三峽庫區(qū)樹坪滑坡應急治理效果評價

賈雨欣，王煥，黃海峰，徐子一，張端淼，付超

(1.三峽大學 湖北長江三峽滑坡國家野外科學觀測研究站，湖北宜昌 443002；2. 河南省昊鼎建筑工程基礎有限公司，河南鄭州 450000；3. 宜昌市地質環(huán)境監(jiān)測站，湖北宜昌 443002)

0 引言

2003年6月三峽水庫第一次蓄水到135 m，造成大量水庫滑坡，位于三峽庫首區(qū)域秭歸縣的樹坪滑坡就是其一。每年汛期，隨著水庫水位下降并疊加降雨，均會使滑坡發(fā)生明顯變形，甚至存在整體滑移入江的可能，對三峽工程和當?shù)鼐用竦呢敭a(chǎn)、生命安全構成重大威脅[1]。為確保安全，在2014年8月—2015年6月對樹坪滑坡實施應急治理工程。該滑坡體積大、滑體厚，徹底治理難度較大，因此應急治理的主要目的是降低樹坪滑坡發(fā)生重大滑移的可能性。應急治理工程結束后，需要對樹坪滑坡的應急治理效果和是否達到治理的目標等問題進行評價，即對治理工程的目的、實施過程、工程效益、科學程度等進行整體、客觀、科學地評估和分析，確?？梢院侠怼⒏咝?、經(jīng)濟地實施應急治理項目，并為工程設計者提供建議以提高設計精確性。

目前，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)評價滑坡治理效果是最直接的評價方式。易慶林等[2]采用監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬相結合的方式對樹坪滑坡的治理效果進行評價。楊宇等[3]利用 GPS 靜態(tài)測量和全站儀對滑坡體變形進行監(jiān)測，綜合分析變形監(jiān)測曲線與降雨數(shù)據(jù)；運用灰色關聯(lián)法計算滑坡體各監(jiān)測點位變形與降雨的關聯(lián)度，從而評價治理工程效果。模糊數(shù)學法是對一些模糊現(xiàn)象的定性、定量研究[4]。將模糊數(shù)學與滑坡應急治理效果評價相結合的研究案例較少，但采用該方法研究滑坡、山體等穩(wěn)定性的實例較多，均取得較好的研究成果[5-11]，引入模糊數(shù)學方法可為評價應急治理滑坡效果提供新的思路。

本文在收集樹坪滑坡應急治理工程監(jiān)測數(shù)據(jù)等資料的基礎上，首先基于滑坡體位移變化對治理效果進行評價，然后引入模糊數(shù)學法進行綜合評估。

1 滑坡特征及應急治理工程概況

1.1 滑坡特征

樹坪滑坡地處三峽庫首區(qū)域湖北省秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)樹坪村，與三峽大壩相距約47 km。樹坪滑坡為南北向分布，在沙鎮(zhèn)溪背斜南翼發(fā)育，由三疊系中統(tǒng)巴東組泥巖和粉砂巖夾泥灰?guī)r組成逆層向斜坡，地層產(chǎn)狀傾向120°～173°，傾角9°～38°。滑體呈圈椅形狀，東側靠近葉兒開溝，西側靠近龍井溝，后緣靠近姜家灣一帶，前緣直抵長江，如圖1所示。該滑體南北長約800 m，東西寬約700 m，面積約55萬m2，平均厚度約50 m，總體積約2750萬m3。

a)治理前 b) 治理后圖1 樹坪滑坡全貌

1.2 應急治理工程概況

圖2 樹坪滑坡平面圖

制定應急治理技術方案需根據(jù)滑坡所處地區(qū)的地質條件、穩(wěn)定性情況等因素進行科學的設計。對處于滑移狀態(tài)的滑坡體，適合采用削坡減載的方法控制位移變形[12]。應急治理項目對施工技術、施工難度、施工安全等有嚴格的要求，以確保實現(xiàn)治理目標。

樹坪滑坡的平面示意圖如圖2所示。根據(jù)樹坪滑坡的實際情況，選擇削方+壓腳+地表排水溝+監(jiān)測的治理方案。1)削方。削方區(qū)域主要為A、B區(qū)，其中A區(qū)削坡坡率為1:2，B區(qū)削坡坡率為1:1.5。馬道的高差設為20 m。2)壓腳。壓腳區(qū)域為C、D區(qū)，其中C區(qū)主要堆填碎塊石，D區(qū)全部堆填碎塊石。3)地表排水溝。排水溝設于滑坡東、西兩側邊界的自然沖溝，由上而下，直至175 m高程，排水溝長約2980 m。4)監(jiān)測。使用深部監(jiān)測孔與GPS監(jiān)測墩對滑坡體進行實時監(jiān)測，為監(jiān)測工作提供數(shù)據(jù)支持。

2 基于專業(yè)監(jiān)測的治理效果評價

在ⅠⅠ′、ⅡⅡ′監(jiān)測區(qū)內，樹坪滑坡現(xiàn)有ZG85、ZG86、ZG87、ZG88、SP-2、SP-6、ZG89、ZG90 8個GPS

表1 樹坪滑坡治理前后專業(yè)監(jiān)測點位移變化

監(jiān)測點(見圖2)[13]。經(jīng)過治理，除了監(jiān)測點ZG90的位移略微增加外，其余監(jiān)測點的位移都比治理前明顯減少，由治理前年均位移148.7～545.1 mm降為30.6～109.4 mm，如表1所示?；碌淖冃吻闆r得到較大改善，位移增長速率趨于平穩(wěn)，如圖3所示。

在樹坪滑坡平面圖中，滑坡的貫通裂縫主要沿著ZG88—ZG89—SP6—ZG86方向發(fā)展。ZG86位于B區(qū)邊界，受到較大的工程擾動，無法反映滑坡真實變形情況。ZG89在2014年10月因樹坪滑坡治理施工而失測。2015年,SP-6附近施工，受到工程擾動，其變形狀況不具真實性。因此，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析ZG88的位移增長速率，進而評價治理效果。

圖3 樹坪滑坡位移隨年份變化曲線

2003—2006年，ZG88位移較小，變化特征不明顯，如圖4所示。2007—2014年位移增加速率為0～490 mm/月，在每年5—9月達到峰值，9月后下降到50 mm/月以下，且在10月至次年4月維持波谷狀態(tài)。

圖4 ZG88位移增長速率隨日期變化曲線

圖5 ZG88位移增長速率隨年份變化曲線

2004—2014年，ZG88監(jiān)測到年最大位移增長速率呈波動狀態(tài)，有明顯的峰值與谷值，如圖5所示。

由圖5可知，2012年最大位移增長速率達到峰值，說明滑坡變形加速。治理后，2015—2016年ZG88位移增長速率下降至20 mm/月以下，位移變化趨于平穩(wěn)。由于監(jiān)測點ZG88的變形趨勢可以間接反映滑坡整體變形趨勢，因此，該項治理工程顯示出較好的治理效果。

3 基于模糊數(shù)學的綜合治理效果評價

3.1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法基于最大隸屬原則與模糊變換原理，對擁有多個影響因素的對象進行綜合評價[14]。模糊綜合評價方法是最常用的數(shù)學模型方法之一，將定性評價轉為定量評價，具有科學性、客觀性和針對性，將該方法引入滑坡治理工程中，能夠從多個角度對治理效果進行全面客觀的分析與評價[15-18]。

采用模糊數(shù)學方法對受多種因素影響的對象進行綜合評價，評價步驟包括確定指標體系、評價等級、各因素權重向量等[19]。

1)確定指標體系

篩選多種影響治理效果的因素，從中確定影響效果大的m個因素，構成評價指標矢量U=[U1U2…Um]。

2)確定評價等級

評價對象可能出現(xiàn)的全部評價結果的集合即為評價等級。確定n個評價結果，構成評價矢量V=[V1V2…Vn]。

3)確定評價因素的權重向量

第i個評價因素的權重為Ki，所有評價因素的權重組成權重模糊矢量K=[K1K2…Ki]。

4)單因素模糊評價，確定模糊關系矩陣

單因素模糊評價是指從單個因素開始評估，確定評價對象對評價集合的隸屬度。隸屬度指對于研究范圍U中的任一元素x，都能找到P(x)∈(0,1)與之對應，則稱P是U上的模糊集，P(x)為x對P的隸屬度。P(x)越接近1，x屬于P的程度越高；反之，則x屬于P的程度越低。單個因素對評價等級Vj的隸屬度為Rij，這樣可得單因素評價矢量Ri=[Ri1Ri2…Rn]，m個單因素評價集構成總的模糊關系矩陣

5)評價結果分析

權重模糊矢量集K與關系矩陣R相乘便可得到模糊綜合評價矢量Q=KR=[Q1Q2…Qn]。若評價矢量中存在Qr=max{Qi}，(1≤i≤n)，則評價對象隸屬于第r等級。

3.2 樹坪滑坡應急治理效果評價

3.2.1 確定指標體系

研究三峽庫區(qū)大量的滑坡治理工程，選擇治理后滑坡的宏觀變形、監(jiān)測點位移、滑坡的穩(wěn)定狀況、排水效果、滑坡破壞機理的研究程度、設計參數(shù)黏聚力c、內摩擦角Φ選取的合理性、工程造價費用、施工工期與難度以及滑坡規(guī)模等9個評價指標。

3.2.2 確定評價等級

評價等級可分為治理效果很好、良好、一般、失敗4個等級，對應的評判集為[V1V2V3V4]。

3.2.3 確定指標權重

采用專家打分法，基于多位專家各自獨立給出的各因素權重，選取各因素權重平均值作為權重值[20]，進而得到權重模糊矢量K=[0.15 0.17 0.20 0.08 0.12 0.11 0.09 0.05 0.03]。

3.2.4 單因素模糊評價

滑坡治理工程單因素模糊評價數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 單因素模糊評價表

根據(jù)樹坪滑坡的監(jiān)測情況，可得其與隸屬度的關系，如表3所示。

表3 樹坪滑坡實際情況與隸屬度表

可得模糊關系矩陣

進行模糊變換，可得模糊綜合評價矢量Q=[0.28 0.39 0.21 0.12]。

3.2.5 評價結果分析

根據(jù)最大隸屬度原則，經(jīng)計算得到模糊綜合評價矢量最大元素為0.39,且位于第2位，故可判定治理效果評價等級為第2級，即治理效果良好。因此，基本達到樹坪滑坡的防治目標，便于深入研究工程設計，合理取值，經(jīng)濟效益較好。通過開展應急治理工程，降低了樹坪滑坡出現(xiàn)重大滑移的可能性，治理效果良好。

4 結語

本文基于專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)與模糊數(shù)學法對三峽庫區(qū)樹坪滑坡的治理效果進行綜合評價：1)樹坪滑坡治理工程實施后，滑坡各監(jiān)測點的變形沒有急劇增加，位移曲線相對平緩，治理效果較好。2)運用模糊數(shù)學綜合評價樹坪滑坡的治理效果，由評價結果可知該滑坡治理效果等級為第2級，即治理效果良好，防治目標基本達到，防治方案合理，防治工程的經(jīng)濟效益較好，將滑坡發(fā)生重大滑移的可能性有效降低。3)樹坪滑坡每年仍有變形，后期還需要對其進行持續(xù)專業(yè)監(jiān)測。

滑坡的應急治理效果評價可科學指導治理工作，節(jié)省工程開支，縮短施工時間等，評價結果還可為工程提供技術支持與安全保障。