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文/马龙
摘 要：为研究某崩塌地质灾害的风险，并为其崩塌治理提供决策支持。首先以危岩体地质隐患点为例，利用数值模拟的方法揭示了危岩体的主要控稳因素，此后并评估了崩塌发生的易发性，并在此基础上评价其易损性，最终确定该地质灾害隐患点发生风险概率较低。
关键词：崩塌；风险评价；数值模拟
我国是地质灾害频发的国家，尽管近年来自然资源部门投入大量资金开展地质灾害治理，但地质条件复杂、灾害类型多样，仍难以实现全域防控，每年仍然有地质灾害发生，造成生命财产损失。在此背景下，通过科学决策实现精准治理成为关键课题。地质灾害风险评价可通过量化风险等级为防治资源配置提供依据，对提升防灾减灾效能具有重要意义。
1研究现状
当前，相关领域学者针对不同灾害类型与区域特征进行了多方面研究。谈树成、赵晓燕、李永平等采用信息量模型与GIS结合，对云南省丘北县滑坡地质灾害风险进行评价；姬萌蕾、姬寅东、王誉龙等利用GIS进行区域地质灾害风险研究；徐庆方、何开寿、胡励耘等以茅台镇为研究对象，采用层次分析法开展地质灾害风险定量研究；陈刚、魏龙、张显虎等对拉萨市城关区扎西林卡后山崩塌风险进行定性评价；张先林、张继、刘桃等利用Rockfall模拟了塌失稳运行轨迹，在此基础上对崩塌进行风险评价；甄俊伟、黄智炜、章桂芳等基于LiDAR数据库生成高精度的DEM，并对崩塌地质灾害进行风险评价。然而，现有研究多聚焦常规地质条件，针对降雨诱发型崩塌地质灾害的风险评价研究不足。基于上述背景，该研究聚焦降雨型崩塌地质灾害，对此类灾害风险评价进行研究。首先，以危岩体地质隐患点为研究对象；其次，利用数值模拟方法揭示危岩体的主要控稳因素，评估崩塌的易发性，在此基础上评价其易损性；最后，确定风险发生概率。
2崩塌风险评估理论
《地质灾害调查与风险评价技术要求》（试用版）中指出，地质灾害风险即在一定时期内，各类承灾体因地质灾害造成损失的可能性（概率），可用公式（1）表示：
R=H×V×E （1）
式（1）中：R——地质灾害风险指数；H——危险性，在不同条件概率下，致灾体可能的破坏或影响范围；V——易损性，可能遭受致灾体危害的生命财产损失，即总生命财产与损失率的乘积；E——承灾体数量或价值。
对于潜在的崩塌危岩体，在风险评估过程中，需要先确定其失稳破坏机理，再确定控稳因素，从而判断其发生失稳破坏的可能性。在此基础上，确定其破坏或影响范围，进而便能求得其危险性。调查崩塌危岩体时，确认其威胁的总人口和总财产至关重要。尽管相关规范中有崩塌失稳破坏的机理以及简化计算公式，但实际崩塌危岩体形态往往不规则，按规范的计算模型进行简化可能存在较大误差。因此，建议采用数值模拟计算崩塌危岩体的稳定性。对于一般性的非降雨（或地震）型崩塌，若定量计算结果为欠稳定或基本稳定，必须考虑其岩土参数统计误差，即采用蒙特卡罗法确定其失稳概率。而对于降雨型崩塌，由于降雨对崩塌危岩体的稳定性起决定性作用，因此需要计算不同重现期的稳定性，以确定滑坡的成因或机理。
3风险评价案例
3.1工程概况
崩塌危岩带位于贵州某县鼎新乡同心村姚家寨北侧山坡中下部陡崖地段，北面为山坡，坡度约40°~ 50°，南面为陡崖，陡崖坡脚为姚家寨。该崩塌危岩带在卸荷、风化等作用下表面岩体破碎，节理裂隙较发育，总体呈东西向分布，平面形态呈带状，长约300m；分布海拔高程约1173~1289m，崩塌主方向约170°。结合三维激光扫描成果，综合考虑将该危岩带分为东、西两部分，其中东侧危岩带长约166m，坡向与崩塌方向177°，崩塌高度约30m，厚度1.5m，危岩带方量为7440m3；西侧危岩带长约160m，坡向与崩塌方向178°，崩塌高度约15m，厚度1.5m，危岩带方量为4800m3。
3.2地质环境条件
3.2.1地形地貌
场地地貌类型为低中山侵蚀地貌，总体地势北高南低，北部山坡南部为河谷地带，该工作区内北陡南缓，自然坡度10°~ 50°。最高点位于北侧山顶，高程1575.20m，最低点位于南侧六冲河，高程1098.10m，高差达477.10m。
3.2.2地层岩性
工作区出露地层由老到新依次为二叠系、三叠系及第四系地层。岩性由新至老如下：第一，崩塌堆积体（Qcol）。崩塌堆积体分布于勘查区陡崖脚至村寨北面的斜坡地段，物质组成主要为灰岩，块体大小不一，最大块体为4×3×2m3，小块体为0.08×0.03×0.01m3，部分以孤石状态存在，结构松散、稍湿，局部有架空现象。崩塌堆积体厚度0~1m。第二，第四系残破积层（Qdl+el）。第四系残破积层以灰色、深灰色为主，略带黑绿色，呈可塑状。底部含有风化泥岩、砂岩的碎屑岩块，主要分布于平缓的河谷地带。第三，三叠系下统飞仙关组（T1f）。三叠系下统飞仙关组可划分为第一段（T1f1）和第二段（T1f2）。第一段（T1f1）为灰绿色及暗紫色泥岩及粉砂质泥岩夹少量粉砂岩，顶部为浅灰色鲕粒灰岩、灰岩。第二段（T1f2）为暗紫红色粉砂质泥岩、泥岩夹粉砂岩。岩石节理较发育，岩体较破碎，完整性较差。工作区崩塌危岩带范围内主要为三叠系下统飞仙关组第一段（T1f1）顶部的灰岩。工作区陡崖及两侧发育冲沟中均可见基岩出露。第四，二叠系中上统峨眉山玄武岩组（P2-3em）。二叠系中上统峨眉山玄武岩组为暗灰绿、灰黑色玄武岩夹凝灰岩、燧石灰岩、硅质岩，分布于勘查区西南侧靠近河流的区域。
3.2.3地质构造
工作区大地构造为扬子准地台黔北台隆遵义断拱之毕节北东西东向构造变形区。崩塌区域位于野鸡落断层北侧，根据现场实地地质调查，该工作区域范围内为一单斜构造，岩层倾向101°，倾角20°。岩层连续稳定，层理清楚，薄层至厚层，层状结构，受区域断裂构造影响，岩石节理较发育，岩体较破碎。岩体节理裂隙较发育，主要发育节理产状分别为J1：280~290°∠65~75°；J2：215~230°∠70~76°；J3：50~160°∠60~80°。
3.3崩塌形成机理分析
根据对危岩带所处地质环境的分析，危岩体的形成因素与机制主要与地形地貌、降雨的影响、岩体结构、人类工程活动等有关。第一，危岩带所处的地形地貌是崩塌带形成的内部条件之一。该区域地形陡峭，坡度大，地形临空面条件好。第二，该勘查区域地层为二叠系下统飞仙关组，崩塌危岩带岩体为飞仙关第一段（T1f1）顶部的灰岩，其岩石力学强度较高，不易风化，下部为粉砂质泥岩夹粉砂岩，其岩石力学强度较低，抗风化能力较弱，两者存在较大的风化差异，即典型的上硬下软地质结构。在风化作用下，该地质结构易形成上部坚硬岩石陡峭凸出、下部出现凹腔的现象；凸出部分的岩石在风化、重力及降雨等外在因素的影响下，抗剪强度逐渐降低，进而容易形成危岩体。第三，岩体中的结构面组合是崩塌危岩体形成的基础。岩体受地质构造作用、重力作用、风化作用影响，存在着多种结构面，包括构造结构面、风化结构面等。这些结构面会在重力、风化及人类活动等因素的持续影响下不断发展并张开，当结构面贯通时，会在陡峭坡面处逐渐形成危岩体。此后，由于卸荷作用，岩石局部崩落导致坡面凹凸不平，局部形成凹腔，凹腔上部岩体随风化和卸荷作用的持续，裂缝宽度逐渐增大，岩石的抗拉强度逐渐降低，当节理裂隙下部岩石的抗拉强度突破极限时，岩体失去支撑后会出现崩塌现象。第四，坡顶及坡面生长植被。树木的根劈作用会加剧岩体结构面的发展，破坏岩体的完整程度。第五，降雨是诱发危岩体崩塌的主要因素。下暴雨时，大量雨水会沿裂隙渗入岩体裂隙，增大裂隙中的静水压力，同时水会导致裂缝中的充填物软化，在流动时会带走细粒物质，降低缝内充填物的凝聚力，恶化危岩体的稳定性，加速崩塌。
3.4破坏模式
危岩体结构面组合如图1所示，危岩体主要存在两种结构面组合。结构面组合1的破坏模式为拉裂-错断式。
3.5拉裂-错断式崩塌数值模拟
3.5.1计算参数及边界条件
计算岩土体参数如表1所示。
模型采用二维模型，左右两侧设水平约束，底边采用固定约束。采用平面15节点单元。
考虑三种工况：其一，掉块对危岩体的影响。其二，坡顶结构面产生对危岩体的影响。其三，雨水充满整个裂隙对危岩体的影响。
计算结果：其一，掉块对危岩体的影响。掉块后，危岩体会产生竖向位移和水平向位移，其承受的拉应力可能导致裂隙形成，或造成已有裂隙扩展。其二，结构面产生后的应力状态。危岩体底部位置竖向应力约550kPa，水平向应力约120kPa，最大拉应力约562kPa，若按错断式崩塌考虑，其稳定系数约1.77。其三，结构面充满水后，其竖向应力变化不明显，危岩体底部的水平应力约350kPa，最大拉应力约668kPa，稳定系数约1.49。通过以上数值模拟可知，该危岩体是在风化作用等地质作用下，下部岩体发生掉块，危岩体顶部产生结构面，进而形成可能发生错断式破坏机制的崩塌危岩体。
3.6崩塌危险性评价
3.6.1发生概率分析
根据勘查报告稳定性计算结果和数值模拟，危岩体在天然工况和暴雨工况下均是稳定的，后期在风化作用和强降雨条件下，结构面可能缓慢扩展，进而导致危岩体稳定性降低。总体而言，该危岩体失稳概率小于1%。
3.6.2影响范围
采用Rocfall模拟危岩体崩塌后的运动轨迹，最大运动距离为140m。
4结论
在总结前人研究的基础之上，对贵州某崩塌危岩体进行风险评价，得出以下主要结论：第一，该滑坡为拉裂-错断式崩塌。第二，滑坡危险等级为低危险，经综合评价，认为其风险等级为较低风险。
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（作者单位：新疆兵团勘测设计院集团股份有限公司）
