前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的隧道出口邊坡安全風(fēng)險研究，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
1.邊坡工程地質(zhì)概況
陽南溝隧道為一座高速公路分離式長隧道,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)二級構(gòu)造單元之武當(dāng)山復(fù)背斜范圍內(nèi),可見明顯的揉皺現(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
通過勘察,陽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)陽南溝隧道出口邊坡地質(zhì)特征(見圖1),采用宏觀地質(zhì)判斷方法,確定陽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(見圖1(b))。
陽南溝隧道出口邊坡危險性預(yù)測
1.邊坡失穩(wěn)概率預(yù)測
根據(jù)邊坡可能破壞模式分析,陽南溝隧道出口邊坡分別采用不同的計算方法進(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)概率計算[628]。根據(jù)滑動面的形態(tài)和計算方法的適宜性,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算程序?qū)吰伦蠓拭婧陀曳拭孢M(jìn)行計算,而傳遞系數(shù)法則是通過自編的計算程序?qū)τ曳拭孢M(jìn)行計算,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)果見表1。其中非正常工況條件下,巖土體飽和,浸潤線位于強(qiáng)風(fēng)化層與弱風(fēng)化層分界面。由邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果可以看出,陽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)。從計算結(jié)果來看,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說都要陡一些,從邊坡失穩(wěn)模式來看右幅剖面計算結(jié)果代表了斜坡的整體穩(wěn)定性,左幅剖面計算結(jié)果代表了斜坡的局部穩(wěn)定性。斜坡穩(wěn)定性分級見表3。陽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%,處于低危險性。陽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%,處于低危險性。
2.邊坡失穩(wěn)范圍預(yù)測
進(jìn)行邊坡災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測的前提條件是要確定出災(zāi)害的影響范圍。可從兩個方面考慮:一是邊坡在孕育、變形過程中所涉及的范圍,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)動距離大小[9210]。根據(jù)有關(guān)公式[11]對陽南溝隧道出口邊坡滑移距離進(jìn)行了估算,估算結(jié)果見表4。公式1至4是目前常用的邊坡失穩(wěn)滑動距離大小估算模型,其中公式1反映了邊坡體滑動距離與滑動面動摩擦系數(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,通過歷史邊坡的調(diào)查統(tǒng)計可以分析L與H的關(guān)系;公式3反映了邊坡滑動距離與前緣坡腳有關(guān);而公式4反映了邊坡滑動距離與邊坡體體積有關(guān)。但是邊坡體滑動的距離與與滑動面動摩擦系數(shù)、滑動體高差、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因素,存在一定的局限性且有一定適用條件,因此計算結(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,計算出來的滑動距離只能作為參考值,在進(jìn)行風(fēng)險評估時還應(yīng)結(jié)合邊坡失穩(wěn)的運(yùn)動方向、邊坡周界和實際地形特征綜合確定。通過對陽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)緣的影響范圍見圖3。
邊坡影響范圍內(nèi)承災(zāi)體易損性預(yù)測
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)計其特征及數(shù)量,統(tǒng)計結(jié)果見表5和表6。
2.承災(zāi)體易損性預(yù)測
在單體滑坡災(zāi)害風(fēng)險評價中,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因素來看,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）人口易損性評價
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)險觀念和減災(zāi)防災(zāi)意識,包括人口年齡結(jié)構(gòu)、居民對邊坡災(zāi)害的防范意識、政府對邊坡災(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,包括邊坡滑動速度、邊坡體積等。根據(jù)文獻(xiàn)[6]對人口易損性評價的方法,采用以下公式進(jìn)行計算:（略）式中:Vpi為邊坡影響范圍內(nèi)的易損性指數(shù),Vpi=0~1,0表示無人口易損性,1表示100%的人口易損性;W1為邊坡速度對易損性影響的權(quán)重;W2為邊坡體積對易損性影響的權(quán)重;W3為人口年齡結(jié)構(gòu)評價因素的權(quán)重;W4為受教育程度評價因素的權(quán)重;W5為政府重視程度評價因素的權(quán)重;C1為滑動速度評價系數(shù);C2為邊坡體積評價系數(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)。相對于其他因素,C3、C4是內(nèi)因。不難看出,邊坡體滑動的速度和體積對易損性影響也較為明顯。陽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。#p#分頁標(biāo)題#e#
2)經(jīng)濟(jì)易損性評價
除了人的生命健康、風(fēng)險觀念外,其他承災(zāi)體都可以用貨幣形式反映其價值。承災(zāi)體價值損失的程度可以用承災(zāi)體價值損失率來表示,即承災(zāi)體遭受災(zāi)害破壞損失的價值與受災(zāi)前承災(zāi)體價值的比率。承災(zāi)體損毀程度和價值損失率除了與承災(zāi)體抗破壞能力有關(guān)外,主要還受到地質(zhì)災(zāi)害危害程度的控制,危害程度越高,則損毀越嚴(yán)重,其損失率也越高。因此,根據(jù)歷史災(zāi)害資料,將不同承災(zāi)體價值損失率與地質(zhì)災(zāi)害損壞程度進(jìn)行了統(tǒng)計分析,結(jié)合邊坡特點,同時參考其它自然災(zāi)害的研究成果[13214],可初步建立滑坡災(zāi)害受災(zāi)體損毀程度與受災(zāi)體價值損失率的對應(yīng)關(guān)系(見表7)。這些數(shù)據(jù)可作為災(zāi)害評估的參考值,具體應(yīng)用時可根據(jù)實際情況在區(qū)間內(nèi)取值,或者作必要的修正。在難以獲取實際資料情況下,可采用平均值。
陽南溝隧道出口邊坡安全風(fēng)險評價
陽南溝隧道出口邊坡安全風(fēng)險分析是建立在破壞概率、易損性評價、承災(zāi)體價值分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。根據(jù)風(fēng)險計算方法得出各工況下人口傷亡風(fēng)險和各工況下經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險,如表8和圖4所示。計算結(jié)果表明:當(dāng)邊坡處于低危險性狀態(tài)時,傷亡預(yù)測人數(shù)均占總?cè)藬?shù)的14.6%以上,經(jīng)濟(jì)損失在275萬元以上。將所得數(shù)據(jù)與不同工況的破壞概率相比較,可以看出破壞概率越高,承災(zāi)體損失越嚴(yán)重。根據(jù)交通部5公路橋梁與隧道工程安全風(fēng)險評估指南6中風(fēng)險等級標(biāo)準(zhǔn)評定方法[15],陽南溝隧道出口邊坡在正常工況條件下的風(fēng)險等級為級、低度,在非正常工況條件下的風(fēng)險等級為ò級、中度。根據(jù)風(fēng)險接受準(zhǔn)則[15216],陽南溝隧道出口邊坡在正常工況條件下風(fēng)險較小,在接受范圍之內(nèi),但需要予以監(jiān)測;在非正常工況條件下風(fēng)險較大,必須采取措施降低風(fēng)險并加強(qiáng)監(jiān)測,特別在隧道出口段施工過程和不利自然條件下應(yīng)該對邊坡變形情況加強(qiáng)監(jiān)測,一旦發(fā)生異常情況,需要通知建設(shè)和設(shè)計單位,立即采取加固處理措施,確保隧道出口邊坡穩(wěn)定。
結(jié)語
(1)陽南溝隧道出口邊坡穩(wěn)定性和破壞概率分析結(jié)果表明:邊坡在正常工況和非正常工況條件下處于穩(wěn)定狀態(tài);依據(jù)邊坡穩(wěn)定程度分類標(biāo)準(zhǔn),邊坡在正常工況條件下處于安全程度,在非正常工況條件下處于低危險性。(2)陽南溝隧道出口邊坡風(fēng)險分析結(jié)果表明:邊坡在正常工況條件下的風(fēng)險等級為級,在非正常工況條件下的風(fēng)險等級為ò級。根據(jù)風(fēng)險接受準(zhǔn)則,陽南溝隧道出口邊坡在正常工況條件下風(fēng)險較小,在接受范圍之內(nèi);在非正常工況條件下風(fēng)險次之,但需要予以監(jiān)測,尤其在施工過程和不利自然條件下對邊坡變形情況加強(qiáng)監(jiān)測。通過對邊坡進(jìn)行安全風(fēng)險分析,可以大致確定陽南溝隧道出口邊坡風(fēng)險及風(fēng)險的大小,為邊坡工程技術(shù)人員分析和處理各種不確定因素提供可行的技術(shù)手段,指導(dǎo)設(shè)計人員選擇合適的邊坡工程技術(shù)措施。但是,本文沒有考慮邊坡失穩(wěn)發(fā)生的時間問題,如果發(fā)生在夜間,其風(fēng)險顯然會高于邊坡失穩(wěn)發(fā)生在白天的值。所以,對于公路邊坡安全風(fēng)險預(yù)測問題還應(yīng)與時間預(yù)測研究結(jié)合,對于這一點,將在后續(xù)階段進(jìn)行研究。（本文圖、表略）
本文作者：劉松 羅紅明 徐曉波 翟全禮 胡五洲 陳維偉 單位：湖北省十白高速公路建設(shè)指揮部 中國科學(xué)院 武漢巖土力學(xué)研究所, 巖土力學(xué)與工程國家重點實驗室
