新疆金東水庫(kù)區(qū)公路岸坡災(zāi)害評(píng)價(jià)

新疆金東水庫(kù)區(qū)公路岸坡災(zāi)害評(píng)價(jià)

0岸坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，山地道路建設(shè)取得了迅速發(fā)展，但不可避免地會(huì)發(fā)生許多災(zāi)難。特別是在沿河、河流和湖泊的公路建設(shè)和中心區(qū)道路建設(shè)中，由于水的作用，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，道路受到嚴(yán)重破壞，造成巨員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到預(yù)防和減少此類災(zāi)害的重要性，需要找到有效的控制方法和手段。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)以及地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與治理必要性研究,成為人們?cè)絹?lái)越青睞的有效方法。然而,公路同鐵路、長(zhǎng)大輸油管線工程一樣屬大型線性工程,具有跨區(qū)域廣、地形地貌單元多樣及評(píng)價(jià)面積小等特點(diǎn),因此,必須在考慮水的作用下按照線性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的理念和方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。重要的是,水的作用(包括降雨及庫(kù)水升降作用),除了改變巖土體的性質(zhì)外,還會(huì)引起岸坡地下水位的波動(dòng),從而使岸坡巖土體的穩(wěn)定性處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程(危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)變化),同時(shí),公路上車流量、水庫(kù)中的行船數(shù)量及大小等也呈動(dòng)態(tài)變化(易損性動(dòng)態(tài)變化)。這實(shí)際上說(shuō)明,岸坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)也是處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中?；谝陨险J(rèn)識(shí),本文以三峽庫(kù)區(qū)渝巴公路一段實(shí)例岸坡(馬道子滑坡段)為例,進(jìn)行研究分析。1關(guān)于基本了解1.1線性工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的內(nèi)容公路岸坡屬線性工程,其災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可解釋為:它是在庫(kù)水位升降、波動(dòng)作用下,庫(kù)區(qū)公路沿線岸坡巖土體發(fā)生破壞并引起一系列災(zāi)害發(fā)生的概率及其對(duì)影響范圍內(nèi)人們生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)等方面造成損失程度的綜合評(píng)價(jià),進(jìn)而對(duì)防治必要性及防治措施提出可行性建議。其基本原理是根據(jù)公路岸坡穩(wěn)定性分析的理論基礎(chǔ)并結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析理論對(duì)沿線災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)。從評(píng)價(jià)內(nèi)容上來(lái)說(shuō),它同以往災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)一樣仍然分為危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、易損性評(píng)價(jià)、破壞損失評(píng)價(jià)、防治工程評(píng)價(jià),其中,危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與易損性評(píng)價(jià)是重要基礎(chǔ)。但其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)范圍和要求同以往有較大不同,以往是延續(xù)點(diǎn)—面—區(qū)域評(píng)價(jià)過(guò)程,而線性工程延續(xù)的是點(diǎn)—段—線的過(guò)程,即從線性工程的某點(diǎn)到某段到整個(gè)沿線災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),其劃分與巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地形地貌類型、岸坡類型等多方面有關(guān)。據(jù)此可做出線性工程沿線各種指標(biāo)分布,比如三峽庫(kù)區(qū)渝巴路某段災(zāi)害損失強(qiáng)度線性分布(圖1)。另外,稱其為線性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),是因?yàn)槠鋬蓚?cè)評(píng)價(jià)范圍有限,比如,公路勘察一般為公路兩側(cè)各150～200m寬度范圍;水庫(kù)塌岸區(qū)調(diào)繪范圍一般限于公路線與庫(kù)岸之間的距離不大于250m的地段。本文在后面實(shí)例當(dāng)中,主要以渝巴路某岸段滑坡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行線性評(píng)價(jià),其它路段可以此為參照。1.2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析對(duì)于庫(kù)區(qū)公路岸坡來(lái)說(shuō),其突出的特點(diǎn)是受庫(kù)水升降作用影響較大,而對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)來(lái)說(shuō),降雨的影響也非常顯著。前已述及,它們對(duì)岸坡巖土體穩(wěn)定性的影響,對(duì)地下水方面的影響是重要方面之一。因此怎樣簡(jiǎn)便快速求解地下水位在不同時(shí)段隨庫(kù)水升降及降雨作用而波動(dòng)的情況,是正確評(píng)價(jià)岸坡動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的關(guān)鍵。本文主要根據(jù)如下簡(jiǎn)化公式對(duì)最終浸潤(rùn)線隨時(shí)間變化曲線預(yù)測(cè):其中,λ與R(λ)的關(guān)系可由圖2多項(xiàng)式擬合方程求解:2實(shí)例分析以渝巴公路奉節(jié)段馬道子滑坡岸段為例,運(yùn)用定量評(píng)價(jià)方法并考慮庫(kù)水升降及降雨作用下的庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性及其風(fēng)險(xiǎn)。2.1滑坡結(jié)構(gòu)面特征該滑坡南北主軸方向長(zhǎng)550～600m,東西寬300～450m,鉆探揭露滑體最大厚度58.4m,平均厚度45～50m,體積700～800萬(wàn)m3,地面坡度25°～30°,后壁約45°?；潞缶壐叱碳s355m,前緣滑坡舌伸入長(zhǎng)江河床內(nèi),水平滑距約350m?；麦w表面坡度15°～25°,主滑方向與坡向基本一致約173°?；律喜恐饕珊[低液限粘土、碎石質(zhì)土組成,厚度一般在15m以內(nèi),其穩(wěn)定性差,易形成次一級(jí)的淺表層滑坡(次級(jí)滑坡I、II)。滑體中下部主要由塊石、碎石及碎石夾土、碎石質(zhì)土組成滑帶土為褐灰色、灰色低液限粘土組成,該層在第四系覆蓋層中為相對(duì)隔水層,上部地下水的下滲及其本身抗剪強(qiáng)度低,是控制滑坡穩(wěn)定性的主要軟弱結(jié)構(gòu)面?；逻吔缂盎仓饕扇B系中統(tǒng)巴東組泥質(zhì)灰?guī)r夾泥巖(T2b3)組成,泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖均屬易風(fēng)化、軟化的軟質(zhì)巖類,其頂部風(fēng)化物多呈土狀,抗剪強(qiáng)度低,亦是控制滑坡穩(wěn)定性的主要軟弱結(jié)構(gòu)面(圖3)。2.2風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)1該滑坡為一老滑坡,其上部又有兩個(gè)次級(jí)滑坡,現(xiàn)對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。2.2.1不同作用的計(jì)算方案主要考慮庫(kù)水升降及降雨作用下的滑坡動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,同時(shí)也考慮地震的綜合作用。因此計(jì)算方案主要有三種,即:天然+自重+庫(kù)水升降作用、天然+自重+庫(kù)水升降作用+地震作用、自重+庫(kù)水升降作用+日最大降雨強(qiáng)度。另外,對(duì)于II號(hào)滑坡,由于庫(kù)水作用影響不到,因此,以上三種計(jì)算方案應(yīng)將庫(kù)水作用去掉。2.2.2坡體滲透系數(shù)及地下水含水層厚度其計(jì)算參數(shù)根據(jù)室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、反算及鄰近地勘資料綜合取值(表1)。另外,坡體滲透系數(shù)為0.8m/d,給水度0.05,平均含水層厚度經(jīng)統(tǒng)計(jì)約30m,日最大降雨強(qiáng)度按歷史158.6mm/d考慮(計(jì)算時(shí)應(yīng)以m/d為單位),水位升降速度按1m/d考慮。2.2.3老滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)主要利用傳遞系數(shù)法并結(jié)合浸潤(rùn)線計(jì)算公式進(jìn)行。另外,考慮到渝巴公路雖為二級(jí)公路,但在庫(kù)區(qū)屬交通樞紐,一旦中斷將帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此,按二級(jí)邊坡評(píng)價(jià),安全系數(shù)取1.2。(1)老滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析計(jì)算剖面及不同時(shí)刻的浸潤(rùn)線如圖4(水位上升)及圖5(水位下降)所示(考慮到成圖清晰度,每?jī)商燧敵鲆淮谓?rùn)線)。根據(jù)以上水位變動(dòng)條件,對(duì)三種工況進(jìn)行了評(píng)價(jià)預(yù)測(cè),結(jié)果分別如圖6～圖8所示。根據(jù)穩(wěn)定性系數(shù)隨水位變動(dòng)的變化情況可得出如下結(jié)論:(1)天然工況下,如不考慮水位變動(dòng),老滑坡穩(wěn)定性在1.1以上,處于基本～穩(wěn)定狀態(tài),破壞概率在17.8%～31.9%;如考慮庫(kù)水作用,則穩(wěn)定性將有所降低,但總體上仍處于基本穩(wěn)定狀態(tài),破壞概率在23.9%～40.1%;然而再考慮地震及日最大降雨時(shí),穩(wěn)定性將還會(huì)有所降低,處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定性較差狀態(tài),破壞概率在32.4%～45.2%。(2)三種工況均顯示,相同條件下庫(kù)水位等速下降時(shí)穩(wěn)定性比等速上升時(shí)低。同時(shí)也顯示,隨庫(kù)水位等速下降,穩(wěn)定性降低趨于緩慢;相反,隨庫(kù)水位等速上升,開始穩(wěn)定性有一定升高,隨之開始降低,且降低速度明顯加快。(3)隨著庫(kù)水位每年一次升降調(diào)節(jié),并結(jié)合降雨作用,該庫(kù)岸段滑坡的穩(wěn)定性始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中,這也決定了其危險(xiǎn)性也是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。因此,在水庫(kù)運(yùn)行期間,必須按照動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的理念進(jìn)行滑坡評(píng)價(jià),只有這樣,才能及時(shí)掌握滑坡的危險(xiǎn)性,達(dá)到適時(shí)治理。(2)I號(hào)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)按照對(duì)老滑坡的評(píng)價(jià)方法,可對(duì)I號(hào)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示:天然情況下其穩(wěn)定性系數(shù)在1.11～1.36之間,處于穩(wěn)定狀態(tài),破壞概率在18.7%～28.4%;考慮庫(kù)水作用時(shí)其穩(wěn)定性處于0.95～1.09之間,如再考慮地震及日最大降雨作用時(shí),其穩(wěn)定性還要降低,降低幅度在0.05～0.15之間,處于穩(wěn)定較差—穩(wěn)定差狀態(tài),破壞概率在67.8%～83.5%。(3)II號(hào)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)按照前述方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)(只是不考慮庫(kù)水作用)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,天然情況下,滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.17～1.22,處于穩(wěn)定狀態(tài),破壞概率24.8%～30.2%;考慮降雨時(shí),由于地下水位較深,日最大降雨對(duì)地下水造成的影響對(duì)滑坡不構(gòu)成影響,因此按傳統(tǒng)方法評(píng)價(jià),穩(wěn)定性系數(shù)為1.02,穩(wěn)定較差,破壞概率62.5%;如考慮地震與降雨的綜合影響,其穩(wěn)定性在0.93,穩(wěn)定差,破壞概率為74.7%。由以上分析可見,天然并考慮庫(kù)水升降作用情況下,該老滑坡總體上處于基本穩(wěn)定狀態(tài),即使在地震及降雨等特殊情況下,其穩(wěn)定性降低也很有限,處于基本穩(wěn)定—穩(wěn)定較差狀態(tài);而對(duì)于兩個(gè)次級(jí)滑坡,雖然天然情況下也處于穩(wěn)定狀態(tài),但在考慮庫(kù)水或降雨、地震等條件時(shí),則處于穩(wěn)定較差—穩(wěn)定差狀態(tài)。因此,根據(jù)危險(xiǎn)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),該滑坡段屬于較嚴(yán)重危險(xiǎn)段,必須在確保老滑坡整體不受影響甚至使其穩(wěn)定性有所提高的情況下對(duì)次級(jí)滑坡進(jìn)行治理。另外,根據(jù)滑坡動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的理念,仍要對(duì)新滑坡治理后的老滑坡進(jìn)行動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情并適時(shí)治理。2.3大滑坡對(duì)易損性的影響該段岸坡受災(zāi)體主要為從其中部通過(guò)的新渝巴路,路段長(zhǎng)350m,單位造價(jià)650萬(wàn)元/km,總造價(jià)227.5萬(wàn)元,主要受II號(hào)滑坡的直接影響,處于嚴(yán)重災(zāi)害強(qiáng)度區(qū),破壞性極大,一旦發(fā)生災(zāi)害,破壞率可達(dá)85%以上。在I號(hào)滑坡前緣為老渝巴路,目前改為煤炭碼頭,但考慮到I號(hào)滑坡天然情況下是穩(wěn)定的,且水位再次抬升后老渝巴路將被淹沒(méi)而廢棄,因此,不對(duì)其易損性進(jìn)行評(píng)價(jià)。該段無(wú)固定風(fēng)險(xiǎn)人口。此外,公路行車及滑坡前緣長(zhǎng)江行船也是潛在受災(zāi)體,這類受災(zāi)體可稱為動(dòng)態(tài)受災(zāi)體,即具有很大不確定性及偶然性。2.4極高風(fēng)險(xiǎn)段sq由前面分析可見,水位蓄水完成后,I號(hào)滑坡前緣基本無(wú)固定受災(zāi)體,可暫不考慮破壞損失。對(duì)II號(hào)滑坡,其破壞概率最大值74.7%,而處于其嚴(yán)重災(zāi)害強(qiáng)度區(qū)的公路受災(zāi)體的破壞率最低按85%計(jì),結(jié)合公路受災(zāi)體總造價(jià),并根據(jù)式(2)可得該段破壞的期望損失為144.45萬(wàn)元/a,災(zāi)害損失強(qiáng)度為4127.1元/m,災(zāi)害損失率為63.5%,其風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為63.5,因此該段屬于極高風(fēng)險(xiǎn)路段當(dāng)然,這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是在不考慮動(dòng)態(tài)受災(zāi)體情況下的最高風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上,根據(jù)危險(xiǎn)性及易損性都存在的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn),該風(fēng)險(xiǎn)性也是一個(gè)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn),但總體上仍為極高風(fēng)險(xiǎn)。式中:Sq為期望損失;Ei為不同承災(zāi)體財(cái)產(chǎn)價(jià)值;P為不同危險(xiǎn)段災(zāi)害發(fā)生概率;R為不同承災(zāi)體的破壞率;Ea為單位長(zhǎng)度的期望損失值;L為不同承災(zāi)段段長(zhǎng);e為災(zāi)害損失率(%);E不同承災(zāi)段資產(chǎn)價(jià)值。2.5降壓藥段的治理由老滑坡滑面形態(tài)可知,由于滑面后部較陡,致使滑坡推力在后部明顯較大,滑坡推力計(jì)算也顯示如此。而滑體相對(duì)較薄的II號(hào)滑坡也位于老滑坡后部滑面相對(duì)較陡段,體積約65.4萬(wàn)m3。因此,削方減載是比較理想的處治措施。它具有兩大優(yōu)點(diǎn):一是可完全解決II號(hào)滑坡對(duì)公路的威脅;二是減小整個(gè)滑坡后部的推力,從而增加老滑坡整體穩(wěn)定性。同時(shí),還要加強(qiáng)坡面排水系統(tǒng)的完善,以減少坡面入滲問(wèn)題,這也是目前該路段采用的主要處治方案。另外,為了防止公路內(nèi)側(cè)土體的變形和坍塌,還設(shè)置了格構(gòu)梁護(hù)坡。根據(jù)調(diào)查及搜集的有關(guān)資料,運(yùn)用有關(guān)定額,針對(duì)II號(hào)滑坡的處治工程量及費(fèi)用進(jìn)行了估算,分別為:排水溝長(zhǎng)330m,單價(jià)300元/m,費(fèi)用為9.9萬(wàn)元;削坡方量約56.5萬(wàn)m3,按綜合價(jià)15元/m3計(jì)算,費(fèi)用847.5萬(wàn)元;格構(gòu)護(hù)坡長(zhǎng)約300m,有1m×1m格,也有2m×2m格,鋼筋砼總量約270m3,按750元/m3的綜合價(jià)計(jì)算,費(fèi)用20.25萬(wàn)元。治理費(fèi)用合計(jì)877.65萬(wàn)元。而針對(duì)I號(hào)滑坡,其體積約73.8萬(wàn)m3,雖然蓄水后其穩(wěn)定較差,但考慮到其位于老滑坡中部滑面相對(duì)較陡段,其滑動(dòng)后將堆積在老滑坡前部,此段也是老滑坡滑面相對(duì)較緩處,即抗滑段,一定程度上將增加老滑坡的穩(wěn)定性。同時(shí),考慮到蓄水后坡體上基本無(wú)固定受災(zāi)體,因此,該段可暫不考慮治理,只是蓄水后應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià),以便及時(shí)了解其變形情況,達(dá)到減災(zāi)并降低風(fēng)險(xiǎn)的目的。因此,該滑坡僅針對(duì)II號(hào)新滑坡進(jìn)行削坡減載+排水+格構(gòu)梁治理,治理費(fèi)用877.65萬(wàn)元,防災(zāi)有效度可達(dá)90%,此防治工程條件下的期望損失為22.75萬(wàn)元/a,減災(zāi)收益為204.75萬(wàn)元/a,效益顯著。3動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的理念進(jìn)行建立根據(jù)以上研究,主要獲得以下認(rèn)識(shí):(1)線性工程具有跨越區(qū)域廣、地形地貌單元多樣、災(zāi)害評(píng)價(jià)面積小等特點(diǎn)。其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在評(píng)價(jià)范圍上是以點(diǎn)到段再到整個(gè)沿線的過(guò)