張勁松，楊 紅

（1.云南省交通規(guī)劃設計研究院，云南 昆明 650011；2.成都理工大學地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059）

陡峻或極陡斜坡上，某些大塊或巨塊巖體，突然地墜落或滑落，順山坡猛烈地翻滾跳躍，巖塊相互撞擊破碎，最后堆于坡腳，這一過程稱之為崩塌［1］。隨著改革開放的深入和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，鐵路、公路和其他各項工程不斷向山區(qū)延伸，高陡邊坡越來越多，邊坡崩塌落石災害也在不斷增加。由于崩塌災害具有發(fā)生時間不確定、墜落速度快等特點，常常會給人們造成巨大災害。

2008年5月12日四川省發(fā)生8級地震，地震對青川縣造成了巨大破壞，同時引發(fā)了大量的次生地質災害。地震期間青川縣碾子村背后的山體發(fā)生崩塌，造成3人直接死亡，同時崩落的塊石掩埋了大量的耕地，且目前危巖帶內(nèi)還存在大量的危巖體，在地震、暴雨等因素影響下再次發(fā)生崩塌的可能性相當大。本文以碾子村五社地質災害點為研究評價對象，在野外地質調查、室內(nèi)巖土體力學實驗、落石運動過程數(shù)值模擬的基礎之上，計算了碾子村遭受崩塌災害的災損情況，對災害的風險性進行了評價。

1 碾子崩塌的總體概況

碾子崩塌位于碾子村五社北側，隸屬于四川省廣元市青川縣，地理坐標為：N32°30'、E105°20'70″。碾子崩塌災害由1#～9#危巖帶及蒿支窩危巖帶共計10個危巖帶組成；危巖帶呈排分布，南側為蒿支窩危巖帶、1#～4#危巖帶；北側為 5#～9#危巖帶（圖 1）。分析得出，10個危巖帶中對碾子村五社威脅最大的是2#危巖帶以及蒿支窩危巖帶。

蒿枝窩危巖帶位于碾子村五社北側，坡高80m，坡體上部為吳家坪組灰?guī)r，下部為耕地，危巖體主要位于坡體上部灰?guī)r出露部位，危巖帶寬度120m左右。邊坡巖體呈次塊狀～鑲嵌碎裂狀結構，主要發(fā)育的結構面有：①N82°W/NE∠78°，可構成危巖體的側緣邊界；②N59°W/NE∠84°，陡傾坡外結構面，可構成危巖體的底滑面；③N30°E/NW∠30°傾坡內(nèi)灰?guī)r層面，可構成危巖體的后緣邊界，邊坡危巖體主要失穩(wěn)模式以傾倒式為主。

2 崩塌災害的危險性評價

研究區(qū)的面積不足2km2，根據(jù)羅元華在《地質災害風險性評價方法》一書中提到的地質災害風險性評價類型的劃分標準［2］，得出研究區(qū)內(nèi)的崩塌災害評估屬于點評估范疇。針對研究區(qū)崩塌災害特點，選擇對崩塌的破壞概率、發(fā)生規(guī)模和危害范圍三個方面來對其進行危險性分析。

圖1 碾子崩塌全貌圖Fig.1 Complete picture of NianZi rock fall

2.1 崩塌的破壞概率分析

破壞概率的計算采用經(jīng)驗計算公式進行計算［3］。計算公式如下：

式中：P——災害體的破壞概率；

K——危巖體穩(wěn)定性系數(shù)，當K≥1.2時取K=1.2。

危巖體的穩(wěn)定性采用《三峽庫區(qū)崩塌滑坡與塌岸地質災害防治工程地質勘查技術要求》［4］推薦的公式進行計算。根據(jù)大量工程實例，結合規(guī)范要求，主要考慮了3種工況和荷載組合：工況1：天然工況，考慮自重和天然狀態(tài)下的裂隙水壓力；工況2：暴雨工況，考慮飽和自重+裂隙水壓，其中裂隙充水高度取裂隙深度的1/2～2/3；工況3：地震工況，考慮自重、天然狀態(tài)下的裂隙水壓力和地震力。分別在蒿支窩危巖帶及2#危巖帶選擇兩塊具有代表性的危巖體進行穩(wěn)定性計算，危巖體所在位置及高程見圖2～圖5所示。計算所需的巖體及結構面參數(shù)見表1～表2。穩(wěn)定性計算結果見表3。

(1)根據(jù)現(xiàn)場情況布設主軸線，釘設引樁，并砌磚保護，作為測量軸線的依據(jù)。為保證結構軸線位置的準確性，用全站儀進行測量。

圖2 2#危巖帶立面圖Fig.2 Elevation map of dangerous rockⅡ

由危巖體穩(wěn)定性計算結果（表3）及危巖體破壞概率計算公式（1）可以得出WY1和WY2的失穩(wěn)概率，WY1和WY2在天然工況下的失穩(wěn)概率為0.1，在暴雨工況下的失穩(wěn)概率都為0.18；在地震工況下WY1的失穩(wěn)概率為0.4；WY2的失穩(wěn)概率為0.3，易發(fā)性相對較高。

2.2 危巖體失穩(wěn)過程數(shù)值模擬及危害范圍預測

現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)危巖體失穩(wěn)后在研究區(qū)坡面以直落、跳躍、滾動、滑動等方式運動。崩落體的運動軌跡、跳起高度和沖擊能的確定具有現(xiàn)實的工程意義和理論價值。危巖體失穩(wěn)后的彈跳高度、運動距離、運動速度受危巖落石本身的大小、形狀及其堅硬強度；邊坡或山坡的高度、坡度、坡形；坡面組成物質及其表面起伏程度，覆蓋層植被情況和運動初始速度等多方面因素的影響。經(jīng)過現(xiàn)場調查及滾石試驗，確定2#危巖帶上的危巖體失穩(wěn)后的運動路徑剖面圖如圖3所示；蒿支窩危巖體上的危巖失穩(wěn)后運動路徑如圖5所示。

圖3 2#危巖帶剖面圖Fig.3 Cross-section map of dangerous rockⅡ

圖4 蒿支窩危巖帶立面圖Fig.4 Elevation map of HaoZiWo dangerous rock

表1 典型危巖體特征統(tǒng)計表Table 1 Statistics of typical dangerous rock

表2 危巖體結構面計算參數(shù)表Table 2 Calculation parameters of structure plane

圖5 蒿支窩危巖帶剖面圖Fig.5 Cross-section map of HaoZiWo dangerous rock

表3 危巖體穩(wěn)定性系數(shù)計算結果表Table 3 Calculated results of stability

為了更全面的分析落石失穩(wěn)后的運動狀態(tài)及運動過程中的各個動參數(shù)，現(xiàn)采用落石分析計算的專業(yè)軟件對落石失穩(wěn)后的運動過程進行模擬計算。落石運動過程中一共經(jīng)歷了三個不同的地層，灰?guī)r、泥巖及第四系堆積物。為使模擬過程更加接近現(xiàn)場實際，計算過程采取動態(tài)選擇參數(shù)，即對每一坡段的法切向恢復系數(shù)及動摩擦系數(shù)均設定一個標準偏差值，計算過程采用的參數(shù)見表4所示。同時，落石樣本按現(xiàn)場堆積落石尺寸選用粒徑在2～5m的巖塊，重量為1700～2000kg，樣本總數(shù)為50個。假設各個落石樣本初始狀態(tài)均為靜止。模擬結果見圖6、圖7所示。

圖6 2#危巖帶落石運動軌跡圖Fig.6 The falling rocks trajectories of dangerous rockⅡ

圖7 蒿支窩危巖帶落石運動軌跡圖Fig.7 The falling rocks trajectories of HaoZiWo dangerous rock

計算結果和野外滾石試驗結果基本一致，及危巖一旦失穩(wěn)將會威脅到危巖帶下方居民區(qū)的人員、牲口、耕地及房屋的安全。根據(jù)滾石試驗的結果還可以間接的推測出危巖帶失穩(wěn)危巖體所威脅的范圍，具體威脅范圍見圖8所示。

表4 落石運動數(shù)值模擬參數(shù)表Table 4 Parameters of the rock fall numerical simulation

3 承災體的易損性評價

易損性是指受災體遭受地質災害破壞機會的多少與發(fā)生損毀的難易程度，它表征的是對成災結果具有直接影響的受災體特征。易損性評價的基本目標是獲取各方面易損性要素參數(shù)，為破壞損失評價提供基礎，主要內(nèi)容包括：劃分受災體類型；調查統(tǒng)計各類受災體數(shù)量及分布情況；核算受災體價值；分析各類受災體遭受不同類型、不同強度地質災害危害時的破壞程度及其價值損失率。

評價區(qū)內(nèi)主要的受災體為：人口、房屋建筑、室內(nèi)外設備及物品、農(nóng)作物、土地資源等；受崩塌威脅的人口有100人，房屋68間，磚混平房8間，磚木結構房屋60間，受威脅耕地8602m2，受威脅畜132頭。統(tǒng)計結果見表5。

表5 崩塌災害受災體數(shù)量價值統(tǒng)計表Table 5 Statistics of the hazard bearing body’s number and value

崩塌的易損度采用下式進行計算：

其中：V——易損性，包括財產(chǎn)易損性和人員易損性；

P——災害體的破壞概率；

W——受災體總量，包括受災人員總數(shù)及財產(chǎn)統(tǒng)計核算價值。

由崩塌災害的危險性評價計算出研究區(qū)的崩塌災害在天然工況、暴雨工況及地震工況下的平均破壞概率，再由公式2及受災體統(tǒng)計表5得出研究區(qū)內(nèi)的人員預估損失在天然工況下為10人，在暴雨工況下為18人，在地震工況下的人員預估損失為35人；財產(chǎn)預估損失天然工況下為32.43×104元，暴雨工況下為58.374萬元，在地震工況下為113.51×104元。

4 承災體的風險性評價

危巖崩塌災害風險可以定義為危巖失穩(wěn)破壞產(chǎn)生不良后果的可能性，即危巖崩塌風險包括危巖發(fā)生破壞的可能性及其所產(chǎn)生的后果（損失）2個方面，可以表示為：

圖8 碾子崩塌災害影響范圍平面圖Fig.8 Plan map of influenced scope by rock fall in NianZi

式中：R——危巖崩塌風險；

P——危巖失穩(wěn)破壞的概率；

C——危巖失穩(wěn)后造成的損失［5］。

危巖體失穩(wěn)后造成的損失包括經(jīng)濟損失和人員損失，在這里只討論經(jīng)濟損失的風險。經(jīng)濟損失采用下式進行計算：

其中：S——經(jīng)濟損失；

VI——第I類承災體的易損值；

WI——承災體平均單價；

AI——承災體計量單位；

P——破壞概率。

根據(jù)前述的計算結果及經(jīng)濟損失等級劃分表6可得出：在天然、暴雨工況下經(jīng)濟損失屬于一級，在地震工況下經(jīng)濟損失屬于二級。

5 結論

（1）研究區(qū)崩塌災害由1#～9#危巖區(qū)及蒿支窩危巖區(qū)共計10個危巖帶組成；崩塌的破壞模式主要是以滑移式和傾倒式為主，崩塌的主要影響因素有地形地貌、地震作用、暴雨及風化作用，對五社居民威脅較大危巖區(qū)是2#危巖區(qū)及蒿支窩危巖區(qū)。

表6 經(jīng)濟損失等級劃分表Table 6 Classification of economic loss

（2）通過對研究區(qū)崩塌災害的易損性及風險性分析得出：研究區(qū)內(nèi)的人員預估損失在天然工況下為10人，在暴雨工況下為18人，在地震工況下的人員預估損失為35人；財產(chǎn)預估損失天然工況下為32.43×104元，在暴雨工況下為58.374×104元，在地震工況下的財產(chǎn)預估損失為113.51×104元；研究區(qū)崩塌災害在天然、暴雨工況下可能造成的經(jīng)濟損失屬于一級，在地震工況下可能造成的經(jīng)濟損失屬于二級。

（3）根據(jù)野外調查結果及數(shù)值模擬計算結果，針對災害的特征提出的災害治理措施為高3m的RX-050型被動防護網(wǎng)。

致謝一同參與野外地質地質調查與室內(nèi)試驗的還有易志堅、楊珩，在此對他們表示感謝。

［1］張悼元，王士天，王蘭生.工程地質分析原理［M］.北京：地質出版社，1994.ZHANG Zhuoyuan，WANG Shitian，WANG Lansheng.Analysis principle of engineering geology［M］.Beijing：Geological Publishing House，1994.

［2］羅元華.地質災害風險評估方法［M］.北京：地質出版社，1998.LUO Yuanhua.The risk evaluation methods of geological disaster［M］.Beijing：Geological Publishing House，1998.

［3］張延輝.延安鳳凰山滑坡災害風險性研究［D］.西安：長安大學，2008.ZHANG Yanhui.Landslide risk research of Fenghuang mountain in Yan’an［D］.Xi An：Chang'an University，2008.

［4］三峽庫區(qū)地質災害防治工作指揮部.三峽庫區(qū)崩塌滑坡與塌岸地質災害防治工程地質勘查技術要求［S］.2004：67-68.Prevention of geological disasters in gorges reservoir area headquarters geological exploration technical requirements of the geological disasters prevention project of collapse，landslide and bank collapse in the Three Gorges Reservoir［S］.2004：67-68.

［5］許強，陳偉.單體危巖崩塌災害風險評價方法—以四川省丹巴縣危巖崩塌體為例［J］.地質通報，2009，28（8）：1039—1046.XU Qiang，CHEN Wei.Risk assessment method for single rockfall geo-disaster：a case study on the rockfall in Danba County［J］.Geological Bulletin of China，2009，28（8）：1039-1046.