赤平投影在高速公路巖質邊坡地災評估中的應用

摘 要：【目的】高速公路巖質邊坡地災評估是為了在地質災害易發區內進行高速公路巖質邊坡深挖路塹施工前，對項目所在區域的地質條件進行詳細調查和分析，以評估工程建設過程中和建成后可能引發和遭受地質災害的危險性等級，避免和減輕地質災害造成的損失，維護人民生命和財產安全。【方法】以擬建澠淅高速公路淅川至豫鄂省界段兩處巖質邊坡為例，對赤平投影在高速公路巖質邊坡地質災害危險性評估中的應用進行分析，對兩處巖質邊坡進行地質災害現狀綜合評估，并提出針對性的處治措施。【結果】結果顯示，赤平投影能夠定性直觀預測邊坡開挖后的穩定狀態，為地質災害危險性評估及處治措施提供依據。【結論】赤平投影在高速公路巖質邊坡地災評估中，可以為工程建設提供科學依據，確保項目安全、順利進行，同時為地質災害防治工作提供指導。

關鍵詞：赤平投影；高速公路；巖質邊坡；地災評估

中圖分類號：U452.11" " "文獻標志碼：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

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

高速公路不穩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構，在自然狀態下，斜坡的土壤或巖石會因為重力作用而保持相對穩定的狀態，但是在開挖過程中形成的人工邊坡，原有土壤或巖石結構受損，邊坡喪失了原有的支撐與穩定性，從而產生了不穩定斜坡［3-5］。此外，一些其他因素也會引起不穩定斜坡的出現。例如，氣候變化、地震、降雨等因素都可能對土壤或巖石結構產生影響，從而加劇斜坡的不穩定性。

不穩定斜坡地質災害危險性評估工作應當遵循科學性、客觀性、綜合性和可操作性的原則，評估內容包括地質環境條件分析、致災因素分析、危險性評價和防治措施建議等方面。目前，地質災害危險性評估工作中并沒有統一的方法來確定不穩定斜坡。本文以某高速公路工程開挖形成的巖質邊坡為研究對象，將赤平投影法應用于不穩定斜坡地質災害的評估中，使得評估結果更加科學合理。

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，被廣泛應用于地質學、地球物理學等領域。巖質邊坡的穩定性往往受到軟弱結構面的影響和控制，失穩時通常發生楔形體破壞。赤平投影是一種非常有效的工具，可以用于分析結構面和邊坡臨空面的空間組合關系［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，還能推斷出可能發生變形和位移的方向，能夠直觀地對巖質邊坡的穩定性狀態進行評價。

在高速公路巖質不穩定斜坡地質災害危險性評估尤其是預測評估時，需要在項目施工前對擬建工程邊坡開挖后引發及遭受的地質災害進行預測評估，赤平投影法可以通過測量和計算斜坡上巖層結構面的產狀，將其投射到赤平面上，從而得到一個二維的圖像。通過對此圖像進行分析，可以得出斜坡的結構面特征、穩定狀態以及可能的發展趨勢。

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寇家莊附近，與澠淅高速西淅段銜接，向南沿省道335西側布線，于曹家莊設隧道至三灣，路線向南至關防灘村及八仙洞景區，設立特大橋橫跨丹江，向西南穿越群山，經八里溝、廟嶺、棠梨樹崗村至孫家洼，而后沿山體半坡布線，繼續往西南至倉房鎮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準，所在地區地形地貌屬于溶蝕侵蝕高丘陵至剝蝕高丘陵區，沿線山勢陡峭，地形復雜。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邊坡（以下編號為X01、X02）為例，對赤平投影法在高速公路巖質邊坡地質災害危險性評估中的應用進行分析，為后續赤平投影法在高速公路此類巖質地災評估中的應用提供參考。

2.2 項目工程地質條件

評估區構造處于南秦嶺褶皺帶（Ⅱ2）的荊紫關-師崗地向斜褶皺束（Ⅱ22），地質構造具有多旋回、強烈變動特征。地貌類型為侵蝕剝蝕丘陵區，屬北亞熱帶大陸性季風氣候，由于丹江口水庫的調節作用及山地地形的影響，區內氣候溫和，降水量年際變化大且年內不均；巖性主要為白云質灰巖，表層分布耕植土，評估區巖性巖相變化小，巖土體結構較簡單，地震動峰值加速度值為0.05 g，基本烈度為Ⅵ度，工程地質環境條件良好。

3 地質災害危險性評估

3.1 地質災害危險性現狀評估

依據《地災規范》，地質災害危險性現狀評估應根據地質災害體的發育程度、危害程度和誘發因素，結合地質環境條件，進行地質災害危險性現狀評估。本次選取的X01、X02高速公路巖質邊坡位于侵蝕剝蝕丘陵區，邊坡巖性主要為白云質灰巖，風化程度為強—中風化，開挖前邊坡坡度約20°，邊坡植被較發育，邊坡無變形跡象，評估區地質環境條件復雜程度較好，地質災害弱發育，該兩處邊坡現狀評估地質災害發育程度弱，危害程度小，危險性小。

3.2 地質災害危險性預測評估

3.2.1 現場調繪。經現場調繪及測量，項目區邊坡X01、X02主要特征如下。

邊坡X01：白云質灰巖巖質邊坡，坡度20°，傾向208°，巖層產狀170°∠40°，優勢結構面產狀285°∠45°；高速公路走向168°，設計開挖高度30 m，開挖邊坡傾向258°，開挖邊坡坡度45°。

邊坡X02：白云質灰巖巖質邊坡，坡度20°，傾向265°，巖層產狀120°∠40°，優勢結構面產狀310°∠65°；高速公路走向105°，設計開挖高度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，地形起伏較大，現狀地質災害弱發育。但X01、X02兩處邊坡處在巖質深挖路塹段，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生卸荷松弛，若結構面組合不利，在時間作用下巖土體力學參數下降或巖土體內部水作用增強，最終影響坡體穩定性，有產生不穩定斜坡地質災害的可能性。

3.2.2 赤平投影分析。對開挖形成的巖質邊坡地質災害危險性進行預測評估時，采用赤平投影法，判斷挖方邊坡的穩定性，進而對不穩定斜坡地質災害危險性進行預測評估。

X01邊坡開挖后赤平投影如圖1所示。由圖1可知， X01邊坡巖層產狀與結構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構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，則邊坡處于不穩定狀態，存在滑動風險，此時開挖后的邊坡屬于不穩定斜坡。

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

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

3.2.3 赤平投影分析。由3.2.2節可知，邊坡X01開挖后屬于不穩定斜坡，X02屬于穩定邊坡，本研究主要針對X01不穩定斜坡進行地質災害危險性預測評估。根據《地災規范》，X01不穩定斜坡發育程度為中等，威脅對象主要為施工期及運營期人員、機械及車輛安全，危害程度中等，確定X01不穩定斜坡預測評估危險性等級為危險性中等。

3.3 地質災害危險性綜合評估

地質災害危險性綜合評估以充分搜集和分析研究評估區水文地質、工程地質、環境地質和地質災害調查區劃等資料為基礎，結合地質災害危險性現狀評估、預測評估結果，對評估區內地質災害危險性等級進行綜合評估。X01、X02邊坡綜合評估見表1。

3.4 措施建議

根據綜合評估結果及《地災規范》，邊坡X01地質災害危險性綜合評估為中等，因此確定建設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、錨固、排水等措施進行防治，防止不穩定性斜坡進一步發展；X02邊坡地質災害危險性綜合評估為低等，因此確定建設場地適宜性為適宜，X02邊坡開挖后易于處理，鑒于巖質邊坡易掉塊，建議X02邊坡開挖后采取以坡面防護為主的防治措施。高速公路建設過程中建設單位考慮了地災評估結果及建議，邊坡開挖后，對X01邊坡實施了錨桿框架梁+排水支護措施，具體如圖3所示；邊坡X02實施了主動防護網措施，具體圖4所示。防護措施實施后，近一年來對兩邊坡進行監測未發生明顯的位移。

4 結論

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災害危險性評估為例，將赤平投影法運用于不穩定斜坡的評估中，并提出針對性處治措施，得出以下結論。

①現狀條件下評估區地質災害發育程度弱，危害程度小，危險性小。

②邊坡X01地質災害危險性預測評估及綜合評估為危險性中等，建設場地適宜性為基本適宜，須采取必要的支護、錨固、排水等防治措施，邊坡X02為穩定邊坡，建設場地適宜性為適宜，宜采取以坡面防護為主的防治措施。

③基于赤平投影法進行地質災害危險性預測評估，能夠定性直觀預測邊坡開挖后的穩定狀態，為地質災害危險性評估及處治措施提供依據。

參考文獻：

［1］國家市場監督管理總局，國家標準化管理委員會.地質災害危險性評估規范：GB/T 40112—2021［S］.北京：中國標準出版社，2015.

［2］劉福華.地質災害危險性評估的思路與基本方法［J］.西部資源，2017（5）：98-99.

［3］馬靜雯，藍常勇，趙言文，等.321 國道雁山段地災危險性評估探討［J］.冶金與材料，2019（6）： 129-130.

［4］陳君.公路建設用地地質災害危險性評估實踐與認識：以湖北襄—十高速公路襄武段為例［J］.中國地質災害與防治學報，2001（12）：67-70.

［5］李勇峰，楊志波，劉玉山，等.高速公路建設用地地質災害危險性評估的理論與實踐初探［J］.湖北地礦，2002（16）：186-190.

［6］盧達.基于赤平投影法的巖質邊坡穩定性分析［J］.鐵道建筑，2010（11）：69-71.