馬光猛

(昭通市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昭通 657000)

1 工程概況

某水利樞紐工程位于云南省境內(nèi)，河道寬度為300～600m，河道比降為1.22‰，兩岸為U型河谷。庫區(qū)四季分明，晝夜溫差大，年平均氣溫為17℃，年平均降雨量1200mm，多年平均蒸發(fā)量為2100mm，多年平均徑流量為5310m3/s；庫區(qū)常發(fā)生局部性暴雨，特點(diǎn)是降雨強(qiáng)度大，降雨歷時(shí)短，籠罩面積小，在小區(qū)域內(nèi)形成較大洪水。兩岸山谷主要以丘陵、構(gòu)造剝蝕山地和侵蝕堆積地為主，平均海拔1300～1600m，地層從老到新依次為寒武系(灰?guī)r、泥灰?guī)r、頁巖、白云巖)、奧陶系(灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖)、第四系(砂土、黃土類土、紅色黏土、礫石)，兩岸出露巖體以灰?guī)r為主，不良地質(zhì)現(xiàn)象包括巖體風(fēng)化和巖體卸荷等。庫區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造包括裂隙、層間剪切帶和層間褶曲，地下水以基巖裂隙巖溶潛水和承壓含水層為主。

2 地質(zhì)災(zāi)害情況調(diào)查

2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘查情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察，庫區(qū)邊坡主要為灰?guī)r和泥灰?guī)r集中帶，灰?guī)r多為厚層和中厚層，風(fēng)化程度小，巖塊整體性較好，泥灰?guī)r風(fēng)化較為嚴(yán)重，節(jié)理裂隙密集，巖體單層厚度小，整體比較破碎，易形成凹槽。邊坡巖體結(jié)構(gòu)面主要以層面和節(jié)理面為主，層面比較平直，且結(jié)合程度較好，節(jié)理面傾角較大，近乎垂直，且受多個(gè)結(jié)構(gòu)面的切割，導(dǎo)致結(jié)合狀態(tài)很差，多開裂現(xiàn)象，開裂結(jié)構(gòu)面中含有少量的黏土填充物，在外界環(huán)境作用下，極易導(dǎo)致危巖體脫離母體向邊坡下滑動(dòng)，危巖體是目前庫區(qū)高邊坡的主要地質(zhì)災(zāi)害。

現(xiàn)場(chǎng)危巖體調(diào)查情況為：左岸進(jìn)場(chǎng)公路邊坡高度約為75～88m，邊坡近乎直立，風(fēng)化嚴(yán)重，坡面局部存在巖體裂縫、凹槽和崩塌現(xiàn)象，共發(fā)現(xiàn)危巖體11處；左岸上壩公路邊坡長度約為1km，邊坡高度為30.5～33m，邊坡近乎直立，風(fēng)化嚴(yán)重，局部地區(qū)形成懸崖，巖體多處存在裂縫和局部崩塌現(xiàn)象，部分區(qū)域存在落石情況，該段邊坡共發(fā)現(xiàn)55處危巖體；左岸進(jìn)場(chǎng)公路邊坡長度約100m，邊坡高度約81～92m，邊坡近乎直立，風(fēng)化嚴(yán)重，表面存在多處凹槽，共發(fā)現(xiàn)9處危巖體；右岸副廠房上方山頂邊坡長度約為150m，邊坡高度10～20m，呈懸崖峭壁，巖體比較松散，共發(fā)現(xiàn)18處危巖體。

2.2 危巖體分類

按照一般劃分標(biāo)準(zhǔn)，將庫區(qū)邊坡巖體地質(zhì)災(zāi)害劃分為滑移式、墜落式和傾倒式三類[1-6]，如圖1所示。①滑移式：滑移式危巖體的后緣裂隙比較發(fā)育，受降雨作用和凍融破壞的影響較大，在降雨作用下，巖體含水率和裂隙填充水會(huì)發(fā)生變化，從而影響巖體的粘聚力和內(nèi)摩擦角；在低溫作用下，巖體發(fā)生膨脹(膨脹率為9%)，從而對(duì)原有巖體的骨架結(jié)構(gòu)，發(fā)生凍脹變形，凍脹變形的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致巖體的裂隙夾角增大，使得裂隙寬度、長度等增大。②墜落式：墜落式危巖體在邊坡表面一般存在大量的卸荷裂隙，在風(fēng)化、降雨作用及凍融作用的影響下會(huì)不斷發(fā)育，最終形成破碎的邊坡表面，在外界因素誘發(fā)下很容易形成崩塌破壞。③傾倒式：傾倒式危巖體是軟弱夾層在降雨侵蝕或者其他作用下形成空腔，邊坡對(duì)危巖體上部存在一定的拉力作用，在低溫凍脹等外界誘因下，拉應(yīng)力會(huì)逐漸減小，從而使上層巖體支撐發(fā)生傾倒。

圖1 庫區(qū)危巖體類別示意

3 影響因素敏感性分析

3.1 層析分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)是一種對(duì)影響研究對(duì)象某一性質(zhì)的各個(gè)因素進(jìn)行定量化分析的一種數(shù)學(xué)方法，通過計(jì)算各個(gè)因素的權(quán)重大小，對(duì)各個(gè)因素的影響程度進(jìn)行評(píng)價(jià)[7-9]。如圖2所示，層次分析法的一般步驟包括：①構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，即建立目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該指體系反映了不同指標(biāo)之間的相互關(guān)系；②構(gòu)建判斷矩陣，由于評(píng)價(jià)指標(biāo)和諾具有非定量性，因此，通過構(gòu)建判斷矩陣可將非定量化問題轉(zhuǎn)換為定量性問題；③計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值和特征向量；④一致性檢驗(yàn)，主要目的是檢驗(yàn)判斷矩陣計(jì)算過程中是否受到其他因素的干擾；⑤通過權(quán)重值大小，進(jìn)行不同危巖體影響因素的敏感性分析。

圖2 層次分析法流程

3.2 層次結(jié)構(gòu)模型

從保證庫區(qū)安全生產(chǎn)和發(fā)展的角度出發(fā)，選取對(duì)庫區(qū)邊坡危巖體影響最大的影響因素進(jìn)行分析。以庫區(qū)高邊坡危巖體敏感性性分析為目標(biāo)層，將巖體特性、降雨影響、地震作用、裂隙特征、凍融破壞等5個(gè)影響因素作為準(zhǔn)則層，其中巖體特性選擇危巖體密度(C1)、風(fēng)化程度(C2)兩個(gè)因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)、降雨影響選擇粘聚力(C3)和內(nèi)摩擦角(C4)兩個(gè)因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)、地震作用選擇地震烈度(C5)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，裂隙特征選擇最大裂隙寬度(C6)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，凍融破壞選擇危巖體自重(C7)和裂隙長度(C8)兩個(gè)因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而建立庫區(qū)高邊坡危巖體的影響因素敏感性分析評(píng)價(jià)體系，如圖3所示。

圖3 庫區(qū)高邊坡危巖體敏感性層次結(jié)構(gòu)模型

3.3 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

根據(jù)不同危巖體形式破壞特點(diǎn)，綜合各影響因子之間的特征，按照各個(gè)因子對(duì)于研究對(duì)象的重要性進(jìn)行兩兩對(duì)比，并按照Saaty的打分賦值原則進(jìn)行打分(見表1)，從而構(gòu)建起三種危巖體的判斷矩陣，見表2。

表1 打分賦值原則

表2 判斷矩陣

通過不同危巖體的判斷矩陣，分別計(jì)算特征向量W、各影響因素的權(quán)重值、最大特征值以及CR值，結(jié)果見表3。從表3中可以看到：三種不同危巖體形式下的CR值均小于0.1，表明三種計(jì)算結(jié)果均通過一致性檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果合理可靠。

表3 層次分析計(jì)算結(jié)果

3.4 敏感性分析

根據(jù)層次分析計(jì)算結(jié)果，對(duì)三種不同形式危巖體各個(gè)影響因子的權(quán)重值進(jìn)行對(duì)比[10]，結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看到：對(duì)于滑移式危巖體和墜落式危巖體，巖體特性對(duì)其安全穩(wěn)定性影響敏感性最大，滑移式的危巖體密度(C1)和風(fēng)化程度(C2)權(quán)重值分別為0.291和0.273，墜落式的危巖體密度(C1)和風(fēng)化程度(C2)權(quán)重值分別為0.285和0.289，敏感性相對(duì)最小的是地震烈度(C5)，滑移式和墜落式的地震烈度權(quán)重值分別為0.021和0.022，滑移式和墜落式危巖體各個(gè)影響因子之間的權(quán)重值基本相等；對(duì)于傾倒式危巖體，危巖體自重(C7)和裂隙長度(C8)是最重要的兩個(gè)影響因子，權(quán)重值分別為0.247和0.331，影響最小的依然是地震烈度(C5)，權(quán)重值僅為0.024。

圖4 不同形式危巖體權(quán)重值對(duì)比

通過層次分析計(jì)算結(jié)果，可分別得到庫區(qū)高邊坡不同危巖體地質(zhì)災(zāi)害影響因素的敏感性排序?；剖轿r體敏感性排序?yàn)椋篊1>C2>C7>C8>C4>C3>C6>C5，墜落式危巖體敏感性排序?yàn)椋篊2>C1>C7>C8>C4>C3>C6>C5，傾倒式危巖體敏感性排序?yàn)椋篊8>C7>C1>C2>C4>C3>C6>C5。對(duì)于開展庫區(qū)高邊坡危巖體地質(zhì)災(zāi)害防治工作具有一定的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)語

對(duì)云南省某水利樞紐工程庫區(qū)高邊坡危巖體地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查，并將危巖體劃分為滑移式、墜落式和傾倒式3類，從保證庫區(qū)安全生產(chǎn)和發(fā)展的角度出發(fā)，基于層析分析法，構(gòu)建庫區(qū)高邊坡危巖體敏感性評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型，開展不同危巖體形式影響因素敏感性分析，結(jié)果表明：巖體特性對(duì)滑移式危巖體和墜落式危巖體的影響最大，凍融破壞對(duì)傾倒式危巖體的影響最大，而地震烈度對(duì)三種危巖體的影響均最小。本文僅對(duì)當(dāng)前庫區(qū)危巖體這一主要地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了計(jì)算分析，庫區(qū)高邊坡可能還伴隨有泥石流、滑坡等其他地質(zhì)災(zāi)害，這將在今后做進(jìn)一步補(bǔ)充研究。