地质灾害勘查设计应注意的问题

地质灾害勘查、设计应注意的问题,许强,成都理工大学地质灾害防治国家重点实验室2011.07.15,提纲,1.概述2.地质灾害治理工程勘查3.地质灾害治理工程可研4.地质灾害治理工程初设与施工图设计,1.1治理工程项目实施步骤,项目委托,编制勘查设计书,踏勘,专家审查,勘查(详勘）,勘查报告,可研报告,初设报告,专家审查,施工图设计,专家审查,治理工程施工,委托或招标,1.2地质灾害治理工程设计总体原则查明病因，分析病理，对症下药。查明病因是基础强调地质分析与认识（成因机理、主控因素）；查清病理是关键注重坡体稳定性分析(地质定性分析评价和定量计算)；对症下药是目标设计方案应具有针对性(灾害类型、主控因素与稳定性)。,提纲,1.概述2.地质灾害治理工程勘查3.地质灾害治理工程可研4.地质灾害治理工程初设与施工图设计,2.1勘查目的与应解决的问题,勘查工作的目的：(1)查明条件(内在条件、外在条件)；(2)为治理工程服务(在拟布置工程部位应重点勘查)。勘查工作应回答的主要问题：(1)对勘查对象的基本认识(是什么？)(2)威胁与危害对象(危害什么？)(3)拟采取的治理工程方案(准备如何防治？)(4)勘查工作布置方案(具体如何作？),2.2勘查设计暴露的问题,（1）灾害点的基本情况认识不清：包括灾害类型、规模、基本特征、稳定性(滑坡、不稳定斜坡)或活动（泥石流）状况。（2）不同程度地忽略了治理工程初步设想及现场实施条件调查：包括地形条件、交通条件、水源条件、用电条件等。,2.2.1野外踏勘工作不实,（1）测量工作量远远偏大：包括测图范围、盲目的多种比例尺测量、基准点的引导等。少数泥石流项目甚至对数平方公里的流域面积进行了全流域的1/2000测图，造成工作量的极大浪费。（2）剖面图、立面图不实测：投入了大量的测量工作量，对灾害体剖面、立面和工程布置部位剖面却不实测而采用图切，造成这些极为重要的部位实际地形的歪曲。,2.2.2测量工作布置不合理,2.2勘查设计暴露的问题,(1)重实物工作(钻探、物探等)，轻调查和测绘；(2)勘探手段大而全，针对性不强、依据不够明确和充分。不论勘查对象如何，不加区别，也不论所上方法手段是否有效，解决什么问题。(3)勘探工作量盲目加大：包括钻孔数量和深度；物探探测深度、点距；试验数量和内容(4)图面混乱：平、立、剖不对应；缺乏地质概念，表达方式不符合地质图规范。,2.2.3勘查工作布置问题突出,2.2勘查设计暴露的问题,1）是否具有施工条件；2）滑坡采取1级支档还是多级支档、支档位置的选择依据不充分；3）危岩采用清危、加固、拦档还是综合措施及适用条件和治理效果；4）泥石流以拦为主、排为主，还是拦排结合及是否具备条件和合适的位置。,2.2.4方案针对性不强(因地制宜、对症下药),2.2勘查设计暴露的问题,2.3勘查的主要工作步骤,2.3.1资料收集区域地质图（1：100万）地形图(1:5万，1：2.5万)大比例尺地形图(1:1000)遥感图像(GoogleEarth,航飞图像)县市地质灾害危险性区划报告气象资料地震资料(地震烈度与动参数),勘查工作布置底图,2.3勘查的主要工作步骤,2.3.2现场踏勘(1)确定具体勘查对象的位置(2)现场判断灾害体性质、规模(范围)、稳定性状况、发展演化趋势(3)现场确定通过勘查应查明的关键问题(4)现场圈定测绘范围、确定测绘工作方案(5)现场初步确定勘查工作布置方案(6)现场初步确定可能采取的治理工程措施与具体布置位置,2.3勘查设计的主要工作步骤,2.3.3编制勘查设计书(1)前言(2)勘查区工程地质环境条件(3)灾害体基本特征(4)灾害体勘查方案(5)勘查组织机构与人员(6)勘探机具与材料配备(7)勘查工作进度计划(8)勘查工作保障措施(9)预期勘查成果,2.3勘查设计的主要工作步骤,2.3.3编制勘查设计书附图(1)灾害体勘查平面布置图(2)灾害体勘查剖面布置图(3)典型钻孔、浅井、硐探等的设计图附件(可在报告中体现)勘查工程量清单及勘查费用预算书,2.3勘查的主要工作步骤,2.3.4工程地质测绘(1)测绘精度要求滑坡、不稳定斜坡(危岩)平面测量和测绘比例尺一般控制在1:5001:1000；剖面测量比例尺一般控制在1:2001:500。泥石流测绘不同区域可采用不同比例尺，重点区域和拟布置工程部位测绘比例尺不小于1：1000；其它区域(汇水区)比例尺可适当缩小。坑槽探、硐探展示图比例尺一般控制在1:501:100。,2.3勘查的主要工作步骤,滑坡工程地质测绘比例尺建议(DZ/T0218-2006),2.3勘查的主要工作步骤,2.3.4工程地质测绘(2)测绘范围要求滑坡、不稳定斜坡：测量范围应超过圈定灾害体一定范围(3050m)：后缘、两侧影响范围；前缘威胁范围泥石流：全流域小比例尺测绘(1:50001:50000)、遥感图(能计算汇水面积和准确反映重要物源即可)；重要物源区、拟布置工程部位平面1:5001:1000;剖面1：2001：500为宜。测绘坐标系统尽可能采取通用坐标系，自定义坐标系需要建立不少于3个的基准点,便于今后施工阶段放线。,王家岩滑坡,2.3勘查的主要工作步骤,2.3.4工程地质测绘(3)测绘内容要求反映滑坡宏观变形破坏迹象的微地貌特征必须测绘：滑坡后壁、两侧边界、地面和建构筑物裂缝、前缘隆起、能表示地面运动的典型标志；不稳定斜坡(危岩)应进行分区、分块测绘，危岩块体还应绘制立面图；典型块体的崩落运动路径；水：泉水、湿地、地表水体等；测绘范围内的建构筑物；纵剖面尽量平行于滑动方向。,滑坡裂缝测绘应“写实水”，而不能“写意”,不稳定斜坡应注重对潜在不稳定块体的测绘,危岩应逐块测绘，绘制平、立、剖,2.3勘查的主要工作步骤,2.3.4工程地质测绘(3)测绘内容要求泥石流：全流域(形成区、流通区、堆积区)地貌图和地质图、沿沟纵剖面图、拟布设拦挡部位横断面图重要物源泥痕、泥位,2.3勘查的主要工作步骤,2.3.5滑坡勘查工作布置(1)一般规模的滑坡勘探线可按三纵三横原则布置勘探线，并根据实际情况增减勘探线。,勘探点线间距(DZ/T0218-2006),溪口滑坡,N,马鞍坪滑坡平面图,马鞍坪滑坡,每个勘探点、勘探手段的布置均应具有一定的理由，对特殊问题应专门布置勘探工作量专门查明。,1989年7月10日，暴雨诱发了著名的“溪口滑坡”，并转化为碎屑流，在1分钟内运移1.3km,造成了221人死亡和600多万元的直接经济损失。,2.3.5滑坡勘查工作布置,(2)纵向勘探线应结合滑坡分区特征布置，不同滑坡单元应有主勘探线控制。对于滑面比较平直、简单的滑坡(如顺层基岩滑坡)，勘探点、线可适当放宽，以控制和查清滑面形态为原则。,2.3.5滑坡勘查工作布置,(3)勘探工作顺序应坚持应先主后辅，先控制性孔后一般性孔，先集中勘探一条剖面的原则。然后根据实际勘探情况在一定范围内作动态调整。(4)钻孔深度应穿过最下一层滑面，并进入滑床35m。拟布置抗滑桩、锚索的工程措施部位的控制性钻孔可适当加深(滑体厚度的1/2)。,2.3.5滑坡勘查工作布置,(5)滑坡勘查应慎用物探手段。(6)在滑坡周界部位和埋藏较浅的部位应主要以井探、坑槽探为主，同时兼顾取样试验。(7)滑坡勘查应注意查明地下水分布情况。(8)滑带附近宜采取双管单动钻进和干法钻进。(9)现场大剪试验和抽(注)水试验应根据实际情况，确实需要才布置。(10)一个滑坡同一类型岩土试验以6组左右为宜。,2.3勘查设计的主要工作步骤,2.3.6不稳定斜坡勘查工作布置(1)不稳定斜坡勘查应坚持地面调查，结合坑槽探为主，钻探为辅的原则。(2)不稳定斜坡中如果存在潜在不稳定的危岩体，应逐块进行调查、测绘、勘探，绘制平面图、剖面图、立面图。(三维激光扫描仪)(3)对于危岩落石，应加强对已发生危岩落石的运动路径、主要停积区域及最远达到点的调查和测绘。,2.3勘查设计的主要工作步骤,2.3.7泥石流勘查工作布置(1)泥石流勘查应坚持地面调查，结合坑槽探为主，钻探为辅的原则。在拦挡坝部位可沿横断面布置适量钻孔，其余部位应以坑槽探为主要勘探手段。(2)重要物源部位应结合治理工程设想布置勘探工作量。(3)泥石流应对物源和堆积物作现场和室内粒度分析。尽可能现场作浆体重度测定。(4)应准确分析计算泥石流动力参数：流速、流量、冲击力、弯道超高与冲高等。,地质灾害勘查报告参考格式1前言1.1任务由来1.2地质灾害的危害程度（危及人口、单位、建筑物、设施等）1.3勘察目的、任务1.4勘察工作评述（勘察依据、勘察时间、勘察范围、勘察工作量、勘察质量等）2勘察区自然条件及地质环境条件2.1自然条件包括勘察区地理位置、行政区划、地理坐标、交通状况、气象与水文、区域经济状况等。2.2地质环境（1）区域地质条件概述(2)勘察区工程地质条件,3滑坡（不稳定斜坡）地质灾害体特征(1)滑坡边界、规模、形态特征调查分析滑坡体的类型、边界范围及分布高程、面积、体积及其平面、空间形态，论述滑坡体的物质组成与结构，并分析其变形破坏特性和可能造成的危害。(2)滑体特征分析滑体的成因类型、物质成分及结构、形态参数、岩土力学特性和指标、厚度及分区，地下水活动状态及岩土渗透特性。(3)滑床特征滑床基岩岩性及结构，岩石力学和渗透性指标、地质构造、基岩等高线、风化程度及分区情况。(4)滑动带特征滑动带的物理组成、力学特性与结构、微结构特征，分布形态，埋深、厚度及分段。(5)滑坡岩土体物理力学参数(6)滑坡变形破坏特征(7)滑坡影响因素与变形破坏机制,3泥石流活动特征、危害程度及发展趋势3.1泥石流成因、类型、规模3.1.1泥石流成因3.1.2泥石流类型3.1.3泥石流规模3.2泥石流活动特征3.2.1泥石流活动历史3.2.2泥石流堆积扇特征3.2.3防治工程现状3.2.4泥石流危害方式及危险区划分3.2.5泥石流活动危险性评估3.3泥石流易发程度3.4泥石流活动危害程度及发展趋势3.4.1泥石流危害性3.4.2泥石流危险性预测评估3.4.3泥石流发展趋势,4滑坡推力计算及稳定性评价(泥石流特征参数计算)(1)计算模型与工况(2)计算方法与参数选取(3)滑坡稳定性计算与结果评述(4)滑坡推力计算与结果评述(5)因素敏感性分析5地质灾害体发展变化趋势及危害性预测(1)发展变化趋势(2)危害性预测6地质灾害体防治方案建议(1)防治目标原则(2)防治工程设计参数建议(3)防治工程方案建议7环境影响评价8地质灾害防治效益评估（经济、社会、环境、减灾效益分析与评价）9结论与建议,附图及附件（1）工程地质平面图（2）工程地质剖面图（3）钻孔柱状图（4）井、槽、硐探成果及崩塌危岩体素描图（5）试验成果报告（岩、土、水室内试验成果和野外试验成果）（6）滑坡稳定性与推力计算书（7）物探成果报告（如果作了物探）（8）照片集册（9）成果报告电子文档(光盘),提纲,1.概述2.地质灾害治理工程勘查3.地质灾害治理工程可研4.地质灾害治理工程初设与施工图设计,坚持“因地制宜、对症下药”的原则区分已发生(失稳破坏)的灾害与具有潜在隐患(已变形或潜在失稳破坏）的灾害(3)区分排危除险、应急处置、综合治理的防灾措施,3.1基本技术要求与原则,3.2滑坡灾害治理工程方案比选,滑坡灾害主要治理工程措施：(1)砍头后缘削方减载(2)压足前缘堆载压脚(3)挡腿中前部支挡(抗滑桩、抗滑挡墙)(4)束腰锚索(杆)主动加固(5)排水拦排地表和地下水(6)固体注浆加固松散变形体(7)切除排危除险,应合理选择支挡部位，并充分利用滑坡本身的抗力。纵向太长的滑坡应考虑分级支挡。,对于斜坡坡度较陡，尤其是中间存在陡坎的滑坡体，设计支挡措施后，一般应校核设置支挡结构后产生次级滑面的可能性。,滑动面,K,K,K法,m法,C法,n=0,K法,m法,在设计计算时应注意K法、m法以及桩底支承条件与地质条件的符合性。,对于松散堆积物滑坡，锚墩的承载力往往不能满足要求，一般需采用字型连梁连接或字型锚墩。,锚索锚固段长度以68m为宜，并不是越长越好,但也不应小于4m（锚固段一般从中风化带算起）。,在设计说明中应明确给出锚索锚固段确定原则。,锚索应主要布置在斜坡下滑段，且成排分散布置比集中布置更能发挥锚固效果。,在人口集中区，一定要为排水工程找到合适的水流出口！,(1)首先应选用主滑体(区)与滑坡的主滑方向一致剖面作为计算剖面。一般要求一个主剖面、两个辅助剖面。,3.4.1选择合适的计算剖面,3.4滑坡稳定性计算应注意的问题,三纵三横的剖面布置方式,(2)如果滑坡体存在次级滑动(或局部)滑动(与主滑不同方向的滑动、主滑体上浅表层滑动)，还应计算和校核局部滑动方向的稳定性。,(3)对于横向上较为宽大的滑坡体，受局部地形影响，不同地段主滑方向可能不一致，在勘察阶段应综合分析布置勘探剖面。稳定性计算时也应分区评价稳定性。,复杂形态和结构的斜坡稳定性分析一般都采用极限平衡条分法。,3.4.2选择合适的计算方法,常见条分法及其相应的假定,(1)岩土工程勘察规范：圆弧型滑面用一般条分法(瑞典条分法)；折线型滑面一般采用不平衡推力法(传递系数法)。(2)条分法分类：严格条分法力全部平衡（3个未知数（）和二个方程，另一个方程用来求条底法向力N）,假设或h非严格条分法力部分平衡（2个未知数（）和一个方程）,假设,3.4.2选择合适的计算方法,推力作用方向,h:推力作用点,F:稳定系数,各种算法与Spencer法的相差值(郑颖人等),6种严格法圆弧滑动面小于2%一般滑动面小于4%非严格法中瑞典法偏于过分安全不平衡推力、Bishop法误差很小、其它方法离散性太大，不适用。郑颖人、陈祖煜等推荐：采用严格解法计算斜坡稳定性；或圆弧滑面采用Bishop法(规范为一般条分法即瑞典法)，任意滑面采用不平衡推力法(传递系数法)。,通过对严格法和非严格法的比较分析，认为：,滑动面的确定：滑面明确的滑坡(老滑坡、正在滑动的滑坡)应以实际勘探滑动面作为计算依据。(折线型),3.4.3选择合适的计算模式,ZK10,ZK13,ZK12,滑移面转角很大时，极限平衡分析方法都有很大误差，必须进行适当的圆滑处理。,关于滑移面转角的问题(郑颖人等),滑坡不明确的斜坡(如开挖边坡、一般斜坡)可用搜索法或数值计算法确定滑动面。(圆弧形),极限平衡滑面搜索法,数值计算滑面搜索法,有限元计算得到的滑动面形状（变形显示比例设置为零）,用加拿大边坡稳定分析软件slope/w中的(Spencer)得到的滑动面形状,五粮液纸箱厂滑坡滑面及擦痕,对于存在锁固段(非贯通)的岩质边坡，可用强度折减法计算坡体稳定性系数。,AF=15m，DF=18.03m，AD=10m，左下图是最先贯通的滑动面，然后滑动面继续发展，AB和CD也出现贯通，此时的强度折减系数为2.6(原为2.32)。,郑颖人院士研究成果,如存在多层滑动面应分别计算各滑面的稳定性。如存在多段滑动面，应分开计算各段的稳定性。,对于坡度较陡尤其是存在陡坎的斜坡，应校核产生次级滑面的可能性。,在滑带参数选取时，可根据实际情况分区段取值。,3.4.4稳定性计算对暴雨工况的考虑,(1)坡体内有确定的潜水面，且潜水面随降雨补给发生变化。,(a)对地下水的考虑：改变重度,调整强度参数(饱和强度),浮重度,饱和重度,天然重度,适用条件：地下水位面较平缓，水力梯度不大；滑体透水性差，渗透系数小,第i条块,Pwi,Pwi-1,Ui,Ffi,Fsi,两种计算孔隙水压力的方法：水土合算(计算条块边界水压力)：水土分算(计算条块渗透力和浮托力)：,(b)对地下水的考虑：计算边界力或体力,(2)滑坡体内无潜水面，降雨不能转化为地下水流形成潜水面影响坡体，暴雨工况一般换算重度的方法体现对雨水对坡体稳定性的影响。,滑体的换算降雨重度（KN/m3）；滑体天然重度（KN/m3）滑体天然重量(KN)；水的重度（KN/m3）；某段降雨历时的总降雨量（m）；降雨水平投影面积（m2）。,P作用于滑坡体重心的地震水平惯性力(KN/m),Kh水平地震系数，为地震加速度与重力加速度之比,Gs滑体重力(KN/m),C1地震力计算的综合影响系数，一般取0.25,C2地震力计算的重要性修正系数，一般取0.52,3.4.5稳定性计算对地震因素的考虑,475年重现期,3.4.6稳定性计算必须与宏观表现一致,（1）各剖面稳定性应协调：如果同一个滑坡体内各部位变形表现差不多，则各主剖面的稳定性系数也应该差不多；(2)各常规工况下稳定性计算结果应与相应条件下的实际表现以及滑坡演化阶段相符合。(3)滑坡稳定性及推力计算结果应符合常规和经验判断。,参照建筑地基基础设计规范，滑坡推力计算公式为：,3.4.7滑坡推力计算应注意的问题,n,Fn-1:第n块、第n-1块滑体的剩余下滑力(KN/m)；,传递系数,滑坡推力安全系数，又称设计安全系数(Fs),附注：,第i块的滑坡推力实际上是指第i条块对其下一条块(第i+1条块)的推力；整个滑体的推力一般是指滑体最后一个条块的推力大小。当坡体处于极限平衡状态时，滑体的总体推力从理论上讲应为零。设计滑坡推力是指取稳定系数为设计安全系数时计算出的滑坡推力。,正确确定抗滑桩设桩处的桩上滑坡推力(剩余下滑力)及桩前滑体抗力(剩余抗滑力)。,不稳定斜坡的常见治理工程方案：(1)危岩清除(2)危岩块体锚固；(3)危岩块体底部支撑；(4)柔性防护网(土动与被动防护网)(5)挂网喷射混凝土；(6)格构(框架锚固)(7)排水,3.5不稳定斜坡治理方案比选,主动防护系统,围护系统,被动防护系统,泥石流的常见治理工程方案：(1)固源(形成区)：物源区谷坊、重要物源加固、上游水土保持(2)拦挡（物源区、流通区）：谷坊、拦砂坝(3)排导(流通区、堆积区)：排导槽、(4)停淤（堆积区）：,3.6泥石流治理方案比选,建于流域上游的施工中的谷坊,1.谷坊主要建于流域上游水土流失区，高35米，拦砂量小于1000m3，以节流固床护坡为主，一般在小流域治理规划中，修建梯级谷坊群，使之成为一个有机的整体，效果更好。,3.6泥石流治理方案比选,2.拦砂坝可分为实体坝和格拦坝，多建于主沟或较大支沟内，是防治体系中的骨干工程，对地形、地质条件要求较高，选址要慎重。通常坝高大于5m，拦砂量多在103106m3甚至更多，具有拦砂节流、固床护坡、控制泥石流危害的综合效果。,浑水沟拦沙坝,3.6泥石流治理方案比选,重力式实体坝,排导槽,固源在灾区泥石流治理工程中具有重要意义,3.7可研报告的任务,在工程地质勘查报告基础上，根据设计目标和功能要求，对治理工程设计开展可行性论证，并进行多种（至少2-3种）方案的设计和比较。应对多种设计方案的技术、经济、社会和环境效益等进行分析和论证，作出工程估算，并提出推荐方案。,(1)比选方案必须具有可行性；(2)比选方案必须具有可比性；(3)比选方案一般应按照不同的设计思路，制定不同类型的工程措施；(4)推荐方案应在综合考虑工作量、施工工期、资金投入、治理效果等多方面因素，不能仅考虑经济因素。,3.8比选方案确定原则,3.9各比选方案的设计深度,可研阶段的设计深度应以初略地估算出治理工程量为原则。例如：抗滑桩：数目、截面尺寸、桩长、配筋、护壁与锁口锚固：数目、每孔锚索根数、长度、锚墩；排水沟：截面尺寸、长度防护网或喷锚支护：支护面积、喷浆厚度,3.10可研报告的内容与参考格式,0概述0.1任务由来0.2主要的目的与任务0.3勘查工作描述及建议方案(可行性研究编制依据)1项目的必要性与紧迫性1.1地质灾害体灾情评价1.1.1地质灾害分布位置、规模、范围1.1.2主要危及对象1.1.3地质灾害体破坏后造成损失估算1.2项目的必要性与紧迫性,地理地质环境地质灾害基本特征及稳定性分析,地质灾害体防治工程方案比选4.1防治目标与原则4.2设计工况、参数和标准的确定（工程安全运行年限按不低于50年标准设计）4.3防治技术方案的设计（必须具有两种以上的方案且两种方案的设计应具有不同思路）4.4不同方案的分项工程设计4.5防治工程方案的比选与推荐方案（包括技术可行性、施工难易程度与工期、投资估算等方面比选）,5工程监测设计方案（含防治效果监测方案）5.1监测工作的任务和目的5.2监测设计方案主要技术依据及原则5.3监测工作现状5.4监测工作方案5.4.1监测工作布置5.4.2监测工作实施步骤建议（人员、设备、年限等）,6项目施工组织设计6.1施工条件（道路、供水、供电、占地、搬迁等）6.2天然建筑材料6.3施工交通及施工总布置图6.4施工方法及施工机械基本要求6.5施工顺序及进度计划6.6施工管理与监理7工程实施效果评价7.1环境影响评价7.2经济、社会、减灾效益评价,附图（1）治理工程方案平面布置图(各比选方案可总体成图，也可每个方案独立成图）（2）各比选方案治理工程布置剖面图（3）各主要分项工程典型图件附件（1）各比选方案设计计算书（2）各比选方案投资估算书,提纲,1.概述2.地质灾害治理工程勘查3.地质灾害治理工程可研4.地质灾害治理工程初设与施工图设计,4.1初步设计报告的任务,根据灾害体勘查报告和可行性研究报告，对可行性研究报告推荐的治理工程方案进行分解和细化设计，编制治理工程初步设计报告，并进行工程概算。初步设计需基本满足治理施工的要求。,4.2初设方案的设计深度,初设阶段的设计深度应以治理工程方案基本可用于实施，并能较为准确地计算出治理工程量为原则。与可研阶段的比较：(1)可研报告需提供几个比选方案，并对每个方案进行设计和投资估算；初设阶段只对可研报告推荐的方案进行设计和投资概算。(2)可研阶段一般着重于大的、主要的分项工程；而初设阶段则应关注所有的分项工程。(3)可研阶段的投资估算主要用于方案比选