赤平投影在高速公路巖質(zhì)邊坡地災(zāi)評估中的應(yīng)用

摘 要：【目的】高速公路巖質(zhì)邊坡地災(zāi)評估是為了在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)進(jìn)行高速公路巖質(zhì)邊坡深挖路塹施工前，對項目所在區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析，以評估工程建設(shè)過程中和建成后可能引發(fā)和遭受地質(zhì)災(zāi)害的危險性等級，避免和減輕地質(zhì)災(zāi)害造成的損失，維護(hù)人民生命和財產(chǎn)安全。【方法】以擬建澠淅高速公路淅川至豫鄂省界段兩處巖質(zhì)邊坡為例，對赤平投影在高速公路巖質(zhì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評估中的應(yīng)用進(jìn)行分析，對兩處巖質(zhì)邊坡進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀綜合評估，并提出針對性的處治措施。【結(jié)果】結(jié)果顯示，赤平投影能夠定性直觀預(yù)測邊坡開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)，為地質(zhì)災(zāi)害危險性評估及處治措施提供依據(jù)?！窘Y(jié)論】赤平投影在高速公路巖質(zhì)邊坡地災(zāi)評估中，可以為工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，確保項目安全、順利進(jìn)行，同時為地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：赤平投影；高速公路；巖質(zhì)邊坡；地災(zāi)評估

中圖分類號：U452.11" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）13-0061-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.012

Application of Stereographic Projection in the Assessment of Geological Hazards in Rocky Slope of Expressway

YANG" Zhenhui YANG Lilong XIA Ziqing

（Henan Provincial Communications Planning amp; Design Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： [Purposes] The geological hazard risk assessment of rocky slope along the expressway is to conduct a detailed investigation and analysis of the geological conditions in the geological hazard-prone area before the deep road cutting construction of the rocky slope along the expressway. The purpose is to evaluate the danger level of geological hazards that may be triggered or suffered during the construction process and after the completion of the project， so as to avoid or mitigate the losses caused by geological hazards and ensure the safety of people's lives and property. [Methods] This article takes two rocky slopes along the proposed Mianxi Expressway from Xichuan to Henan-Hubei provincial boundary as the research objects， analyzes and discusses the application of the stereographic projection in the geological hazard risk assessment of rocky slope along the expressway， conducts geological hazard status， prediction and comprehensive assessment of the two rocky slopes， and proposes corresponding disposal measures. [Findings] The research results show that the stereographic projection can intuitively and qualitatively predict the stable state of the slope after excavation， providing a basis for geological hazard risk assessment and governance measures. [Conclusions] In the geological hazard assessment of rocky slope along the expressway， the application of stereographic projection provides a scientific basis for engineering construction， ensuring the safe and stable progress of the project， and providing guidance for geological hazard prevention and control work.

Keywords： stereographic projection; expressway; rocky slope; assessment of geological hazards

0 引言

地災(zāi)評估即地質(zhì)災(zāi)害危險性評估，在最新修訂的《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（GB/T 40112—2021）［1］（以下簡稱《地災(zāi)規(guī)范》）中，不穩(wěn)定斜坡作為一種地質(zhì)災(zāi)害類型被首次納入其中。這一變化反映了地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作的不斷發(fā)展和完善，為預(yù)防和減輕地質(zhì)災(zāi)害提供了更加科學(xué)和全面的依據(jù)。所謂不穩(wěn)定斜坡是指由于自然因素或人類活動的影響，在一定時間內(nèi)可能發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的斜坡。這類斜坡具有較大的危險性和潛在的危害，需要進(jìn)行科學(xué)評估和有效防控［2］。

高速公路不穩(wěn)定斜坡的形成主要是由于高速公路開挖過程中破壞了原有的土壤或巖石結(jié)構(gòu)，在自然狀態(tài)下，斜坡的土壤或巖石會因為重力作用而保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，但是在開挖過程中形成的人工邊坡，原有土壤或巖石結(jié)構(gòu)受損，邊坡喪失了原有的支撐與穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生了不穩(wěn)定斜坡［3-5］。此外，一些其他因素也會引起不穩(wěn)定斜坡的出現(xiàn)。例如，氣候變化、地震、降雨等因素都可能對土壤或巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而加劇斜坡的不穩(wěn)定性。

不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作應(yīng)當(dāng)遵循科學(xué)性、客觀性、綜合性和可操作性的原則，評估內(nèi)容包括地質(zhì)環(huán)境條件分析、致災(zāi)因素分析、危險性評價和防治措施建議等方面。目前，地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作中并沒有統(tǒng)一的方法來確定不穩(wěn)定斜坡。本文以某高速公路工程開挖形成的巖質(zhì)邊坡為研究對象，將赤平投影法應(yīng)用于不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害的評估中，使得評估結(jié)果更加科學(xué)合理。

1 赤平投影法

赤平投影是一種將三維空間中的傾斜線投影到二維平面上的一種方法，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)等領(lǐng)域。巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性往往受到軟弱結(jié)構(gòu)面的影響和控制，失穩(wěn)時通常發(fā)生楔形體破壞。赤平投影是一種非常有效的工具，可以用于分析結(jié)構(gòu)面和邊坡臨空面的空間組合關(guān)系［6］。通過赤平投影法，可以清晰地確定楔形體的幾何形狀及其在空間中的分布情況，還能推斷出可能發(fā)生變形和位移的方向，能夠直觀地對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)進(jìn)行評價。

在高速公路巖質(zhì)不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評估尤其是預(yù)測評估時，需要在項目施工前對擬建工程邊坡開挖后引發(fā)及遭受的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測評估，赤平投影法可以通過測量和計算斜坡上巖層結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，將其投射到赤平面上，從而得到一個二維的圖像。通過對此圖像進(jìn)行分析，可以得出斜坡的結(jié)構(gòu)面特征、穩(wěn)定狀態(tài)以及可能的發(fā)展趨勢。

2 項目概況

2.1 項目背景

擬建澠淅高速公路淅川至豫鄂省界段項目起點位于淅川縣馬蹬鎮(zhèn)寇家莊附近，與澠淅高速西淅段銜接，向南沿省道335西側(cè)布線，于曹家莊設(shè)隧道至三灣，路線向南至關(guān)防灘村及八仙洞景區(qū)，設(shè)立特大橋橫跨丹江，向西南穿越群山，經(jīng)八里溝、廟嶺、棠梨樹崗村至孫家洼，而后沿山體半坡布線，繼續(xù)往西南至倉房鎮(zhèn)前營村與十堰段高速相連。擬建項目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，所在地區(qū)地形地貌屬于溶蝕侵蝕高丘陵至剝蝕高丘陵區(qū)，沿線山勢陡峭，地形復(fù)雜。本研究選取擬建澠淅高速公路淅川至豫鄂省界段兩處巖質(zhì)邊坡（以下編號為X01、X02）為例，對赤平投影法在高速公路巖質(zhì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評估中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為后續(xù)赤平投影法在高速公路此類巖質(zhì)地災(zāi)評估中的應(yīng)用提供參考。

2.2 項目工程地質(zhì)條件

評估區(qū)構(gòu)造處于南秦嶺褶皺帶（Ⅱ2）的荊紫關(guān)-師崗地向斜褶皺束（Ⅱ22），地質(zhì)構(gòu)造具有多旋回、強烈變動特征。地貌類型為侵蝕剝蝕丘陵區(qū)，屬北亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，由于丹江口水庫的調(diào)節(jié)作用及山地地形的影響，區(qū)內(nèi)氣候溫和，降水量年際變化大且年內(nèi)不均；巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r，表層分布耕植土，評估區(qū)巖性巖相變化小，巖土體結(jié)構(gòu)較簡單，地震動峰值加速度值為0.05 g，基本烈度為Ⅵ度，工程地質(zhì)環(huán)境條件良好。

3 地質(zhì)災(zāi)害危險性評估

3.1 地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀評估

依據(jù)《地災(zāi)規(guī)范》，地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀評估應(yīng)根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育程度、危害程度和誘發(fā)因素，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境條件，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀評估。本次選取的X01、X02高速公路巖質(zhì)邊坡位于侵蝕剝蝕丘陵區(qū)，邊坡巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r，風(fēng)化程度為強—中風(fēng)化，開挖前邊坡坡度約20°，邊坡植被較發(fā)育，邊坡無變形跡象，評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度較好，地質(zhì)災(zāi)害弱發(fā)育，該兩處邊坡現(xiàn)狀評估地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度弱，危害程度小，危險性小。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評估

3.2.1 現(xiàn)場調(diào)繪。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)繪及測量，項目區(qū)邊坡X01、X02主要特征如下。

邊坡X01：白云質(zhì)灰?guī)r巖質(zhì)邊坡，坡度20°，傾向208°，巖層產(chǎn)狀170°∠40°，優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀285°∠45°；高速公路走向168°，設(shè)計開挖高度30 m，開挖邊坡傾向258°，開挖邊坡坡度45°。

邊坡X02：白云質(zhì)灰?guī)r巖質(zhì)邊坡，坡度20°，傾向265°，巖層產(chǎn)狀120°∠40°，優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀310°∠65°；高速公路走向105°，設(shè)計開挖高度25 m，開挖邊坡傾向195°，開挖邊坡坡度45°。

邊坡X01、X02地貌主要為侵蝕剝蝕丘陵區(qū)，地形起伏較大，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害弱發(fā)育。但X01、X02兩處邊坡處在巖質(zhì)深挖路塹段，挖方路塹坡體前部由于開挖、沖刷等因素，造成坡體形成臨空面而發(fā)生卸荷松弛，若結(jié)構(gòu)面組合不利，在時間作用下巖土體力學(xué)參數(shù)下降或巖土體內(nèi)部水作用增強，最終影響坡體穩(wěn)定性，有產(chǎn)生不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性。

3.2.2 赤平投影分析。對開挖形成的巖質(zhì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害危險性進(jìn)行預(yù)測評估時，采用赤平投影法，判斷挖方邊坡的穩(wěn)定性，進(jìn)而對不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害危險性進(jìn)行預(yù)測評估。

X01邊坡開挖后赤平投影如圖1所示。由圖1可知， X01邊坡巖層產(chǎn)狀與結(jié)構(gòu)面投影大圓的交點位于開挖邊坡面投影大圓與自然邊坡面大圓之間。這意味著巖層面與結(jié)構(gòu)面組合交線的傾角相較于開挖邊坡面的傾角較為平緩，但陡于自然邊坡面的傾角。若組合交線在邊坡面和坡頂面上均有出露，則邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，存在滑動風(fēng)險，此時開挖后的邊坡屬于不穩(wěn)定斜坡。

邊坡X02開挖后赤平投影如圖2所示。由圖2可知，邊坡X02巖層面與結(jié)構(gòu)面投影大圓的交點位置位于開挖邊坡面投影大圓的對側(cè)。這種情況即結(jié)構(gòu)面交點出現(xiàn)在坡面投影弧的另一側(cè)，軟弱面的

組合交線會傾向坡面內(nèi)。在這種情況下，邊坡會得到一定的支撐力，使得邊坡穩(wěn)定性達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)。由此可知，邊坡X02開挖后，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2.3 赤平投影分析。由3.2.2節(jié)可知，邊坡X01開挖后屬于不穩(wěn)定斜坡，X02屬于穩(wěn)定邊坡，本研究主要針對X01不穩(wěn)定斜坡進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評估。根據(jù)《地災(zāi)規(guī)范》，X01不穩(wěn)定斜坡發(fā)育程度為中等，威脅對象主要為施工期及運營期人員、機(jī)械及車輛安全，危害程度中等，確定X01不穩(wěn)定斜坡預(yù)測評估危險性等級為危險性中等。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估

地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估以充分搜集和分析研究評估區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查區(qū)劃等資料為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀評估、預(yù)測評估結(jié)果，對評估區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害危險性等級進(jìn)行綜合評估。X01、X02邊坡綜合評估見表1。

3.4 措施建議

根據(jù)綜合評估結(jié)果及《地災(zāi)規(guī)范》，邊坡X01地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估為中等，因此確定建設(shè)場地適宜性為基本適宜，建議邊坡X01開挖后采取必要的支護(hù)、錨固、排水等措施進(jìn)行防治，防止不穩(wěn)定性斜坡進(jìn)一步發(fā)展；X02邊坡地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估為低等，因此確定建設(shè)場地適宜性為適宜，X02邊坡開挖后易于處理，鑒于巖質(zhì)邊坡易掉塊，建議X02邊坡開挖后采取以坡面防護(hù)為主的防治措施。高速公路建設(shè)過程中建設(shè)單位考慮了地災(zāi)評估結(jié)果及建議，邊坡開挖后，對X01邊坡實施了錨桿框架梁+排水支護(hù)措施，具體如圖3所示；邊坡X02實施了主動防護(hù)網(wǎng)措施，具體圖4所示。防護(hù)措施實施后，近一年來對兩邊坡進(jìn)行監(jiān)測未發(fā)生明顯的位移。

4 結(jié)論

本研究以澠淅高速公路淅川至豫鄂省界段兩處典型邊坡的地質(zhì)災(zāi)害危險性評估為例，將赤平投影法運用于不穩(wěn)定斜坡的評估中，并提出針對性處治措施，得出以下結(jié)論。

①現(xiàn)狀條件下評估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度弱，危害程度小，危險性小。

②邊坡X01地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評估及綜合評估為危險性中等，建設(shè)場地適宜性為基本適宜，須采取必要的支護(hù)、錨固、排水等防治措施，邊坡X02為穩(wěn)定邊坡，建設(shè)場地適宜性為適宜，宜采取以坡面防護(hù)為主的防治措施。

③基于赤平投影法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評估，能夠定性直觀預(yù)測邊坡開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)，為地質(zhì)災(zāi)害危險性評估及處治措施提供依據(jù)。

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