地质灾害危险性评估技术方法探讨.pdf

1 3 6 科技创新导报 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n H e r a l d 2 0 1 0 N O . 1 0 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n H e r a l d 环 境 科 学 科技创新导报 1 概述 随着我国社会经济的快速发展, 在工 业化进程中, 建设用地正日趋紧缺, 因此目 前不得不在地质灾害易发区里寻找适宜的 建设用地, 以最大限度的发挥寸土寸金的 作用。 然而人类工程活动却往往又是引发 或加剧地质灾害的主要因素。 为因应这一 危险而进行的地质灾害危险性评估 以下 简称评估 就变得重要且必要。 同时, 在评 估中所采用的定量或半定量计算等技术方 法的合理性与正确性直接影响结论的准确 性, 进而对工程建设过程及建成后形成潜 在的影响。 如何采用合理的技术方法进行 评估, 以求得到正确的结论, 是目前在评估 中遇到的一个重要的课题。 本文从不同类 型的建设项目所采用不同的技术方法进行 评价从而希望能为地质灾害危险性评估方 法作一些有益的探讨[ 5 ]。 2 技术方法的应用 评估工作一般在工程建设尚未开工之 前展开, 因而对工程建设可以预料的工序 最终将会对地质环境造成的影响进行预 测, 根据预测结果及防治措施再对施工方 案进行调整, 可以在降低地质灾害发生风 险的同时, 又对科学及合理的制定施工方 案起到重要的作用。 2 . 1人工边坡的问题 在工程建设中, 因对建设场地进行开 挖回填等工程措施常会形成人工边坡。 人 工边坡的稳定性对建设工程的可行性、 预 算等会产生重要影响。 在工程项目开启初 期对有可能形成的不稳定人工边坡采取支 护、 支挡等措施作好各方面的准备工作具 有积极的意义。 主要分为土质边坡和岩质 边坡。 2 . 1 . 1土质边坡 土质边坡主要出现在有厚层松散土层 地区进行深基坑的开挖或者道路边坡开挖 边坡上部有一定厚度的松散土层 , 根据土 质边坡发生滑坡灾害的机理, 在确定了边 坡的高度及坡度之后, 采用瑞典圆弧滑动 法计算边坡稳定性系数[ 1 ]。 如公式 1 1 式中F s边坡稳定性系数; c i ’ 第i 条块的内聚力 k P a ; l i 第i 条块的滑面长度 m ; w i 第i 条块的重量 k N , 土层重度统 一取2 0 k N / m 3 可取土工试验数据 ; u i 第i 条块孔隙水压力 k N / m ; b i 第i 条块的宽度 m ; αi第i 条块的滑面倾角 ; φi第i 条块的内摩擦角 ; 以上各参数均根据该场地岩土工程勘 察中土工试验数据或临近场地的相应数 据, 采用理正软件进行计算。 计算所得F s 的 值对比表1 中安全系数临界值, 小于临界 值的边坡为不稳定边坡, 则考虑开挖时采 取支护措施或者进行放坡。 在边坡高度一 定的情况下可以计算出无需支护安全放 坡的临界坡度值, 从而正确指导边坡的开 挖施工。 2 . 1 . 2岩质边坡 在山坡坡脚建房或在山上修建公路、 高速公路等设施时往往会因挖山切坡形成 高陡的岩质边坡。 而岩质边坡的稳定性除 了受边坡的高度及坡度等的影响外, 很大 程度取决于边坡面上岩石的完整性。 对岩 质边坡稳定性的判断, 主要根据边坡面上 发育的节理、 裂隙与岩层产状、 边坡坡向等 的组合关系来进行, 采用的方法为地质剖 面图及赤平面投影图法[ 6 ]。 如图1 , 为拟建房屋后将要开挖形成高 陡边坡, 由图上可看出该边坡为顺向坡, 且 切坡后边坡高度达3 0 m 以上, 切坡后边坡坡 度为6 5 。 根据所测得的岩层产状、 节理、 坡 向等数据, 绘制出各结构面的赤平投影图 图2 。 由赤平投影图可知, 该边坡上岩层层 理面与J 1 、 J 2 两个节理面在边坡内侧岩体 内形成不利组合结构面, 且节理2 与岩层的 交角小于坡角, 故边坡面上岩土层稳定性 较差, 发生岩质滑坡的可能性中等。 故若仍 要按上述方案建房, 则需对开挖后形成的 边坡采取支护措施之后方可进行, 否则应 考虑更换建设地点。 2 . 2地基基础的沉降问题 2 . 2 . 1堆载 对于要在软土层上进行大面积堆载的 工程如基础回填等, 在堆载前应考虑其极 限承载能力。 软土地基极限承载力估算主 要利用地基天然抗剪强度, 按公式 2 计算 第一级施加的荷载P 及最大可填方高度h 值。 P 5 . 5 2 C u / K γh 2 式中 C u 天然状态下不排水抗剪强 度, 根据土工试验数据或经验值; K 安全系数, 一般取1 或1 . 3 ; γ填土重度, 一般取2 0 k N / m 3; h 最大可填方高度。 实际填方高度小于h 值则是安全的, 超 出h 值则会产生过量沉降, 从而在回填之后 需要等地基基础沉降趋稳之后再进行工程 施工, 以此来确定拟填方高度对工程建设 地质灾害危险性评估技术方法探讨 郐开富 徐文斌 杭州大地科技有限公司 杭州 3 1 0 0 1 3 摘 要 本文对在地质灾害危险性评估工作中针对不同的建设场地采用不同的技术方法进行计算判断, 得出稳定性评价结论的方法进行 探讨, 为在实际的工程建设项目中进行地质灾害危险性评估的方法提供了思路和技术方向, 有较好的推广应用价值。 关键词 地质灾害 危险性 评估 技术方法 中图分类号 T P 2文献标识码 A文章编号 1 6 7 4 - 0 9 8 X 2 0 1 0 0 4 a - 0 1 3 6 - 0 3 D i s c u s s i n g o f t h e T e c h n i q u e s a n d M e t h o d s i n t h e E v a l u a t i o n A b o u t F a t a l n e s s o f G e o l o g i c a l H a z a r d K U A I K a i f u X U W e n b i n D a d i t e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t c o m p a n y o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y , H a n g z h o u 3 1 0 0 1 3 , C h i n a A b s t r a c t T h e p a p e r d i s c u s s t h e t e c h n i q u e s a n d m e t h o d s o f t h e e v a l u a t i o n a b o u t f a t a l n e s s o f g e o l o g i c a l h a z a r d a c c o r d i n g t o e v a l u a t t h e s t a b i l i t y o f t h e d i f f e r e n t a r e a s b e b u i l t . A t t h e s a m e t i m e t h e p r a c t i c a b l e t e c h n i q u e w a y a n d i d e a f o r u s i n g o t h e r i t e m s w a s p u t f o r w a r d b y t h e s e m e t h o d s . A n d i t c a n b e u s e d i n d i f f e r e n t s c a l e s . K e y W o r d s G e o l o g i c a l h a z a r d ; E v a l u a t e t h e f a t a l n e s s ; T e c h n i q u e s a n d m e t h o d s ①作者简介 郐开富 1 9 7 4 , 男, 理学硕士, 工程师, 主要从事岩土工程施工、 岩土工程勘察、 地质灾害调查与评价、 评估及边坡勘察、 治理设计等工作。 徐文斌 1 9 6 7 , 男, 工程师, 主要从事地质灾害调查与评价、 评估及勘察设计等工作。 1 3 7 科技创新导报 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n H e r a l d 环 境 科 学 2 0 1 0 N O . 1 0 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n H e r a l d科技创新导报 周期的影响。 2 . 2 . 2地基基础沉降 在软土地基上进行工程建设如果要采 用浅基础方案则需要考虑地基土的过量沉 降或不均匀沉降问题。 地基土最终沉降量 估 算 采 用 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 G B 5 0 0 0 7 - 2 0 0 2 中计算公式进行计算, 其最 终沉降量可采用分层总和法进行估算[ 2 ], 其 公式如下 3 式中 S 地基最终沉降量 m m ; ψs沉降计算经验系数, 取1 . 3 ; n 地基变形计算深度范围内所划 分的土层数; P 0对应于荷载效应准永久组合时 的基础底面处的附加压力 k P a ; E s i 基础底面第i 层土的压缩模量, 按实际应力范围取值 k P a ; Z i 、 Z i - 1基础底面至第i 层土和至第 i - 1 层土底面的距离 m m ; αi、 αi - 1基础底面计算点至第i 层 土和至第i - 1 层土底面范围内的平均附加 应力系数。 场地底面附加压力 P 0 土体自重 γ 附加荷载 p , 其中附加荷载 p 设计荷载 堆载。 其中设计荷载根据所建建 构 筑物 的高度 主要为楼层数 取值, 一般一层平 房取2 0 k P a , 依此类推累加。 填土容重一般 取2 0 k N / m 3。 压缩模量以该区块岩土工程 勘察报告中的土工试验报告中相应数值为 准。 一般最大沉降量累积控制值为1 0 ～ 6 0 m m , 安全沉降量累积值根据建筑物的重 要性不同而取不同的值; 沉降变化速率控 制值为0 . 1 H / 1 0 0 0 H 为建筑物高度 。 地基基础跨越不同地层时易出现不均 匀 差异 沉降现象, 差异沉降控制值2 / 1 0 0 0 危房鉴定临界值为7 / 1 0 0 0 。 2 . 3地面沉降的问题 对于由于过量开采地下水等原因而形 成的大面积区域地面沉降区, 如杭嘉湖平 原、 上海等地, 建设项目必须充分考虑地面 沉降对工程建设的影响从而采取相应的防 治措施进行预防。 根据区域地下水动态和 地面沉降长期监测资料对评估区的地面沉 降历史及特点进行分析, 主要分析评估区 的沉降规模、 速率及其对拟建建筑物的不 良影响等。 下面以位于嘉兴市区的工程建 设为例进行分析评估[ 4 ]。 杭嘉湖平原地面沉降起始于1 9 6 4 年前 后, 沉降中心位于嘉兴市区, 至今已形成以 嘉兴城区为中心的区域地面沉降漏斗。 嘉 兴市包括评估区附近地面沉降历史可划分 为以下几个阶段 1 9 6 4 ～1 9 7 3 年 地面沉降初期, 嘉兴市 老城区开始发生地面沉降。 1 9 7 4 ～1 9 8 3 年 地面沉降有显著发展, 沉降速率明显增加。 1 9 8 4 ～1 9 9 0 年 地面沉降急剧发展, 沉 降范围已超出嘉兴城区范围。 1 9 9 1 ～2 0 0 5 年 地面沉降迅速向整个平 原扩展, 形成了以嘉兴市区为中心的区域 地面沉降漏斗。 截止2 0 0 5 年, 位于嘉兴市区 的沉降中心累计沉降量达8 8 2 . 5 0 m m , 阶段 沉 降 量 2 8 5 . 3 m m , 年 中 心 沉 降 量 为 1 2 . 4 mm。 评估区位于嘉善县魏塘镇, 属于嘉兴 市区域地面沉降漏斗中心的附近, 现状地 面累计沉降量为1 0 0 ～2 0 0 m m 之间, 沉降速 率＜1 0 m m / a 见图3 及图4 。 根据以上资料, 结合地面沉降危险性 分级表 表2 , 对评估区进行地质灾害危险 性评估并得出相应的结论。 2 . 4砂土液化的问题 在地震烈度大于Ⅵ度区如果存在厚层 砂土或粉土类砂性地层时, 需考虑地基土 的地震动液化的问题。 按国标 建筑抗震设 表1边坡稳定安全系数 T a b l e 1S a f e t y f a c t o r o f t h e s lo p e ’ s s t a b i l i t y 表2地面沉降危险性分级标准 T a b l e 2T h e c l a s s i f i c a t i o n s t a n d a r d f o r f a t a l n e s s o f t h e g r o u n d ’ s s e d i m e n t a t i o n 图1地质剖面图 F i g . 1s k e t c h m a p o f g e o l o g i c a l p r o f i l e 1 3 8 科技创新导报 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n H e r a l d 2 0 1 0 N O . 1 0 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n H e r a l d 环 境 科 学 科技创新导报 计规范 G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 对饱和砂土进行液 化判别。 按7 度设防近震考虑, 则饱和砂性 土的液化现象可由实测标贯击数N 与标贯 击数临界N c r 相比较来进行判别[ 3 ] 公式4 。 当N ＞N c r时, 为不液化土。 当N ≤N c r时, 为液化土。 而N c r N 0[ 0 . 9 0 . 1 ds - d w ] c p/3 4 其中N 0液化判别标准贯入锤击数 基准值, 若按7 度地震烈度计算, N 0 6 d s饱和土标准贯入度的深度 d w地下水位深度m p c相对应的实测点砂土的粘粒含 量 对于被判定为液化土的地层, 在地基 基础设计时则需避开以该层作为基础持力 层以防特殊时期产生相应的地质灾害。 3 存在的问题 由于地质灾害危险性评估工作是在工 程建设起动初期进行, 评估工作非常重要 的一环是收集已有资料, 尤其是对计算具 有根本意义的土力学参数值的获取, 许多 数据一般采用临近场地的参数或经验值。 因此已有资料的准确性或适应性对计算精 度有直接的关联, 从而对评估结论形成一 定的影响。 在实际工作中应尽可能收集到 最接近现实的数据以减小误差, 得出最准 确的结论。 4 结论 本文所论述的评估技术方法经过多年 的大量实践与应用, 其正确性及适用性已 经得到了充分的论证, 具有广泛的适应性。 在评估中正确合理的使用相应的技术方 法, 将会为工程建设的可行性及其施工过 程中应采取的防治措施提供合理可行的理 论依据及设计思路, 防止盲目施工引发地 质灾害。 参考文献 [ 1 ]建 筑 边 坡 工 程 技 术 规 范 G B 5 0 3 3 0 - 2 0 0 2 . [ 2 ]建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 G B 5 0 0 0 7 - 2 0 0 2 . [ 3 ]建筑抗震设计规范 G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 . [ 4 ]核工业西南勘察设计研究院有限公司. 嘉善第四中学迁建项目地质灾害危险 性评估报告[ R ] . 杭州 核工业西南勘察 设计研究院有限公司, 2 0 0 7 . [ 5 ]刘传正. 地质灾害防治工程设计的基本 问题[ J ] . 水文地质工程地质, 1 9 9 5 , 2 2 1 7 ～1 1 . [ 6 ]黄润秋、 赵松江、 宋肖冰, 等. 四川省宣汉 县天台乡滑坡形成过程和机理分析[ J ] . 水 文地质工程地质, 2 0 0 5 , 3 2 1 1 3 ～1 5 . 图2拟开挖边坡赤平投影图 F i g . 2 t h e p r o j e c t i o n b a s e d o n e q u a t o r ’ s p l a n e o f t h e s l o p e b e d u g 图3评估区2 0 0 5 年地面累计沉降量等值线图 F i g 3T h e i s o l i n e a b o u t t h e d e p t h o f t h e g r o u n d s i n k e d i n t h e e v a l u a t i n g e a r a i n 2 0 0 5 图4评估区2 0 0 5 年地面沉降速率等值线图 F i g 4T h e is o lin e a b o u t t h e r a t e o f t h e g r o u n d s in k e d in t h e e v a lu a t in g e a r a in 2 0 0 5