贵州省某复合式山体滑坡主要成因分析

肖剑

(湖南三和通信交通工程有限公司，湖南 长沙 410003)

在项目的建设和后期运营的过程中，不可避免地会因为某些难以预料的原因，导致原有地质结构的破坏，带来各种地质灾害。在山区开展大量建设工作和人类活动后，很容易导致山体滑坡[1]。而山体滑坡不仅具有自然属性，还具有社会经济属性[2]。对滑坡发生的原因，勘察、设计、施工、业主、保险及地方政府往往会各执一词。如：贵州镇远县发生山体滑坡灾害后，当地居民认为是施工方的原因造成了此次滑坡并要求赔偿，而施工方则认为与自己无关。因此，作者以该山体滑坡为例，拟通过层次分析法和yaahp 层次分析软件对该滑坡发生的成因进行分析，并在现场调查的资料和工程技术参数的基础上，选取5 种最可能导致滑坡产生的因素进行综合评价，划分该滑坡责任归属，以期为此类滑坡的鉴定提供借鉴。

1 滑坡成因调查

贵州镇远县发生山体滑坡灾害后，到事故发生地(如图1 所示)进行了现场调查，收集了当地的气象、水文及地貌等相关资料[3]。

1.1 水文地质

滑坡土体为残坡积和滑塌堆积体，结构较松散且厚度较大，下部页岩层为“易滑地层”，又为相对隔水层。降雨和生活用水等下渗汇集，软化岩土交界面土体。土体强度降低，形成相对软弱的滑动带，导致其上坡体顺软弱带失稳滑动。

滑坡区基岩倾向SEE，倾角15°，而边坡倾向NEE，二者呈小角度相交。基岩构造节理发育，三组节理密集分布，间距最小仅10 cm。结构面结合程度差，岩层极为破碎。结构面组合形成一系列的小三角锥形结构体，且节理面陡达倾角50°～85°。因此，该基岩结构体稳定性差，由于上覆第四系的重力作用，较易发生向下滑落。

图1 灾害区位置Fig.1 Location of disaster area

1.2 地形地貌

灾害区构造纲要图如图2 所示。场区中部和前缘地貌为凹形坡面，极易导致雨水的汇集，从而为滑坡的形成创造了条件[4]。

图2 灾害区构造纲要图Fig.2 Structural outline of disaster area

本次现场调查的滑坡区在地质历史上曾为一处中等规模的古滑坡，现滑坡为古滑坡的部分“复活”。

1.3 气候条件

根据调查，该地区3～4 月份多为小到中雨。因连续的降雨天气，致使地表径流较小，绝大多数降水未形成地表水排出边坡，却渗入到了坡体内。

由于坡体下部建筑物多，且整个山坡亦无完善的地表排水系统，使得地表水入渗，增加了山坡土体的含水量，降低了土体的强度，导致抗滑力随之下降[5]，加剧了潜在滑坡的变形。

1.4 人类活动

灾害区现场情况如图3 所示。

图3 灾害区现场Fig.3 Scene of disaster area

根据现场调查，该县第三中学背后进行了危岩清理工程，因边坡发生蠕滑而导致停工，且清除的土石方堆放于滑坡坡顶的右侧(即清除的土石方堆积场地在现滑坡范围以外，堆载边界距滑坡边界的最小距离为1.6 m)。考虑到应力扩散效应，经过验算，堆载对滑坡剖面的安全系数无影响。

1.5 工程爆破

本边坡石方施工采用了爆破方法，因为本次责任纠纷是针对施工方或自然因素影响而产生的，所以对施工方的爆破施工着重进行了调查研究。

通过调查，取得现场爆破的相关资料，并进行了分析。

1) 爆破与本次滑坡的因果关系进行分析

一般的爆破工程都要进行爆破振动距离的安全校核，因此，只分析石方爆破过程中爆破振动与滑坡的因果关系。

①振动速度判别

式中：V为质点振动速度，cm/s；Q为微差爆破中的最大一段药量或瞬发爆破中的总药量，kg；R为爆心距，m；K为与地形地质条件有关的场地系数；d为与地形地质条件有关的衰减系数。

参照《爆破安全规程(GB 6722—2014)》[6]，选取场地系数K和衰减系数d，见表1。本研究取场地系数K为200，衰减系数d为1.65。

表1 爆区不同岩性的场地系数和衰减系数Table 1 The site coefficient and the attenuation coefficient of different lithologies in the blasting area

药量Q按所统计的爆破数据中的最大药量1 kg取值。考虑到爆区在滑坡体后缘的上方，离后缘的距离30 m 以上，爆心距R分别取30,40,50,60,70,80和100 m 将其代入式(1)，经计算，得到距离爆区不同处的地面爆破振动速度分别为0.73,0.45,0.31,0.23,0.18,0.14 和0.10。

按照《爆破安全规程(GB 6722-2014)》的规定，对永久岩石高边坡有安全允许振动速度的要求，其爆破振动频率在50 Hz 以上，安全允许振动速度为10 cm/s。根据《交通土建工程爆破工程师手册》[7]可知边坡稳定性差的地段，其安全允许质点振动速度建议值≤22 cm/s。边坡岩体裂隙发育，风化严重，构造弱面较大，稳定系数不大于1.08。并且，根据《爆破地震烈度表》，地面最大爆破振动速度≤2.5 cm/s 时，地表是不会出现异常。计算结果得到质点振动速度为0.73 cm/s 远小于规范和调查资料中的安全允许振动速度。表明：小药量的爆破与滑坡体的滑移没有因果关系。

②振动加速度判别

爆破引起边坡岩体质点振动的加速度为：

式中：a为岩体中地面爆破引起的加速度，m/s2；Cp为纵波传播速度，m/s。

获得岩体中地面爆破引起的加速度后，根据《中国地震烈度表(GB/T 17742-2008)》得到地震烈度，以此判断爆破振动对边坡稳定性的影响。当爆破振动加速度为68～134 cm/s2时，对应的地震烈度为 6 度；当爆破振动加速度为 135～266(0.23gcm/s2)时，对应的地震烈度为7～9 度。地震烈度边坡整体的稳定性通过边坡形心处的加速度来判别[8]。

式(2)中，炸药量取1 kg；计算爆破中心点距离取30 m；白云岩、灰岩的纵波传播速度3 000 m/s。将其代入式(2)，得爆破振动加速度为17 cm/s2。将振动加速度的计算结果17 cm/s2对照地震烈度，可知爆破引起的地震烈度小于6 度，即低于镇远县地震设防烈度(6 度)，表明：爆破与滑坡没有因果关系。

2) 爆破与民房损坏的因果关系进行分析

房屋到山体爆破区域的直线距离大于100 m，最短50 m。通过计算可知，据爆区50～100 m 处的地面振动速度为0.31～0.10 cm/s。一般民用建筑物爆破振动安全允许标准为2.0～2.5 cm/s。表明：爆破引起的房屋地面振动速度也远低于一般民用建筑物振动安全允许标准。因此，爆破与民房损坏没有因果关系。

通过调查分析，影响该边坡破坏的因素较多。为确定各个因素对该滑坡影响的大小及最主要成因，采取层次分析法对可能引起滑坡产生的因素进行了判断分析。

2 利用层次分析法进行分析

层次分析法(the analytic hierarchy process，简称为AHP)是定性与定量相结合的、系统化的分析方法[9]，是一种比较人性化的思维方式，通过人为的客观角度来判断各要素的重要性[10]，该方法经常被运用于技术、方案及经济等领域内问题的系统分析[11]。本研究将层次分析法用于滑坡成因的分析上，通过模型的建立与分析为滑坡成因的判断提供依据。滑坡产生的原因有很多种，如：排水不畅、土层结构破坏、植被破坏及岩层结构等。

1) 层次结构模型的建立

构建模型的目的是把复杂问题分解、简化。层次结构包括：最高层、中间层和最底层。

2) 判断矩阵的建立

建立层次分析模型后，将各层元素进行比较，构造成判断矩阵[12]。该判断矩阵为：

利用层次分析法，把选择判断定量化，并转化为一定的数值，并对不同因素的相对重要性进行比较。本次研究使用“1～9 及其倒数”标度。

3) 对判断矩阵进行排序及一致性检验

式中：B为判断矩阵；M为各因素之间相对重要性的权重向量；λmax为B的最大特征值；W为λmax的特征向量。

判断矩阵的最大特征根：

一致性检验：

判断矩阵具有唯一非0 的，即最大特征根λmax=n。

假如矩阵偏离一致性，那么特征根也会发生相应的变化，这一变化可以用来检验判断矩阵的一致性程度，用一致性指标CI进行一致性的检验。

CI越小，λmax与n相差也越小，那么判断矩阵也越接近完全一致性。

4) 层次总排序

Ak(k＝1,2,…,m)为上层因素，Bj(j＝1,2,…,n)为下层因素，bj的总排序为：

式中：ak(k=1,2,…,m)为上层因素的总排序；为下层因素bj相对于Ak的单排序。

递推后，进行一致性检验。得出B层次总排序的随机一致性比率为：

当CR＜0.01 时，表明该层次总排序所得到的结果有满意的一致性。

3 应用yaahp 软件进行成因选择

3.1 层次结构模型的建立

根据调查结果，得到5 种成因。并利用软件，建立的模型如图4 所示。

图4 滑坡成因层次结构Fig.4 Hierarchy chart of landslide genesis

3.2 判断矩阵的建立

将现场的调查情况及相关资料分别给5 位专家，对各层因素设定权重。

将下层准则层两两比较，得出相对于目标层的相对重要度。

由式(5)或式(7)计算第1,2 层n=7，RI=1.36 的一致性检验。

CR=＜0.10 通过一致性检验，同理，依次计算各判断矩阵。

3.3 数据的输入

建立判断矩阵后，将数据输入yaahp 软件。

表2 专家群体决策层分配给各因素的权重Table 2 The weight of each factor using in the decision-making level of expert group

3.4 权重的计算

数据输入后，用yaahp 软件对判断矩阵执行进行一致性检验，得出专家群体决策层各因素的权重，见表2。

将表2 中专家对各因素所打的分进行加权平均，得到专家群体决策层对因素C1～C5的总排序权重分别为：0.085 4,0.117 1,0.524 4,0.183 6和0.089 5。因此，因素C3(气候降雨)为该滑坡的主要成因。

4 结论

以贵州东部山区典型滑坡为研究对象，通过收集大量相关资料，对该地区的滑坡成因进行了分析。根据层次分析法的计算结果，得出的结论为：

1) 该滑坡为一个复合式滑坡。滑坡体是由于重力作用和持续强降雨产生的静水压力及渗流力作用下形成的。

2) 滑坡成因由主到次的排序为：气候降雨、地形地貌、工程爆破、人类活动和水文地质。该滑坡最主要的成因是气候降雨。

3) 利用层次分析法，得出滑坡的最主要成因是降雨。该结果可用作项目参建各方权责归属、责任划分及保险索赔的依据，具体实施方案还需要进一步探讨。