延庆县玉海路崩滑塌灾害的危险性评价及防治对策

黄来源 ,安立伟

(1.北京市地质研究所, 北京 100120;2.中国地质大学(北京),北京 100038)

0 引言

玉海路位于延庆县西北部,距北京市区约90km.其起点与京银路(110国道)相接,向北经玉渡山自然保护区至张山营镇五间房,全长约20km.沿线地质灾害较为发育.其位置如图1所示.

玉海路建成于2002年,为通往玉渡山自然保护区的县级公路.玉海路大部分为开山路段,岩体破碎,构造发育,沿线经常发生边坡崩塌、滑坡等地质灾害,对过往行人、车辆存在较大威胁.

据延庆县公路局资料,2004年4月1日中午13点,玉海路多处发生坍方,总计1900 m3.2005年、2008年汛期玉海路K1+000～K11+000路段都曾多次发生一定规模的崩塌、滑坡.

1 地质灾害发育特征

1.1 地质灾害类型

根据野外调查,玉海路K1+000～ K11+000路段修建在延庆盆地的北侧平原与中低山的过渡地带,主要为削坡修路形成的裸露岩质边坡,路两侧沟道较短、汇水面积不大且沟道内植被发育,沟道两侧坡面较稳定,不易形成泥石流发生的物源条件.所以玉海路K1+000～ K11+000路段存在的地质灾害类型主要为岩质崩(滑)塌灾害.

1.2 成灾形式

崩(滑)塌主要有两种成灾形式,一是成为泥石流的土石来源直接演变成坡面泥石流.二是直接危害受灾目标.本地区的成灾形式是第二种,直接威胁玉海路,是玉海路沿线最常见的地质灾害隐患,其发生时间具有偶然性,较难预测和预防,所以采取工程治理措施是比较合理的消除灾害隐患的方法.

1.3 崩塌源现状(见表)

编号描述地理位置YB01坡体高约20m,坡向180°～200°,坡度80°,危岩体积约100m3.岩性为侏罗系后城组砂岩、砾岩,岩层产状100°∠60°,岩石破碎,节理发育.坡顶上有一观景亭,坡脚南侧为检票处.本处工程活动主要为修路削坡.玉海路K10+080～ K10+90 YB02 (照片2)坡体高约20m,坡向230°,坡度80°,危岩体积约200m3.岩性为侏罗系后城组砂岩,岩石风化破碎,节理裂隙发育.本处工程活动为修路削坡和凿岩植树.玉海路K8+400～ K8+460 YB03 (照片1)坡体高约20m,坡向230°,坡度80°,危岩体积约200m3.岩性为侏罗系后城组砂岩,岩石风化破碎,节理裂隙发育.本处工程活动为修路削坡和凿岩植树.玉海路K7+900～ K8+250 YB04 (照片3)坡体最高处高约20m,坡向210°,坡度80°,危岩体积约200m3.岩性为侏罗系后城组砂岩,岩层产状110°∠60°,岩石风化严重,节理发育.本处工程活动主要为修路削坡.玉海路K7+000～ K7+200 YB05坡体高约30m,坡向165°,坡度80°,危岩体积约300m3.岩性为蓟县系雾迷山组白云岩,岩石风化严重,节理较多,现场坡脚处堆积少量垮落岩屑.本处工程活动主要为修路削坡和凿岩植树.玉海路K5+650～ K5+750 YB06坡体高约30m,坡向244°,坡度70°,危岩体积约400m3.岩性为蓟县系雾迷山组灰质白云岩,岩石风化严重、极其破碎,节理较多,现场坡脚处堆积多处垮落岩屑.本处工程活动主要为修路削坡和凿岩植树.玉海路K5+460～ K5+650 YB07坡体高约30m,坡向244°,坡度70°,危岩体积约400m3.岩性为蓟县系雾迷山组灰质白云岩,岩石风化严重、极其破碎,节理较多,现场坡脚处堆积多处垮落岩屑.本处工程活动主要为修路削坡和凿岩植树.玉海路K5+000～ K5+200

YB08 坡体高约15m～20m,坡向210°,坡度80°,危岩体积约250m3.岩性为蓟县系雾迷山组白云岩,岩石风化严重,节理较多.本处工程活动主要为修路削坡和凿岩植树.玉海路K3+600～ K3+750 YB09坡体高约10m～20m,坡向110°,坡度70°,危岩体积约300m3.岩性为蓟县系雾迷山组白云岩,岩石风化破碎严重,节理较多,坡脚有松散岩屑堆积物.本处工程活动主要为修路削坡、坡脚修筑有砌石挡墙和凿岩植树.玉海路K2+600 YB10 坡体高约30m,坡向100°,坡度80°,危岩体积约200m3.岩性为蓟县系雾迷山组白云岩,岩石风化严重,节理较多.本处工程活动主要为修路削坡和凿岩植树.玉海路K2+400

2 成灾因素分析

2.1 地形地貌

玉海路沿线的地貌为中-低山地貌,地形大致呈北高南低的趋势,山体海拔多在600～1300m.调查区最高点为青寺顶,海拔1210m.

崩(滑)塌的形成与地形直接相关,一般发生在高陡斜坡的边缘,发生崩(滑)塌的地面坡度往往大于45°,尤其是大于60°的陡坡.地形切割愈强烈、高差愈大,形成崩(滑)塌的可能性愈大.玉海路两侧的高陡岩质边坡坡度一般为70°～80°,坡高15～30m,多处为削坡修路,近乎直立,地形因素为崩(滑)塌的发生提供最基本的能量条件.

2.2 地质条件

在玉海路沿线,出露地层主要有中生界侏罗系上统的后城组地层(J3h)、中元古界蓟县系雾迷山组地层(Jxw)和第四系(Q)松散沉积物(如图2).

研究区的构造较发育,分布着一系列的断裂与褶皱,但整体上级别较小.

岩石的风化作用对崩(滑)塌形成有着较大的影响.因为风化作用能使斜坡前缘各种成因的裂隙加深加宽,对崩(滑)塌的发生起着催化作用.在降水少的地区,由于物理风化强烈,导致岩石机械破碎而发生崩(滑)塌.玉海路地区岩性主要为发育在破碎带中的砂岩、砾岩,节理、裂隙发育的白云岩.这些岩石微观构造发育极易风化.

2.3 诱发因素

(1)降水

降水是崩滑地质灾害的主要诱发因素.融雪、降雨特别是大雨、暴雨和长时间的连续降雨,使地表水渗入坡体,软化岩、土及其中软弱面,产生孔隙水压力,从而诱发崩塌.冻胀、昼夜温差变化等,也会诱发崩塌.本地区夏季发生的崩(滑)塌主要是降雨诱发;冬、春季节发生的崩(滑)塌主要是前一年秋冬季节降水量较大,深入山体,发生冻胀,本年春融季节来到,地表水入渗加之岩体热胀冷缩,导致塌方.

(2)人类工程活动

本地区构造运动强裂,破碎带发育,沿线途经多处破碎带,修路削坡造成沿线多处形成破碎高陡边坡,配套的护坡支挡工程较少,使得崩(滑)塌地质灾害频繁发生,严重威胁过往景区的人员和道路安全.

3 灾体易发性评价

3.1 易发性评价方法

本次对崩(滑)塌灾害体的易发性分析,主要选用层次分析法进行定性评价.

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP)是对一些较为复杂、较为模糊的问题做出决策的简易方法,它特别适用于那些难于完全定量分析的问题.是由美国运筹学家T.L.Saaty 教授于70年代初期提出的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法.

根据具体问题的实质和决策要求达到的目标,将问题划分为不同的组成要素,并按照各要素之间的相互影响及隶属关系将各要素按照不同的层次组合在一起,形成一个多层次的分析结构模型,从而把最底层和最高层的相对重要值或者相对优劣顺序排列出来,供决策者参考.其步骤如下:

(1)建立层次结构模型;

(2)将问题中的各个要素划分为不同的层次结构,以框架结构说明各层次之间的从属关系;

(3)构造判断矩阵,通过专家对因子间的相对重要程度打分,并用矩阵表示打分结果;

(4)检验层次分析结果,如有误差,需对判断矩阵的元素取值通过专家意见进行调整,从新运算.

3.2 崩(滑)塌灾害层次分析模型

3.2.1 评价指标的选择

本次工作根据野外实际调查数据,并充分考虑调查区内崩(滑)塌灾害的特点,在众多参考因子中选取了较能综合反映崩(滑)塌灾害易发性的3个一级指标和9个二级指标.其中一级指标为地形条件、地质条件和诱发因素.二级评价指标为坡高、坡度、危岩体体积、岩石破碎程度、节理裂隙发育程度、地层岩性、岩层产状与坡向的关系、人类活动和多年平均最大日降雨量.

3.2.2 崩(滑)塌易发性评价指标的构建

根据评价体系设置的原则和选取的方法,结合玉海路崩(滑)塌灾害的特点,本次工作崩(滑)塌易发性评价指标体系分为3个层次:目标层(R)、准则层(Xi)和措施层(Xii).其中目标层指崩(滑)塌易发性程度,准则层表示崩(滑)塌易发性评价中的一级评价指标,措施层则表示二级评价指标(图3)

3.2.3 崩(滑)塌易发性评价指标权重计算

以一位专家打分为例,崩(滑)塌易发性评价指标权重计算过程如下:

(1)一级评价指标的权重计算

R与X构造矩阵及层次单排序

(2)二级评价指标的权重计算

X3与X31、X32、X33构造矩阵及层次单排序

X1与X11、X12、X13、X14构造矩阵及层次单排序

X2与X21、X22、构造矩阵及层次单排序

(3)层次总排序,进行一致性检验

上面得到的是一组指标对其上一层指标的权向量,最终要得到各指标特别是最低层中各指标对于总目标的排序权重,需要进行总排序.总排序权重要自上而下地将单准则下的权重进行合成.对于影响崩(滑)塌地质灾害指标进行总排序,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

对总排序结果进行一致性检验,CR=0.0078<0.1,因此认为该专家的层次总排序结果具有满意的一致性,达到要求.最后根据各位专家的评价结果,将权重值取平均值得到表1.

表1 崩(滑)塌易发性评价指标权重表

3.2.4 崩(滑)塌灾害易发性评价模型

崩(滑)塌灾害易发性评价可以通过9个二级指标的权重和打分实现.在评价过程中,将各个指标按照一定的标准进行打分,再将各个指标的赋值和相应的权重(Wi)相乘即可得出崩(滑)塌灾害的易发性程度值(R).

崩(滑)塌易发性评价的模型为:

式中:R-- 崩(滑)塌易发性程度值;

Xi-- 各评价因子的定量打分;

Wi-- 各评价因子的权重.

对各因子定量打分标准的具体分值见表2:

表2 崩(滑)塌易发性程度评价因子定量评分表

崩(滑)塌灾害易发性程度的划分标准根据R的综合值来确定.根据计算结果,各崩(滑)塌灾害的得分在7～12之间.我们对崩(滑)塌灾害易发性程度做相对划分,<10分为易发性低,10～11分为易发性中等,>11分为易发性高.

3.3 易发性评价结果(表3)

表3 崩(滑)塌隐患易发性评价结果表

4 危害性评价

4.1 危害性评价方法

本标准是参照中国地质环境监测院推荐的"地质灾害灾情与危害程度分级标准"并结合北京地区地质灾害特点制定的.危害程度分级分为特大级、重大级、较大级、一般级四级(表4).

表4 地质灾害危害程度分级标准

4.2 危害性评价结果(表5)

表5 崩(滑)塌隐患危害性评价结果表

注:以上表受危胁对象为公路,损毁公路造价参考定额标准和2000年承德地区山区公路造价并结合北京实际情况确定为500万元/公里.

5 地质灾害危险性评价

根据灾害体易发性分析的结果,考虑灾害的危害程度,对存在地质灾害隐患的路段内的各个灾害点或路段进行预测评价(表6、表7).

表6 地质灾害危险程度分级标准

表7 崩(滑)塌隐患危险性评价结果表

6 地质灾害危险性路段划分

根据灾害隐患点或路段的危险性评价结果,考虑灾害的发育规模和分布特征,对玉海路沿线K1+000～ K11+000路段进行地质灾害危险性划分,分为低危险路段、较危险路段、危险路段和高危险路段,划分依据如表8,对应的地理位置如表9:

表8 地质灾害危险性路段划分依据

表9 地质灾害危险性路段划分结果

7 防治对策

研究区内崩、滑塌的近期工程治理工作建议主要针对玉海路沿线地质灾害危险性分区中确定为危险路段(K5+650～ K8+460)和高危险路段(K2+000～ K5+650)的两侧山坡.具体工程措施如下:

(1)削坡填方工程:机械清除危岩体,松散堆积层,对规模巨大的危岩体可采取爆破清除的措施.

(2)坡面防护工程:砌体护坡、格构护坡、防护网护坡、喷锚护坡.

(3)排水工程:地表排水沟、渗水盲沟.

(4)植被恢复工程:直接种植、普通喷播、挂网客土喷播.

8 结论

(1)本文中地质灾害危险性的评价是基于灾体自身的易发性和灾体发灾后可能造成的危害性两个指标.

(2)灾体自身的易发性区别于灾体稳定性.灾体稳定性是强调在经典力学受力分析的前提下,基于极限平衡理论,进行稳定性计算的结果表述,结果是绝对的;而灾体易发性指在实际工作中在很难确定块体界面产状参数和受力模型的情况下,通过分析影响易发性的灾体自身因素以及外界诱发因素,基于专家经验对灾害易发程度的定性表述,结果是相对的.

(3)本文在进行灾体易发性评价中是采用层次分析法(AHP),对可能影响易发性的灾体自身因素以及外界诱发因素等项目进行影响程度权重的确定.

(4)灾体的危害性评价主要是参照中国地质环境监测院推荐的"地质灾害灾情与危害程度分级标准",通过发灾后可能造成的人员财产损失来衡量,并结合北京地区地质灾害特点.

(5)本文对玉海路沿线K1+000～ K11+000路段进行了地质灾害危险性划分,分为低危险路段、较危险路段、危险路段和高危险路段.

略)