边坡控制在地质灾害危险性评估中的重要性研究.pdf

经验与探讨 湖南电力 第2 9 g 2 9年第6 期 边坡控制在地质灾害危险性评估中的重要性研究 罗常青 ，刘绍勇 ( 1 湖南省电力勘测设计院，湖南 长沙4 1 0 0 0 7 ；2 长沙科创岩土工程 技术开发有限公司，湖南 长沙4 1 0 0 0 7 ) 摘要 ：地质 灾害常造成严重的人身伤亡和 巨大的经济损失。在地质 灾害中，崩塌、滑 坡以及泥石流，都与边坡的稳定直接或间接相关，可见边坡在地质灾害危险性评估中的 重要性。阐述 了影响边坡稳定性的因素，并结合某特 高压变电站现状进行评估。预测评 估表明，边坡的稳定性状态控制 了地质灾害危险性评估结果，不同的边坡坡角决定的边 坡稳定性使得 工程建设引发和遭受地质灾害的程度不一。 关键词 ：边坡控制 ；危险性评估 ；地质灾害 中图分类号 ：T D 8 2 4 7 文献标识码：A 文章编号 ：1 0 0 8 - 0 1 9 8 ( 2 0 0 9 ) 0 6 - 0 0 4 6 - 0 4 I mpo r t a nc e o f g e o l o g i c a l di s a s t e r r i s k a s s e s s m e n t o n s l o pe c o n t r o l L UO C h a n g c li n g ，L I U S h a o y o n g z ( 1 Ht m a n E l e c t r i c P o w e r D e s i g n I n s t i t u t e ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ， C h i n a ；2 K e C h u a n g G e o t e c h n i e a l E n g i n e e r - i n g T e c h n o l o g y D e v e l o p m e n t C o ， L t d ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Gec l o g ic a l d i s a s t e r s c a u s e h u g e e c o n o mi c l o s s e s e v e r y y e a r Du rin g t h e s e h a z a r d s ，c o l l a p s e，l a n d s l i d e ，a n d mu d r o c k fl o w a r e a l l d i r e c t l y O r i n d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e s t a b i l i t y o f t h e s l o p e ，wh i c h me a n s t h e s l o p e p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e o n g e o - l o i c al h a z a r d s a s s e s s me n t T h i s a r t i c l e p r e s e n t ed t h e i n fl u e n t i a l e l e me n t s wh i c h c o n t r o l t h e s l o p e s s t a b i l it y Ta k i n g o n e E HV s u b s t a t i o n as e x a mp l e，s tat u s e v a l u a t i o n s h o w e d t h a t n a t u r a l s l o p e W as s t a b l e wh e n g e o l o g i c a l h a z a r d s d id nt d e v e l o pwh i l e t h e f o r e c a s t a s s e s s m e n t i n d i c a t ed t h a t t h e d e v e l o p me n t g e o l o gic a l h a z a r d s w e re c o n t r o l l e d b y t h e s t a b i l i t y o f t h e s l o p e f o r m ed i n the c o n s t r u c t i o n a n d s e v e ri ty o f g e o l o g i c a l d i s aste r wa s d e c i d ed b y v a r y s l o pe ang l e s b rin g i n g d i ffe ren t s l o p e s t ab i l i t y K w o r d s ：s l o pe c o n t r o l ； ri s k asses s me n t ；g e o l o gic at d i s ast e r ；i m p o r t a n c e s t u d y 0 引 言 我 国山地、高原 和丘陵 占国土面积 的 6 9 ， 随着人 口增长和工农业迅速发展 ，山区资源被大量 开发 ，部分森林和植被破坏严重 ，生态环境恶化， 每年都发生大量 的崩塌 、滑坡 和泥石流等地质灾 害，近百年来 因灾死亡上万人 ，仅 1 9 4 9年以后就 有5 5 0 0 人以上，平均每年造成的直接经济损失至 少达 4 O一 5 O亿元。西南各铁路沿线遭受过崩塌、 滑坡和泥石流灾害的有近万公里，占全国铁路总长 近 2 0 ，致使铁路运输中断 1 0 0 0 2 0 0 0 h ，直接 经济损失 1 7亿元，整治费用 1 5 亿元。近年来， 我国部分山区铁路整治崩塌、滑坡和泥石流等灾害 收稿 日期：2 0 0 9 - 0 9 1 5 的费用已超过 l 0亿元。 地质灾害防治条例第二十一条规定 ： “ 在 地质灾害易发区进行工程建设应当在可行性研究阶 段进行地质灾害危险性评估，。编制地质灾害 易发区内的城市总体规划 、村庄和集镇规划时 ，应 当对规划区进行地质灾害危险性评估。 ”国土资源 部 2 0 0 4 6 9 号文件附件 1 一 地质灾害危险性 评估技术要求 ( 试行) 对地质灾害的定义是指包 括自 然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财 产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地 裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。 在地质灾害中，边坡的控制作用尤为明显 ，无 论是崩塌、滑坡还是泥石流 ，都与边坡的稳定直接 第2 9 g 2 0 0 9 年第6期 湖南电力 经验与探讨 或间接相关。文中拟从地质灾害危险性评估的角度 研究边坡控制的重要性 ，并以湖南某变电站地灾评 估为例，提出合理的边坡设计 以规避地质灾害 ，为 其他工程建设的地质灾害危险性评估提供参考。 1 边坡控制地质灾害概述 边坡通常是指地壳表层一切具有侧向临空面的 地质体 ，通常的山坡、岸坡、路堑、矿坑、基坑等 都是边坡。边坡控制产生的地质灾害主要有崩塌、 滑坡以及 由于边坡表层岩土体松动提供物质来源而 间接造成的泥石流。 1 1 崩 塌 崩塌指部分地质体突然脱离母体 ，一般发生在 高、陡边坡 ，以垂直方向运动为主 ，崩塌发生规律 较复杂 ，爆发突然 ，规模小的为坠石 ( 土 ) ，规模 大者为山崩 ，根据物质成分又可分为土崩和岩崩。 边坡区的地质构造，岩体结构类型、结构面的 产状 、组合关系、闭合程度 、力学属性 、延展及贯 穿情况是控制崩塌形成 的主要因素 ，脆性 、硬性岩 石高陡边坡 ，由于节理裂隙的发育形成独立的切割 块体 ，往往容易产生崩塌 ，同时崩塌也与地震、裂 隙水的作用密切相关。 1 2滑坡 滑坡指地质体沿一定的剪切面整体性滑移 ，破 坏严重。滑坡的产生与边坡的岩土体性质、边坡与 结构面产状等几何关系以及边坡 内应力状态有关。 1 3 间接地质灾害 边坡表层植被破坏 ，由于风化、流水冲刷以及 人类活动等，造成地形 地貌 的改变、边坡表层松 动 ，岩土体稳定性差 ，一旦发生强降雨 ，极易成为 泥石流发生的物质来源 。 2 边坡稳定性的影响因素 2 1 地形地貌 地貌的形态、分布及地形特征对边坡稳定的控 制作用显著。一定 的地形坡度和地形 高差为滑坡、 崩塌提供了空间条件，河流切割或者路堑等人工开 挖 ，使得坡脚陡而临空，有利于边坡岩土体在 自重 作用下临空卸荷，从而引起边坡失稳。 2 2 地层岩性 软弱岩土体为滑坡 的形成提供了物质条件。松 散土石 、粉质粘土或粉土与碎块石混杂堆积物，结 构松散，易沿下伏基 岩接触面发生滑移 ；软弱夹 层 ，力学强度低的岩层也是边坡失稳的物质基础。 2 3 岩体结构 岩体结构对边坡稳定的控制尤为显著。岩体结 构完整 ，边坡稳定性就高 ；岩体结构破碎，边坡容 易失稳。集中表现在岩体结构面发育程度的控制作 用，结构面发育，特别是贯通结构面发育，边坡就 容易产生平面滑动、楔形滑动、崩塌 ( 掉块)等 地质灾害。 2 4 气象水文 强降雨往往是边坡失稳产生滑坡、崩塌或者引 发泥石流的直接诱导因素。降雨量大和降雨强度集 中地地区，容易对边坡土体浸润、冲蚀 、软化 ，降 低边坡的稳定性 ，从而引发地质灾害。地下水的静 水压力和渗流力也是降低边坡稳定性的动力因素。 2 5 人类工程活动 人工削坡、开挖 、加载等工程活动 ，改变边坡 坡形和坡度，破坏岩土体应力结构和应力平衡 ，降 低斜坡稳定性 ，促 进滑坡 的形成 和发展。人为垦 殖、毁林等经济活动 ，松动斜坡表层土石 ，破坏 了 植被固土保水 的能力 ，增强了降雨对土体冲刷 ，降 低了边坡的稳定性 。 3 地质灾害危险性评估中边坡的重要 性 地质灾 害危 险性评估技术要求 ( 试行) 规 定崩塌 、滑坡 的评估范 围应 以第一斜坡带为限，存 在一定斜坡的坡度 、坡高、坡型 ，岩体破碎、土体 松散、构造发育 ，工程设计挖方切坡路堑段 ，是崩 塌、滑坡 的易发区段 ，应该是调查 的重点。 边坡出现如下情况 ，都是地质灾害评估中应该 重点 阐述和关注的问题 ：( 1 ) 已产生的各种类型的 崩滑体 ；( 2 )边坡 岩体中有倾 向坡外、倾角小于 坡角的结构面存在 ； ( 3 )边坡被 2组或 2组以上 结构面切割 ，形成不稳定棱体 ； ( 4 )边坡后缘 已 产生拉裂缝 ； ( 5 )顺坡 向卸荷裂 隙发育的高陡边 坡；( 6 )岸边裂隙发育、表层岩体已发生蠕动或 变形的斜坡；( 7 )坡脚或坡基存在缓倾 的软弱层 ； ( 8 )经常处于浸湿状态 的软质岩石和第 四系沉积 物组成的边坡 ；( 9 )其他情况。 对于边坡控制的崩塌、滑坡及泥石流 ( 问接 控制) ，地质灾害评估 中，应对其发育情况进行 现 47 经验与探讨 湖南电力 第2 9 2 0 0 9年第6期 状评估 ，对其危险性进行预测评估 ，并在现状评估 和预测评估的基础上，进行综合分区评估。 4 工程实例 4 1 工程概 况 湖南某特高压 ( 1 0 0 0 k V )变电站，征地范围 2 4 3 h m2 ，主要为林地及山间洼地，洼地冲沟标高 4 O 5 0 m之间 ，站址整平标高7 0 0 m。 4 2 地质环境条件概述 站址区属丘陵地貌 ，地形破碎 ，起伏较大 ；地 层主要由第 四系残积 ( Q )粉质粘土及上元古界 冷家溪群 ( P t ， )板岩组成；地质构造较简单 ，属 区域相对稳定 区，地震基本 烈度为 度 ；岩性单 一 ，岩土体工程地质性质较好 ；工程地质、水文地 质条件 良好；破坏地质环境 的人类工程活动一般。 整体来说 ，站址区地质环境条件为简单 。 4 3 地质灾害危险性评估 中边坡问题 4 3 1 自然边坡稳定现状评估 通过调查访问，区内未见崩塌、滑坡、塌陷等 地质灾害 ，地质灾害现状评估认为 ，区内地质灾害 不发育。 区内地形起伏， 选取最陡处自 然边坡验算其现 状稳定性。该边坡高 3 3 o n l ，坡顶与坡角皆为平 台，自然坡度为 2 4 。 ，计算模型为瑞典条分法，条 分法及自 然边坡圆弧滑动面见图 1 ，计算参数参考 硬塑粉质粘土的室内试验参数和经验值选取及计算 结果如表 1 所示。 根据相关参考资料 ，斜坡稳定状态判断依据如 表 2所示。 可见 ，自然边坡的稳定系数大于 1 2 ，现状条 件下，自然边坡稳定， 不会产生滑坡等地质灾害。 48 图 1 自然边坡 圆弧滑动计算示意图 表 1 参数选取与计算结果 表 2 斜坡稳定状态判断依据 4 3 2 人工边坡稳定性预测评估 场地平整将在站址区南侧形成高达 2 6 m的人 工填方边坡 ，现状评估中各类地质灾害皆不发育 。 在工程建设引发或者遭受地质灾害危险性 的预测评 估中，人工边坡的稳定状态起控制作用。 考虑到土方平衡 ，人工填方边坡填料主要为站 址区的粉质粘土 ，其计算参数选取通过室内击实试 验确定如表 3所示 。人工边坡取不同的坡角时 ，其 计算结果如表 4所示。 表 3 击 实试验数 据 表 4不同坡角下边坡的稳定系数 坡角 。 2 1 8 0 2 5 6 4 3 1 0 9 3 8 3 8 4 5 O 0 5 0 1 9 5 8 O 0 蘩 蠢1 4 9 8 7 1 3 5 4 8 1 2 0 2 2 1 0 5 2 2 0 9 4 8 3 0 8 7 9 9 0 7 9 1 9 由计算结果可知，当填方边坡坡角小于3 1 0 9 。 时 ，边 坡 处 于 稳 定 状 态 ；当 坡 角 在 3 1 0 9 。 3 8 3 8 。 之间时，边坡处于暂时稳定状态；当坡角在 3 8 3 8 。 一 4 5 。 之间时，边坡处于临界状态 ；当边坡 坡角大于 4 5 。 时 ，边坡失稳 。在填料与其他条件一 致时，边坡 的稳定性状态与坡角呈负相关关系，当 坡角越大 ，边坡稳定系数越小。其相互关 系如图 2 所示 。 根据要求 ，预测评估应该对工程建设可能引发 以及工程建设本身可能遭受的地质灾害危险性作出 评估。上述结果显示，预测评估的结果与边坡的稳 定性密切相关 ，如果人工边坡失稳 ，即工程建设引 2 o o 9No 6 HUNAN EI J EC TRI C POW ER Vo 1 2 9 盎I 雠 I 0 性系 5 2 2 数 0 0 8 7 9 9 0 7 91 9 54 9 8 7 1 3 5 48 1 2 0 22 1 0 52 2 0 9 4 8 3 0 8 7 9 9 0 79 19 结 1, 15 ； 日 图 2 边坡 稳定 系数与坡 角关 系图 发滑坡、崩塌等地质灾害的可能性大，危险性大， 同时工程建设遭受边坡失稳地质灾害 的可能性大 ， 危险性大 ；如果人工边坡保持稳定，即工程建设引 发滑坡、崩塌等地质灾害 的可能性小 ，危险性小 ， 同时工程建设遭受边坡失稳地质灾害 的可能性小 ， 危险性小。 4 3 3 边坡控制地质灾害评估结果 通过上述计算结果及调查可知，区内可能产生 的地质灾害主要是 由人 工边坡所控 制 的滑坡、崩 塌 ，其预测评估结果与人工边坡坡角相关 ，具体评 估结果见表 5 。 表 5 边坡控制地质灾害预测评估结果 预测评估 蓼 擎 霎 銮 慧 可 能 性 危 险 性 舌 冢 舌 坷 家 天 小 ( 1 )地质灾害中滑坡、崩塌直接与边坡稳定 相关，泥石流也问接与边坡有关。 ( 2 )边坡稳定与地形地貌、地层岩性、岩体 结构 、气象水文 以及人类工程活动密切相关。 ( 3 )某变 电站站址地质灾害现状评估地 质灾 害不发育 ；在其他条件相同的情况下 ，人工边坡的 稳定性与坡角负相关。预测评估显示 ，人工边坡坡 角小于 3 1 0 9 。 时，工程建设 引发与遭受地质灾 害 的可能性 小 ，危险性小 ；坡 角在 3 1 0 9 。3 8 3 8 时，工程建设引发与遭 受地质灾害的可能性中等 ， 危险性 中等 ；坡角 大于 3 8 3 8 。 时 ，工程建设 引发 与遭受地质灾害的可能性大 ，危险性大。 ( 4 )工程建设 中 ，如果形成高挖方、高填方 边坡 ，直接控制地质灾害评估结果 ，应对边坡稳定 性进行专题研究。 参考文献 1 地质灾害 防治条例 S 2 0 0 4年 3月 1日起施行 ( 2 国土资源部 2 0