肖劍

(湖南三和通信交通工程有限公司，湖南 長沙 410003)

在項目的建設(shè)和后期運營的過程中，不可避免地會因為某些難以預(yù)料的原因，導(dǎo)致原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞，帶來各種地質(zhì)災(zāi)害。在山區(qū)開展大量建設(shè)工作和人類活動后，很容易導(dǎo)致山體滑坡[1]。而山體滑坡不僅具有自然屬性，還具有社會經(jīng)濟屬性[2]。對滑坡發(fā)生的原因，勘察、設(shè)計、施工、業(yè)主、保險及地方政府往往會各執(zhí)一詞。如：貴州鎮(zhèn)遠縣發(fā)生山體滑坡災(zāi)害后，當?shù)鼐用裾J為是施工方的原因造成了此次滑坡并要求賠償，而施工方則認為與自己無關(guān)。因此，作者以該山體滑坡為例，擬通過層次分析法和yaahp 層次分析軟件對該滑坡發(fā)生的成因進行分析，并在現(xiàn)場調(diào)查的資料和工程技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，選取5 種最可能導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的因素進行綜合評價，劃分該滑坡責(zé)任歸屬，以期為此類滑坡的鑒定提供借鑒。

1 滑坡成因調(diào)查

貴州鎮(zhèn)遠縣發(fā)生山體滑坡災(zāi)害后，到事故發(fā)生地(如圖1 所示)進行了現(xiàn)場調(diào)查，收集了當?shù)氐臍庀?、水文及地貌等相關(guān)資料[3]。

1.1 水文地質(zhì)

滑坡土體為殘坡積和滑塌堆積體，結(jié)構(gòu)較松散且厚度較大，下部頁巖層為“易滑地層”，又為相對隔水層。降雨和生活用水等下滲匯集，軟化巖土交界面土體。土體強度降低，形成相對軟弱的滑動帶，導(dǎo)致其上坡體順軟弱帶失穩(wěn)滑動。

滑坡區(qū)基巖傾向SEE，傾角15°，而邊坡傾向NEE，二者呈小角度相交。基巖構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，三組節(jié)理密集分布，間距最小僅10 cm。結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度差，巖層極為破碎。結(jié)構(gòu)面組合形成一系列的小三角錐形結(jié)構(gòu)體，且節(jié)理面陡達傾角50°～85°。因此，該基巖結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定性差，由于上覆第四系的重力作用，較易發(fā)生向下滑落。

圖1 災(zāi)害區(qū)位置Fig.1 Location of disaster area

1.2 地形地貌

災(zāi)害區(qū)構(gòu)造綱要圖如圖2 所示。場區(qū)中部和前緣地貌為凹形坡面，極易導(dǎo)致雨水的匯集，從而為滑坡的形成創(chuàng)造了條件[4]。

圖2 災(zāi)害區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.2 Structural outline of disaster area

本次現(xiàn)場調(diào)查的滑坡區(qū)在地質(zhì)歷史上曾為一處中等規(guī)模的古滑坡，現(xiàn)滑坡為古滑坡的部分“復(fù)活”。

1.3 氣候條件

根據(jù)調(diào)查，該地區(qū)3～4 月份多為小到中雨。因連續(xù)的降雨天氣，致使地表徑流較小，絕大多數(shù)降水未形成地表水排出邊坡，卻滲入到了坡體內(nèi)。

由于坡體下部建筑物多，且整個山坡亦無完善的地表排水系統(tǒng)，使得地表水入滲，增加了山坡土體的含水量，降低了土體的強度，導(dǎo)致抗滑力隨之下降[5]，加劇了潛在滑坡的變形。

1.4 人類活動

災(zāi)害區(qū)現(xiàn)場情況如圖3 所示。

圖3 災(zāi)害區(qū)現(xiàn)場Fig.3 Scene of disaster area

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該縣第三中學(xué)背后進行了危巖清理工程，因邊坡發(fā)生蠕滑而導(dǎo)致停工，且清除的土石方堆放于滑坡坡頂?shù)挠覀?cè)(即清除的土石方堆積場地在現(xiàn)滑坡范圍以外，堆載邊界距滑坡邊界的最小距離為1.6 m)。考慮到應(yīng)力擴散效應(yīng)，經(jīng)過驗算，堆載對滑坡剖面的安全系數(shù)無影響。

1.5 工程爆破

本邊坡石方施工采用了爆破方法，因為本次責(zé)任糾紛是針對施工方或自然因素影響而產(chǎn)生的，所以對施工方的爆破施工著重進行了調(diào)查研究。

通過調(diào)查，取得現(xiàn)場爆破的相關(guān)資料，并進行了分析。

1) 爆破與本次滑坡的因果關(guān)系進行分析

一般的爆破工程都要進行爆破振動距離的安全校核，因此，只分析石方爆破過程中爆破振動與滑坡的因果關(guān)系。

①振動速度判別

式中：V為質(zhì)點振動速度，cm/s；Q為微差爆破中的最大一段藥量或瞬發(fā)爆破中的總藥量，kg；R為爆心距，m；K為與地形地質(zhì)條件有關(guān)的場地系數(shù)；d為與地形地質(zhì)條件有關(guān)的衰減系數(shù)。

參照《爆破安全規(guī)程(GB 6722—2014)》[6]，選取場地系數(shù)K和衰減系數(shù)d，見表1。本研究取場地系數(shù)K為200，衰減系數(shù)d為1.65。

表1 爆區(qū)不同巖性的場地系數(shù)和衰減系數(shù)Table 1 The site coefficient and the attenuation coefficient of different lithologies in the blasting area

藥量Q按所統(tǒng)計的爆破數(shù)據(jù)中的最大藥量1 kg取值。考慮到爆區(qū)在滑坡體后緣的上方，離后緣的距離30 m 以上，爆心距R分別取30,40,50,60,70,80和100 m 將其代入式(1)，經(jīng)計算，得到距離爆區(qū)不同處的地面爆破振動速度分別為0.73,0.45,0.31,0.23,0.18,0.14 和0.10。

按照《爆破安全規(guī)程(GB 6722-2014)》的規(guī)定，對永久巖石高邊坡有安全允許振動速度的要求，其爆破振動頻率在50 Hz 以上，安全允許振動速度為10 cm/s。根據(jù)《交通土建工程爆破工程師手冊》[7]可知邊坡穩(wěn)定性差的地段，其安全允許質(zhì)點振動速度建議值≤22 cm/s。邊坡巖體裂隙發(fā)育，風(fēng)化嚴重，構(gòu)造弱面較大，穩(wěn)定系數(shù)不大于1.08。并且，根據(jù)《爆破地震烈度表》，地面最大爆破振動速度≤2.5 cm/s 時，地表是不會出現(xiàn)異常。計算結(jié)果得到質(zhì)點振動速度為0.73 cm/s 遠小于規(guī)范和調(diào)查資料中的安全允許振動速度。表明：小藥量的爆破與滑坡體的滑移沒有因果關(guān)系。

②振動加速度判別

爆破引起邊坡巖體質(zhì)點振動的加速度為：

式中：a為巖體中地面爆破引起的加速度，m/s2；Cp為縱波傳播速度，m/s。

獲得巖體中地面爆破引起的加速度后，根據(jù)《中國地震烈度表(GB/T 17742-2008)》得到地震烈度，以此判斷爆破振動對邊坡穩(wěn)定性的影響。當爆破振動加速度為68～134 cm/s2時，對應(yīng)的地震烈度為 6 度；當爆破振動加速度為 135～266(0.23gcm/s2)時，對應(yīng)的地震烈度為7～9 度。地震烈度邊坡整體的穩(wěn)定性通過邊坡形心處的加速度來判別[8]。

式(2)中，炸藥量取1 kg；計算爆破中心點距離取30 m；白云巖、灰?guī)r的縱波傳播速度3 000 m/s。將其代入式(2)，得爆破振動加速度為17 cm/s2。將振動加速度的計算結(jié)果17 cm/s2對照地震烈度，可知爆破引起的地震烈度小于6 度，即低于鎮(zhèn)遠縣地震設(shè)防烈度(6 度)，表明：爆破與滑坡沒有因果關(guān)系。

2) 爆破與民房損壞的因果關(guān)系進行分析

房屋到山體爆破區(qū)域的直線距離大于100 m，最短50 m。通過計算可知，據(jù)爆區(qū)50～100 m 處的地面振動速度為0.31～0.10 cm/s。一般民用建筑物爆破振動安全允許標準為2.0～2.5 cm/s。表明：爆破引起的房屋地面振動速度也遠低于一般民用建筑物振動安全允許標準。因此，爆破與民房損壞沒有因果關(guān)系。

通過調(diào)查分析，影響該邊坡破壞的因素較多。為確定各個因素對該滑坡影響的大小及最主要成因，采取層次分析法對可能引起滑坡產(chǎn)生的因素進行了判斷分析。

2 利用層次分析法進行分析

層次分析法(the analytic hierarchy process，簡稱為AHP)是定性與定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化的分析方法[9]，是一種比較人性化的思維方式，通過人為的客觀角度來判斷各要素的重要性[10]，該方法經(jīng)常被運用于技術(shù)、方案及經(jīng)濟等領(lǐng)域內(nèi)問題的系統(tǒng)分析[11]。本研究將層次分析法用于滑坡成因的分析上，通過模型的建立與分析為滑坡成因的判斷提供依據(jù)?；庐a(chǎn)生的原因有很多種，如：排水不暢、土層結(jié)構(gòu)破壞、植被破壞及巖層結(jié)構(gòu)等。

1) 層次結(jié)構(gòu)模型的建立

構(gòu)建模型的目的是把復(fù)雜問題分解、簡化。層次結(jié)構(gòu)包括：最高層、中間層和最底層。

2) 判斷矩陣的建立

建立層次分析模型后，將各層元素進行比較，構(gòu)造成判斷矩陣[12]。該判斷矩陣為：

利用層次分析法，把選擇判斷定量化，并轉(zhuǎn)化為一定的數(shù)值，并對不同因素的相對重要性進行比較。本次研究使用“1～9 及其倒數(shù)”標度。

3) 對判斷矩陣進行排序及一致性檢驗

式中：B為判斷矩陣；M為各因素之間相對重要性的權(quán)重向量；λmax為B的最大特征值；W為λmax的特征向量。

判斷矩陣的最大特征根：

一致性檢驗：

判斷矩陣具有唯一非0 的，即最大特征根λmax=n。

假如矩陣偏離一致性，那么特征根也會發(fā)生相應(yīng)的變化，這一變化可以用來檢驗判斷矩陣的一致性程度，用一致性指標CI進行一致性的檢驗。

CI越小，λmax與n相差也越小，那么判斷矩陣也越接近完全一致性。

4) 層次總排序

Ak(k＝1,2,…,m)為上層因素，Bj(j＝1,2,…,n)為下層因素，bj的總排序為：

式中：ak(k=1,2,…,m)為上層因素的總排序；為下層因素bj相對于Ak的單排序。

遞推后，進行一致性檢驗。得出B層次總排序的隨機一致性比率為：

當CR＜0.01 時，表明該層次總排序所得到的結(jié)果有滿意的一致性。

3 應(yīng)用yaahp 軟件進行成因選擇

3.1 層次結(jié)構(gòu)模型的建立

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，得到5 種成因。并利用軟件，建立的模型如圖4 所示。

圖4 滑坡成因?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)Fig.4 Hierarchy chart of landslide genesis

3.2 判斷矩陣的建立

將現(xiàn)場的調(diào)查情況及相關(guān)資料分別給5 位專家，對各層因素設(shè)定權(quán)重。

將下層準則層兩兩比較，得出相對于目標層的相對重要度。

由式(5)或式(7)計算第1,2 層n=7，RI=1.36 的一致性檢驗。

CR=＜0.10 通過一致性檢驗，同理，依次計算各判斷矩陣。

3.3 數(shù)據(jù)的輸入

建立判斷矩陣后，將數(shù)據(jù)輸入yaahp 軟件。

表2 專家群體決策層分配給各因素的權(quán)重Table 2 The weight of each factor using in the decision-making level of expert group

3.4 權(quán)重的計算

數(shù)據(jù)輸入后，用yaahp 軟件對判斷矩陣執(zhí)行進行一致性檢驗，得出專家群體決策層各因素的權(quán)重，見表2。

將表2 中專家對各因素所打的分進行加權(quán)平均，得到專家群體決策層對因素C1～C5的總排序權(quán)重分別為：0.085 4,0.117 1,0.524 4,0.183 6和0.089 5。因此，因素C3(氣候降雨)為該滑坡的主要成因。

4 結(jié)論

以貴州東部山區(qū)典型滑坡為研究對象，通過收集大量相關(guān)資料，對該地區(qū)的滑坡成因進行了分析。根據(jù)層次分析法的計算結(jié)果，得出的結(jié)論為：

1) 該滑坡為一個復(fù)合式滑坡?；麦w是由于重力作用和持續(xù)強降雨產(chǎn)生的靜水壓力及滲流力作用下形成的。

2) 滑坡成因由主到次的排序為：氣候降雨、地形地貌、工程爆破、人類活動和水文地質(zhì)。該滑坡最主要的成因是氣候降雨。

3) 利用層次分析法，得出滑坡的最主要成因是降雨。該結(jié)果可用作項目參建各方權(quán)責(zé)歸屬、責(zé)任劃分及保險索賠的依據(jù)，具體實施方案還需要進一步探討。