新疆金东水库区公路岸坡灾害评价

新疆金东水库区公路岸坡灾害评价

0岸坡灾害风险评价随着经济的快速发展和社会的进步，山地道路建设取得了迅速发展，但不可避免地会发生许多灾难。特别是在沿河、河流和湖泊的公路建设和中心区道路建设中，由于水的作用，自然灾害频繁发生，道路受到严重破坏，造成巨员伤亡和经济损失。因此，人们越来越意识到预防和减少此类灾害的重要性，需要找到有效的控制方法和手段。地质灾害危险性评价以及地质灾害风险分析与治理必要性研究,成为人们越来越青睐的有效方法。然而,公路同铁路、长大输油管线工程一样属大型线性工程,具有跨区域广、地形地貌单元多样及评价面积小等特点,因此,必须在考虑水的作用下按照线性风险评价的理念和方法进行评价。重要的是,水的作用(包括降雨及库水升降作用),除了改变岩土体的性质外,还会引起岸坡地下水位的波动,从而使岸坡岩土体的稳定性处于一个动态变化过程(危险性动态变化),同时,公路上车流量、水库中的行船数量及大小等也呈动态变化(易损性动态变化)。这实际上说明,岸坡灾害风险也是处于动态变化过程中。基于以上认识,本文以三峡库区渝巴公路一段实例岸坡(马道子滑坡段)为例,进行研究分析。1关于基本了解1.1线性工程风险评价的内容公路岸坡属线性工程,其灾害风险评价可解释为:它是在库水位升降、波动作用下,库区公路沿线岸坡岩土体发生破坏并引起一系列灾害发生的概率及其对影响范围内人们生命财产和经济社会活动等方面造成损失程度的综合评价,进而对防治必要性及防治措施提出可行性建议。其基本原理是根据公路岸坡稳定性分析的理论基础并结合风险分析理论对沿线灾害进行评价。从评价内容上来说,它同以往灾害风险评价一样仍然分为危险性评价、易损性评价、破坏损失评价、防治工程评价,其中,危险性评价与易损性评价是重要基础。但其风险评价范围和要求同以往有较大不同,以往是延续点—面—区域评价过程,而线性工程延续的是点—段—线的过程,即从线性工程的某点到某段到整个沿线灾害风险评价,其划分与岩性、岩体结构、地形地貌类型、岸坡类型等多方面有关。据此可做出线性工程沿线各种指标分布,比如三峡库区渝巴路某段灾害损失强度线性分布(图1)。另外,称其为线性风险评价,是因为其两侧评价范围有限,比如,公路勘察一般为公路两侧各150～200m宽度范围;水库塌岸区调绘范围一般限于公路线与库岸之间的距离不大于250m的地段。本文在后面实例当中,主要以渝巴路某岸段滑坡风险进行线性评价,其它路段可以此为参照。1.2动态稳定性分析对于库区公路岸坡来说,其突出的特点是受库水升降作用影响较大,而对于三峡库区来说,降雨的影响也非常显著。前已述及,它们对岸坡岩土体稳定性的影响,对地下水方面的影响是重要方面之一。因此怎样简便快速求解地下水位在不同时段随库水升降及降雨作用而波动的情况,是正确评价岸坡动态稳定的关键。本文主要根据如下简化公式对最终浸润线随时间变化曲线预测:其中,λ与R(λ)的关系可由图2多项式拟合方程求解:2实例分析以渝巴公路奉节段马道子滑坡岸段为例,运用定量评价方法并考虑库水升降及降雨作用下的库岸边坡稳定性及其风险。2.1滑坡结构面特征该滑坡南北主轴方向长550～600m,东西宽300～450m,钻探揭露滑体最大厚度58.4m,平均厚度45～50m,体积700～800万m3,地面坡度25°～30°,后壁约45°。滑坡后缘高程约355m,前缘滑坡舌伸入长江河床内,水平滑距约350m。滑坡体表面坡度15°～25°,主滑方向与坡向基本一致约173°。滑坡上部主要由含砾低液限粘土、碎石质土组成,厚度一般在15m以内,其稳定性差,易形成次一级的浅表层滑坡(次级滑坡I、II)。滑体中下部主要由块石、碎石及碎石夹土、碎石质土组成滑带土为褐灰色、灰色低液限粘土组成,该层在第四系覆盖层中为相对隔水层,上部地下水的下渗及其本身抗剪强度低,是控制滑坡稳定性的主要软弱结构面。滑坡边界及滑床主要由三叠系中统巴东组泥质灰岩夹泥岩(T2b3)组成,泥质灰岩、泥岩均属易风化、软化的软质岩类,其顶部风化物多呈土状,抗剪强度低,亦是控制滑坡稳定性的主要软弱结构面(图3)。2.2风险等级1该滑坡为一老滑坡,其上部又有两个次级滑坡,现对其稳定性进行定量评价。2.2.1不同作用的计算方案主要考虑库水升降及降雨作用下的滑坡动态稳定性,同时也考虑地震的综合作用。因此计算方案主要有三种,即:天然+自重+库水升降作用、天然+自重+库水升降作用+地震作用、自重+库水升降作用+日最大降雨强度。另外,对于II号滑坡,由于库水作用影响不到,因此,以上三种计算方案应将库水作用去掉。2.2.2坡体渗透系数及地下水含水层厚度其计算参数根据室内及现场试验、反算及邻近地勘资料综合取值(表1)。另外,坡体渗透系数为0.8m/d,给水度0.05,平均含水层厚度经统计约30m,日最大降雨强度按历史158.6mm/d考虑(计算时应以m/d为单位),水位升降速度按1m/d考虑。2.2.3老滑坡稳定性评价稳定性评价主要利用传递系数法并结合浸润线计算公式进行。另外,考虑到渝巴公路虽为二级公路,但在库区属交通枢纽,一旦中断将带来严重影响。因此,按二级边坡评价,安全系数取1.2。(1)老滑坡稳定性评价分析计算剖面及不同时刻的浸润线如图4(水位上升)及图5(水位下降)所示(考虑到成图清晰度,每两天输出一次浸润线)。根据以上水位变动条件,对三种工况进行了评价预测,结果分别如图6～图8所示。根据稳定性系数随水位变动的变化情况可得出如下结论:(1)天然工况下,如不考虑水位变动,老滑坡稳定性在1.1以上,处于基本～稳定状态,破坏概率在17.8%～31.9%;如考虑库水作用,则稳定性将有所降低,但总体上仍处于基本稳定状态,破坏概率在23.9%～40.1%;然而再考虑地震及日最大降雨时,稳定性将还会有所降低,处于基本稳定～稳定性较差状态,破坏概率在32.4%～45.2%。(2)三种工况均显示,相同条件下库水位等速下降时稳定性比等速上升时低。同时也显示,随库水位等速下降,稳定性降低趋于缓慢;相反,随库水位等速上升,开始稳定性有一定升高,随之开始降低,且降低速度明显加快。(3)随着库水位每年一次升降调节,并结合降雨作用,该库岸段滑坡的稳定性始终处于一个动态变化过程中,这也决定了其危险性也是一个动态变化过程。因此,在水库运行期间,必须按照动态稳定性的理念进行滑坡评价,只有这样,才能及时掌握滑坡的危险性,达到适时治理。(2)I号滑坡稳定性评价按照对老滑坡的评价方法,可对I号滑坡的稳定性进行动态评价。评价结果显示:天然情况下其稳定性系数在1.11～1.36之间,处于稳定状态,破坏概率在18.7%～28.4%;考虑库水作用时其稳定性处于0.95～1.09之间,如再考虑地震及日最大降雨作用时,其稳定性还要降低,降低幅度在0.05～0.15之间,处于稳定较差—稳定差状态,破坏概率在67.8%～83.5%。(3)II号滑坡稳定性评价按照前述方法进行动态评价(只是不考虑库水作用)。评价结果显示,天然情况下,滑坡稳定性系数为1.17～1.22,处于稳定状态,破坏概率24.8%～30.2%;考虑降雨时,由于地下水位较深,日最大降雨对地下水造成的影响对滑坡不构成影响,因此按传统方法评价,稳定性系数为1.02,稳定较差,破坏概率62.5%;如考虑地震与降雨的综合影响,其稳定性在0.93,稳定差,破坏概率为74.7%。由以上分析可见,天然并考虑库水升降作用情况下,该老滑坡总体上处于基本稳定状态,即使在地震及降雨等特殊情况下,其稳定性降低也很有限,处于基本稳定—稳定较差状态;而对于两个次级滑坡,虽然天然情况下也处于稳定状态,但在考虑库水或降雨、地震等条件时,则处于稳定较差—稳定差状态。因此,根据危险性分级标准,该滑坡段属于较严重危险段,必须在确保老滑坡整体不受影响甚至使其稳定性有所提高的情况下对次级滑坡进行治理。另外,根据滑坡动态稳定性评价的理念,仍要对新滑坡治理后的老滑坡进行动态危险性评价和监测,以便及时发现险情并适时治理。2.3大滑坡对易损性的影响该段岸坡受灾体主要为从其中部通过的新渝巴路,路段长350m,单位造价650万元/km,总造价227.5万元,主要受II号滑坡的直接影响,处于严重灾害强度区,破坏性极大,一旦发生灾害,破坏率可达85%以上。在I号滑坡前缘为老渝巴路,目前改为煤炭码头,但考虑到I号滑坡天然情况下是稳定的,且水位再次抬升后老渝巴路将被淹没而废弃,因此,不对其易损性进行评价。该段无固定风险人口。此外,公路行车及滑坡前缘长江行船也是潜在受灾体,这类受灾体可称为动态受灾体,即具有很大不确定性及偶然性。2.4极高风险段sq由前面分析可见,水位蓄水完成后,I号滑坡前缘基本无固定受灾体,可暂不考虑破坏损失。对II号滑坡,其破坏概率最大值74.7%,而处于其严重灾害强度区的公路受灾体的破坏率最低按85%计,结合公路受灾体总造价,并根据式(2)可得该段破坏的期望损失为144.45万元/a,灾害损失强度为4127.1元/m,灾害损失率为63.5%,其风险指数为63.5,因此该段属于极高风险路段当然,这个风险指数是在不考虑动态受灾体情况下的最高风险。事实上,根据危险性及易损性都存在的动态变化特点,该风险性也是一个动态风险,但总体上仍为极高风险。式中:Sq为期望损失;Ei为不同承灾体财产价值;P为不同危险段灾害发生概率;R为不同承灾体的破坏率;Ea为单位长度的期望损失值;L为不同承灾段段长;e为灾害损失率(%);E不同承灾段资产价值。2.5降压药段的治理由老滑坡滑面形态可知,由于滑面后部较陡,致使滑坡推力在后部明显较大,滑坡推力计算也显示如此。而滑体相对较薄的II号滑坡也位于老滑坡后部滑面相对较陡段,体积约65.4万m3。因此,削方减载是比较理想的处治措施。它具有两大优点:一是可完全解决II号滑坡对公路的威胁;二是减小整个滑坡后部的推力,从而增加老滑坡整体稳定性。同时,还要加强坡面排水系统的完善,以减少坡面入渗问题,这也是目前该路段采用的主要处治方案。另外,为了防止公路内侧土体的变形和坍塌,还设置了格构梁护坡。根据调查及搜集的有关资料,运用有关定额,针对II号滑坡的处治工程量及费用进行了估算,分别为:排水沟长330m,单价300元/m,费用为9.9万元;削坡方量约56.5万m3,按综合价15元/m3计算,费用847.5万元;格构护坡长约300m,有1m×1m格,也有2m×2m格,钢筋砼总量约270m3,按750元/m3的综合价计算,费用20.25万元。治理费用合计877.65万元。而针对I号滑坡,其体积约73.8万m3,虽然蓄水后其稳定较差,但考虑到其位于老滑坡中部滑面相对较陡段,其滑动后将堆积在老滑坡前部,此段也是老滑坡滑面相对较缓处,即抗滑段,一定程度上将增加老滑坡的稳定性。同时,考虑到蓄水后坡体上基本无固定受灾体,因此,该段可暂不考虑治理,只是蓄水后应加强监测和动态稳定性评价,以便及时了解其变形情况,达到减灾并降低风险的目的。因此,该滑坡仅针对II号新滑坡进行削坡减载+排水+格构梁治理,治理费用877.65万元,防灾有效度可达90%,此防治工程条件下的期望损失为22.75万元/a,减灾收益为204.75万元/a,效益显著。3动态稳定性的理念进行建立根据以上研究,主要获得以下认识:(1)线性工程具有跨越区域广、地形地貌单元多样、灾害评价面积小等特点。其风险评价在评价范围上是以点到段再到整个沿线的过