利用层次分析法对四川旺苍彭家坡危岩稳定性的分析

2013-03-12裴向军程熙棚

长春工程学院学报（自然科学版） 2013年1期

叶铃，裴向军，程熙棚

（1.成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059；2.四川省地质矿勘查开发局区域地质调查队，成都 610213）

0 引言

矿产资源是国家社会经济发展的必要物质基础，但是随着矿产开采力度的加大，矿区边坡地质灾害的增多也越来越引起人们的注意。本文选取四川省旺苍县彭家坡危岩为例，根据灾害发生前受到汶川5.12大地震影响及事发前实施爆破且有降雨的情况，采取层次分析法提出适宜的因子及参数，综合判定该地区边坡残留危岩体的稳定性。

邓家坡位于四川省广元市旺苍县境内，由于石灰岩矿山开采，在五大公路西侧斜坡中部采矿形成高40～60m，坡度约90°的高陡基岩陡坎，2011年3月22日晚，陡坎北东侧200m范围发生崩滑变形，总方量约为39.2万m3，造成2人死亡4人受伤，2辆挖掘机被埋，其下五权至大河公路被阻断。滑坡发生后在后缘陡砍处残留了3块危岩体，分别为WY1、WY2、WY3。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

场区地貌类型为构造侵蚀中山地形，场区微地貌属斜坡地形，斜坡相对高差200m左右，斜坡走向234°。整体北西高，南东低，为秦岭东西向构造体系南缘的组成部分。

1.2 地层岩性

区内出现的地层主要有第四系松散层堆积、三迭系（T3）。第四系残坡积物主要分布于斜坡上部表层；第四系冲洪积物主要分布于五郎河河谷平坝区。三迭系（T3）出露于工作区山体斜坡上部及中部采矿形成的陡坎处，岩性为灰色、灰黑色色块状灰岩，岩体表层强风化，裂隙较发育，裂隙面有溶蚀现象。

1.3 地质构造

研究区位于米仓山构造带。米仓山构造带总体为E—W走向的大型复背斜，在其两翼上发育一系列的近E—W向次级褶皱。危岩体处于背斜东翼接近核部地带，构造裂隙较发育，无断裂通过。

2 危岩体特征

区域发育3处危岩（WY1～WY3），WY1和WY2危岩体部分岩体已发生崩滑，并在坡顶陡崖处残留有未完全崩落的危岩体。通过对整个危岩区的实地调查，危岩分布区为陡崖地形，地层岩性为灰岩，受构造和溶蚀影响，多处发育溶蚀裂隙。

三处危岩体均受3组结构面控制：（1）343°∠79°，延伸长10～30m，裂面平直光滑，张开2～4cm，泥质充填，间距3～5m；（2）64°∠83°，延伸长3～4m，裂面平直光滑，张开2～6cm，无充填，间距3～8m；（3）144°∠38°（层面产状），倾向坡外，层面较平直。危岩体具体特征及诱发因素见表1。彭家坡危岩属于典型的滑移式危岩，它的形成主要有以下因素：

（1）2008年汶川爆发了8.0级大地震，该区属于大地震波及区，斜坡表面出现零星掉块，岩体受到损伤。

表1 危岩体基本情况表

（2）该区岩性单一，为中厚层灰岩，因为灰岩易被溶蚀的特性，在危岩体顶部发育多条溶蚀裂隙，雨水沿着这些裂隙渗入灰岩层面，经过长时间的溶蚀慢慢地在灰岩层面间形成一层软弱的泥化夹层，随着泥化夹层的贯通，岩体底部的摩擦阻力也随之降低，使之前稳定的岩体向不稳定的状态过度。

（3）矿区采矿开挖坡脚导致坡体发生崩滑，使得危岩体前缘临空，应力重新分布。

（4）发生崩滑前梦铭石灰厂多次对开采边坡进行爆破作业，不断地对岩体结构进行破坏，降低岩体强度。根据欧阳吉等［1］的研究可知：爆破后受层裂效应的影响，含软弱夹层的岩质边坡稳定性系数将降低为原有的30%～35%。

（5）雨水的渗入使得岩体结构面上的正压力降低，同时孔隙水压力的楔入作用，加快了岩体结构的破坏，在动水压力的作用下，边坡中某些岩土体软弱结构面以及岩体中某些接触面上的颗粒为渗透水所转移，使岩土体产生渗透变形，强度降低而产生变形破坏。

3 层次分析法评价危岩稳定性

层次分析法（简称AHP）是美国运筹学家萨蒂于20世纪70年代初提出的一种层次权重决策分析方法。在处理边坡危岩的问题中，我们同样可以采用这种方法达到评价其稳定性的目的。将危岩的稳定性作为目标，达到这个目标需要若干因素（方案），根据地质工作者自己的经验判断衡量各个因素对于目标是否能实现的贡献程度，合理地给出每个因素的权数，进而对危岩的稳定性进行评价［2］。笔者根据彭家坡危岩的实际情况，选取了对于该处危岩影响最大的10个因子作为危岩危险度等级的预测因素因子（图1），得出判别因子的权向量，并通过危岩的危险性计算模型得出危岩的危险性等级。为了对危岩体的稳定性进行定性的评价，通常将危险性等级分为：危险性小（Ⅰ）、危险性中等（Ⅱ）、危险性大（Ⅲ）这3类［3］，见表2。彭家坡危岩体的预测因子分级依据见表3。

图1 彭家坡危岩体稳定性评价层次模型

表2 危岩稳定性划分等级

表3 彭家坡危岩体稳定性预测因子分级表

续表3

表4 1～9标度意义表

根据表4所示标度法，将这10个判别因子进行两两比较，得到判别矩阵见表5。

表5 WY1稳定性判别矩阵

通过计算WY 1稳定性判别矩阵得出最大特征根λmax＝10.94，归一化特征向量W ＝（0.036 4，0.081 1，0.055 4，0.235 0，0.094 7，0.027 7，0.108 2，0.041 6，0.199 2，0.116 6）。为保证判别矩阵的准确性，根据矩阵的一致性指标公式得出RC＝0.07＜0.1，判断矩阵具有良好的一致性［3］。

特征向量W 可作为判别因子的权向量，根据危岩危险性等级计算模型模型中：Dl——危岩体的危险度；

Ii——判别因子作用指数，共分为3个等级作用指数：Ii＝1（危险性大）；Ii＝0.618（危险性中等）；Ii＝0.382（危险性小）。

计算得出WY1危险度Dl＝0.75。根据表6可知WY1危险等级为Ⅰ级，危害程度大。同理可求出WY2、WY3危险性均大于0.7，危害程度大，需要采取措施进行治理［4］。