陳國滸，王海芝，任凱珍

（北京市地質研究所，北京 100120）

北京市戒臺寺滑坡穩(wěn)定性評價及預警模型研究

陳國滸，王海芝，任凱珍

（北京市地質研究所，北京 100120）

在綜合分析北京市戒臺寺滑坡地質條件的基礎上，對滑坡進行穩(wěn)定性評價，建立了預警模型。

滑坡；穩(wěn)定性評價；預警模型

戒臺寺滑坡位于北京市門頭溝區(qū)的馬鞍山北麓，距京城35km，滑坡范圍南起寺院內，北至石門溝底，東西界兩側為自然溝。

自2004年雨季以來，戒臺寺院內地坪及部分殿堂的原有裂縫開始明顯增大，108國道多處剪斷下陷，最大下錯臺坎高達70cm；108國道的北坡體，產生了幾道橫切南北向山梁的裂縫；山梁的西側洼地秋坡村發(fā)生地面沉陷、房屋開裂。2005年春融時地面變形突然加速，最大位移量達6mm/日，千年古剎岌岌可危[1~4]。

為了遏制滑坡變形加大，中鐵西北科學研究院牽頭于2005年對戒臺寺滑坡進行了治理，到2009年戒臺寺寺院內變形得到了有效控制，滑坡基本處于穩(wěn)定；但其滑坡前緣仍存在多處安全隱患，畫家院子內地面仍有拉張變形。另外，秋坡村、石門溝等區(qū)域因不在治理范圍內，存在危險，需進一步治理。

本文分析了北京市戒臺寺滑坡工程地質條件，計算了戒臺寺滑坡在不同工況條件下的穩(wěn)定性系數，建立了氣象預警模型，對模型進行了檢驗，取得了較好的結果。

1 戒臺寺滑坡形成的地形地質條件和人為因素

戒臺寺滑坡處于近南北山梁，屬低山剝蝕地貌單元。

戒臺寺周圍區(qū)域歷經多期構造運動作用，地質構造以近東西向（或北東東）向和北北東向（或近南北向）為主，北東向和北西西向構造次之。因多期構造作用，戒臺寺地段被割裂呈現多塊狀，為發(fā)生滑坡等地質災害提供了基礎。

戒臺寺滑坡體巖層主要為C2 - C3 煤系地層，巖層軟硬相間。軟弱層強度低，常沿軟弱面發(fā)生滑動變形。

戒臺寺滑坡體之地形多以緩坡和多級平臺組成，雨季大量匯水和戒臺寺內生活用水入滲，是誘發(fā)滑坡的主要因素。

近些年來，采礦規(guī)模擴大，對山體的擾動進一步加劇。馬鞍山南側首鋼、永昌、石龍、育德采石場的大藥量爆破，其強度相當于強地震，在采石場爆破的頻繁作用下，坡體內的構造結構面擴展張開，降低了軟弱巖層的強度。另外，開山筑路、壘壩造田等工程也是誘發(fā)或加劇滑坡的因素。

2 滑坡穩(wěn)定性計算與評價

本文采用理正巖質邊坡穩(wěn)定性分析軟件計算戒臺寺滑坡的穩(wěn)定性系數,并對戒臺寺滑坡宏觀控制，進行定性和定量的評價。

2.1計算剖面選取

根據戒臺寺滑坡的變形狀態(tài)和勘察資料，認為該滑坡具多級、多塊的特征?；轮髌拭娴幕娉收劬€形，選取具有代表性的主滑面滑坡穩(wěn)定性計算，進行定量評價（圖1）。

2.2計算工況及參數選取

（1）計算工況選取

本次選取了以下5種工況條件，評價戒臺寺滑坡的穩(wěn)定性。

圖1 戒臺寺滑坡主滑剖面示意圖

工況一：天然狀態(tài)，即戒臺寺滑坡發(fā)生前的狀態(tài)。

工況二：天然狀態(tài)+采礦爆破。戒臺寺寺院后山采礦爆破震動會對戒臺寺滑坡產生影響，設定爆破所產生的影響等同于Ⅵ規(guī)模的地震烈度，其基本地震加速度為0.05g。

工況三：天然狀態(tài)+暴雨。戒臺寺滑坡巖土體呈飽水狀態(tài)。

工況四：天然狀態(tài)+采礦爆破+暴雨。采礦爆破同時受暴雨影響（巖土體飽水）。

工況五：天然狀態(tài)+地震。據既有的資料分析和現場調查，按《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001劃分，戒臺寺周邊抗震設防烈度為Ⅷ度，設計基本地震加速度值為0.20g。

（2）物理力學參數取值

戒臺寺滑坡的各項物理力學參數指標的確定，主要根據戒臺寺滑坡的地質環(huán)境條件、滑坡性質、環(huán)境變化，同時參考巖土試驗指標、類似工程實例的相關經驗指標，綜合確定選取的力學參數值列入表1。

表1 不同工況條件下滑坡體各物理力學參數取值

穩(wěn)定性系數在1.05以下的說明滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。從計算結果來看，工況三、工況四、工況五情況下滑坡均易發(fā)生失穩(wěn)破壞。戒臺寺滑坡2004年在一場大暴雨中發(fā)生失穩(wěn)變形，計算結果與實際情況比較符合。

2.3計算結果

本文采用理正巖質邊坡穩(wěn)定性分析軟件計算戒臺寺滑坡的穩(wěn)定性系數，計算結果如表2。

表2 不同工況條件下滑坡安全系數

穩(wěn)定性系數在1.05以下的說明滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。從計算結果來看，工況三、工況四、工況五情況下滑坡均易發(fā)生失穩(wěn)破壞。戒臺寺滑坡2004年在一場大暴雨中發(fā)生失穩(wěn)變形，計算結果與實際情況比較符合。

3 戒臺寺滑坡預警模型研究

國內外針對單點滑坡災害的預警研究大體分為兩種類型：一類是以滑坡災害位移監(jiān)測數據為基礎，結合室內模型實驗進行預警預報研究；另一類是基于大氣降水觀測，研究降水量、降水強度和降水過程與滑坡災害的空間分布、時間上的對應關系，建立滑坡災害時空分布與降水過程的統(tǒng)計關系，進行預報預警。以上兩種研究途徑各有側重，前者強調滑坡災害位移機理研究，后者強調滑坡災害受外界觸發(fā)因素影響的統(tǒng)計學研究。本文主要通過調查及分析戒臺寺滑坡的基礎資料，從氣象角度對地區(qū)滑坡災害的成因進行分析，選取影響因子，建立了戒臺寺滑坡預警模型。

（1）預警模型建立與計算

我們將戒臺寺滑坡進行簡化，將每個滑體分別視為簡單的斜面剛體下滑的力學模型[13~15]（如圖2所示）。下滑符合牛頓力學平衡原理，沿滑面垂直方向的移動幾乎可以忽略，滑動過程視為平衡；滑坡體的下滑主要是由于沿滑面方向的受力失衡所致。當滑坡尚未發(fā)生移動時，沿滑面垂直方向和沿滑面方向均處于受力平衡狀態(tài)。當降水發(fā)生時，一方面滑坡體滲透吸收一部分水分，使得滑坡體質量增加，重力G增加，重力分量G1同時增加；另一方面，從滑坡裂縫灌入的降水使得滑坡體的抗剪強度減小，滑坡體與滑面的摩察系數減小，從而使ΣF減小，最終，使Gl-ΣF>0，滑坡體下滑造成滑坡。

圖2 戒臺寺滑坡簡化力學模型

根據這個力學模型，我們建立如下滑坡預警數學模型[15]：

式中：

H 滑坡危險度；

Ir 代表降水誘發(fā)因子。Ip為預報日前連續(xù)累積降水等級，If為預報的降水等級，表達為降水級別得分。

D 代表地質因素因子引起的潛勢度(固有危險度)。表達為已知的不同地質地貌因子分級權重綜合得分。

Yi 影響戒臺寺滑坡的地質地貌因子；yi：地質地貌因子權重。

在量斜坡的潛勢度（固有危險度）時，選取了5個因子：方量(規(guī)模)、坡長、坡度、植被覆蓋度、巖土結構。以這5個因子為基礎構建了固有危險度量化標準[13~15]。影響斜坡固有危險度的各項因子(Yi)的嚴重程度分為4級，分別賦分如下，不嚴重：0分；輕微：2分；中等：4分；嚴重：8分。利用量化評分標準，根據戒臺寺地區(qū)實地調查和前期資料得到各個滑體的固有危險度（D）得分。

產生滑坡的降水誘發(fā)因子(Ir)分為前期降水(Ip)和預報降水(If)，也為四級嚴重程度[13~15]。前期降水一般規(guī)定為10之內，連續(xù)降水5d以上，且以連陰雨為主，且過程降水量≥10.0mm。由于前期降水受蒸發(fā)、匯流等因素的影響，不能等同于當日降水，故對二降水因子的嚴重程度分別賦分。前期降水(Ip)賦分為：不嚴重：0分；輕微：1分；中等：2分；嚴重：4分。前期降水量的分級依據雨量監(jiān)測站的監(jiān)測情況進行賦值，嚴重程度參考相關研究成果。未來預報降水(If)賦分為：不嚴重：0分；輕微：2分；中等：4分；嚴重：8分。嚴重程度則依據預報雨量進行賦值。

算出各點的固有危險度（D）之后，加入降水誘因Ir（Ip+ If），根據公式H=Ir·D可以算出各點的危險度H，并以此構建出預警模型。各因子的權重及其分值及預警值的確定以前期滑坡資料和歷史滑坡發(fā)生情況并結合有關研究成果給出[5~7]，具體設置如表3～5。根據表4可將前期降水(Ip)和未來預報降水(If)結合因子(Ir)分為11級，最高l2分，最低為0分。

表3 滑坡固有危險度量化評分標準

表4 降水分級

表5 預警閾值

根據戒臺寺滑坡的調查和相關資料收集，確定戒臺寺滑坡的各個固有危險度因子參數值及賦值得分如下表6、表7所示。

表6 戒臺寺滑坡的危險度參數

表7 據量化評分標準戒臺寺滑坡固有危險度賦值得分

根據表3給出的各個危險度因子權重系數計算得到戒臺寺固有危險度為：D=8 5+8 3+0 3+0 4+4 5=84。

由此根據Ir等級來計算戒臺寺滑坡危險度H并依照預警閾值進行預警預報，預報等級發(fā)布見表8。

表8 戒臺寺滑坡預警等級發(fā)布表

（2）預警模型檢驗

2004年戒臺寺發(fā)生大規(guī)模滑移，當時前期降雨Ip未知，但預報降雨為暴雨（If=8），Ir=Ip+ If≥8，此時戒臺寺滑坡的危險度H=D Ir≥84 8=692，應發(fā)地質災害紅色預警，檢驗結果與實際相符。

4 結論

本文以戒臺寺滑坡為研究對象，結合地質調查資料對戒臺寺滑坡進行了穩(wěn)定性評價和預警模型的初步研究，取得如下結論。

（1）通過野外實地調查和資料分析，戒臺寺滑坡主要受地層巖性、地質構造、水文條件及人類工程活動綜合因素作用所致。

（2）利用理正巖質邊坡穩(wěn)定性分析軟件進行了戒臺寺滑坡穩(wěn)定性評價，評價結果如下：在天然工況下穩(wěn)定系數為1.456，采礦爆破工況條件下為1.371，采礦爆破+暴雨工況條件下為0.979，暴雨工況下為1.040，地震工況下為1.043，其后面3種工況條件下均易發(fā)生變形失穩(wěn)。2004年戒臺寺滑坡在一場大暴雨下發(fā)生失穩(wěn)變形，其計算結果與實際情況比較符合。

（3）結合地質資料構建了戒臺寺滑坡氣象預警模型，并對2004年發(fā)生較大規(guī)?；七M行了檢驗，與實際較為符合。

[1] 中鐵西北科學研究院. 北京戒臺寺滑坡總結工程地質報告[R]. 蘭州:中鐵西北科學研究院, 2006.

[2] 吳冠仲,常興旺.北京戒臺寺滑坡形成的特殊地質條件[J]. 鐵道勘察2007，5:63～66.

[3] 李文軍,楊讓宏.北京門頭溝區(qū)戒臺寺滑坡的變形機理與特點[J]. 中國地質災害與防治學報，2006,17(2):140～146.

[4] 廖海軍,祁生文,楊存進,等. 北京市戒臺寺滑坡發(fā)生發(fā)展機理研究[J]. 工程地質學報，2007, 15(5): 585～592.

[5] 李功伯、謝建清．滑動穩(wěn)定性分析與工程治理[M].北京:地震出版社，1997.

[6] 黃潤秋,許 強. 工程地質廣義系統(tǒng)科學理論及其工程應用[M]. 北京：地質出版社, 1997.

[7] 郝生躍,張 清. 專家系統(tǒng)在結構性巖質邊坡穩(wěn)定性分析中的應用研究[J]. 中國公路學報，1995, 18(2).

[8] 陳祖煜. 土質邊坡穩(wěn)定分析 原理、方法、程序[M].南京:河海大學出版社,2003.

[9] 徐開祥, 林 堅, 潘 偉 .鏈子崖危巖體的變形特征、形成機制、變形破壞方式預測及穩(wěn)定性初步評價[J]. 中國地質災害與防治學報，1991, 3.

[10] 張咸恭,王思敬,張倬元等. 中國工程地質學. 北京:科學出版社, 2000.

[11] 楊志法,尚彥軍,劉 英. 關于巖土工程類比法的研究. 工程地質學報, 1997, 5(4).

[12] 孫玉科. 邊坡巖體穩(wěn)定性分析. 北京: 科學出版社, 1998.

[13] 姚學祥,徐 晶,薛建華等. 基于降水量的全國站質災害潛勢預報模式. 中國地質災害與防治學報, 2005, 16(4).

[14] 馬 力,曾祥平,向 波. 重慶市山體滑坡發(fā)生的降水條件分析. 山地學報,2002,20(2).

[15] 嚴異德,肖宏斌,洪卓華. 青南地區(qū)滑坡災害氣象預警模型. 青海環(huán)境, 2008, 18(3).

Study on Landslide Stability Evaluation and Warning Model of Jietai Tample Landslide in Beijing

CHEN Guohu WANG Haizhi REN Kaizhen
( Beijing Institute of Geology, Beijing 100120)

This paper analyzed the engineering geological conditions of Jietai temple landslide in Beijing, calculated the ratios of landslide stability and established landslide early warning model base on the geology survey data and meteorological survey data. The results of the stability ratios and early warning model are verifed and satisfactory by the historical data.

Landslide;Stability evaluation;Warning model

P644.22

A

1007-1903(2011)03-0017-05

陳國滸（1981—），男，工程師，碩士，主要從事區(qū)域地質調查、地質災害調查與監(jiān)測預警工作。E-mail：8110300@163.com。