害减灾工程没有资金回流量,投入资金的成本都会被安全品的价值即时抵消。
三、地质灾害防治工程经济效益的再定义
按经济效益的通常定义,地质灾害防治工程经济效益常被理解为投资者投入资源,地质灾害防治企业生产出安全品的可能损失与投资者投入的资金之比。假定这样理解准确无误,那么表述方式可以多样,可以用绝对数的方式表达为可能损失减去投入资金的差额,也可以用资金利税率、产值利税率的方式表达为相对数。为便于与其他行业比较,采用资金利税率的形式最好。至于地质灾害防治企业本身的经济效益,同建筑企业相似,是减灾投入经济效益之外的另一回事,但减灾企业是实现减灾经济效益的载体。像假定的例子一样,针对特定的灾害地点防治投入的效益是单个投资项目的效益。评价单项投资的效益,重要的是找到两个数值,一是如果发生灾害,承灾体的最大可能价值损失有多大,二是项目的投资。有了这两个指标,单项投资的效益就可以评价了。
但是,按经济效益通常的定义,投入是对生产产品的投入,产出是生产活动的直接结果,而在上面的理解中,投入没有疑问,可是产出就有问题了。安全品的价值独立于地质灾害防治活动过程之外,并且在地质灾害防治活动之前就已经存在了,因此在理论上说不通,这种理解还存在偏差。
补偿定理及其推论从整体着眼使得资源配置更优,已经不再局限于具体的生产过程,而是对比决策的社会净收益,而且个体资源配置优劣必须以整体资源配置优劣为前提。所以,可以依据补偿定理及其推论,把经济效益定义的内涵和外延扩大。我们把不进行投入,也没有产出的决策称为不作为决策或零决策。至此,我们可以把经济效益定义为:相对于零决策的决策产生的社会净收益。如果定义为相对于零决策的决策产生的社会净收益和资源投入的和与资源投入的比也一样,只是表述方式不同,在我们的评价模型中还是采用资金利税率的形式。显然,这样的定义包含了通常的经济效益定义。
这样定义的经济效益给出了经济效益评价的方法。获益者可以补偿损失者,即使实际补偿没有发生。净效益最大,也就是收益与总费用之差最大,或总收益与总费用之比最大。由此可见,上面朴素理解的经济效益定义,虽然理论上有偏差,但计算式仍然正确。用补偿定理推论来表述地质灾害防治工程经济效益十分顺畅。就单个地质灾害防治工程来说,把投入资源看成一种损失,没有资源投入时的损失为可能损失X1,有资源投入时的损失为投入的资源X2,两种政策下效益的最低水平为X1-X2≥r(r是在评价区域内与等量资金可以获得的平均利税额),或(X1-X2)/X2≥R(R是评价区域内的年平均资金利税率)。
四、地质灾害防治工程的区域经济效益
补偿定理及其推论,不仅为定义经济效益提供理论基础,而且也为我们提供了评价区域地质灾害防治工程经济效益的简单易行办法。如果把可能损失按大小排队,再把减灾投入相应的列出来,那么每一个项目都有一个经济效益。现按经济效益从大到小依次排队,当经济效益小到等于其他行业资源投入的平均的资金利率时,大于或等于这个经济效益水平以上所有项目所需资源投入之和,即为当期政府应投入的资源数量。政府投入这样的资源量在宏观上能够接近实现帕累托效率。这就是说,防治地质灾害投入资源的边际利税和是递减的,当边际利税和等于其他产业的平均边际利税和时,能够接近于帕累托效率。
由此可以看到,虽然整体投资是由单项投资构成的,但还不能简单相加求得整体经济效益。此外,从地质灾害防治企业资金运动过程的分析中可以看到,减灾活动是否进行是由投资者决定的。按照有关的法律,责任人造成的地质灾害损失要由责任人赔偿,灾后要由责任人治理。自然地质灾害的防治要由政府投资。为了查清哪里易发地质灾害,易发程度如何,政府要组织人财物力进行地质灾害调查评价,圈定不同地质灾害危险等级的区域,其间发生的一切费用都构成政府防治地质灾害的投入。对于有地质灾害发生危险的区域,政府还要预防监测,预防监测发生的费用也是政府防治地质灾害的投入。我们把上述两项费用统称为地质灾害防治活动的基础投入。严格地说,政府有关地质灾害日常管理费用也属于基础投入,但是,考虑这部分费用不便于与其他财政支出分开,就不列入基础投入了。政府的基础投入加上专项投入是政府对于自然因素导致的地质灾害防治的全部投入。基础投入是地质灾害防治区域经济效益的构成因子,但却不是单个地质灾害防治工程经济效益的直接构成因子。
㈢ 全国地质灾害科技规划的指导思想与目标
10.3.1 指导思想
按照“有所为,有所不为”的方针,地质灾害防治技术的发展应力争在地质灾害防治工作的主要领域实现技术跨越,为地质灾害的调查、监测预警、治理和应急反应的现代化提供理论、技术和方法支撑。
10.3.2 基本原则
(1)突出国家目标,为地质灾害防治管理职能服务
围绕建设小康社会的发展目标,要解决我国地质灾害防治工作中的重大科学技术问题,为国家的地质灾害防治管理提供高效服务。
(2)加强学科交叉与融合、技术集成与整合,实现技术跨越发展
充分发挥全社会和各系统科技力量的作用,联合攻关,加强学科交叉与融合、技术集成与整合,发挥已有优势和积累,实现技术的跨越发展。
(3)统筹兼顾,突出重点,量力而行
统筹考虑地质灾害的调查、监测预警、治理、应急反应和防治管理对地质灾害防治技术的要求,在关键问题上重点突破,提高科技支撑能力。
(4)国家和地方相结合,推进科技成果的应用和转化
各级国土资源部门和科研院所要密切配合,协同攻关,并鼓励将先进的技术与方法理论运用到地质灾害防治工作实践中。
(5)科技项目实施要和基地建设、人才培养相结合
科技项目的完成,要与科技人才培养和基地建设相结合,努力造就一支德才兼备、结构合理的科技队伍,建设一批具有解决关键技术能力的创新基地。
(6)坚持扩大开发、自主开发与引进相结合
按照“以我为主、为我所用”的原则,扩大对外开放,全方位开展国际交流与合作,充分借鉴和吸收先进的科学技术,不断提高自主创新能力。
10.3.3 目标
(1)总体目标
建立反映我国地质灾害发育特点的地质灾害形成机理的理论,以3S系统为支撑的地质灾害调查、监测预报关键技术平台,建立完善的地质灾害防治标准体系,全面提升地质灾害调查、监测、预警预报、治理与防治决策的技术水平,形成比较完善的地质灾害防治技术支撑体系,为有效控制人为地质灾害、减轻地质灾害造成的生命财产损失、实现人与地质环境的协调共处提供坚强支撑。
(2)阶段目标
到2010年,力争在地质灾害防治工作的主要领域实现技术的跨越式发展,在地质灾害监测预报的基本理论和关键技术方面有所突破,提高地质灾害预警预报的准确率和技术水平。初步形成特色显著,优势明显,系统配套,能够满足新形势下地质灾害防治工作高效率、高水平、高精度的地质灾害防治技术支撑体系,使地质灾害防治的总体技术得到全面提升,在一些关键技术方面达到或接近发达国家的先进水平,显著提高地质灾害防治研究在国家社会生活与经济建设中的效率和作用。
到2020年,进一步全面提升地质灾害调查、监测、预警预报、治理与防治决策的技术水平,在地质灾害防治技术方面整体达到或接近发达国家的先进水平,形成比较完善的地质灾害防治技术体系,显著提高地质灾害防治领域高新技术含量;显著提高突发性地质灾害预测预报准确率;进一步提高地质灾害防治研究在国家社会生活与经济建设中的效率和作用。
㈣ 地质灾害研究新进展
我国地质灾害研究工作一直是围绕着重大工程和重大建设需要而展开的,并且直到解放后才得以迅速发展。50~60年代,重点开展了西南及西北交通干线和三峡等水利枢纽的地质灾害调查(重点崩滑流),以及上海地面沉降的勘察工作。70年代,上海地面沉降研究在预测和防治方面取得突破性进展,树立了我国地面沉降控制规范。进入80年代以来,我国地质灾害研究得到了空前的发展,并逐步开展了重点地区的地质灾害调查工作,编制了一系列地区性和全国性专门图件;对海城地震、新滩滑坡、元阳滑坡等进行了成功的预报、对东川和宁南泥石流和天津市区地面沉降实施了有效控制。特别是90年代以来,我国政府积极响应“国际减灾十年计划”,地质灾害研究得到进一步重视,开展了如“地震、地质灾害及城市减灾重大技术方法研究”等一批国家及省部级重点科技攻关项目的研究工作。这些都极大地推动了我国地质灾害研究工作的进一步开展。使得我国的地质灾害研究在勘察技术、预测预报水平、减灾防灾手段等方面逐步接近或达到了世界发达国家水平。总结近20年来我国地质灾害研究的成果,比较突出的有以下几个方面:
1.编制了一系列大型地质灾害图件
根据国家经济建设的需求,由原地矿部组织编制了一些全国性大比例尺的地质灾害调查图件,如1991出版的《中国地质灾害类型图》(1:500万)(葛中远主编),1992年出版的《中国地质环境图系》(中国水文地质工程地质勘察院主持编制),1996年出版的《中国分省地质灾害图集》(1∶60万~1∶500万)(段永侯主编)。这些图件从宏观上反映了我国地质灾害类型、区域分布特点及发生规律。是我国目前部署地质灾害勘察研究及制定防灾、减灾、环境保护政策和规划的主要科学依据。作为重要成果,在国内外也得到了广泛交流,在学术界有着重要的影响。
2.地面沉降防治工作取得突破性进展
进入80年代后,我国的地面沉降研究得到了空前的发展,其中以上海、天津的地面沉降研究卓见成效。在动态监测、沉降机理研究、预报模型以及降低地下水开采量和人工回灌等技术方面都取得了显著成绩,特别是在预测预报技术方面,地矿部水文地质工程地质研究所、岩溶地质研究所、上海地矿局和天津地矿局等单位,通过建立拟三维水流和一维地层压密的耦合模型,模拟地下水的水平垂直运动、含水层内外水量交换、弱透水层中水的压力变化以及动态过程中的一维固结压缩。计算评价在最优环境影响状态下,最大安全可采水资源及优化控制调度方案。对含水层在各种采灌条件下的变化规律及地面沉降幅度进行中长期预报。这些技术的研究与应用使我国地面沉降防治水平跨上了一个新的台阶,挤身于世界先进水平之列。
3.地质灾害信息系统建设空前繁荣
随着“3S”技术(地理信息系统、遥感技术和全球定位系统)的发展与成熟,以此为支撑技术的地质灾害信息系统和防灾决策支持系统建设取得长足进展。一大批各具特色的系统软件相继开发出来,使地质灾害的研究上升到一个新的水平。其中以由原地矿部水文地质工程地质研究所开发研制的“地质灾害预测防治智能决策系统”最具代表性,该系统以地质灾害预测防治为目标,将相关的数据库、图型库、模型库和知识库融为一个“四库一体”的耦联整体,实现了四者技术的有机集成,使系统具有空间数据管理、分析处理、空间建模与知识推理的分析功能。可对地质灾害进行时空演化预测、危险性区划、灾害经济评价以及减灾防灾对策选择的任务。在理论和技术上都取得了突破性进展,开创了建设大型地质灾害决策支持系统的先例。
4.地质灾害防治工程领域得到飞速发展
从1994年以来,国家每年投入了5000万元专项基金用于地质灾害治理,从而掀起了地质灾害治理工作的热潮,相继实施了对链子崖危岩体、黄腊石滑坡、豆芽棚滑坡、鸡冠岭崩塌等专项治理工程,形成了一支集勘察、设计、施工为一体的地质工程队伍,同时也使地质灾害防治工程作为专门的工程技术领域逐渐发展起来,形成了一套相对成熟的技术方法,尤其是由中国水文地质工程地质勘察院开发的“地质灾害防治工程设计支持系统”成功地应用于链子崖滑坡治理中,切实起到了灾害治理的示范作用。
5.一些新理论新方法的发展与应用
随着地质灾害研究工作的不断深入,一些新的理论与方法不断涌现,并逐步得到了学术界的认可,比较有代表性的有:
(1)滑坡过程模拟与过程控制理论技术。成都理工学院的黄润秋教授在岩土应力分析的基础上,对滑坡从其孕育、发展演化、激发成灾或防治控制进行全过程的计算机动态模拟。通过将现代数学-力学、非线性科学和计算机图形图像技术结合起来,对滑坡系统的全过程仿真模拟,直观地理性的分析灾害发生影响因素及其强度,再现灾害发生的全过程。从而将滑坡灾害定量化研究向前推进一步。
(2)地质灾害风险性评价理论与方法。在我国将风险性评价引入地质灾害研究工作中是从90年代开始的。到目前为止,地质灾害风险性评价作为一个相对独立的研究领域不断地发展和深化。其基本思想是在评价灾害自然危险性的同时,还考虑地区人口经济密度和抗灾性能等,即灾害区易损性分析,将地质灾害自然属性和社会属性结合起来,综合评价灾区地质灾害发展状况。经研院张梁等以崩塌滑坡、泥石流和岩溶塌陷为典型灾种进行了研究,建立了一套评价指标体系和模型方法,为该领域研究的深入开展提供了范例。
㈤ 地质灾害的概念
地质灾害属于灾害的范畴。为了讨论地质灾害的概念,有必要先明确何谓灾害。在日常生活中,人们普遍地能够领悟或感受到灾害的存在和灾害的威胁,然而,对于灾害的定义却有不同的说法。
(一)灾害的内涵
在自然灾害学中,有一种观点认为,灾害是指“地球表面因自然变异、人为因素或二者共同作用所引发的对人类生命财产和生存发展条件造成的危害”;另外的一种观点认为,“灾害是由种种不可控制或未予控制的破坏性因素引发的、突然的或在短时间内发生的、超越本地区或本团体防救能力所能解决的大量人员伤亡与物质财产损毁的事件”。此外,还有学者认为,“灾害是由反常(意外)事件导致人类社会遭受的损害”。1984年联合国减灾组织(UNDRO)对灾害作了如下定义:“一次在时间和空间上较为集中的事故,事故发生期间当地的人类群体及其财产遭到严重的威胁并造成巨大损失,以致家庭结构和社会结构也受到不可忽视的影响。”
上述定义在文字表述上虽不完全相同,但在内涵上却有共同之处,归纳起来有以下几点:
(1)灾害就其本意是指后果,而不是现象本身。鉴于人们对某些事物产生的后果有先验的认识,所以,常把具体现象与其对人的损害、威胁联系在一起,不再严格区分它们之间的语义差异,直接把有关的现象视为灾害,如洪水灾害、地震灾害。
(2)从人的利益或者价值取向角度审视,许多客观事物对人的生存、发展是不利的,但不利的程度有差异,而能够称之为灾害的,是指其后果对人是不可接受或不可忍受(危害性最高的等级)的,即造成人员伤亡的那些事物。
(3)灾害具有突发性和能量集中的特点,正是因为突然发生才使人猝不及防,而能量集中则使人难以抵御,酿成严重后果。
(二)地质灾害的内涵
地质灾害是灾害的一种特殊类型,其内涵应包括两个方面,一是要符合灾害定义的要件;二是具地质学属性。缺少其中任一个方面都不能称为地质灾害。
目前有关地质灾害的定义有许多不同的提法,其中我国《地质灾害防治条例》(2003)和《地球科学大辞典》(2006)最有代表性。《地质灾害防治条例》中是这样规定的:“本条例所称地质灾害,包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。”《地球科学大辞典》中地质灾害的解释是:“以地质动力活动或地质环境异常变化为主要成因的自然灾害。在地球内动力、外动力或人为地质动力作用下,地球发生异常能量释放、物质运动、岩土体变形位移以及环境异常变化等,危害人类生命财产、生活与经济活动或破坏人类赖以生存与发展的资源、环境的现象或过程。地质灾害种类繁多、对其范围还没有形成统一的认识。”应该指出,上述两个定义存在一些不完善之处:①一个准确的定义其逻辑规则应是内涵明确,外延方能清楚,而上述定义存在用灾害定义灾害的同义反复之嫌;②对定义灾害的要件,即灾害的本质特征表述不够清楚,缺乏“度”的控制;③定义中更多的是陈述地质灾害的成因或外延(具体灾种),而未能全面地概括地质灾害的基本属性和特征。或许正是这些原因,造成了目前人们对地质灾害与地质环境问题理解上的混乱。
综合以上的分析,我们认为地质灾害是指:可对人的生命财产构成严重危害后果的突发性的地质现象及地质过程。
弄清地质灾害与地质环境问题的关系,有着重要的理论意义和社会管理方面的需要。
㈥ 地质灾害的类型及其发育规律
一、地质灾害类型
滇藏铁路沿线及其周边地区特殊的地质环境塑造了相应的地貌、地质结构和地应力特征,并在一定程度上制约着浅表层卸荷、风化作用的发育程度,同时,研究区暴雨频率高、强度大、地震活动较频繁,在活跃的地壳内外动力因素耦合作用下,极易产生地质灾害,使得本地区的地质灾害类型复杂多样。地质灾害调查表明,滇藏铁路沿线的地质灾害以崩塌、滑坡和泥石流为主,其次是风化剥落、沙害和冰雪灾害等。
二、地质灾害发育规律
尽管研究区涉及的地域比较广、不同地段地质灾害的类型及其发育规律有所差异,但地质灾害的发育分布依然具有比较明显的时空规律,主要表现在以下方面:
(1)滑坡、崩塌、泥石流灾害的分布与水系和沟谷地貌具有密切的关系,尤其在高山-极高山区的深切河谷两岸,风化、卸荷作用显著,成为崩塌、滑坡和泥石流的重灾区域。崩塌、滑坡和泥石流沿金沙江、澜沧江及其支流广泛分布,雅鲁藏布江支流帕隆藏布流域是人们最熟知的灾害频发地段(图10-1),这些地区主要受构造影响,地貌形态表现为深切峡谷、山体陡峻,并且滑坡往往同崩塌、泥石流同时发生,并具有群发性特征,在部分地区地质灾害呈带状密集分布,对公路和居民设施有较大威胁。
(2)滑坡、崩塌、泥石流灾害的发生具有明显的季节性,常与雨季暴雨、洪水同步。降雨对地质灾害的促进作用主要表现在:降雨饱和岩土体、增大容重;岩土湿度增大、强度降低;雨水下渗、地下水位升高和流动,产生静水压力和扬压力,从而降低潜在滑面附近的抗滑阻力;降雨使河水暴涨、暴跌,特别是山洪暴发极易冲刷岸坡表层堆积物、淘蚀坡脚,造成岸坡变形破坏。根据滇西北地区气象资料和地质灾害统计(图10-2),降水的季节性变化显著,雨季的降水量约占全年的80%,并主要集中在5~10月,降雨量丰沛且多暴雨,该区每年8月崩塌、滑坡和泥石流活动最频繁,7月和9月次之,10月以后逐渐减少。
(3)地质灾害发育程度与地层岩性关系密切,岩土体类型和性质是影响斜坡稳定性的根本因素,也是泥石流物质来源和发生的重要因素。野外调查发现,泥质岩类、软硬相间的岩层组合、片状-薄层状变质岩(片岩、劈理化板岩、千枚岩等)、断层破碎带和残坡积物、风化岩体等是极易发生地质灾害的层位(图10-3)。
图10-1 帕隆藏布流域地貌形态与重大地质灾害的关系
图10-2 滇西北地区地质灾害频率与月份之间的关系曲线(1950~2001年)
图10-3 喜马拉雅山地区地质灾害发育程度与岩性的关系图(据童立强等,2007)
(4)滑坡、崩塌、泥石流灾害的分布明显受地质构造控制,地质灾害的类型、规模和发生频率与区域构造具有较好的一致性,表现出明显的分区、分带特征。野外调查表明,区域性大断裂、褶皱轴部、挤压破碎带、节理密集带等通过的边坡绝大部分稳定性较差,是滑坡、崩塌、泥石流的高易发部位。
(5)地震和人类工程活动是诱发地质灾害的重要因素。强地震不仅可能形成规模很大的地表破裂带,而且能够显著降低岩土体的强度,破坏自然斜坡的稳定性,形成大规模的山地地质灾害。由地震引起的崩塌、滑坡和泥石流灾害在某些地区远远超过地震本身直接造成的灾害,1996年丽江7.0级地震就曾诱发至少420处中小型崩塌和30处大中型滑坡(图10-4)。人类工程活动(包括开挖边坡和采矿活动等)是诱发地质灾害发生的重要因素,由于近年来人类对地表植被的破坏和部分工程建筑的施工开挖边坡,不仅破坏生态环境、引起水土流失,而且破坏了斜坡的自然稳定状态,引起的崩塌、滑坡不断;大量切坡剥离的土石弃入沟道中,为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源。
图10-4 丽江地震诱发地质灾害分布图
总体而言,地质灾害的分布与水系和沟谷地貌具有密切的关系,常分布在大江、大河或深切河谷两岸;崩塌、滑坡灾害的分布明显受地质构造控制,沿断裂带尤为发育;地质灾害发育程度与地层岩性关系密切;崩塌、滑坡和泥石流灾害的发生具有明显的时间性,常与暴雨、洪水或融雪季节同步。还应当看到,尽管滇藏铁路沿线地质灾害类型多种多样,但它们的形成和分布还严格受自然地理条件的控制。例如,在高山-极高山或海拔4500 m以上的高原,寒冻风化、冻融滑塌等比较发育;在高山峡谷区,崩塌、滑坡、泥石流最为发育;在现代冰川周边的河谷是冰川泥石流的多发区;在干燥的宽河谷区,沙化和风沙灾害比较发育。因此,深入研究滇藏铁路沿线不同地段地质灾害的群发机制和典型突发性地质灾害的成灾机理,不仅可以丰富高山峡谷区地质灾害预测理论,而且对滇藏铁路沿线防灾减灾具有重要的实际意义。
三、地质灾害对铁路工程的影响
野外地质调查表明,滇藏铁路沿线的地质灾害类型以滑坡、崩塌和泥石流为主,复杂的区域工程地质环境决定了铁路沿线地质灾害具有频率高、数量多、危害大等特点,它们在空间和时间上具有群发性和集中诱发的特征。地质灾害对铁路工程的影响大致包括以下方面:
(1)制约局部线路走向方案的选择,部分大型滑坡可能影响到山体的稳定性,对附近通过的铁路线构成威胁;同时,铁路附近的不稳定边坡还可能受到工程震动的影响而产生进一步变形或破坏。
(2)根据前期规划,滇藏铁路工程涉及不少近地表工程,例如:隧道进出口、跨江大桥、车站场地和边坡、路基等,这些场地的工程地质条件和施工条件及其适宜性直接受到地质灾害的制约,在工程设计和施工阶段应引起足够的重视。
(3)影响施工条件和工程安全运营。上述地质灾害如果处理不当,不仅可能影响施工进度,威胁施工人员的生命安全,而且可能增加工程维护费用,使工程不能充分发挥预期的经济效益、社会效益和环境效益。
(4)工程弃渣可能加剧工程沿线环境工程地质问题,甚至会殃及工程本身的安全。
随着滇藏铁路不断地向深切河谷区规划设计,今后遇到的地质灾害类型和成因将更加复杂,尤其是一些大型或超大型的复杂滑坡体和冰川冰雪融水型泥石流,不仅影响铁路选线,而且制约着未来铁路的运营安全。因此,很有必要在野外调查、监测和室内试验测试、模拟计算等综合研究的基础上,开展铁路沿线典型重大地质灾害的成灾机理和分布规律的研究,探索青藏高原东南缘地壳运动活跃地区内外动力耦合作用对各类地质灾害的控制作用以及重大突发性地质灾害的预测途径,从而有针对性地指导减灾防灾,促进工程建设区经济和环境的可持续发展。
㈦ 地质灾害论文
范文一:甘肃省城市建设地质灾害防治研究
甘肃省境内泥石流、滑坡发育的基础主要是其特殊的自然条件。陡峭的地形、充足的松散土石和突发性水源是泥石流、滑坡形成的三大条件,另外地震作用也是造成滑坡的因素。甘肃地处黄土高原区,境内主要以黄土为主,而黄土由于结构疏松,孔隙大,渗透性强,具强压缩性和自重湿陷性,垂直节理发育,特别是极为发育的顺坡向卸荷节理,使边坡稳定性降低,易发生滑坡和造成严重的水土流失,大量滑坡、崩塌等重力堆积物受暴雨形成的坡面流及洪水的冲刷,源源不断地为泥石流提供固体物质。 通过计算泥石流、滑坡作用强度和危险度,将城市分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级四个危险等级。经过对甘肃省灾害防治历史和治理现状的研究,提出存在问题,得到泥石流、滑坡灾害的发展趋势,强调防治的可能性和必要性。 根据对城市的分级,危险度高的Ⅰ级和Ⅱ级的城市应采取治理体系为主,预防体系和管理体系为辅的综合控制对策;危险度不高或较低的Ⅲ级和Ⅳ级的城市应采取预防体系与管理体系为主,治理体系为辅的控制对策;对于威胁城市安全的巨型滑坡和规模巨大的泥石流沟则采用躲避对策。 城市泥石流、滑坡防治规划的最基本原则是预防为主,重点治理。对于不同类型的泥石流、滑坡建立不同的治理模...
范文二:分析地理信息系统的开发工具及其在地质灾难探究中的应用进展
地理信息系统在地质灾难探究中的应用进展
目前,国内外利用地理信息系统,主要用于探究国土和城市规划、地籍测量、农作物估产、森林动态监测、水土流失、地下水资源管理〔4〕和矿产资源勘查〔10〕、潜力评价及开发〔11〕等众多领域。GIS在地质灾难探究中的应用大致有以下几个方面摘要:
(1) 地质灾难评价和管理
利用地理信息系统的各种功能,建立地质灾难空间信息管理系统[12,13,14,管理地质灾难调查资料,显示并查询地质灾难的空间分布特征信息,评价地质灾难的危害程度,分析地质灾难和影响因素之间的关系,提出减轻和防治地质灾难的办法,对将来可能发生的地质灾难进行猜测〔15,16〕。戴福初等利用GIS对香港地区的滑坡灾难进行历史滑坡编录,分析滑坡的时空分布特征和动态和静态环境因素之间的相关关系,对滑坡灾难风险进行评价和危险区域划分〔17〕。
(2) 地质灾难的危险度区划评价
由于各种地质因素本身的不确定性,以及地质因素之间相互功能的复杂性,在收集大量的基础地质环境资料前提下,利用GIS对这些基础资料进行有效地处理来提高数据的可靠性,通过选取合适的评价猜测指标〔18〕,运用恰当的数学分析模型〔19,20,21〕,对探究区进行地质灾难危险性等级的划分,从而为地质灾难的管理及防治和预警决策提供依据。
(3) GIS和专家系统的集成应用
GIS和专家系统的集成应用中,GIS所起的功能主要是管理时空数据,进行空间分析;专家系统所起的主要功能是利用专家知识和空间目标的事实推理判定灾难的危险度〔22〕。二者的结合将使专家经验得到推广,减少野外和室内手工作业工作量,使区域地质灾难的动态管理成为可能。
4 结语
(1)地理信息系统技术已经广泛渗透到了多种学科领域,从比较简单的、单一功能的、分散的系统发展到多功能的、共享的综合性信息系统,并向多媒体GIS、智能化、三维、虚拟现实及网络方向发展,新兴的地理信息系统将运用专家系统知识,进行分析、预告和辅助决策。
(2)地理信息系统的开发工具,从专业开发工具的组成结构上,可以归纳为集成式GIS、模块化GIS、组件式GIS和网络GIS等几个主要类别。其中组件式GIS在系统的无缝集成和灵活方面具有优势,代表了GIS系统的发展方向。
(3)地理信息系统在地质灾难探究中的应用方兴未艾,尤其在地质灾难评价和管理、地质灾难的危险度区划评价和GIS和专家系统的集成应用方面进展很快。
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㈧ 地质环境与地质灾害
随着经济的快速发展,生态环境变化日益引起人们的关注。自然灾害不断发生,使人类的生存和发展受到了严重的威胁。监测环境、保护环境和防治灾害,提高人类生活质量,成为当代地球科学研究的重要前沿领域。为此,国土资源部加强了对造成环境变化的自然作用与人为作用影响的综合研究,建立和开发了区域性环境监测预警系统,不断提高对环境变化和自然灾害的预测能力。
洞庭湖地区地质环境调查及治湖对策研究
运用考古学、第四纪地质学、新构造运动理论,综合研究了洞庭湖区地壳沉降,确认湖区内存在不均衡的地壳沉降,进而进行了合理沉降分区,为规划防洪工程及蓄洪垸区的布置指明了方向。运用遥感与计算机技术,准确计算出洞庭湖的湖泊面积、湖容量与湖边界等基础数据;采用综合打分法对洞庭湖区防洪工程基础稳定性作出了评价;建立了东洞庭湖、南洞庭湖湖底高程变化量与泥沙淤积厚度及地壳沉降量的平衡方程,预测了2010年和2034年湖区的空间形态特征和泥沙淤积特征;首次建立了洞庭湖地区综合地质环境概念模型,认为现有的洞庭湖湖域由于被防洪大堤所圈定,当城陵矶水位达32米以后,调蓄洪功能主要取决于防洪大堤高度与城陵矶水位的差,即“杯子原理”,差值越大,湖蓄洪能力越强。本次研究将洞庭湖区洪涝灾害综合治理划归为8个治理区,并提出了平垸行洪、动态蓄洪、疏浚
河道等具体治理规划方案。
九寨沟上季节海(枯水期)
㈨ 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。