王麗俊
(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì),江蘇 常州 213022)
我國地域遼闊,地形地貌形態(tài)不一,尤其針對近年來人類活動頻次增加,加劇災(zāi)害發(fā)生。開展地質(zhì)災(zāi)害危險性評估,是從本質(zhì)層面降低災(zāi)害帶來的不良影響,地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、估測及治理作為現(xiàn)下地學(xué)界關(guān)注焦點(diǎn)。層次分析法是一種實(shí)用性決策方式,逐步應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害危險性評估中,獲取良好的應(yīng)用成效。
地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作核心目的在于,對工程活動形成一定的約束,從源頭減輕或杜絕地質(zhì)災(zāi)害對工程建設(shè)和運(yùn)營中不利影響,以免其造成嚴(yán)重?fù)p失,為工程有序開展提供保證,確保人民生命安全,為工程建設(shè)運(yùn)營中防治地質(zhì)災(zāi)害提供完整、可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。地質(zhì)災(zāi)害危險性評估任務(wù)內(nèi)容較多,主要包含以下幾方面:一系統(tǒng)性勘察研究主體目標(biāo)地形地貌、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造等條件;二是明確地質(zhì)災(zāi)害實(shí)際類型以及分布狀況,并將其作為基礎(chǔ)開展地質(zhì)災(zāi)害危險性評估;三是分析現(xiàn)下擬建工程可能受地質(zhì)災(zāi)害危險性,以及后續(xù)施工、運(yùn)營中可能面臨的地質(zhì)災(zāi)害,并掌握其危害程度。四是地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估基礎(chǔ)上,根據(jù)工程整體布局等條件,展開地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)評估,并對擬建場地進(jìn)行適宜性評價。五是依照被研究主體目標(biāo)開展地質(zhì)災(zāi)害類型、分布及危害性,結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件,提出行之有效的治理及預(yù)防相關(guān)對策及建議[1]。
地質(zhì)災(zāi)害主要是由人為活動或自然因素引發(fā)災(zāi)害,對人民生命及財(cái)產(chǎn)構(gòu)成威脅等災(zāi)害,如山體滑坡、崩塌、泥石流等。作為世界地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重國家之一,我國地質(zhì)災(zāi)害種類繁多,且特征不盡相同,分布面積十分廣泛,影響我國社會良好發(fā)展。為進(jìn)一步明確地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征規(guī)律,需積極開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和劃區(qū)工作,最終成果顯示其中滑坡作為災(zāi)害之首級,占據(jù)總災(zāi)害的51%,次之崩塌、不穩(wěn)定斜坡等,我國地質(zhì)災(zāi)害防治任務(wù)目標(biāo)嚴(yán)峻。
(1)地質(zhì)災(zāi)害種類及特征。我國地域遼闊,經(jīng)緯跨度較大,地理自然環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜,構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈自身災(zāi)害種類繁多,且程度嚴(yán)重。同時,隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,人類活動范圍擴(kuò)大、頻次增加,對地質(zhì)環(huán)境保護(hù)力度不足,誘發(fā)多個地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生?,F(xiàn)下我國地質(zhì)災(zāi)害種類包含以下幾方面:①滑坡?;聻?zāi)害主要是指構(gòu)成斜坡巖石土體,處于外界影響因素下在重力作用下,沿著坡面產(chǎn)生一定的滑動帶向下滑動,對人們生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅?;伦鳛閰^(qū)域內(nèi)高發(fā)地質(zhì)災(zāi)害之一,其整體分布面積較廣、數(shù)量多及破壞性較強(qiáng)?;w在滑坡發(fā)生過程中受不同干擾,土初期結(jié)構(gòu)被損傷,為水徑流、下滲等提供助力。舊滑坡坡面上存在的凹凸溝槽均有發(fā)育,多數(shù)老滑坡體坡腳與溝底臨近,促使其長期受溝水沖刷,產(chǎn)生不同程度形變。老滑體主要以上下方陡,中間緩和為特征,新滑坡多為一坡到底,滑體并無顯著平臺。②不穩(wěn)定斜坡。不穩(wěn)定斜坡是自然或人為因素干擾,從而造成正處于或未來特定時間點(diǎn)內(nèi)處于形變,進(jìn)一步有效發(fā)展形成崩塌或滑坡災(zāi)害斜坡,屬于一類潛在地質(zhì)災(zāi)害。分析其實(shí)際構(gòu)成物質(zhì),不穩(wěn)定斜坡均為黃土斜坡。不穩(wěn)定斜坡最后形成主要包含兩種形式,即滑坡、崩塌。③泥石流。泥石流災(zāi)害是山區(qū)溝谷內(nèi),因暴雨、水庫崩潰后高速徑流含有大量的碎屑類物質(zhì),自身具有強(qiáng)有力的沖擊力、破壞力,對人民生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成威脅災(zāi)害。此種災(zāi)害方式核心因素是不合理開挖、棄土等。④崩塌。崩塌屬于黃土區(qū)域內(nèi)最普遍的地質(zhì)災(zāi)害,主要是指直立裂縫分割陡坡上巖土體,巖土體整體結(jié)構(gòu)缺乏充足的支撐,便會出現(xiàn)局部滑移或壓碎現(xiàn)象,巖土體喪失穩(wěn)定性,從母體中分離,最終通過翻滾而下堆積于坡腳。此種災(zāi)害形成核心因素在于,人們開展礦產(chǎn)開挖活動,對巖土體產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾;道路工程建設(shè)中,對周圍邊坡開挖,影響外傾軟弱地層,會影響巖土體自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
(2)地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制。地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制主要從三個方面闡述:首先,地形地貌條件。產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害核心因素為地形整體十分陡,且是出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害基本條件,如崩塌、泥石流等,處于地形高差較大條件下,坡度越陡發(fā)生嚴(yán)重的下滑。其次,地層巖性條件。地質(zhì)災(zāi)害形成核心物質(zhì)便是巖體,其對災(zāi)害發(fā)展具有約束作用。由于巖土整體構(gòu)造、類型等特性不盡相同,其發(fā)育程度不一。最后,地質(zhì)構(gòu)造條件。部分地區(qū)內(nèi)斷裂、節(jié)理較為發(fā)育,一定程度破壞巖體結(jié)構(gòu)完整性,加劇巖石風(fēng)化,影響其自身抗剪能力,增加地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險。由于節(jié)理、斷裂面易風(fēng)化,容易滲入地下水,一般崩塌滑坡滑動面和分割面為軟弱結(jié)構(gòu)面。
我國不同區(qū)域內(nèi)地形地貌、氣候差異性較大,地質(zhì)災(zāi)害對我國危害十分凸顯,對其危險性進(jìn)行評估十分關(guān)鍵,是保證人民生命安全重要舉措。針對地質(zhì)災(zāi)害危險評估中國家具有明確要求,其評估實(shí)際分級分區(qū)需依照地質(zhì)條件復(fù)雜程度。一般危險性分級確定要素包含兩大模塊,即地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度、危害程度。危險性評估需從兩方面分析:一方面,現(xiàn)狀評估。需利用專用工具,選取合理的評估方式對目標(biāo)主體區(qū)域內(nèi)已發(fā)生或潛在地質(zhì)災(zāi)害形成條件、分布類型等進(jìn)行明確,對其穩(wěn)定性發(fā)育程度進(jìn)行初步評價。針對現(xiàn)下已經(jīng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害評估,需結(jié)合其類別、嚴(yán)重性等進(jìn)行定性分析。另一方面,預(yù)測評估。預(yù)測評估作為工程建設(shè)受地質(zhì)災(zāi)害干擾風(fēng)險,對其進(jìn)行定性估測,以及工程建設(shè)完成后運(yùn)營引發(fā)后加劇災(zāi)害危險性,該過程中主要以建筑物類型、規(guī)模等進(jìn)行分析,對可能產(chǎn)生的建筑物、地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)化評估。表1為地質(zhì)災(zāi)害危險性分級表。
表1 地質(zhì)災(zāi)害危險性分級表
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害危險性定量評估,根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征、干擾因素等,利用層次分析法,實(shí)現(xiàn)量化評估分析,對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險性評估。層次分析法應(yīng)用基本原理為,以研究主體目標(biāo)為核心,將總體現(xiàn)象中各方面要素,將其劃分為多層級具有較強(qiáng)聯(lián)系性層次,促使其更具有序化、條理化。首先,主要是根據(jù)各要素間關(guān)聯(lián)性,以一定層次基準(zhǔn)進(jìn)行組合,構(gòu)建完整的多層次模型;其次,對客觀現(xiàn)象展開主觀判定,逐一完成各層次重要性量化分析;最后,選取數(shù)學(xué)方式明確逐層中因素相對重要性次序數(shù)值。層次分析法應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害危險性評估中,其擁有以下幾方面優(yōu)勢:應(yīng)用原理簡單化、層次明晰、成果精準(zhǔn),適用性較強(qiáng);指標(biāo)等級劃分精細(xì),可呈現(xiàn)權(quán)重作用;對初期數(shù)據(jù)不做加工處理,可充分顯示評價結(jié)果實(shí)際性和合理性。下面主要以泥石流、不穩(wěn)定斜坡為例進(jìn)行定量評估分析。
(1)泥石流危險性定量評估。評價因子及同一層次相對權(quán)重確定:泥石流作為常見地質(zhì)災(zāi)害,其形成原理具有一定的復(fù)雜性,適用于其危險性評估因子較多,且處于不同區(qū)域內(nèi)指標(biāo)響應(yīng)程度不盡相同。按照現(xiàn)下多個區(qū)域內(nèi)泥石流發(fā)育特征、現(xiàn)狀評估結(jié)果顯示,最終選取指標(biāo)共計(jì)11個,包含主溝縱坡比、流域相對高差、山坡平均坡度、巖性條件等。依照我國相關(guān)規(guī)程,判定泥石流溝泥沙沿程補(bǔ)給長度比等15項(xiàng)影響因素,并逐一對各影響因素進(jìn)行量化評定說明。所以處于同一層次評價因子相對權(quán)重確定方式為,按照實(shí)際調(diào)研災(zāi)害特征,進(jìn)行整體性評估打分,最終獲得分?jǐn)?shù)與對應(yīng)影響因素比值,便為該因子相對權(quán)重?cái)?shù)值。
構(gòu)建系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu):結(jié)合初期地質(zhì)災(zāi)害評估實(shí)際目的、任務(wù)目標(biāo),確定泥石流災(zāi)害危險性評估為整體總目標(biāo),精準(zhǔn)獲取泥石流形成必要因素,將其作為層次結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)則層,指標(biāo)層主要為影響因子,構(gòu)建完整的層次結(jié)構(gòu)模型。構(gòu)造判斷矩陣:泥石流危險性評估過程中,連同選取多個影響因子評價,此類因子實(shí)際相對重要性存在差異性,即權(quán)值不同。利用層次分析法明確評估因子實(shí)際權(quán)值,將其以內(nèi)在關(guān)聯(lián)性進(jìn)行配置,構(gòu)建完整性結(jié)構(gòu)模型。層次單排序及一致性驗(yàn)證:應(yīng)將上述判定矩陣向量進(jìn)行幾何平均,并通過歸一化處理,最終獲取行向量便為權(quán)重向量。層次分析法主要依托人們自身主觀判定,并對其進(jìn)行一系列處理,循序漸進(jìn)將主觀性去除,實(shí)現(xiàn)成果描述客觀化。該目標(biāo)成功與否,與客觀成分處于合理化程度密切相關(guān),客觀事物自身具有較強(qiáng)的復(fù)雜性,對判斷矩陣需進(jìn)行統(tǒng)一性驗(yàn)證是重要內(nèi)容。
(2)不穩(wěn)定斜坡危險性定量評估。實(shí)際狀況下影響斜坡穩(wěn)定性眾多,如地形地貌、水文、氣象等,針對特定工程部分參數(shù)基本相同,但針對局部小范圍內(nèi),根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料掌握實(shí)際狀況,其主要以人類活動開挖形成的土質(zhì)邊坡。其危險性評估選取因子包含坡度、地震、地層巖性及人類活動。應(yīng)按照活動區(qū)域內(nèi)實(shí)際狀況,遵循因子量化原則,每一項(xiàng)指標(biāo)可劃分為4個危險級別,并提供相應(yīng)的實(shí)際分值,綜合性考量不同因子對邊坡穩(wěn)定性影響因素,為其各方面評估因子賦予相應(yīng)的權(quán)重。
定性、定量兩種實(shí)際評估方法,最終實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示結(jié)果實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化,評價結(jié)果具有較強(qiáng)的可靠性,也側(cè)面顯示應(yīng)用層次分析法,對現(xiàn)下地質(zhì)災(zāi)害危險性評估可行性較高。可綜合性分析上述兩種地質(zhì)災(zāi)害危險性評估結(jié)果,考量地質(zhì)環(huán)境差異性,以及潛在地質(zhì)災(zāi)害整體分布特征等不同。按照上述分區(qū)、評估方式及原則,依照其危險性大小,將其危險程度劃分為三個區(qū)域,即危險性大區(qū)、中等區(qū)、危險性小區(qū)。
3.4.1 建設(shè)場地適宜性評估基本原則
建設(shè)場地適宜性評估,主要劃分為多種形式,其不同級別評估原則不盡相同,通常針對地質(zhì)危害較大區(qū)域內(nèi),基本不設(shè)計(jì)防治工程,其土地適宜性為適宜;危險性中等,可選取工程措施予以處理,土地適宜性為基本適宜;地質(zhì)災(zāi)害危險性大,防治工程難度較大,整體費(fèi)用較高,土地適宜性不佳。其實(shí)際分級見表2。
表2 建設(shè)場地適宜性分級表
3.4.2 地質(zhì)災(zāi)害防治措施
地質(zhì)災(zāi)害防治主要是選取合理化評估方式,對不良地質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)性分析評估,通過有效的地質(zhì)工程技術(shù)措施,變更此類地質(zhì)災(zāi)害形成過程,從而實(shí)現(xiàn)杜絕或防止災(zāi)害發(fā)生目的。地質(zhì)災(zāi)害防治工作開展,主要以預(yù)防為核心目標(biāo),實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合治理為主。常見地質(zhì)災(zāi)害中發(fā)生頻次較高的為滑坡、泥石流及崩塌,下面主要針對該三種不良地質(zhì)展開防治。
(1)崩塌。①針對中小型崩塌可根據(jù)實(shí)際狀況,設(shè)置攔截建筑物,如落石平臺、攔石墻等;②支撐與坡面防護(hù)。支撐針對上懸于上方、可能墜落相關(guān)高危巖石進(jìn)行支撐加固,對其進(jìn)行處理。針對危險塊連體片分布,且內(nèi)部存在軟弱夾層結(jié)構(gòu)面危巖區(qū)域,需將其部分松動塊體進(jìn)行清除,建設(shè)相應(yīng)的支撐墻體予以保護(hù)。③錨固。針對多種類型高危巖石結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)崩塌,可選取預(yù)應(yīng)力錨索予以加固,以免出現(xiàn)崩塌。④軟基加固。保護(hù)和加固軟基,作為崩塌防治中核心內(nèi)容,在其特定范圍內(nèi)噴射泥漿護(hù)壁,可有效避免其進(jìn)一步風(fēng)化,增強(qiáng)軟基自身強(qiáng)度,應(yīng)依照其實(shí)際深度開展支撐方式進(jìn)行加固。
(2)滑坡災(zāi)害防治。①減重與加載。利用去除一定重量或加載方式,進(jìn)一步變更滑體自身力學(xué)平衡條件,也可實(shí)現(xiàn)治理滑坡目標(biāo)。但此種防治措施僅在抗滑地段進(jìn)行加載,主滑地段或牽引段減重方可具有良好的成效。若滑坡自身以推動式為滑動方式,且滑動面呈現(xiàn)為上陡下緩形式,選取主動滑動和減重方式實(shí)現(xiàn)治理滑坡作用。加載主要是指位于滑坡前方布設(shè)相應(yīng)的填方壓腳,增強(qiáng)抗滑段實(shí)際抗滑能力,其實(shí)際加載之前也應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)性計(jì)算,方可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固滑坡目標(biāo)。②抗滑擋土墻??够瑩跬翂ψ陨沓尚л^佳,作為最直接、最有效的抗滑方式,在中小型滑坡中具有良好的應(yīng)用成效。布設(shè)抗滑擋土墻需明確其實(shí)際滑動范圍、方向及大小,反之會導(dǎo)致?lián)鯄Πl(fā)生形變。
(3)泥石流。泥石流多見于山區(qū),帶有大量砂碎屑物質(zhì)短暫性急水流,其固態(tài)含量有時會超過水量。針對泥石流地質(zhì)災(zāi)害而言,其主要特征為突發(fā)性、來勢兇猛、歷經(jīng)時間短暫,對人民生命及財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。防治泥石流災(zāi)害最直接、最有效方式便為工程防治,針對危險性較高、嚴(yán)重的泥石流溝,需聯(lián)合選取生物、工程防治予以解決。泥石流實(shí)際防治過程中,應(yīng)遵循一定的原則實(shí)施,立足整體規(guī)劃層面強(qiáng)調(diào)重點(diǎn),根據(jù)泥水流實(shí)際發(fā)生條件、活動特征等,綜合性制定防治策略;以預(yù)防為主,始終堅(jiān)持防治結(jié)合;選取工程措施的同時,應(yīng)與生物等措施聯(lián)合應(yīng)用,如此可保證防治成效可靠性及安全性。泥石流自身防治工程內(nèi)容較多,如跨越、防護(hù)、排導(dǎo)工程等,其中排導(dǎo)工程十分常見,其主要利用現(xiàn)下存在天然溝渠,亦或人工開挖形成的溝槽,主要包含排導(dǎo)槽等,此種工程整體結(jié)構(gòu)簡單,施工周期短,經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良等特征。針對泥石流防治措施,通常單一性選取工程最終成效不佳,需聯(lián)合多種舉措形成合力予以治理,常見包含攔排工程。多種工程配合應(yīng)用,相較于單一性應(yīng)用更具有效性、合理性。
某項(xiàng)目為鐵路網(wǎng)中一段,全長為25.755km,該路段主要位于黃土高原,沿線多為低中山區(qū)域。線路歷經(jīng)多為黃土覆蓋,溝壁陡立,地形整體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。地層巖性復(fù)雜,地下以砂、頁巖為主,并存在煤系地層分布,降雨以季節(jié)性周期為主,人類工程活動頻次較高。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查實(shí)際狀況,查明地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共計(jì)18處,主要類型包含崩塌、地面塌陷、裂縫等,其相關(guān)類型及統(tǒng)計(jì)見表3。
表3 地質(zhì)災(zāi)害類型及災(zāi)情統(tǒng)計(jì)表
(1)評估步驟。首先,建立層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際狀況,其評估最高目標(biāo)為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生危險性,針對該項(xiàng)目所處實(shí)際區(qū)域內(nèi)地形地貌、地質(zhì)條件等進(jìn)行分析,加之人工活動頻繁,增加地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險。選取該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)頻次較高的四種類型地質(zhì)災(zāi)害,將其作為一級目標(biāo),最底層目標(biāo)選取各類影響災(zāi)害因素,如巖體結(jié)構(gòu)、降雨強(qiáng)度、人類活動影響。為保證層次結(jié)構(gòu)明晰性,將該區(qū)域內(nèi)實(shí)際路段進(jìn)行劃分,一共劃分為12段。其次,構(gòu)造判定矩陣。矩陣構(gòu)建主要為明晰表達(dá)各層次要素實(shí)際相對重要程度。最后,一致性驗(yàn)證和危險性評估。根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際狀況,為衡量其自身不一致性,需選取有效的一致性指標(biāo)。當(dāng)其指標(biāo)不超過0.1,矩陣具有較高的一致性,反之為不通過。危險性評估主要需構(gòu)建完整的影響因素特征指數(shù)劃分表,根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目狀況,完成模型計(jì)算權(quán)值,將各因素予以疊加,形成最終評估實(shí)際結(jié)果。
(2)單災(zāi)種危險性評估。針對影響災(zāi)害種類發(fā)育各方面因素,按照其實(shí)際影響程度大小,將其劃分等級,并賦予相應(yīng)的指數(shù)。譬如降雨因子,研究區(qū)域內(nèi)全年降水量多集中于6-9月,降水強(qiáng)度較大,周期較短,該階段是災(zāi)害頻發(fā)時期,所以對該區(qū)域內(nèi)多年均降雨量劃分級別。表4為擬建南段地質(zhì)災(zāi)害危險性分段指數(shù)表。
表4 擬建鐵路南段地質(zhì)災(zāi)害危險性分段指數(shù)表
(3)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評估。根據(jù)單個災(zāi)害種類判定矩陣構(gòu)建要求及環(huán)節(jié),完成該區(qū)域內(nèi)南段評估,其主要區(qū)域內(nèi)分析因子為單災(zāi),按照實(shí)際計(jì)算結(jié)果將危險性劃分為3個等級。危險性較大區(qū)域內(nèi)超過0.6,危險性中區(qū)域處于0.6-0.4,危險性較小區(qū)域內(nèi)不超過0.4。對研究區(qū)域內(nèi)實(shí)際分區(qū)如下:危險性較大區(qū)域內(nèi)分布于5、6、8、9號路段,共計(jì)長度為1400m,在整個南段占比最大,約為38.22%;危險性中區(qū)域內(nèi)分布于3、4、7、11號路段,其長度為1250m,占總南段為34.13%;危險性小區(qū)域內(nèi)主要包含1、2、12號路段,占南段總長27.65%。
層次分析法憑借自身優(yōu)勢,應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害評估中,獲取良好的應(yīng)用成效。由于地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制復(fù)雜,各因子在不同區(qū)域內(nèi)響應(yīng)不同,即便評價因子完整、權(quán)重合理,均存在一定的人為性,需積極探索其實(shí)際數(shù)學(xué)模型,促使評價最終結(jié)果吻合實(shí)際狀況,增強(qiáng)層次分析法應(yīng)用有效性。