5 崩塌灾害调查、危险性分级与分区评价
2013-05-24
5 崩塌灾害调查、危险性分级与分区评价
5.1 崩塌灾害调查
崩塌的分类推荐采用本研究提出的力学分类方法(见表5-1),用以判断和划分崩塌的机理类型,同时按照表5-2的规定划分崩塌规模等级和表5-3的规定划分崩塌危害对象等级。崩塌调查包括危岩体调查和已有崩塌堆积体调查。野外调查记录按表5-4(崩塌灾害野外调查表)填写,不得遗漏崩塌主要要素。崩塌灾害点调查分地面测绘、调查和勘查。威胁公路安全运营且稳定性较差的崩塌,应进行大比例尺工程地质测绘。崩塌灾害测绘的内容应包括崩塌区地形测绘和地质测绘。测绘平面图比例尺宜在1∶500~1∶2 000之间。测绘剖面图比例尺宜在1∶100~1∶1 000之间。对主要裂缝应专门进行更大比例尺测绘和绘制素描图。以下介绍一下崩塌灾害调查和勘查基本内容。
表5-1 崩塌力学分类简表
(续表)
表5-2 崩塌规模等级
表5-3 崩塌危害对象等级
5.1.1 崩塌灾害调查主要内容
公路有较长段所穿过的地带地形陡峭,沿线曾发生过崩塌或存在危岩体,则须进行现场崩塌调查。崩塌灾害野外调查须采用以实地量测为主的调查方法。崩塌调查点应实测代表性剖面线,并进行拍照、录像或绘制素描图。调查填卡记录须逐一填写,不得遗漏崩塌灾害要素。应调查崩塌及崩塌堆积体造成的灾害损失,分析预测危岩体、崩塌堆积体失稳可能造成灾害的影响范围,圈定危险区,确定受威胁对象,预测损失程度。
1)危岩体调查内容
(1)危岩体位置、形态、分布高程、规模。
(2)危岩体及周边的地质构造、地层岩性、地形地貌、岩(土)体结构类型、斜坡组构类型。岩土体结构应初步查明软弱(夹)层、断层、褶曲、裂隙、裂缝、临空面、侧边界、底界(崩滑带)以及它们对危岩体的控制和影响。
(3)危岩体及周边的水文地质条件和地下水赋存特征。
(4)危岩体周边及底界以下地质体的工程地质特征。
(5)危岩体变形发育史。包括历史上危岩体形成的时间,危岩体发生崩塌的次数、发生时间,崩塌前兆特征、崩塌方向、崩塌运动距离、堆积场所、崩塌规模、诱发因素,变形发育史、崩塌发育史、灾情等。
(6)危岩体成因的动力因素。包括降雨、河流冲刷、地面及地下开挖、采掘等因素的强度、周期以及它们对危岩体变形破坏的作用和影响。在高陡临空地形条件下,由崖下硐掘型采矿引起山体开裂形成的危岩体,应详细调查采空区的面积、采高、分布范围、顶底板岩性结构,开采时间、开采工艺、矿柱和保留条带的分布,地压现象(底鼓、冒顶、片帮、鼓帮、开裂、压碎、支架位移破坏等)、地压显示与变形时间,地压监测数据和地压控制与管理办法,研究采矿对危岩体形成与发展的作用和影响。
(7)分析危岩体崩塌的可能性,初步划定危岩体崩塌可能造成的灾害范围,进行灾情的分析与预测。
(8)危岩体崩塌后可能的运移斜坡,在不同崩塌体积条件下崩塌运动的最大距离。在峡谷区,要重视气垫浮托效应和折射回弹效应的可能性及由此造成的特殊运动特征与危害。
(9)危岩体崩塌可能到达并堆积的场地的形态、坡度、分布、高程、地层岩性与产状及该场地的最大堆积容量。在不同体积条件下,崩塌块石越过该堆积场地向下运移的可能性,最终堆积场地。
(10)可能引起的灾害类型(如涌浪,堰塞湖等)和规模,确定其成灾范围,进行灾情的分析与预测。
2)崩塌堆积体调查内容
(1)崩塌源的位置、高程、规模、地层岩性、岩(土)体工程地质特征及崩塌产生的时间。
(2)崩塌体运移斜坡的形态、地形坡度、粗糙度、岩性、起伏差,崩塌方式、崩塌块体的运动路线和运动距离。
(3)崩塌堆积体的分布范围、高程、形态、规模、物质组成、分选情况、植被生长情况、块度(必要时需进行块度统计和分区)、结构、架空情况和密实度。
(4)崩塌堆积床形态、坡度、岩性和物质组成、地层产状。
(5)崩塌堆积体内地下水的分布和运移条件。
(6)评价崩塌堆积体自身的稳定性和在上方崩塌体冲击荷载作用下的稳定性,分析在暴雨等条件下向泥石流、崩塌转化的条件和可能性。
5.1.2 崩塌灾害勘查
威胁公路基础设施且稳定性差的危岩体和崩塌体,应进行崩塌勘查。危岩体和崩塌堆积体勘查应包括以下各项。
(1)危岩体和崩塌类型、规模、范围,崩塌体的大小和崩落方向。
(2)岩体基本质量等级、岩性特征和风化程度。
(3)地质构造,岩体结构类型,裂缝和结构面的产状、组合关系、闭合程度、力学属性、延展及贯穿情况。
(4)崩塌前的迹象和崩塌原因。
(5)危岩体和崩塌堆积体稳定性评价与预测。
勘探方法应以物探、探槽、探井等山地工程为主,可辅以适量的钻探验证。危岩体和崩塌体应有不低于1条的实测剖面,每勘查剖面的勘探点不少于3个。勘探孔的深度应穿过堆积体或探至拉裂缝尖灭处。勘查成果应包括:危岩体和崩塌区的范围、类型,稳定性与危险程度,以及防治措施的建议。
表5-4 公路岩质崩塌野外调查表
表5-4 公路岩质崩塌野外调查表 (续表)
表5-4 公路岩质崩塌野外调查表(续表)
表5-4 公路岩质崩塌野外调查表(续表)
注:根据边坡岩体中层面、断层、片理等贯通性结构面倾角与坡面倾向间的关系划分为:① 顺向坡,贯通性结构面与坡向交角≤30°;②反向坡,贯通性结构面与坡向交角≥150°;③ 横向坡,贯通性结构面与坡向交角60°~120°;④斜向坡,贯通性结构面与坡向交角在30°~60°或120°~150°之间;⑤平缓坡,贯通性结构面倾角α≤10°。
□拉张裂缝□剪切裂缝□地面隆起□地面沉降□剥、坠落□树木歪斜□建筑变形□冒渗混水可能失稳因素□降雨 □地震 □人工加载 □开挖坡脚 □坡脚冲刷 □坡脚浸润 □坡体切割□风化 □卸荷 □动水压力 □爆破振动目前稳定程度□稳定 □基本稳定□不稳定今后变化趋 势□稳定 □基本稳定 □不稳定崩塌历史(近五年发生次数)防护措施种类及成效□浆砌块石护坡 □混凝土挡墙 □锚杆或锚索□拦石网 □挡石墙 □混凝土支撑□喷护 □落石棚 □其他□防护效果好 □防护效果不好 □无防护措施监测建议□定期目视检查 □安装简易监测设施 □地面位移监测防治建议□避让 □裂缝填埋 □加强监测 □地表排水 □地下排水 □削方减载 □坡面防护 □反压坡脚 □支挡 □锚固 □灌浆 □植树种草 □坡改梯 □水改旱 □减少振动示 意 图平面图剖面图调查单位: 调查负责人: 填表人: 审核人: 填表日期: 年 月
5.2 崩塌危险性分级系统(RFRS)
5.2.1 国外崩塌危险性分级系统(RHRS)
国内在公路沿线崩塌危险性评价方面,多采用模糊综合评判法、层次分析法和地理信息系统(GIS)方法,而公路崩塌危险度分级方法在国外已在20世纪90年代开始得到推广和应用(见图5-1、图5-2)。美国的Pierson等(1990年)经过多年的研究,提出了一套针对公路崩塌落石风险评估准则,称之为Rock Fall Hazard Rating System(RHRS),见表5-5。其主要是以地形特征、地质概况、气象、岩块尺寸及崩塌规模大小、崩塌历史等为因子,进行公路崩塌落石风险评估,各项目评估量化分数则以四个等级由3的次方(3n)表示,其主要目的是凸显量化分数的差异性,在使用过程中采用跳阶的评分标准很有必要性。该系统在大约3 000个岩崩地段进行了实验,其中的1 340个被收录到俄勒冈州的崩塌落石危险性分级系统的数据库中。崩塌落石危险性分级系统在美国俄勒冈州发展的同时,科罗拉多州运输部也设计了一套系统(见表5-6),对州级公路中长期有岩崩问题的地段进行识别和分级(Stover,1992年)。
图5-1 美国公路崩塌现象(Pierson,等,1990)
图5-2 美国公路崩塌现象(Thosmas,等,2007)
表5-5 美国俄勒冈州运输部崩塌危险性分级标准(Pierson,等,1990,2002)
表5-6 科罗拉多州崩塌危险性分级标准(Stover,1992)
(续表)
5.2.2 RFRS崩塌危险性分级系统
国内在公路岩质边坡崩塌危险性分级系统的标准化和应用方面还没有涉足,而传统的模糊综合评判法、层次分析法和地理信息系统(GIS)方法等对数学和计算机知识要求较高,而使工程师在应用上受到了一定的限制。本研究借鉴岩体质量分级系统(RMR)和美国的公路岩质边坡崩塌危险性分级系统(RHRS),提出了如表5-7的崩塌危险性分级系统(Rock Fall Rating System,简写为RFRS)。该方法考虑了地形、公路、地质、气候、崩塌历史和防护措施等六项因子,包含12个打分项和1个加权乘子选择项,具有考虑因素全面、野外填表(表5-8)操作方便、分级科学,便于工程师或公路维护人员实际应用的优点。
表5-7 公路岩质边坡崩塌危险性分级(RFRS)标准(苏天明,等,2012)
(续表)
表5-8 RFRS公路崩塌野外调查数据表
1)地形因子
RFRS分级系统中,地形因子有3个打分项,分别是坡高、坡度和坡长。这3个指标可以通过罗盘、皮尺、测距仪和水准仪进行实测。坡高的计算公式为
式中:HI为测量仪器高度;X为α和β角之间的距离(见图5-3)。
图5-3 边坡高度计算简图
2)公路因子
RFRS分级系统中,公路因子共有4个打分项,分别是平均交通风险、可视距离与反应距离比、道路宽度(包括铺设的路肩宽度)和沟渠作用。
平均交通风险AVR由日平均交通量、边坡长度和公路限速3个量来确定,计算公式为:
得到平均交通风险AVR后,根据公式5-2来计算平均交通风险AVR的得分,或通过表5-9查表取得。
表5-9 平均交通风险AVR(%)得分统计表
(续表)
可视距离与反应距离比DSD由实测获取的崩塌段可视距离和查表得到的限速段刹车反应距离(见表5-10)来确定,其计算公式为式(5-4)。山区公路因弯道多、起伏大,因此在车辆在限速行驶时,需要比平原上更长的刹车反应距离(见图5-4)。
得到可视距离与反应距离比DSD后,根据公式(5-5)来计算DSD得分,或通过表5-11查表取得。
表5-10 山区公路限速与刹车反应距离对应表
图5-4 驾驶员发现路面滚石后的反应距离
表5-11 可视距离与反应距离比得分表
沟渠作用是落石或崩塌体能否到达公路的一项评估指标,它与边坡的高度、坡度,沟渠的深度、宽度和形状,落石或崩塌的体积、运动方式等均有关系(见图5-5,图5-6)。沟渠的捕获作用分为4个等级,依次是完全捕获、大部分捕获、小部分捕获和不能捕获,对应3分、9分、27分和81分4个得分标准。当已知坡高、坡度和沟渠宽度时,也可以通过查表5-12对沟渠作用进行打分。
图5-5 沟渠宽度充足的直立边坡图
5-6 沟渠宽度不充足的近直立边坡
表5-12 沟渠作用得分表
3)地质因子
RFRS分级系统中,地质因子共有3个打分项,分别是岩体结构、结构面状态、岩块大小或崩塌体积。岩体结构分为4个等级,分别是:① 整体块状结构、巨厚层状结构、厚层状结构;② 中厚层状结构、互层状结构(近水平或倾内);③ 中厚层状结构、互层状结构(倾外)、薄层状结构;④ 碎裂结构、散体结构。岩体结构特征参考表5-13。结构面状态的4个划分等级分别为粗糙不规则—波状起伏光滑—平直光滑—黏土充填或见擦痕。滚石大小或崩塌体积打分项要根据现场判断来确定,如果属于个别滚石,则按照最大尺寸进行打分;如果属于局部崩塌,则按照崩塌体积打分,总之只能选择其中一项进行打分。
表5-13 岩体结构分类表
4)气象水文因子
包含降雨量、冰冻期、地下水3个方面的因素,分为4个等级:① 小于30mm降雨,无冰冻期,边坡干燥;② 30~60mm降雨或冰冻期短或边坡间断有水;③ 60~180mm降雨或长冰冻期或边坡 一直有水;④超过180mm降雨和长冰冻期或边坡一直有水和较长冰冻期。
(5)崩塌历史因子
指评估路段过去五年内曾发生的崩塌事件次数或发生频率,可分为四个等级:① 很少岩崩,近五年发生崩塌一次以下;② 偶尔岩崩,近五年发生崩塌两次;③ 较多岩崩,近五年发生崩塌三次;④ 经常岩崩,近五年发生崩塌三次以上。
6)防护措施加权乘子
根据防护措施成效选取加权乘子,当有有两项防护措施且防护效果良好时,加权乘子取0.7;当有一项防护措施且防护效果好时,加权乘子取0.8;当有一项防护措施且防护效果不好时,加权乘子取0.9;没有防护措施时,加权乘子取1.0。
5.2.3 RFRS在水富—麻柳湾公路崩塌分级中的应用
RFRS公路崩塌危险性分级的等级划分参考了美国公路所采用的,由Pierson提出的RHRS评估准则,以110分为分区区间,共分为Α,B,C3个级别。其中,RFRS得分>440分的被定为Α级,表明崩塌发生概率为100%,且崩塌体能到达公路,建议立即治理;RFRS得分<110分的被定为C级,表明潜在崩塌发生概率几乎为零,无需处理;RFRS得分介于110~440分之间的被定为B级,又可进一步划分为B+,B,B-3个级别,代表了潜在崩塌发生概率较高、中等、很小三个等级,分别对应相应的处理建议(见表5-14)。此外,在具体使用过程中,评分区间的划分还可以根据公路维护单位的需求及道路状况进行适当调整。
表5-14 RFRS公路边坡崩塌危险性等级
水—麻高速公路起于云南省水富县城南端伏龙口,北接四川宜宾高速公路,止于麻柳湾,南接昭—麻二级公路,是国道主干线二连浩特至河口公路云南境内的第一段。水—麻高速公路全长135.16km,其中水富县境内48km,盐津县境内63km,大关县境内24km,总投资92.09亿元,为山区四车道高速公路,桥梁隧道占公路全长的49.7%。全线按山岭区四车道高速公路标准建设,路基宽22.5m,行车道宽4×3.5m。所经地区最低海拔275m(路线起点伏龙口处),最高海拔1207m(凉风凹隧道K47+760处),相对高差932m。水—麻高速公路工程于2004年开工,2008年正式建成通车,在修建过程中因边坡开挖多处路段都发生过崩塌灾害,后期公路运营的四年中,多次发生边坡崩塌现象,多有造成公路堵塞、路面破坏的现象(见图5-7、图5-8)。
图5-7 水—麻公路崩塌堵塞公路
图5-8 水—麻公路崩塌砸毁路面
通过对水富—麻柳湾高速公路的调查,对太平段、复兴段、大石盘段、老堡—双河口段、龙台段、串丝段、普洱渡段、万古段、下银厂段、吉利段、喇叭溪段、麻柳湾段的公路边坡进行公路崩塌危险性分级,详见表5-15。以复兴段为例,该段全长6.3km,山高谷深,“V”字型沟谷发育,属强侵蚀的峡谷地貌,沿线崩塌或潜在崩塌灾害危险性等级达到B级的路段长达4.3km,占该段公路长度的68%。通过RFRS分级系统,可以实现对公路边坡崩塌灾害的数据维护和管理,对达到B级以上的路段定期安排专业人员进行数据采集和分析,达到减轻公路崩塌灾害的目的。
表5-15 水—麻高速公路岩质边坡RFRS分级表
(续表)
(续表)
(续表)
(续表)
(续表)
(续表)
5.3 崩塌灾害易发区划分
5.3.1 分区方法
公路崩塌地质灾害易发区划分采用定性与定量、半定量相结合的方法进行分区评价,以定性分区为主,从各段的地质环境条件、地质灾害发育现状以及人类工程活动等因素着手进行分区,着重考虑地质灾害的形成条件。
公路崩塌地质灾害易发性分区,采用数学综合评判的半定量方法。根据公路沿线崩塌地质灾害的工程地质条件及诱发因素,选取影响崩塌地质灾害发生、发展的因素,对崩塌灾害易发性有影响的主要因素进行分级处理并赋以分量值,且充分考虑各选取因素对地质灾害的影响程度大小,赋予不同权重体现其影响程度。将研究区公路采用条带状网格剖分法分成若干样本区,每个样本区间分别对各项分区指标打分赋值,经数值化处理后,获得各样本区间的各项指标分区值,然后对各项分区指标进行叠加分析,得出样本区间的易发程度值。最后,将所有样本区间的易发程度值,进行统计分区。具体流程见图5-9。
图5-9 分区步骤示意图
5.3.2 建立分区体系
1)判别因子的选定
崩塌地质灾害的形成和发展主要取决于工程地质条件和诱发因素(见表5-16),因此,崩塌或潜在崩塌体赋存的工程地质条件和诱发的因素应作为首要因素。在每一首要因素中又包含众多次级因子,对上述因子进行分级,突出主要因子。区划因子分级如图5-10所示。
(1)Ⅰ级判别因子。
Ⅰ级判别因子包括:崩塌地质灾害赋存的工程地质条件和崩塌诱发因素。
(2)Ⅱ级判别因子。
Ⅱ级判别因子是从Ⅰ级判别因子中再细分为地形地貌、地层岩性、地质结构、地下水出露情况、风化程度五个Ⅱ级判别因子。
(3)Ⅲ级判别因子。
部分Ⅱ级判别因子还可以细分为Ⅲ级判别因子,如地形地貌分为坡高和坡度;地质结构分为岩体结构和边坡结构;降雨强度分为日最大降雨量、连续降雨量、月最大降雨量。
表5-16 地质灾害易发程度分区因子及影响程度分级表
图5-10 地质灾害易发性分区评价因子分级图
2)分区指标
崩塌地质灾害易发区划因子分级指标,主要是把选出的同一因子分级取不同的量值。
(1)一级分区指标。
一级分区指标是按崩塌地质灾害总体发育情况建立起来的,根据与崩塌地质灾害相关的基本要素划分为两个系统,即工程地质条件和诱发因素。它们在崩塌地质灾害发生过程中具有不同作用,具体进行指标赋值时作相应区别。
(2)二级分区指标。
二级分区指标是一级指标的具体分解,使之成为崩塌地质灾害相关的具体因素,从一级指标的两个主要因子中再细分为8项Ⅱ级判别因子。每个因子大都采取量化计算,在计算的同时并根据调查的实际情况进行调整,以避免计算结果与实际相差太大。
(3)三级分区指标。
部分Ⅱ级判别因子进一步细分出其7个因子,并按照各因素对地质灾害影响程度做出数值等级划分,每一因子分级指标按高易发、中易发、低易发三个区间值进行统计。
3)评价指标量化
评价指标包括定量指标和定性指标。对于定量指标,如斜坡的坡度、坡高、降雨量等,取其原始观测值,并作适当的数值变换即可;对于定性指标,如地层岩性、地质结构、地下水出露情况、风化程度、工程削坡等,需要建立一个评价指标的分级划分标准,根据各项指标对不同级别的相对贡献来取值。
(1)坡高指标。
坡高越高,暴露的面积越大,顶部拉应力区也越大,因此产生崩塌的几率也越大。坡高指标确定过程中,除了取原始观测值外,也可以利用GIS从DEM数据中分别提取调查区的坡高信息,根据公路两侧斜坡的高程变化,对不同单元的坡高指标进行量化(见图5-11)。将坡高大于35m的定义为高易发,15~35m的定义为中易发,小于15m的定义为低易发。
(2)坡度指标。
斜坡坡度大小对崩塌落石有显著影响,坡度越陡,坡度拉应力区越大,顶部岩体节理越容易产生。坡度指标确定过程中,除了取原始观测值外,同样也可以利用GIS从DEM数据中分别提取调查区的坡度信息,根据GIS分析得到的公路两侧坡度变化,按照不同的单元进行量化取值(见图5-12)。将坡度大于60°的定义为高易发,45°~60°的定义为中易发,小于45°的定义为低易发。
(3)地层岩性。
岩性对岩质边坡崩塌的控制作用是明显的。坚硬或较坚硬的脆性岩石,常构成较陡的地形,有利于崩塌发生。软岩因为强度低、易于风化,产生崩塌的可能性低,但发生滑坡的可能性高。花岗岩、灰岩、砂岩、砾岩等硬岩为易崩地层,研究中定义为高易发;板岩、片岩、片麻岩等变质岩定义为中易发;页岩、泥岩和石英岩定义为低易发,如表5-17所示。
图5-11 复兴段高程GIS图
图5-12 复兴段坡度GIS图
表5-17 地层按易崩塌程度的分类
(4)岩体结构。
岩体结构对崩塌的产生影响很大,虽然岩体中结构面的倾向、倾角、迹长、间距、张开度、充填度及结构面组合等诸因素均影响崩塌的发生,但野外获取这些数据却是困难的。因此,可用岩体结构状态类型来表征岩体结构。按岩体的结构状态将碎裂、散体结构定义为高易发,块状、层状结构定义为中易发,整体状结构定义为低易发。
(5)边坡结构。
边坡结构是指优势结构面与边坡坡向的关系(伍法权,2004),详见表5-18。顺向坡和反向坡为易崩地质结构,定义为高易发;斜向坡为中崩地质结构,为中易发;侧向坡为偶崩地层,为低易发。当两组结构面的组合线的倾向和坡向夹角介于0°~30°之间时,易于发生楔形体破坏,也属于易崩地质结构。
表5-18 岩质边坡地质结构
(6)地下水出露。
边坡有无地下水出露情况,有无流量变化等对边坡岩体的稳定性影响很大,据此将坡体常年有水定义为高易发,潮湿或雨季有水定义为中易发,常年无水定义为低易发。
(7)风化程度。
风化程度是崩塌发生的一个重要因素,研究中,将全风化和强风化岩体定义为高易发,中等风化或弱风化定义为中易发,微风化岩体定义为低易发。
(8)降雨量。
可分为日最大降雨量、连续日降雨量和月最大降雨量三个指标。日最大降雨量大于50mm的定义为高易发,介于30~50mm之间的定义为中易发,小于30mm的定义为低易发;连续日降雨量大于100mm的定义为高易发,介于50~100mm之间的定义为中易发,小于50mm的定义为低易发;月最大降雨量大于500mm的定义为高易发,介于200~500mm之间的定义为中易发,小于200mm的定义为低易发。
(9)工程削坡。
公路在修建过程中往往要对两侧自然斜坡进行人工开挖削坡,研究中将有多处削坡的定义为高易发,较多处削坡的定义为中易发,少量削坡的定义为低易发。
(10)地震烈度。
地震属于突发性小概率事件,但在崩塌易发区划分时,必须考虑公路穿过区的地震烈度,研究中将大于Ⅶ度的地区(含Ⅶ度)定义为高易发,Ⅵ度烈度区定义为中易发,Ⅴ度烈度以下区(含Ⅴ度)定义为低易发。
5.3.3 数学模型的建立
按照崩塌地质灾害易发区划分原则,建立地质灾害高易发区、中易发区、低易发区的评价体系。相关因素由若干因素集合构成,已选择的影响因素xi(i=1,2,…,n)。因各处影响程度不一,其影响分量值构成了单元内崩塌地质灾害易发程度的轻重强度,用崩塌地质灾害易发程度指数N来表示,即
由于各影响因素xi对N的影响程度即权重是不相同的,而且对于小比例尺精度的地质灾害易发性分区,各因素xi在同级中的影响程度不一,根据各因素对易发程度的影响大小、强弱、优劣赋以不同的权重,以突出每项因子的影响程度,使分区评价更趋合理。因此上式可写为
式中:bi为因素的影响程度权重系数。
所建立的以上评价数学模型,表示一个单元地质灾害产生条件及危害的程度,不是各影响因素xi的简单相加,而是能表明各因素相对大小、强弱和优劣的水平值的加权叠加。因此,用这种数学模型计算出的N值结合定性分区会更加合理、准确。
5.3.4 数据处理
崩塌地质灾害易发性分区采用数学综合评判的半定量方法,对水—麻高速公路复兴段崩塌地质灾害易发性有影响的各因素进行分级处理并赋以分量值,充分考虑各选取因素对崩塌地质灾害的影响大小,即权重的不同。采用条带状单元网格采样,经各项分区指标对整个样区进行采样后对获得数据采用加权叠加法求得崩塌地质灾害易发程度质量指数N,以此作为崩塌地质灾害易发性分区的基础依据。
1)网格采样的划分
水—麻高速公路复兴段长6 300m,计算网格以100m进行等长度条带状切割分块,并注意网格的衔接和边角的取含。全段共划分出63个计算单元,采集样本数据63×12=756个。
网格模型为: L = 6 300m
其中:l为条带状单元网格长度(m),取100m;SKP为计算单元网格(个);L为全段长度(m)。
2)数据处理
对每一网格的采样因子进行数学采样中,认真查对每项因子归属区间相应的影响分级量值和权系数(见表5-10)。每个采样单元将12个分级因子分别赋值综合叠加起来,作为该样区的易发程度指数N评价值。每个样本区的质量指数(N)计算,代表了该样本区的易发程度,并将其标记在划分的单元采样图上,并求出采样区间值和平均值,进一步确定崩塌地质灾害易发程度综合评判划分的标准值。
3)计算结果
根据划分标准对复兴段63个单元进行易发程度判别后,再根据同类易发性归并的原则,划定崩塌地质灾害易发区。由此将复兴段崩塌地质灾害易发程度划分为地质灾害高易发区、中易发区、低易发区,三级分区值如下:
>2.8 为崩塌地质灾害高易发区;
2.8~2.5 为崩塌地质灾害中易发区;
<2.5 为崩塌地质灾害低易发区。
划分结果基本与定性分区基本吻合,其中个别地方界线有出入的,按计算标准进行分区界线的修改和调整,尽量结合实际情况,达到定性、定量的统一结合。在划分区界时,按照崩塌地质灾害调查成果分析整理采用定性分析为主,定量评价为辅的基本要求,通常要与出露点的多种形成因素综合起来确定,并按就高不就低的原则,将其划分在同一易发区段内。
5.3.5 易发区分区评价
GZ40水富—普洱渡高速公路复兴段位于云贵高原与四川凉山接壤地带,地处滇东北昭通市最北端水富县太平、两碗乡境内,地理坐标东径104°10′59″~104°11′54″,北纬28°29′27″~18°33′35″之间,地势总体上呈南高北低。复兴段起点(K28+500)在江龙桥对岸附近,止点(K34+800)在复兴村公所附近,路线长度6.3km,路线走向北东、南西。由于地壳不断上升和河流的急剧下切,山高谷深,“V”字型沟谷发育,因此该路段属强侵蚀的峡谷地貌。根据地貌展布、成因类型、切割程度及地形起伏等因素,复兴段地貌为中切割尖顶状低、中山,海拔标高500~1300m,相对高差小于1 000m,顶面参差不齐,纵横沟谷极为发育,山高坡陡,谷坡陡峻,悬崖陡壁多见,坡面凸凹不平,呈阶梯状或锯齿状,一般坡度30°以上。此路段崩塌、落石较为发育。该段公路崩塌地质灾害易发区分区表见表5-19。
1)崩塌地质灾害高易发区(Ⅰ)
受地形地貌、地质构造、降雨、植被、人类工程活动等因素的控制与影响,复兴段崩塌地质灾害高易发区主要分布在桩号K28+600~K29+100,K30+000~K31+800,K32+800~K33+100,K33+600~K33+800,K33+900~K34+100,K34+200~K34+700,总长度3.5km,占调查区长度55.6%。该路段因公路修建开挖量大,人类工程活动强烈,暴雨不均匀系数大于60%。公路两侧斜坡坡度一般都在30°以上,高差达数百米。该段岩性为一套陆相碎屑岩建造的侏罗系(J)“红层”,岩相变化大,岩性比较复杂,软硬相间,主要为紫红、暗紫、紫灰、灰绿色的泥岩、细砂岩及泥质粉砂岩、长石石英砂岩呈不等厚互层,路线上泥岩多于砂岩。岩层大部分出露地表,山坡外形凸凹不平,呈阶梯状或锯齿状,局部陡峻斜坡上卸荷裂隙带发育(松弛张裂带),容易诱发崩塌、落石。早期的崩积、坡积层(Q4)分布在陡崖下部缓坡凹地或坡脚地带,岩性由亚黏土、碎石土、块石土等松散堆积物组成,石块大小混杂不均匀,孔隙度大,透水性强,厚度变化大,与下伏地层呈不整合接触。该段共发育岩堆和危岩各10处,崩塌线密度5.7处/km,依崩塌地质灾害点集中分布位置,进一步划分为6个亚区。
(1)K28+600~K29+100(Ⅰ1)
Ⅰ1亚区长500m,占高易发区长度的14.3%(见图5-13)。公路左侧斜坡陡峻,紫红、紫灰色的泥岩、细砂岩、长石石英砂岩不等厚互层,软硬相间,岩层产状150°∠30°,由于差异风化,外形凸凹不平,两组卸荷裂隙较发育(20°∠75~85°,300°∠80~85°),其中一组拉张裂隙倾向与坡面同向,垂直于层面,在重力作用下容易产生崩塌。发育岩堆1处,危岩两处,崩塌灾害线密度为0.6处/100m。
图5-13 K28+600~K29+100段地貌
(2)K30+000~K31+800(Ⅰ2)
Ⅰ2亚区长1 800m,占高易发区长度的51.4%(见图5-14)。该路段属斜坡地貌,自然坡度20°~24°人工削坡后斜坡下部陡立。岩堆内为崩塌堆积的块石土,局部为亚黏土、碎石土,一般块径0.4~1m,最大块径3m,石质为砂岩,少量泥岩,结构松散,孔隙度大,碎石、粘性土充填,表面粗糙、杂乱,厚度17.4~32.6m,容易发生滑移、不均匀沉陷;岩堆左侧上方陡峻斜坡地段有潜在危岩,易发生崩塌、落石。发育岩堆4处,危岩4处,崩塌灾害线密度为0.4处/100m。
(3)K32+800~K33+100(Ⅰ3)
Ⅰ3亚区长300m,占高易发区长度的8.6%。该路段左侧斜坡陡峻,岩性为紫红、灰绿色泥岩、长石石英砂岩不等厚互层,软硬相间,岩层产状70°∠9°,由于差异风化,外形凸凹不平,两组卸荷裂隙较发育(240°∠75~85°,340°∠80~85°),其中一组拉张裂隙倾向与坡面同向,卸荷裂隙顺向坡面,垂直于层面,在重力作用下容易产生崩塌、落石。在陡崖下缓坡地段发育岩堆,易诱发工程性坍塌。发育岩堆1处,崩塌灾害线密度为0.3处/100m。
图5-14 K30+000~K31+800段地貌
(4)K33+600~K33+800(Ⅰ4)
Ⅰ4亚区长200m,占高易发区长度的5.7%。该路段属斜坡地貌,自然坡度23°~36°,岩堆内为崩塌堆积的块石土,一般块径0.4~0.6m,最大块径1.5m,石质为砂岩,少量泥岩,结构松散,孔隙度大,碎石、黏性土充填,表面粗糙、杂乱,厚度7.8~16.7m,容易产生滑移、不均匀沉陷,岩堆相对稳定。公路左侧陡峻斜坡地段有潜在危岩,易发生崩塌、落石。发育岩堆和危岩各1处,崩塌灾害线密度为1.0处/100m。
(5)K33+900~K34+100(Ⅰ5)
Ⅰ5亚区长200m,占高易发区长度的5.7%。该路段属斜坡地貌,自然坡度23~25°岩堆内上部为亚粘土、碎石土、块石土,结构松散,孔隙度大,物质成份不均匀,表面粗糙、杂乱,厚度13.0~17.3m,局部19m未揭穿,容易产生滑移、不均匀沉陷,岩堆相对稳定。公路右侧陡峻斜坡地段有潜在危岩,易发生崩塌、落石。发育岩堆和危岩各1处,崩塌灾害线密度为1.0处/100m。
(6)K34+200~K34+700(Ⅰ6)
Ⅰ6亚区长500m,占高易发区长度的14.3%。该路段属斜坡地貌,自然坡度32~38°,岩堆下部为块石土,一般块径0.5~0.8m,最大块径8m,石质为砂岩,少量泥岩,结构松散,孔隙度大,碎石、粘性土充填,厚度8.7~12.3m,岩堆中、顶部为亚粘土含块碎石,硬塑状,厚度0.1~6.1m,下部为碎石土,厚度11.9m,表面粗糙、杂乱,容易产生滑移、不均匀沉陷,岩堆相对稳定。左侧斜坡紫红、灰绿色泥岩、长石石英砂岩不等厚互层,软硬相间,岩层产状70°∠10°,由于差异风化,外形凸凹不平,两组卸荷裂隙较发育(200°∠75~85°,290°∠80~85°),其中一组拉张裂隙倾向与坡面同向,卸荷裂隙顺向坡面,垂直于层面,在重力作用下容易产生崩塌、落石。发育岩堆和危岩各2处,崩塌灾害线密度为0.8处/100m。
2)崩塌地质灾害中易发区(Ⅱ)
复兴段崩塌地质灾害中易发区主要分布在桩号K29+900~K30+000,K31+900~K32+300,K32+600~K32+800,K33+200~K33+300,K34+700~K34+800,总长度0.9km,占调查区长度14.3%。该段发育岩堆4处,危岩1处,崩塌地质灾害线密度5.9处/km。依崩塌地质灾害点集中分布位置,进一步划分为5个亚区。该路段仅在K29+900~K30+000发育一处危岩,其余路段主要发育岩堆,均为Q4崩塌堆积物和坡积物。由于公路开挖、降雨和差异风化等因素的影响,该路段在正常运营期间属于潜在崩塌地质灾害发育路段。
3)崩塌地质灾害中易发区(Ⅲ)
复兴段崩塌地质灾害低易发区主要分布在不包括高易发区和中易发区以外的路段,总长度1.9km,占调查区长度30.1%。这些路段尽管受人工开挖、降雨等因素影响,但由于公路两侧地形较开阔,山体斜坡坡度较缓,崩塌基本不至于发展到该路段范围,所以属于地质灾害低易发地段。
表5-19 复兴段崩塌易发程度区划说明表