陽(yáng)南溝隧道出口邊坡工程地質(zhì)環(huán)境

1.邊坡工程地質(zhì)概況

陽(yáng)南溝隧道為一座高速公路分離式長(zhǎng)隧道,出口位于十堰市張灣區(qū)黃龍鎮(zhèn)泰山溝村東側(cè),軸線方向約290b,呈南東-北西向展布。隧道出口洞門左幅為臺(tái)階式,右幅為端墻式。隧道出口斜坡較陡,溝隧道出口以上為較緩邊坡,邊坡坡度約為23b,隧道出口以下自然坡角約30b~40b,植被較發(fā)育。坡腳處分布有零星居民點(diǎn)和鄉(xiāng)村公路。隧址出口邊坡位于秦嶺褶皺系之東段,屬于南秦嶺印支冒地槽褶皺帶(南秦嶺構(gòu)造帶)二級(jí)構(gòu)造單元之武當(dāng)山復(fù)背斜范圍內(nèi),可見(jiàn)明顯的揉皺現(xiàn)象。邊坡區(qū)主要出露地層為中元古界武當(dāng)山群(Pt2wd)片巖,片理產(chǎn)狀20bN47b,節(jié)理裂隙較發(fā)育。

2.邊坡可能破壞模式分析

通過(guò)勘察,陽(yáng)南溝隧道出口邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)依次為:表層殘坡積層,其下為強(qiáng)風(fēng)化-微風(fēng)化片巖;隧道出口以下邊坡為較陡邊坡,邊坡坡度約為34b,邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)為弱風(fēng)化-微風(fēng)化片巖,為向內(nèi)傾的斜交坡。從邊坡的平面特征來(lái)看,隧道出口左線以上邊坡殘坡積層中后部地形平緩,前部地形坡度相比中后部較陡;隧道右線地形坡度總體較緩。根據(jù)鄰近地區(qū)邊坡失穩(wěn)模式調(diào)查結(jié)果,該區(qū)邊坡失穩(wěn)大多是沿殘坡積物與基巖分界面發(fā)生滑移,其滑面受風(fēng)化界面控制呈折線狀,微顯弧形結(jié)構(gòu)。根據(jù)陽(yáng)南溝隧道出口邊坡地質(zhì)特征(見(jiàn)圖1),采用宏觀地質(zhì)判斷方法,確定陽(yáng)南溝隧道出口邊坡左幅剖面破壞模式為左線前部殘坡積層沿風(fēng)化界面近似弧形滑移(見(jiàn)圖2),右幅剖面破壞模式為殘坡積層沿風(fēng)化界面發(fā)生折線滑移(見(jiàn)圖1(b))。

陽(yáng)南溝隧道出口邊坡危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

1.邊坡失穩(wěn)概率預(yù)測(cè)

根據(jù)邊坡可能破壞模式分析,陽(yáng)南溝隧道出口邊坡分別采用不同的計(jì)算方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析,并運(yùn)用蒙特卡羅(Monte2Carlo)模擬方法進(jìn)行邊坡失穩(wěn)概率計(jì)算[628]。根據(jù)滑動(dòng)面的形態(tài)和計(jì)算方法的適宜性,左幅剖面擬采用Bishop法和Janbu法;右幅剖面擬采用傳遞系數(shù)法和Morgenstern2Price法。運(yùn)用Geoslope軟件及其自帶的概率計(jì)算程序?qū)吰伦蠓拭婧陀曳拭孢M(jìn)行計(jì)算,而傳遞系數(shù)法則是通過(guò)自編的計(jì)算程序?qū)τ曳拭孢M(jìn)行計(jì)算,得到了正常工況和非正常工況條件下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)和破壞概率,結(jié)果見(jiàn)表1。其中非正常工況條件下,巖土體飽和,浸潤(rùn)線位于強(qiáng)風(fēng)化層與弱風(fēng)化層分界面。由邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可以看出,陽(yáng)南溝隧道出口邊坡在正常工況條件下左幅剖面的穩(wěn)定性系數(shù)為1.467,右幅剖面的穩(wěn)定性系數(shù)為1.750,大于表2所規(guī)定的穩(wěn)定性系數(shù),邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài),有一定的安全儲(chǔ)備;在非正常工況條件下邊坡左幅剖面穩(wěn)定性系數(shù)為1.145,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),右幅剖面的穩(wěn)定性系數(shù)為1.370,處于穩(wěn)定狀態(tài)。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,右幅剖面的穩(wěn)定性比左幅剖面的穩(wěn)定性要好,主要原因是左幅剖面的中前部地形坡度和殘坡積層分界線相比右幅來(lái)說(shuō)都要陡一些,從邊坡失穩(wěn)模式來(lái)看右幅剖面計(jì)算結(jié)果代表了斜坡的整體穩(wěn)定性,左幅剖面計(jì)算結(jié)果代表了斜坡的局部穩(wěn)定性。斜坡穩(wěn)定性分級(jí)見(jiàn)表3。陽(yáng)南溝隧道出口邊坡左幅剖面在正常工況條件下破壞概率為1.9%,處于安全;在非正常工況條件下破壞概率為21.9%,處于低危險(xiǎn)性。陽(yáng)南溝隧道出口邊坡右幅剖面在正常工況條件下破壞概率為0.6%,處于安全;在非正常工況條件下破壞概率為13.5%,處于低危險(xiǎn)性。

2.邊坡失穩(wěn)范圍預(yù)測(cè)

進(jìn)行邊坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的前提條件是要確定出災(zāi)害的影響范圍。可從兩個(gè)方面考慮:一是邊坡在孕育、變形過(guò)程中所涉及的范圍,可以結(jié)合邊坡區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育規(guī)律、地層產(chǎn)狀以及建筑物變形情況圈定;二是邊坡破壞后的運(yùn)動(dòng)距離大小[9210]。根據(jù)有關(guān)公式[11]對(duì)陽(yáng)南溝隧道出口邊坡滑移距離進(jìn)行了估算,估算結(jié)果見(jiàn)表4。公式1至4是目前常用的邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)距離大小估算模型,其中公式1反映了邊坡體滑動(dòng)距離與滑動(dòng)面動(dòng)摩擦系數(shù)f、邊坡高度H有關(guān);公式2反映了邊坡的滑移距離L與滑體的滑移高差H存在一定的關(guān)系,通過(guò)歷史邊坡的調(diào)查統(tǒng)計(jì)可以分析L與H的關(guān)系;公式3反映了邊坡滑動(dòng)距離與前緣坡腳有關(guān);而公式4反映了邊坡滑動(dòng)距離與邊坡體體積有關(guān)。但是邊坡體滑動(dòng)的距離與與滑動(dòng)面動(dòng)摩擦系數(shù)、滑動(dòng)體高差、坡度及水平距離、邊坡體剪出初始速度等因素息息相關(guān),這些公式不能全部反映出影響滑移距離的各個(gè)因素,存在一定的局限性且有一定適用條件,因此計(jì)算結(jié)果之間存在一定差異。采用上述估算公式可以大致了解邊坡滑移距離,計(jì)算出來(lái)的滑動(dòng)距離只能作為參考值,在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)還應(yīng)結(jié)合邊坡失穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)方向、邊坡周界和實(shí)際地形特征綜合確定。通過(guò)對(duì)陽(yáng)南溝隧道出口邊坡周邊工程地質(zhì)特征調(diào)查,確定邊坡后緣和側(cè)緣的影響范圍見(jiàn)圖3。

邊坡影響范圍內(nèi)承災(zāi)體易損性預(yù)測(cè)

1.承災(zāi)體調(diào)查和分類

要確定承災(zāi)體,需確定邊坡影響范圍及此范圍內(nèi)可能遭受損害的人和物。根據(jù)承災(zāi)體分類原則,將承災(zāi)體分為:人員、房屋建筑、公路橋墩、鄉(xiāng)村公路、建設(shè)機(jī)械、農(nóng)田、林地等。對(duì)本工程邊坡影響范圍內(nèi)不同類別的承災(zāi)體分別進(jìn)行調(diào)查,統(tǒng)計(jì)其特征及數(shù)量,統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5和表6。

2.承災(zāi)體易損性預(yù)測(cè)

在單體滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,影響承災(zāi)體易損性的因素較為復(fù)雜,從承災(zāi)體的種類、數(shù)量、不同承災(zāi)體的承災(zāi)能力和可能損失程度等幾個(gè)因素來(lái)看,同等災(zāi)害規(guī)模條件下,承災(zāi)體的數(shù)量越多,承災(zāi)體對(duì)災(zāi)害的抗御能力和可恢復(fù)性越差,災(zāi)害造成的破壞損失越嚴(yán)重。本文根據(jù)承災(zāi)體類型,主要分析人口易損性和經(jīng)濟(jì)易損性[12]。

1）人口易損性評(píng)價(jià)

人口易損性是指在邊坡災(zāi)害中最大可能的死傷人數(shù)占災(zāi)前人口總數(shù)的比例或百分比。對(duì)邊坡進(jìn)行人口易損性分析,主要是將該區(qū)域影響范圍內(nèi)的人口作為承災(zāi)體,研究人口的風(fēng)險(xiǎn)觀念和減災(zāi)防災(zāi)意識(shí),包括人口年齡結(jié)構(gòu)、居民對(duì)邊坡災(zāi)害的防范意識(shí)、政府對(duì)邊坡災(zāi)害的重視程度等。除此之外,邊坡性質(zhì)也是重要的影響因素,包括邊坡滑動(dòng)速度、邊坡體積等。根據(jù)文獻(xiàn)[6]對(duì)人口易損性評(píng)價(jià)的方法,采用以下公式進(jìn)行計(jì)算:（略）式中:Vpi為邊坡影響范圍內(nèi)的易損性指數(shù),Vpi=0~1,0表示無(wú)人口易損性,1表示100%的人口易損性;W1為邊坡速度對(duì)易損性影響的權(quán)重;W2為邊坡體積對(duì)易損性影響的權(quán)重;W3為人口年齡結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)因素的權(quán)重;W4為受教育程度評(píng)價(jià)因素的權(quán)重;W5為政府重視程度評(píng)價(jià)因素的權(quán)重;C1為滑動(dòng)速度評(píng)價(jià)系數(shù);C2為邊坡體積評(píng)價(jià)系數(shù);C3為人口年齡結(jié)構(gòu)系數(shù);C4為教育程度系數(shù);C5為政府重視程度系數(shù)。相對(duì)于其他因素,C3、C4是內(nèi)因。不難看出,邊坡體滑動(dòng)的速度和體積對(duì)易損性影響也較為明顯。陽(yáng)南溝隧道邊坡影響范圍內(nèi)人口類型分為邊坡分布區(qū)人口和邊坡影響區(qū)人口,根據(jù)政府部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),采用工程類比法將這兩部分區(qū)域的影響因素定量化,并確定相應(yīng)的系數(shù)。參考已有數(shù)據(jù),綜合確定人口易損性指數(shù)為:邊坡區(qū)內(nèi)易損性為0.498,邊坡影響區(qū)內(nèi)易損性為0.376。