地质综合评价法（共12篇）
地质综合评价法 篇1
0 引言
随着我国西部大开发的实施, 工程建设时遭受着地质灾害的威胁。由于事先未进行地质灾害危险性评估, 使得工程建设本身诱发或导致的地质灾害的事件时有发生, 造成了极大的人员伤亡和经济损失。地质灾害危险性评价显得至关重要。
1 地质环境背景条件
本文以府谷县热力电厂厂址为研究对象采用二级模糊综合评价法进行地质灾害危险性评价, 厂区位于陕北黄土高原北部黄土梁峁区, 包括黄土梁峁 (梁多峁少) 及河谷阶地地貌。黄土梁主要分布于河流两岸, 岸边剥蚀严重, 大部分基岩裸露, 沟谷多下切至基岩 (岩性以砂岩为主, 夹薄层泥岩) , 梁、峁的分水线与沟底的相对高差较大, 一般在100 m~200 m。沟谷的横断面一般在沟口呈“U”字形, 往沟内逐渐呈“V”字形, 沟坡一般50°~80°, 易形成崩塌、滑坡等地质灾害。厂区气候属中温带半干旱大陆性季风气候, 年平均降水量为453.1 mm, 一日最大降水量为136 mm。
2 地质灾害特征及危害
1) 泥石流灾害特征。
研究区内有十条泥石流沟, 除了厂区北方向七号和十号沟谷外, 其他沟谷距离厂区较远, 基本不会对厂区构成威胁。七号泥石流沟汇水面积较大, 沟身长, 物源丰富, 属中等易发型。十号泥石流沟的泄洪方向正对厂区, 河流经人工改道后, 河床、河漫滩宽度变小, 泄洪冲击力较大, 泥石流暴发时, 将直接威胁厂区。详见泥石流灾害调查统计表1。
2) 滑坡灾害特征。
研究区内基岩岩层近水平层状结构, 节理裂隙发育, 易发生滑塌, 此区滑坡主要为土体滑坡, 前缘较陡, 后缘存在裂隙, 呈弧形, 形状大多呈半圆状, 圆椅状, 坡面较陡, 但整体规模小, 且在厂区外, 对厂区危险性小。
3) 崩塌灾害特征。
厂区内崩塌主要发生在沟谷及斜坡较陡处的黄土峡谷丘陵区, 崩塌主要有岩体崩塌和土体崩塌两种。岩体崩塌在厂区内分布较广, 由于本区基岩为侏罗纪富县组砂岩夹泥岩, 呈软硬相间互层, 岩层平缓。砂岩节理裂隙发育, 把岩体分割的较破碎, 易在陡坎、陡坡处形成崩塌;土体崩塌一般分布在冲沟上游的黄土沟岸及斜坡陡坎处, 由于黄土具垂直节理, 结构松散, 易于雨水下渗, 并在土体内形成连续贯通的破坏面, 引起土体崩塌, 但整体规模小, 且在厂区外, 对厂区危险性小。
3 地质灾害危险性模糊综合评价
3.1 评价因子的确定
根据环境因子自身质量对人类活动的影响程度或人类活动对不同的环境因子的影响程度的不同, 可将环境因子分为两类:敏感因子、重要因子。
根据电厂区的具体情况, 经专家讨论确定本崩塌的安全系数、滑坡的安全系数、不稳定沟壁所占百分比等等作为敏感因子;滑坡体体积、崩塌体体积、一日最大降雨量、流域植被覆盖率、雨强、流域沟床坡降、内摩擦角、斜坡前缘陡坎高度等等作为重要因子。
3.2 环境评价因子的判断分级及量化
根据厂区地质灾害危险性评价级别, 确定质量评价因子, 其中一级评判选取单因素 (指标) 9项, 二级评判选定3项。根据《地质灾害勘察指南》对各评价因子按类别进行了量化分级。
3.3 隶属度的确定和评价因子权值的确定
借助于野外工作经验和资料确定的指标, 在同一分级中隶属度也可以近似表示成为正态分布函数:
其中, a, c均为待定常数。
在多因子评判中, 因不同因子在厂区地质灾害危险性评价中的实际作用不能等同, 所以取不同的权值。本文采用专家打分法对评价因子赋权值, 权值分配情况见表2。
3.4 模糊综合评价计算模型的建立及求解
3.4.1 评价集合的确定
针对不同类别、不同级别的模糊评判, 评价因子集合不同, 评价单元的评价因子集合为:
其中, U1, U2, …, Um均为参与评价的m个评价指标的性状数据。
3.4.2 评价标准集合的确定
确定电厂区地质灾害危险性综合评价标准集合V, 本文采用三级划分法, 将地质灾害危险性划分为高、中、低三级, 则评价集如下:
3.4.3 模糊矩阵的确定
将环境评价因子按其性状数据分别划归于不同级别的隶属度, 在同一分级内, 它的隶属度 (μA) 可以近似表示成正态分布函数。
评价因子的隶属度取得后, 依次可求出各评价单元中各类别一级评判的模糊关系矩阵R。模糊关系矩阵R代表了每个评价因子对每一级环境质量标准的隶属程度。例如在第一类环境因素中的第一类环境子因素中一级模糊综合评判, 包含三个评价因子, 设某评价单元的隶属度为R11:
二级评判中环境子因素所需的隶属度和模糊矩阵由一级评判结果得到。
3.4.4 进行模糊推论, 求解模糊关系方程
式中:B———评价单元地质灾害危险性综合评价结果矩阵, 其隶属于不同质量级别的隶属度;
b1———隶属于高级的隶属度;
b2———隶属于中级的隶属度;
b3———隶属于低级的隶属度;
A———评价因子的权值矩阵;
R———模糊关系矩阵。
首先按评价指标的赋值标准确定出模糊向量, 通过模糊运算, 可表示为:{B11, B12, B13}, 求得质量评价结果向量B。
3.5 厂区地质灾害危险性评价结果分析与说明
厂区地质灾害高危险区主要分布在厂区西北侧丘陵区, 以及黄土梁、峁区的斜坡陡坎或冲沟岸坡处。此区泥石流、滑坡以及崩塌等各种地质灾害爆发可能性很大;中等危险区主要分布在厂区东南侧丘陵区, 以及黄土梁、峁区的斜坡陡坎或冲沟岸坡处。此区为地质灾害危险性次高区, 包含较多诱发各种地质灾害的天然因素, 如新老滑坡的堆积物较厚, 沟谷两侧坡度较陡, 成为日后诱发泥石流的物源条件;低危险区主要分布在厂区北侧阶地丘陵区。此区的环境地质条件较好, 没有诱发大型地质灾害的天然因素, 岸坡天然稳定性较好, 适宜兴建房屋。
厂区地质灾害危险性综合评估分区图见图1。
4 结论与建议
本文在搜集野外调查材料基础上结合室内分析研究, 确定适宜的敏感因子, 采用二级模糊综合评价法对研究区地质灾害危险性综合评价方面进行客观准确的评价, 为如何界定防治工程的资金投入与建设工程资金投入总额的比例, 来评价土地的适宜性奠定一定基础。
参考文献
[1]DZ 0245-2004, 建设用地地质灾害危险性评估技术要求[S].
[2]刘正传.地质灾害危险性勘察指南[M].北京:地质出版社, 2000.
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[4]张梁, 张业成.地质灾害灾情评估理论与实践[M].北京:地质出版社, 1998.
地质综合评价法 篇2
摘要：根据甘肃矿山实地调查资料,从矿山开发对生态地质环境的`影响程度、地质环境背景条件、地质灾害发育程度及矿山恢复治理难易程度4方面确定影响矿山生态地质环境的指标体系.采用模糊综合评判方法,建立矿山地质生态环境定量评价模型.利用MAPGIS空间分析模块求取综合指数的突变点以确定矿山生态地质评价分区的阈值,综合分析综合指数的分布特征,编绘甘肃省矿山生态地质环境综合评价分区图.分区评价结果与实际情况吻合良好.作 者：王念秦 王永锋 王得楷 WANG Nian-qin WANG Yong-feng WANG De-kai 作者单位：王念秦,王永锋,WANG Nian-qin,WANG Yong-feng(西安科技大学,地质与环境工程学院,西安,710054)
王得楷,WANG De-kai(甘肃省科学院,地质自然灾害防治研究所,兰州,730000)
地质综合评价法 篇3
关键词：构造地质 岩石 地球化学 多元素异常评价 找矿
中图分类号：P54文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（b）-0-01
田家-仙人脚矿段位于山东省蓬莱市小杨家——西石硼地区金矿区内，黑岚沟矿区西侧约2.5 km处。矿区属低山区，南北高中间低，最高海拨369.8 m（石皮山），最大相对高差170 m左右。黑岚沟矿段标高为166～308 m。传统的金化探异常主要依据：金元素本身异常的强度和异常规模，综合异常的元素组合或元素间的比值来进行判断，由于受矿产富集度不同、分布不均衡，往往会导致探测区域地球化学特性差异较大，从而影响探矿的准确性。该文应用构造地质研究与岩石地球化学多元素异常评价相结合的综合找矿方法，在黑岚沟矿区西侧北从齐家庄，向南经仙人脚、田家庄到小杨家，这一矿段对Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ、Ⅷ号等四条矿脉进行评价，实践证明这种综合找矿方法精度高，具有较高的推广应用
价值。
1 构造地质研究与岩石地球化学多元素异常评价综合找矿基本原理
根据金矿床严格受构造控制，构造活动有脉动性，金矿成矿也有多期多阶段叠加的特点，研究和发现不同成矿阶段形成矿体的轴向分带及其在空间上的叠加结构，确定矿体预测标志。单阶段形成的单个矿体具有明显的地球化学分带结构，即所形成的矿体有自己前缘（晕）异常、近矿（晕）异常和尾（晕）异常及正常的原生（晕）异常垂直分带序列。研究表明：Hg、Sb、B、F、I、Ba、As等元素的强异常总是出现在矿体的上部及前缘，形成典型的特征指示元素。Pb、Zn、Ag、Au、Cu等元素的强异常总是靠近金矿体。而Mo、Bi、Mn、Co、Ni、Sn等元素强异常总是出现在矿体的下部，成为指示矿体尾部的特征指示元素。利用金矿床构造的相似性和靠近金矿体的Pb、Zn等元素的强异常评价方法找矿，能很好的预测深部是否存在矿体、矿体的大小及大约埋藏深度，从而达到定位预测的效果。
应用构造地质研究与岩石地球化学多元素异常评价相结合的综合找矿方法，主要是依据金元素的地球化学和金矿床产出的地质背景条件，通过有效查明金元素在该地质区域内的集中度，来分析其存在形态。进而通过查明金是以何种物质形态存在，进行样品定量分析，然后计算金与其它元素的相关系数，如果相关系数较大，则证明金在异常中可能呈集中状态存在；如果相关系数较低，则说明镏金可能呈分散状态存在。同时，还可以通过对金产出地的地质背景条件，来进一步确定金是否具有富集成矿的物质条件，综合推断该区域是否具备富集成矿的物质基础，确定该矿区可开采潜力。
2 金化探异常的评价方法
地球化学探矿法，简称化探，是以地球化学理论为基础，以现代分析技术和电算技术为主要手段，从各种天然物质（中系统采集样品，分析测试样品中某些地球化学特征数值（如指示元素的含量，元素比值等），对获得的数据进行分析处理，以便发现地球化学异常，并通过对地球化学异常的解释评价而进行的找矿方法。金化探异常是指矿化区段的地区化学特征（如某些元素含量的高低，元素含量的分布的均匀性，元素赋存形式的差异）明显不同于周围无矿背景区的现象。包含三个方面的含义：地球化学特征不同，具有一定的空间范围，元素含量或地球化学指标偏离背景值。
笔者在工作中，学习、总结出以下金化探异常评价方法。取样对Au含量进行测量，分析是否存在异常；综合设计一条通过异常中心的采样剖面，通过采样来实现对全面分析该区域的异常情况；对取样进行加工，并确保样品颗粒直径小于一定的范围；根据Hg、Sb、B、F、I、Ba、As等指示元素的强异常，可以判断出矿体的上部及前缘；根据Pb、Zn、Ag、Au、Cu等元素的强异常，可以判断基本靠近金矿体；根据Mo、Bi、Mn、Co、Ni、Sn等元素强异常，可以判断出矿体的下部，从而通过利用金矿床构造的相似性和靠近金矿体的Pb、Zn等元素的强异常评价方法查明在该异常区金的找矿标志，从而实现找矿
目标。
3 构造地质研究与岩石地球化学多元素异常评价综合找矿评价
实践证明，利用构造地质与岩石地球化学多元素异常评价综合找矿山方法，具有判断精度高、探矿时间短、社会效益好等优点，具有良好的推广应用价值。
经钻探揭露查明：在田家-仙人脚矿段部分区域内，相关构造蚀变带主要由黄铁绢英岩、绢英岩、黄铁绢英岩化碎裂花岗岩等组成。煌斑岩呈绿色，风化后呈土黄色，多有碎裂和蚀变，主构造蚀变带系由两条近于平行的蚀变带组成复脉带，蚀变带内主要充填物为黄铁绢英岩及黄铁矿脉、绢英岩、黄铁绢英岩化碎裂花岗岩等，黄铁绢英岩中穿插黄铁矿脉及石英脉。石英脉脉状、透镜状、细脉状或网脉状，乳白色，多含黄铁矿，规模较小，一般厚5～10 cm，矿化较强，它的出现往往是矿化好或富矿包存在的标志，金品位较高，均不同程度地赋存有金矿体。仙人脚矿段的1号脉和7号脉的北部矿体未封闭，进一步勘探，黄金资源储量有望进一步
提高。
参考文献
[1]Wilford J.Thematic mapping and three-dimensional modeling of the regolith for mineral and environmental assessment[C]//31th International Geologic Congress.2000.
[2]池顺都，周顺平，吴新林.GIS支持下的地质异常分析及金属矿产经验预测［J］.
地球科学，1997（1）.
综合工程地质法 篇4
工程地质学家只有知道如何为工程增加附加值, 其贡献才会被项目经理青睐, 工程也会最终受益。因此, 重要的是找出一些能确保工程地质学家为工程建设作出行之有效贡献的策略。然而, 对行之有效的工程地质学有内在帮助的策略还刚刚问世, 例如:Fookes (1997年) 。有些人还担心这一学科 (Knill, 2003年) 。
“综合工程地质法”基于一种理念, 那就是:现场条件应被视为是整个地质、地貌历史变迁的结果, 任何工程若要取得成功, 必须尽早充分了解这段历史。多年来, 凭借经验, 这一方法已经在实践中得到应用, 但将其正式化还只是近年来的事 (Fookes 等人, 2000年、2001年) 。
综合工程地质法的前提是:只有在对项目区域的整个地质、地貌历史变迁及其所属的工程意义全面了解之后才能得出合理的项目实施所需的重要决策。在最近的岩土工程风险管理的权威指南中 (Clayton, 2001年) 体现了这一观点。由此可见, 采用这一方法是工程地质学家为所有地上工程项目的实施贡献最行之有效的途径。
本文通过描述“综合工程地质法”在澳大利亚西部皮尔巴拉地区一些主要铁矿石运输铁路的勘测、设计、施工及营运中的应用, 由此指明该方法中所包含的实际策略。
本文总结了作者在亲身参与这一系列铁路工程建设期间所取得的工程地质信息及经验教训, 并以这些经验为契机阐明“综合工程地质法”的应用。本文分三部分阐述该方法。第一部分回顾皮尔巴拉地区的发展, 总结该地区的地质、地貌历史变迁。因为, 这是所有工程地质学研究的起点。第二部分探讨工程地质学与铁路工程项目之间的关系。因为, 这是工程地质学在实际工程项目中的应用, 后者与前者息息相关;第三部分描述在与地上工程相关的一系列问题的决策过程中工程地质学家所扮演的角色, 以此说明“综合工程地质法”在项目设计中所起的作用是行之有效的。
1概述、地质与地貌 (皮尔巴拉地区的发展状况)
工程地质学家在到达工程现场的第一项任务就是对该地区的发展状况作出一个大概的评估, 并了解该地区的整个地质、地貌历史变迁。皮尔巴拉地区位于澳大利亚西北部。早在19世纪晚期, 进入皮尔巴拉地区的欧洲定居者首先发现了这里的铁矿石蕴藏, 但直到1960年澳大利亚联邦政府解除了对铁矿石出口的禁令后其系统性开采才得以开始。
(1) 铁矿石开采。
铁矿石的可采矿床可被分为三类 (Kneeshaw, 2000年) 。
1) 层状矿 (又名“基岩矿”或“富集矿”) 。
由假象赤铁矿、赤铁矿及针铁矿构成, 从元古代哈默斯利 (Hamersley) 群富集条带状含铁建造中开采 (口头上称为“BIF”) 。
2) 槽矿 (或槽铁矿) 。
由第三纪中期冲击形成的古河道中的粘质针铁矿及赤铁矿豆岩组成。
3) 碎屑矿。
存在于源自相邻层状矿的晚第三纪塌积扇中。
自1966年开始从皮尔巴拉开采铁矿石以来, 至2003年止, 已开采约40亿t。2003年的年产量为1亿8千万t, 占全球产量的9%左右 (包括低品位和高品位矿石) , 约占整个海运贸易的35% (只限于高品位矿石开采) 。
(2) 铁路系统。
从皮尔巴拉开采出的铁矿石用于出口, 通过世界上负载最重、线路最长的铁路运往装运港。运铁矿石的火车通常有240节, 长达2.6 km。每节车厢承载约130 t铁矿石, 通常在矿场附近的火车折返的环线上装车。每个火车头的功率达6 000马力, 一列重载火车通常由4节车头拉动。各节车厢每个车轴承重35 t, 并将其传递至轨距为1 435 mm的铁轨上, 铁轨铺在间距为650mm的预制混凝土枕木上, 枕木下垫有200～300 mm厚, 直径40 mm的道碴。运矿石火车通过的限制坡度通常最大约为0.5%左右。自60年代起铁路就随着铁矿石出口的增长而不断发展。估计目前铁路系统长约1 400 km, 而且, 新的铁路正在规划中。作者自90年代起就开始参与皮尔巴拉的铁路开发了。
(3) 皮尔巴拉地区的地质及地貌。
对某区域地质、地貌历史变迁细致了解对项目设计的影响是综合工程地质法的基本策略。了解范围必须非常广泛, 有时甚至会触及地质方面的问题, 如:区域变质或老粘土, 这些问题对于工程经理来说显得神秘莫测。这与传统方法形成对比, 后者通常限于对探孔、探井进行记录, 以及在实验室进行强度及指标特性方面的测定。
1) 基岩地层情况。
皮尔巴拉地区是一片古陆区, 下伏块状太古代花岗岩及片麻岩, 岩龄3Ga (即30亿年) 。在该地区南部, 在晚太古代及早元古代时期, 层状火山岩及沉积物覆盖在侵蚀后的古陆表面, 距今约25亿年 (Trendall, 1990年) 。
在元古代早期阶段地球大气中的含氧量很低, 这使风化产生的二价铁得以溶解、保留在海水中。据推断, 在元古代时期, 海水中进化出的靠光合作用生存的生物, 它们释放出氧气从而使溶解在海水中的铁以三价铁的形式沉淀下来, 如赤铁矿, 这样就形成了BIF中的富铁层 (Trendall, 2000年) 。所修筑的铁路主要是为矿床周边发展起来的矿场服务, 矿床位于皮尔巴拉中部, 主要为哈默斯利岩群。估计该岩群总厚度约2 500 m, 由8个岩层组成, 包括BIF、“页岩” (用于皮尔巴拉地区的术语, 指夹层细砂岩、分层粉砂岩及泥岩) 、白云石、及厚层序碱性和酸性火山岩。某些岩层特征明显, 具有较厚的碱性侵入岩岩床, 如辉绿岩。
哈默斯利群有一个与众不同的特征为BIF单位的地层横向连续性, 可绵延数百公里 (Trendall 1990年) 。在进行区域地质测绘时, 可从连续地层中找出与具体岩床相关的标准层及明显的地貌特征。略微褶皱的交替岩层左右着景观的演变, 它与更加坚韧的BIF岩层一起形成了特殊的具有单斜脊或台地形状的山脉。许多宽阔的深谷都与Wittenoom岩层和Bee Gorge页岩有关, 前者属岩溶发育地层, 后者则更易被侵蚀。晚太古代及早元古代火山岩及沉积物在20亿年至16亿年前的Capricorn造山运动中发生变形, 并被厚辉绿岩岩床侵入产生中等区域变质。变质的一个重要结果就是在部分岩体中生成石棉状矿物 (Trendall 及Blockley 1970年) 。这种矿物的存在造成了一种地质灾害, 给现场的健康和安全带来问题。
BIF由交替纹层构成, 或由不同比例的燧石层、粉砂岩、泥岩及赤铁矿构成。在BIF层序中, 通常有块状硅质岩床, 这种岩床具有很高的强度和耐磨性。这种耐磨硅质岩会降低金刚石取心及炮眼钻凿的生产率, 引起钻头过度磨损, 同时还会严重磨损运土及加工机械。
该地区大多数基岩类型具有较高的单轴抗压强度。但是, 基岩的工程特性反应石料特性及所有类型存在穿透间断性。例如, BIF可含有单轴抗压强度为150MPa (甚至达到450MPa) 的硅质岩床, 但也可能含有“页岩”岩床, 这种岩床在褶皱过程中受到剪切, 强度较弱, 更易风化, 以及含有残余抗剪强度低至ϕ'r=15°, c'r=0的垫层面。地质构造的影响使工程特性变得更加广泛。比如断层、节理、尤其是深层风化断面发育的影响。基岩地质基本左右着许多材料的分布及工程性能, 铁路路堑将在其中开挖, 构筑的较厚填方将从中取料。
2) 基岩构造。
基岩中地质构造的走向及发育程度, 尤其是垫层面, 是路堑边坡设计中最关心的问题。在区域规模及冲断层构造背景下, 在Capricorn造山运动期间, 中皮尔巴拉的基岩受到折叠 (Tyler and Thorne 1990年) 。在皮尔巴拉地区工作的结构地质学家已确定5个不同的褶皱期 (Tyler 1991年) 。中皮尔巴拉层状岩中有两种具有工程意义的褶皱型式:①露天的大规模区域褶皱导致10°～30°的倾斜。这些褶皱可使坚固、均质的垫层面产生比摩擦角更大的倾斜, 地层倾斜可导致不稳定岩石边坡的发育。在皮尔巴拉这种不稳定的天然岩石陡坡随处可见;②更致密的局部褶皱, 受限于可能与断层或侵入有关的构造走廊中。这些构造使整个垫层面产生联锁, 降低了大规模及中等规模不稳定性的可能。但由于垫层面反向倾斜, 可能导致岩石露头处或路堑边坡中产生小规模局部失稳。
断层形式主要为与区域压缩有关的缓角冲断层, 在铁路开挖施工中很少遇到。节理大量反映出相邻褶皱及断层系统的构造形态。在大多数BIF单元中至少有三条清晰的近垂直节理组, 但在其他基岩类型中这些节理组发育不佳。在坡度平缓的BIF褶皱翼部上发育良好的主节理通常延伸数百米 陡峭稳固的主节理对保持悬崖线的稳定性起着基本的控制作用, 尤其是在岩体易于崩塌之处, 这使悬崖线形成了特有的“锯齿”形状。
3) 地貌演变。
地貌演变决定表层堆积物、风化剖面的分布以及坡地地貌过程, 因此对近地表物质的工程特性具有深远影响, 铁路的土方工程就是在近地表物质中施工的。欲了解地貌演变, 首先必须了解该地区的区域构造演变, 因为后者控制着古纬线、抬升率以及过去的气候、风化过程及侵蚀周期。在二叠纪时期, 当皮尔巴拉地区还属于极地冈瓦纳古陆的一部分时, 也许其上覆盖着冰川, 因为在西澳大利亚古陆地表的盆地中发现有冰川沉积物留存 (Anand和Paine, 2002年) 。在侏罗纪时期, 超级大陆开始漂移, 形成了今天的澳洲大陆。中生代时期, 渐进的侵蚀在稳定地块上切割出了宽广的、相对平坦的地表。在中生代晚期, 由于海洋环流受限, 据信那时的气候与现在相比更加温暖, 在全球更加均衡 (Summerfield, 1991年) 。因此, 尽管现在远在南方, 该地块经历了几轮深层化学风化及硬壳层形成的过程, 最终形成了明显的“哈默斯利地表”, 其遗留痕迹现在在整个皮尔巴拉都可见到 (Campana等人, 1964年;Twidale, 1994年) 。新生代时期, 渐进式抬升及微量隆起, 风化、硬壳层形成、以及重新切入期的侵蚀, 造就了一系列复杂的坡地、崩积和冲积沉积物及硬壳层。
4) 新生代气候变化。
自冈瓦纳古陆解体后, 澳大利亚大陆板块向北移动超过纬度30°, 同时全球的气候系统已经历了巨大的波动 (Bowler, 1982年) 。根据澳大利亚周围的层序地层对新生代气候变化及风化层演进所作的研究表明, 在第三纪时期, 至少有4个明显的更加强烈的风化期 (McGowran和Li, 1998年) 。一种更简单的观点认为大多数在皮尔巴拉留存的深层风化断面在白垩纪晚期至中新世中期之间接连发育 (Killick等人, 2001年) 。
尽管皮尔巴拉已从南纬55°移至南纬25°, 但看来在第三纪时期, 其气候属于“热带”或“亚热带”, 即, 温暖多雨。可能该区域多数时候都覆盖着浓密的森林, 侵蚀面曾有深层风化, 铁在地貌中具有很高的活动性。渐新世晚期至中新世中期, 由于硬壳层侵蚀、河成沉积及铁的富集, 形成了CIDS岩层 (Ramanaidou等人, 2003年) 。
在上新世时期, 曾有过切割、侵蚀冲积沉积/塌积扇。这可能源于区域性构造抬升及越来越严重的干旱, 同时伴随着植被覆盖减少及周期性极端风暴。上新世冲积/塌积扇缓坡末端, 可为目前的铁路施工提供绝佳路线及优良建材。一般认为第四纪属半干燥气候, 由于季风影响, 夏季炎热多雨。在第四纪期间, 由于与冰川期及间冰期有关的全球气候波动, 该地区的降雨在雨量及强度方面可能经历了巨大的变化。在邻近的Kimberley地区也可能有类似经历, 该地区在第四纪时期的明显气候波动已有文献记录 (Wende等人, 1997年) 。然而, 还有待于在皮尔巴拉地区进行研究, 以了解过去干旱的增加或与季风性活动有关的极端洪水事件的重现期。
5) 表层堆积物。
在不同气候条件时期形成的表层堆积物在龄期上有差异, 从第三纪至现代不等, 并在基岩表层或接近基岩表层的地方形成堆积物。表层堆积物的形成有4个主要过程:①崩积。塌积砂、砾石及坡地上漂砾的沉积;②冲积。崩积砾石、砂子、淤泥的沉积及冲击扇中或泛滥平原上的粘土、沟渠。较细的沉积物多沉积在冲积扇远端, 粘土则易沉积在低洼的漫滩中;③同时存在于基岩及松散沉积物上的风化剖面的演进, 包括溶解及矿物种分解;④在表层堆积物中或风化剖面顶部生成的矿物种在基岩上适当的位置将疏松物质粘接在一起, 形成岩石或砾石物质, 并成为硬壳层 (Thomas, 1994年) 。
占主导的硬壳发育 (Hocking和Cockbain, 1990年;Killick等人, 2001年) 及深层风化导致地貌中形成一系列胶结地表。从工程角度看, 所有能将土壤转变为岩石的表面过程无疑都很重要。根据胶结料的不同, 岩石可分为:①铁砾岩由氧化铁胶结而成, 通常呈褐色或红色, 外观为瘤状, 有时形成细砾或不规则岩石材料;②钙结岩由碳酸钙胶结而成, 通常为红粉色或白色砾石, 有时形成板状石料;③硅结砾岩由二氧化硅胶结而成, 通常为白色燧石、砾石, 有时形成板状石料。
活性粘土 (潮湿、敏感粘土) 在更加平坦, 更远的崩积坡及洪积平原上沉积或发育, 形成称作“gilgai (粘土小洼地) ”的区域 (Beckman 等人, 1970年;Cooke和Warren, 1973年;Maxwell, 1994年) 。粘土小洼地 (gilgai) 外观呈圆丘状, 带有裂纹及“蟹孔”。由于土壤中占比很大的活性粘土的干湿变化, 造成其明显的季节性体积变化, 从而形成粘土小洼地 (gilai) 地貌, 它有很大的地质危害。
6) 现在的地形、气候及植被。
目前, 中皮尔巴拉是一片基础高程为海拔700 m的半干燥高地, 有延伸至1 000 m高的山脉。地形起伏导致坡地地貌过程活跃, 影响铁路, 如:泥石流和塌方。
夏季日间温差高达40 ℃, 冬季有霜, 年蒸发量大大高于年降雨量, 年平均降雨量180～350 mm。但由于周期性飓风和给当地带来强降雨的雷暴单体的影响降雨量无规律可循。有时可能在某一特定区域数月, 甚至数年无降雨, 但有时短时间内雨量会达到全年雨量, 导致河洪水泛滥, 沙石沿坡而下, 沿主河道移动。在雨季, 24 h内雨量达到200 mm的情况也可能遇到。这种无规律的强降雨对坡地地貌过程速率及灾害性洪水的发生起着主要控制作用。
由于半干旱环境, 沿主河道生长的灌木、鬣刺属草、以及独株生长的桉树是该地区的主要植被。欧洲人在此定居以来, 他们就在该地区放牧, 但未对植被造成重要影响。然而, 由于植被稀疏, 径流速度加快, 下坡沉积运动不受阻碍, 造就了活跃的坡地地貌过程及洪水。
在皮尔巴拉, 山脉起伏, 峡谷纵横, 绿色植被与红色或褐色的岩石相得益彰, 由于风景壮美, 皮尔巴拉多处现已被设为国家风景保护区。
7) 现在的自然坡地。
皮尔巴拉地区的坡地反映出下伏岩石及构造的情况, 以及不同阶段风化、硬壳形成、侵蚀和沉积的印记 (Joyce和Ollier, 2003年) 。坡地上部通常为以前侵蚀面的残余, 包括磨圆的硬壳部分或与基床基本平行的平面。上部坡地之下为陡峭的悬崖线, 它受坚固的近垂直的节理控制, 这些节理经常由于抬升和切割作用造成的地貌更新而发育。悬崖线通常较活跃, 常随塌方碎屑裙一同解体, 形成中间搬运坡地。悬崖和塌方之下, 在冲沟和溪谷的退出点上, 遍布从冲积/塌积扇沉积物, 覆盖在坡地上。冲积沉积和泥石流形成了朝向坡地基层的小角度扇。宽谷之内, 有冲积滩何间歇性泛洪水系。
8) 综合工程地质学历史。
上述皮尔巴拉地区的整个地质、地貌历史变迁, 将作为综合工程地质法的一部分被解读。表1概括了这段历史及其对铁路工程的影响。
2综合工程地质的项目策略
即使对地质地貌的了解比较全面, 也不会对各个铁路项目的实施提供足够、有效的支持。因此, 必需制定各种策略, 有效地获取并传达这些知识。地质资料必须在适当的时间交给项目组中适当的人, 其内容应该容易理解, 并且附带说明这些资料的重要性。
2.1项目阶段
为在皮尔巴拉的铁路工程中行之有效的采用综合工程地质法, 在每个典型的工程项目阶段都收集并传达不同类型的信息。预可行性研究、可行性研究或初始设计阶段, 资金是有限的。并且收集能支持非常广泛决策的低成本信息无疑是主要目的。因此, 上述阶段的勘测调研通常包括案头研究、航空照片研究、场地踏勘、通过现场考察对航空照片判读进行地面验证、总体测绘和检查。详细测绘、坑探、钻探孔以获取深挖资料、实验室试验等都非常昂贵, 只有在路线变得更加确定、需要更多详图进行设计和成本估算时才可实施这些勘测。
2.2 勘测报告的目的
(1) 为铁路设计提供所需的足够资料, 估算项目成本, 以便为项目筹集资金。
工程师的估算通常要求精确至±20%, 并可行。
(2) 以现场勘测报告的形式为合同工程预期投标人提供地上工程信息。
由于此报告最终将具备合同意义, 控制其格式和内容很重要。
由于这两个功能, 在编制铁路勘测报告时应注意以下目的。
1) 勘测的总目标是对地面情况进行详细描述, 使不会遇到工程规模的未预见地况。必须在勘测支出与所得到的有用信息之间取得平衡 (Stap-ledon, 1982年) 。对于这些铁路项目, 当下列问题得到肯定回答时, 证明在支出及利益间已取得合理平衡:①是否已绘制比例约为1∶5000的地质图, 合理存档并对其充分了解, 以便为所有路堑建立可靠的地质模型 (草图和断面) ;②是否已描述所有路堤基础条件;③是否已找到建筑材料的所有来源, 并已描述其性能;④是否已确定所有的地质灾害;⑤完成的用于招标进行建设的线形设计是否合理。
2) 所有观测结果采用标准化叙述体系呈现, 以最大程度降低在设计或施工之间产生对材料的地质和岩土工程描述含混不清的情况。在皮尔巴拉, 《澳大利亚现场勘测标准-AS1726》构成该描述体系的依据。
3) 强调非书面交流, 即, 彩色照片、地图、图纸等, 那些对工程地质描述项不清楚或不了解的人可通过查看这些照片了解地况, 尤其是与机械性能有关的信息, 如撕裂试验和反铲挖掘。
4) 将所有与项目有关的资料整合后或编成报告提供给预期投标人, 或将预期投标人召集起来共同查看 (参见1987年建筑业委员会指南) 。
5) 在报告中描述观测、解释及建议之间的明显区别, 以最大程度降低所提供信息属性的含混不清。所有现场勘察资料将编成“实况报告”, 它只包含勘测信息而无解释, 解释和建议将记录在一本单独的“解释/评估报告”中。这两份报告都会提供给预期投标人。
从业主角度来说, 提供给预期投标人的资料越多, 业主在简报期制定招标文件时遇到的不确定性就会越少。由于只允许通过增加估价在投标价格中存在不确定性, 这些策略在获得工程竞争性招标时将受到特别指导。
(3) 地质测绘的重要性。
测绘在早期的 (即, 20世纪90年代之前) 皮尔巴拉铁路施工中的勘测中并不是一个十分重要的组成部分, 当时的精力主要放在成本更高的地下勘测上。这种方法被证明效率低下, 是全球大型土木工程项目所采用的典型传统方法) 。这种方法曾被人讥讽为“先打洞, 后提问”, 与综合工程地质法正相反。传统方法在对长的线型构筑物 (如, 铁路) 进行勘测时尤其低效。由于设计时会要求对线路作出更改, 过早在此类工程中实施地下勘探几乎不可避免地会导致额外的代价不菲的地下勘探。相反, 对线路通道进行早期工程地质和地形测绘代价低而富有成效, 因为它不需用昂贵的设备, 而且更有可能提供与最终所选线路相关的一些信息。
更重要的是对线路通道的测绘要求仔细观测地质地貌, 解释近地表地况, 报告并生成一个将所有信息整合在一起的“模型”供将来分析。因此, 地质测绘可被认为是综合工程地质法必要的、起决定作用的策略。
在采用该方法的地方, 将按各种比例对线路进行详细的工程地质与地形测绘。将测绘作为主要的勘测手段, 同时也允许对随后进行的地下勘探 (如, 钻孔及撕裂试验) 制定计划、订立目标, 以便于更加有组织的对工程地质岩层进行勘察。而传统方法在定位地下勘探点时通常不考虑地质情况。比如, 在最深路堑的最高点上进行钻探, 而现有便道就在那里越过中心线, 或最糟的情况, 沿中心线每隔5 km就有一个探孔!
通过利用特征工程特性以甄别地质单元为目的绘制出工程地质图 (Fookes, 1969年;Dearman, 1991年) 。在实际情况下人们发现综合工程地质法要求设别的测绘单元有4种规模, 分别采用如下四种术语。
1) 地形单元。
由明显的基岩集合物、表层堆积物和带有可识别工程特性的地形组成, 按照1∶50 000至1∶250 000比例绘制。地形系统测绘最近由Phipps审查 (2001年) 。
2) 工程地质组。
由一系列具有特殊工程特性的、在根源上有联系的土壤、岩石、地形群构成, 按照1∶5 000和1∶50 000的比例绘图。这些单元被Dearman命名为“工程组”。
3) 工程地质段。
由单一岩石类型构成, 但可能有一系列工程特性。段内的工程特性变化通常源自地质构造以及地表过程对岩性的影响, 因此能反应整个地质、地貌历史变迁。这些地质段通常按1∶5 000至1∶1 000的比例绘制, 用于具体工程单元的详细设计。这些单元被Dearman称为“岩性类型”。
4) 工程地质型。
指有显著的同源工程特性, 并用标准描述体系描述的地质单元, 通常在钻孔日志、探井记录和露头记录中出现。
不同的测绘单元采用Varnes (1974年) 描述的划分过程在野外、图例上或日志中进行合理的区分。测绘单元为系统性地观测、收集信息提供了一个框架。
(4) 参考条件的定义。
定义参考条件是综合工程地质法的另一个基本策略。参考条件 (CIRIA的报告, 1978年) 由具有相似工程特性的地质物质群组成, 并描述可合理预期或预见的地质条件范围 (Essex, 1997年;Knill, 2003年) 。
利用参考条件可向项目工程师描述并传达地质条件。与用于建立测绘单元的划分过程相反, “参考条件”由分组过程建立。定义参考条件也是建立模型的一部分, 这些模型是了解与传达过程的核心。在大多数工程中, 地质模型建立在对一小部分土地观测或取样的基础上, 有可能出现不同的解释。若一项工程将根据合同施工并且对特殊的土地特性了解程度不确定, 这可能对承包商在方法或成本选择上产生重要影响。参考条件的使用则表示出那些为合同依据而作的假设 (Muir Wood, 2000年) 。
在中皮尔巴拉, 所有岩石-地层单元本质上是不同的BIF和页岩演替, 带有不同程度辉绿岩侵入。这些地层经历了折叠、冲断、深层风化和硬壳层形成的过程。因此, 可将大量不同地质组 (具有明目繁多的地层命名, 且已在各种场合进行过修订) 减少为少量的参考条件, 并以最少的地质术语来传达。参考条件的重要作用归纳如下。
1) 正式定义并描述工程地质组及地质模型的组成部分。
2) 通过将具有相似工程特性的地质单元进行分组简化地质情况, 减少与技术人员的交流困难。
3) 最主要的是将可为合同目的合理预见的地质条件存档。
4) 减少实验室试验, 只测试各参考条件中具有代表性的样品, 而不是测试所有遇到的地质单元。
5) 可融合存在于项目区以外、并且可能与参考条件有关的类似地质单元的知识。
6) 对施工产生实际帮助, 如预计设备性能和生产率。
表2中是用于中皮尔巴拉的一些典型参考条件的示例, 表3中是典型参考条件的地质和工程特性。
(5) 模型的使用。
Fookes (1997年) 已对地质模型在项目设计中的运用作过详细描述, Newman等人 (2003年) 已对地质模型在具体工程中的战略运用作过描述, Harding (2004年) 已论述过模型在土地勘测中的更多一般用途。倚重于工程地质模型的使用, 综合工程地质法可以:①组合、对照不相干的信息基础;②解释、介绍和传达观测到的或推断出的条件;③表明合理预期的、可能会要求作进一步勘测的条件。
为使模型有效, 每个模型都必须满足三个标准 (Moores和Twiss, 1995年) :①模型必须功能强大, 也就是说能解释大量根本不同的观测结果;②模型必须精简, 并且与它要解释的观测结果范围相比, 假设条件的数量必须尽可能少;③模型必须可测试, 意思就是模型必须能预计 (至少在原理上) 可通过观测证实的条件。
皮尔巴拉铁路工程中开发出的模型, 采取的形式为:简单的地质地貌图和断面、在工程地质图中结合地质、地形和岩土工程信息、演化图和3D地块模型。这些模型代表三种不同的信息:①概念模型, 它表明测绘单元、及其可能的几何形状以及预计分布之间的关系。这类模型用来方便地呈现不同地形单元和工程地质组的性质;②观测模型, 用来以2D的形式 (如, 地图及断面图) 或3D模型 (如, 方框图) 呈现已观测到的、已解释过的参考条件分布, 并且受地下数据或来自地面的推断的约束;③演化模型, 它利用一系列草图、断面图或地块模型说明地形单元、工程地质组或参考条件及时发育的方式, 带时间的、描述地质地形演进的地块模型称为4D地块模型 (即:3D加上时间维度) 。
用这些模型可以帮助理解综合工程地质, 为地下勘探或详细测绘勘测 (尤其为可能的取土源或地质灾害, 如:滑坡、不稳定土体、洪水) 指定目标区域, 为铁路线路通道内的工地与本地区域性地质地层情况和构造情况建立联系, 评估路堑可开挖性、路堤基础情况和建筑材料位置, 为已选定地质灾害设计控制方案。非常重要的是这些模型也是一种用于将已解释的、已预计的条件传达给项目工程师的图形工具。这些相对简单的模型帮助项目工程师领会地质情况的工程含义, 并理解收集地质证据的重要性以及地质观测、解释和预见的作用。
(6) 有效的地下勘探。
地下勘探是铁路调研的一个基本部份, 为了尽量降低开支, 其范围受到限制。地下勘探的目的是为通过地质测绘还无法确定地质情况的地区提供补充资料, 并为参考条件的存档提供代表性数据。用橡胶轮胎反铲挖掘机挖出的探井通常用来表现铁路通道内已测绘单元的特性。探孔用于一些更深的路堑处, 以证实地表测绘的情况。
在皮尔巴拉植被稀疏的丘陵区, 利用大型推土机 (通常为Caterpillar D10s型推土机) 开挖深的宽沟 (当地称为“槽探”) 将土地情况暴露出来是一种特别有效的、成本低廉的地下勘探技术。从这样的槽探中收集到的资料用于评估可开挖性, 以Pettifer和Fookes的书中描述的技术为基础。
已试图采用地震横波折射法的形式用地球物理技术评估可撕裂性, 但却无法轻松可靠的解释其信息, 这种技术被认为在皮尔巴拉的铁路勘测中不太实用。
同时需要钻探出数量有限的探孔, 以支持施工合同的签订。这些重要的探孔将为预期投标人提供“传统”类型的信息 (即, 在招标准备期间供投标人查看的岩心样本) , 以应对投标人声称所得到的资料不同寻常的情况。所选探孔也将各参考条件完整存档 (作为项目基础资料的一部分) , 构成了解土地情况的一个基本部份。
(7) 所制定的设计目标。
铁路项目中与地面工程相关的设计主要包括:①横向与竖向定线的优化、相关的开挖量及土方量, 因为这些代表主要的成本变化;②来自路堑与取土场的建筑材料的定义;③为达到某一性能而进行的边坡挖填设计、桥基与排水设计。
工程地质学家在地面工程设计阶段可帮助选择路堑倾角、进行可开挖性评估、以及对所有已发现的地质危害进行评估。在项目设计阶段 (在皮尔巴拉, 有时称为“最终工程研究”) , 业主与监理工程师希望将估价精确到±10%。对于地面工程部分来说这很难做到, 因为还存在很大的不确定性。但是, 由于与项目其他非地质部分有关的费用不确定性通常小于±10% (如:钢材、水泥、枕木以及许多固定费用) , 因此在地面工程费用估算中不准确性超过±10%的部分将通过其他部分来平衡。这通常使净成本估算的准确性达到±10%的目标。主要勘探工作阶段结束后就开始着手详细设计, 这时承包商应完成所有文档的编制。在这一阶段, 工程地质信息通常被纳入以下列两种类型的报告:①“解释性报告”, 它包括设计的细节, 并将提供给预期投标人;②内部“设计依据报告”, 与设计过程有关的详细信息及前提条件将记录在此报告中。由于这些信息与承包商的工作无关, 因此不会下发给预计投标人。
详细设计阶段并不总是一个独立的、定义明确的阶段, 它与项目资金筹措的最后阶段联系紧密, 并且经常受业主与监理工程师之间存在的契约关系影响。
(8) 观测法。
由于后勤与资金原因, 在工程施工前不可能对每条铁路路线的详细地质地貌进行详细、彻底的勘测, 因此, 设计与工程师的造价估算总是必须以有限的信息为基础。在铁路建设中通常采用“观测法”来克服地面工程中一直存在的内在不确定性。
观察法不只是在施工中观测地质条件并找出解决问题的方法, 尽管在许多工程中, 对观测法人们是这么认为的。要合理运用“观测法”, 在施工开始前就必须考虑可从地质模型中合理预期的一系列情况的工程含意, 并将这些含意运用到项目管理中。 (Peck, 1969年;Fookes 等人, 2000年) 。不确定性最好通过假定一系列设计来处理, 并允许将其作为紧急情况来估算成本。在施工期间, 若观测到所遇到的地面条件发生改变, 设计可作出相应更改。只要合同包含足够的灵活性, 变更将不会对承包商或设计方造成较大的影响。该方法对皮尔巴拉的铁路建设尤其有效, 主要有以下几个原因:①“短工期模式”, 许多工程都必须在短时内完成。一些项目计划施工数百公里的重载铁路, 而从开始可行性研究到建成, 工期只有3年;②在项目批准前进行勘测作业的“成本效益”。在崎岖不平的地区利用探孔勘测许多深路堑将需要很长时间并花费数百万澳元, 而不一定有那么多时间和资金;③当与采用全面开挖来进行地质勘测的方法相比较后得到的对所有地质勘探技术相对无效性的认识。虽然一根取自某地的直径83.1 mm的20 m长优质定向PQ3岩心可能非常有用, 但要得到它却代价不菲, 并且它所提供的详细地质信息永远不会与一条在同一地点, 深20 m、长100 m的路堑所提供的信息一样多。
(9) 施工及营运中的责任。
在施工中采用观测法要求工程地质学家进驻现场并构成施工队的一部分, 工程地质学家的职责如下:①应用观测法;②如果需要的话, 重新设计路堑边坡;③土方材料管理, 包括回填材料的分类、指定足够的取土场;④如果需要的话, 定位与标识更多的取土场;⑤找出地质危害, 尤其是石棉状矿物;⑥为合同管理提供所遇情况的记录文档;⑦确认所指定的参考条件。
竣工后, 要编制一份竣工报告与一本维护手册, 有:①将竣工条件存档, 尤其是开挖稳定性、填充斜坡、工程的修整与详图、地面排水;②指明业主在接收工程时应知道的风险, 如:可能发生塌方的区域, 或涵洞可能被洪水冲毁的地方;③概述在铁路整个营运期可能要求的维护与监测措施。
(10) 需要的资源。
执行本论文所述的研究类型究竟要花多长时间, 这将估计难以。表4以许多不同项目为依据, 列出在相对平坦的土地上施工50～100 km铁路在不同阶段需要的有经验的工程地质学家人数及所需时间。长度10～30 km、穿越更深切割山地的铁路也需要相似的资源。
每一位相关工程地质学家都至少有10年的工作经验, 并且曾在皮尔巴拉地区多个地方工作过, 即, 他们相当于获得了“特许地质学家”身份, 并且已在边远地区的多种工程项目中有超过10年的工作经验。除这些资源外, 还安排其他专家周期性的参与到项目中, 以确保应用到项目中的技术知识的广度。不同时期的地质小组包括:
①一名进行工程地质研究技术审查的经验丰富的工程地质学家;②一名专业爆破顾问;③一名专业土方工程顾问;④一名专业石棉状矿物顾问;⑤一名专业区域地质顾问。
把所有这些资源整合在一起可以生成高质量的地质知识, 向参与铁路设计、施工及营运的工程师们介绍并传达。这些工程使用表4中所示的资源级别, 并采用综合工程地质法。
(11) 独立审查。
由经验丰富的从业者进行独立正式审查被公认为是一种能保证与地面工程有关研究质量的最有效方法之一 (Fookes, 1997年) 。人们发现使用正式审查对这些铁路工程极有裨益, 该审查有两种级别, 一是地区级;另一个是国际级。通过将两种级别的审查相结合, 工程地质研究的质量得到了保证。国际审查人员通常绕过监理工程师直接向业主汇报。这能鼓励坦诚、客观地进行问题讨论, 避免任何商业利益影响审查结果。
3工程地质问题
综合工程地质法需要工程地质学家参与有关地基工程的勘察、风险管理、设计和施工监督等诸多不同领域的工作。土木工程师普遍认为涉及常规数据收集的施工任务 (包括录井试验坑和钻孔) 是项目管理所必需的。然而, 对于某些恰好是工程管理经验中尚未遇到的工程地质问题, 则需进行专门研究, 譬如对距铁路线相当远的地区进行的详细航空照片判读或尤其与地理特征相关的观察。在上述情况下, 一旦成本效益和风险降低潜力经工程管理得以证实, 便可获得批准进行必要研究。工程设计经理师们因综合工程地质法而受益颇多, 于是他们逐渐开始认可工程地质学家们对各项目所做的贡献。
3.1 岩土工程灾害
岩土工程灾害的确定和评估可能会对任何施工和作业造成影响, 因此这是一项重要的勘察活动。皮尔巴拉 (Pilbara) 地区已确定的岩土工程灾害包括大面积岩崩、喀斯特、石棉状矿物、崩陷土、活性粘土、地震活动、洪水、混凝土骨料安定性和因地下水位降低而出现的沉陷。
(1) 岩崩。
由于存在沿岩层的陡坡、曲折地形、带软岩层的轻微褶皱基岩, 预测皮尔巴拉地区会出现大量岩崩。据记载, 该地区曾发生过一次大面积岩崩 (Wyrwoll, 1986年) 。与MacCrae页岩特殊地层单元相关的航拍照片也显示出若干大面积岩崩 (估计方量约为5千万m3) 。在岩层开裂带低至9°倾角的间隙处, 部分岩崩已进一步扩大。铁路可行性阶段勘察期间已确定了因在含页岩地层层序某些位置进行深路堑开挖而造成的大面积不稳定性。平行于地层走向的路堑存在的极高风险、以及横穿倾向坡的开挖均会破坏倾斜地层。由于制定工程解决方案需要时间, 可能产生费用, 而且残余风险等级的不确定性可能仍与拟采用的稳定措施效果有关;故在考虑上述极高岩崩风险的基础上采取了一项预防策略。
(2) 喀斯特。
在皮尔巴拉地区, 喀斯特地形 (Waltham和Fookes, 2003年) 发育不良且极为少见。但根据该地区特殊的地质情况和已记录在册的喀斯特特征 (Waterhouse和Howe, 1994年) , 预测该地区会出现落水洞。危险区域通常出现在位于Wittenoom地层 (由变质白云岩、含白云石泥质岩、燧石和火山碎屑砂岩构成) 之上且含有较厚第三纪碎屑填充物 (包括湖泊石灰石和相关钙质结砾岩) 的许多宽阔山谷中。在1∶40 000航拍照片上可看到上述区域中的一些单独落水洞。这些落水洞在1∶5 000低空航拍照片上以及直升机检查过程中同样可以看到。近几十年内, 喀斯特灾害区喀斯特含水层中地下水被抽出的地方已形成了直径为几十米的若干落水洞。
早期路线选择研究过程中, 铁路设计已绕开勘察过程中发现单独落水洞的地段。虽然目前上述落水洞发育的几率极小, 但落水洞会在喀斯特灾害区范围内发育并对穿越该区域的铁路产生影响的风险依旧存在。风险控制采用了原本为滑坡风险评估 (Anon, 2000年) 开发的风险管理技术。根据危害计算结果对上述风险进行定量评估, 其后果以年度人员伤亡概率、财产损失和收益减少来表示。按照风险出现年概率计算上述危害, 计算结果与各要素受风险影响的一系列条件概率有关, 由此得出:
R (D/P) =P (H) ×P (S∶H) ×P (T∶S) ×V×E
式中 R (D/P) —系指风险, 即年度死亡概率、年度财产价值损失、年度人员伤亡损失 (以美元计) 、或因停工造成的年度收入损失;
P (H) — 系指风险出现年概率 (以单位区域中形成一定规模落水洞的比率表示) ;
P (S∶H) — 系指风险环境中各要素受空间影响的概率, 即落水洞发育的风险影响区与受影响要素占地面积或范围一致的概率;
P (T∶S) — 系指时间影响范围内出现受风险影响元素的时间概率, 例如该范围内出现列车 (可能载有乘客) 的概率;
V — 系指易损性, 即风险影响伤亡损失概率、财产损失比或时间损失比;
E — 系指受风险影响元素, 例如财产价值、可能涉及的人数或持续生产收入。
上述数据用来计算各种情况下的风险, 以便做出有关工程设计方法成本效益的明智决定。上述方案将受影响元素移除风险区域, 便于管理引发喀斯特塌陷的活动 (如地下水抽取或集中渗透) 。为了检测沉降发育先兆, 所选工程设计方案包括监测。
(3) 纤维材料。
由于区域变质作用, BIF和辉绿岩中出现了通常看起来与阳起石一样的纤维状闪石。在一些地层层位中, 区域褶皱与火山碎屑主序的特殊化学反应以及层间剪切的存在有关时, 会出现纤维状闪石 (如钠闪石, 即青石棉) 。在西澳大利亚, 采矿和加工过程中因吸入青石棉纤维曾造成许多工人死亡。世界上最臭名昭著的青石棉矿之一就是从位于皮尔巴拉中部Wittenoom峡谷的BIF层序中开采的 (Trendall和Blockley, 1970年;Fetherston和Brown, 1990年;未注明日期的《西澳大利亚采矿作业分区宣传册》) 。
由于存在影响工人的潜在风险, 制定了严格的方案以便管理上述风险。该类方案包括风险识别、不同等级防护服的选用、以及相关施工程序 (如洒水降尘、遮盖被毁坏部位和在密封车中工作等) , 用以降低与有害纤维状矿物接触的风险等级。通常情况下, 在对工人有危害的地点与大自然之间采用开放式连接是特别有效的风险管理方式。
(4) 崩陷土。
从气旋半干旱环境和有限的植被中可预测近期将出现松散细粒冲积层沉积物、山洪暴发带来的风积淤泥和风蚀移动突起。承载后, 一旦发生洪水, 这些材料将会崩塌 (Cooke, 1986年;Waltham, 1994年) , 并可能造成路堤沉降。上述材料还具有难以浸湿和压实的特点, 均已通过地质绘图和试验挖坑加以辨认, 其深度通常不超过300 mm左右。上述细粉状表层材料已在施工过程中移至路堤范围以下。松散淤泥、砂像镜透体一样出现在深层土剖面范围内时, 从经济上来说, 将其移除是行不通的。在这种情况下, 可以预测出不会出现灾难性或过度沉降, 即可能会出现最大深度为几十厘米的沉降。在设计中, 可根据轨道重新铺道砟规划考虑上述沉降出现的概率。
(5) 活性粘土。
从基岩 (如变玄武岩和辉绿岩) 上组成或衍生自深度风化剖面的土壤可以预测该部位将出现活性粘土 (即水敏性粘土) (Anon, 1997年) 。同时, 从干旱和半干旱环境中发育的土层剖面也可与预测该地区会出现活性粘土 (Cooke和Warren, 1973年) 。在极端湿润或干旱的年度, 土层剖面中的活性粘土引发了大量变化, 并最终形成了特点鲜明的地形。这类区域被称为“粘土小洼地”。在航空照片判读和地表绘图过程中, 可通过其特有的表面形状 (几十厘米高的小土堆、较深的多边形干裂缝和“蟹穴”) 加以辨认。由于相关的穿越问题十分棘手, 因此, 铁路定线一般会避开较深的粘土小洼地。既有铁路线在该地区的穿越段需重新摊铺被松软材料掩盖的地层道砟, 摊铺道砟的厚度必须大于1 m。
(6) 洪水。
皮尔巴拉中部宽阔山谷范围内的铁路通道通常位于大面积塌积/冲积扇形群系。该扇形群系在穿过基岩走向山脊排水线位置发育而成;远侧部经常长合在一起, 形成相对统一的表层, 略微倾向冲积平原。穿越这些倾斜表面而修建的铁路可最大限度地减少土方工程, 并避免受到主要洪水灾害以及冲积平原沉积物中的活性粘土的影响。但是, 处于半干旱环境外加气旋雨情况下的倾斜, 会使倾向扇形群系的沟渠具有爆发大规模山洪的潜力。在此期间, 虽然皮尔巴拉已修建了铁路, 但洪水却冲毁了许多路段的路堤。因此, 修建了防洪堤以保护受扇形系中不稳定航道影响的某些铁路段。在既有铁路的设计使用年限内, 许多涵洞都会因砾石移动和大水淹没而堵塞;因此, 可能会出现大规模毁灭性的事件和河槽改道 (河道突然改道) 。水文资料的缺乏表明洪水重现周期难以估计。在设计中可以利用对地貌背景以及各排水系统的排放宽度的总体认识。但铁路施工的经济性就是这样, 涵洞设计通常被简化为采用25年的洪水重现周期、较大事件的潜在影响和设计中的一般不确定性往往被业主认为是可以接受的风险。
(7) 因排水而出现的沉陷。
半干旱环境中的施工用水不得不通过抽取地下水获得。大部分适合进行地下水抽取的预测区均位于带厚冲积层 (含洞穴状钙质结砾岩) 的山谷中, 其下方通常是洞穴状白云岩基岩。上述区域的脱水会形成前文中已介绍的落水洞群系;而表层堆积物厚层序的脱水则会造成大面积沉降。已估算出的最大沉降约为几百厘米。根据轨道重新铺砟规划, 设计中考虑了铁路线上上述沉降的潜在影响。
(8) 混凝土骨料安定性。
硅结砾岩硬壳和BIF基岩中存在隐晶硅说明其具有潜在的碱、硅反应活性。深度风化剖面上地下颇深位置的健岩表面会出现粘土矿物和细微裂纹。因此, 为了避免掺杂其他材料, 所用混凝土骨料均是精挑细选的。该类骨料通常是从新生辉绿岩中开采的, 多用于混凝土中。
(9) 地震灾害。
稳定的皮尔巴拉古陆区受级别相对较低的地震灾害的影响, 该类地震灾害的500年重现期加速度为0.16 g。虽然震级对铁路地层没有威胁, 但却关系着险峻溪流铁路穿越段高架桥的设计。
(10) 路堑和填方设计。
线性走廊范围内的铁路涉及许多路堑和填方, 设计中的地面工程部分很大程度上与上述路堑和填方所起的作用有关。
(11) 开挖稳定性。
除上述区域以外, 在已确定具有大面积岩石边坡稳定性的地方, 铁路路堑坡度设计均以采用开挖地质模型得出相关地质条件数据的前期设计为基础。针对不同质量的土体/岩体的前期设计。前期设计基于皮尔巴拉既有铁路路堑工程以及全世界其他工程中类似路堑施工经验。岩石质量描述符号并不是用岩石质量分类系统 (如Ben-niawaski, 1989年) 推断出来的, 而是完全依据参考条件得出的。例如, 新生块状辉绿岩通常是优质岩体, 而含页岩的风化BIF则通常是劣质岩体。由于施工前遇到了尚未确定的负面影响, 因此采用观测法对前期边坡设计做了局部修改。开挖过程中需特别注意通过地质绘图确定的特殊地质环境。但由于稳定性通常由是否存在特殊地质结构决定的, 还需参考相关的不连续统计资料与不同参考条件相关的部分概念破坏机理。
(12) 爆破。
爆破设计是由爆破专家和工程地质学家共同提出的。设计目标是为了最大程度地提高本工程的安全性并降低本工程的总成本。设计中特别注意了稳定路堑施工和开挖材料粉碎 (必要时用作填料) 。由石料强度和岩体特性不一, 很难预测并详细介绍实际现场条件。然而, 勘察期间就各开挖开发的地质模型均带有地质绘图功能, 并可用以预测单次爆破条件。这直接影响着在大量块状辉绿岩、CID、和块状BIF岩石中采用预裂爆破的爆破设计和在含页岩的BIF中采用后爆破修边的生产爆破。精确放线、钻孔、加载和引爆是任何爆破成功的关键;因此, 优先使用的钻机为安装在轨道上的高性能钻机, 具有倾斜钻孔能力。理论上来说, 火药装填前需测量爆破孔的孔口位置, 以确保孔口位置准确、各孔装填火药量是经过仔细监测的。有经验的钻孔和爆破队是必需的。此外, 在爆破队熟悉当地现场条件之前, 各项目的前期爆破可能会导致大量破坏;因此, 需对各项目前期爆破进行审查, 以确保爆破采用了良好的施工方法。部分临近敏感基础设施的爆破位置采用了防爆毯等爆破设备。
(13) 路堤。
部分规模较大的铁路路堤高达45 m, 采用填石建造。铺填过程中, 所用填石应符合土石坝 (Fell等人, 1992年) 用填石的典型级配规范要求;填石各层的压实厚度为750～1 000 mm, 铺填时加入占重量约10%的水。经过洒水和重型货车来回碾压后的稳定施工面表明, 轮重可由自由排水的岩岩接触构架承载。根据前期设计, 高填石路堤的设计坡度在水平方向上为1.5, 在垂直方向上为1或倾角为34°。适当考虑了路堤高度1%的沉降值 (同前) 。大规模路堤可通过堤顶宽度翘曲和加宽允许上述沉降, 以便加厚铺砟层 (要求平衡任何长期沉降时) 。
(14) 环境问题。
虽然工程地质学家通常不负责环境事宜, 但他们却经常为环保经理提供相关资料和建议 (尤其是取土管理) 。
3.2 施工材料
施工材料确定和系统管理是工程地质学家们在各铁路项目中进行的主要活动之一。
(1) 取土料勘察。
取土勘察的主要目的是为了确保取土足以允许承包商完成其工程, 不受任何取土料适用性的阻碍。施工前, 工程地质学家与土方主管人共同确定大量取土料所处位置, 并在施工期间确定额外取土料所处位置。仔细选用报告中对取土量进行说明 (Berkman, 1989年) :①在面积为几百平方米的取土场中开挖一个或两个试验坑后, 确定了该取土场的可用取土量。取土量是承包商投标必不可少的信息。施工前根据经验确定可用取土量为所需填方估量的两倍;②施工开始之时, 通常采用一组中心距为50-100m的试验坑对取土场进行进一步勘察, 并确定探明取土量。
尽管采用了上述谨慎方法, 在利用取土坑时, 通常会发现取土量依然不足。这是由覆盖层深度变化、不适合材料混入和环境限制 (如保持取土坑位于浅层以允许排水和防止积水的要求) 等造成的。由于采用了许多大型的典型设备, 如Caterpillar推土机 (D10～D11) 、Caterpillar开敞式挖斗 (631) 和升降式铲土机, 取土坑很有可能会面临取土困难, 需要经济地进行取土。因此, 在施工期间, 工程地质学家们花费了大量时间来确定额外取土量。这是尽量加快工程进度和最大程度降低合同索赔几率所必需的。
(2) 施工材料的质量。
皮尔巴拉铁路项目主要采用了四种施工材料。显示了这四种材料的级配范围, 并说明了选用这些材料的典型参考条件。
(3) 砟底覆盖层。
路堤上覆盖着一层薄薄的细粒粒状材料, 即“砟底覆盖层”。该覆盖层碾压平整后可对路堤进行防水;同时, 铺砟前可将混凝土枕布设在其表面上以避免损坏。砟底覆盖层通常可碾压密实, 改性干密度为95%。覆盖层中需含有少量细粒料, 以便满足碾压要求并形成不会被侵蚀的粘性表面。砟底覆盖层用料需精挑细选, 通常取自冲积/塌积扇形群系远侧部。
(4) 2类填料。
“2类填料”是取自取土坑的大量施工填料, 用于路堤施工;其碾压通常需满足性能规范要求 (使用规定用量的水并提供足够数量的碾压设备通道) , 改性干密度为95%。“2类填料”是从指定取土坑的塌积/冲积砾石中获得的。一般情况下, 这种填料是含些许粘土的砂砾石, 取自冲积/塌积扇形群系中部。
(5) 3类填料。
“3类填料”通常是取自路堑开挖的填石。按照相关方法/规范要求, 最大允许粒径为750 mm的填料可用于摊铺。在施工过程中加入预测用量的水, 并不是为了冲洗岩石或细粒料, 而是为了对软化岩岩接触面进行一定程度的软化, 从而将其碾压密实。对填石进行碾压试验, 以评估不同地层单元的特殊性能。极少填石存在材料耐久性和适用性问题, 因此, 该类材料通过目测予以评估。“3类填料”的些许差异如下:①“细粒3类填料”通常取自含页岩的密实分层BIF, 其摊铺需满足性能规范要求 (即改性干密度为95%, 最佳含水量为±2%) ;②“级配良好的3类填料”是一种混杂填石, 其摊铺需满足相关方法/规范要求。
(6) 4类填料。
“4类填料”取自严重风化页岩或辉绿岩基岩中的路堑开挖, 是一种易受到侵蚀或易膨胀的材料。这种材料带有包覆层, 因此不在任何路堤表面2 m范围内使用。摊铺需满足性能规范要求。
(7) 道碴。
既有铁路施工过程中, 道砟采用花岗岩和片麻岩。然而, 由于过度磨损和碎屑分解, 这些岩石已不再具有良好性能了。这种较差的性能似乎与许多地质因素有关。这些因素包括轻微剥理、石料中含大量云母、极粗粒径耐久合成长石解理面, 尤为重要的是, 伴随粘土矿物发育、细微裂纹形成和岩石强度降低的渗透性风化作用。相反, 采用变玄武岩和变粗玄岩的道砟则发挥着良好性能。这些岩石具有极高强度和等径碎片, 非常耐用。
3.3 合同制定
笔者参与的大多数项目施工均采用传统的工程承包合同, 即涉及业主、监理工程师和承包商的合同。报价表合同公平分摊与大规模地面工程部分相关的相对高风险, 是铁路建设的最佳合同方式。由于采用了观测法, 报价表合同还具有较大灵活性, 以便在施工期间进行必要设计变更。
合同制定旨在确保取土位置由监理工程师确定。通过规定监理工程师负责确定铁路施工用料位置, 降低了承包商就不可预见情况向业主索赔的几率。
岩石与普通开挖的付款是另一个传统索赔的潜在来源, 与标准重型开挖机械的生产标准有关。虽然标准条款的详情各异, 但基本上普通开挖适用于采用指定机械 (速度大于某开挖速度的) 开挖的材料, 而岩石开挖则适用于普通材料以外的任何材料。这种方法被认为是付款的有效依据;能将可开挖性预测导致的争端降至最低。
4讨论和结论
本文介绍的综合工程地质法以一系列切实可行的策略为依据。这些策略均是在实际重大土建工程项目基础上制定的, 满足高质量资料要求, 支持提供相关资料和考虑周全的工程决策。同时, 这些策略是根据发人深思的观测结果制定的。许多项目遭遇无法实施、并以诉讼告终。其原因就在于对地质调查的投入不足。综合工程地质法基于对项目早期勘察到的项目区域地质和地貌情况的全面掌握, 十分重视以下策略:①阶段性勘察;②勘察目标的定义;③通过勘察回答问题;④地质绘图;⑤制定基准条件; ⑥制作不同类型的地质模型;⑦使用观测法。
该方法的应用要求在整个工程寿命期都有工程地质学家参与其中, 进行决策。所提供的范例说明了那些决策的重要性。通过观测、解释和预先考虑可生成与各种各样项目执行的基本元素有关的信息, 这些元素包括:可行性评估、设计功能性、造价估算、合同文档、施工生产力以及营运性能等。工程设计元素的有效性完全可能与地质信息是否充足有关, 因此, 对于工程的成败, 这种有效性至关重要。要让工程地质学家参与到整个项目中, 成为工程团队的一部分, 这需要在项目中雇佣足够对的经验丰富的雇员。这种将资金投资在人员以及策划时间的上的做法是值得提倡的。要使此方法最大程度的发挥作用, 在工程开始阶段就应采用。比如, 若应用观察法只是为了应付一些灾害, 其他一些必要的管理结构就没有必要存在 (如, 灵活的合同) , 情况也无法改善。最重要的是, 良好的交流是该方法的重要基础。这就要求工程地质学家具备工程方面的知识, 而工程管理者则需要能领会地质学家的建议和忠告。
地质综合评价法 篇5
桂林国家高新区苏桥园B区地质灾害危险性模糊综合评价
本文以桂林国家高新区苏桥园B区地质灾害分布密度、岩土体性质和结构、地形坡度、植被覆盖率、人为活动强度、岩溶发育程度、覆盖层厚度和性质、地下水变幅、所处地质构造部位、对建(构)筑物及道路的破坏程度、填方厚度和用地类型等18个影响环境地质要素作为评判因子,应用模糊综合评判原理与方法,通过模型运算和隶属度分析,将桂林国家高新区苏桥园B区地质灾害危险性分为大、中、小和微弱四个等级区,并就地质灾害危险性分区特征及主要环境地质问题进行了评述.
作 者：作者单位：刊 名：中国地质灾害与防治学报英文刊名：THE CHINESE JOURNAL OF GEOLOGICAL HAZARD AND CONTROL年，卷(期)：200920(3)分类号：P642关键词：地质灾害 危险性评价 模糊综合评判 桂林 苏桥园 geological hazard risk evaluation fuzzy comprehensive evaluation Guilin Suqiao Park
地质综合评价法 篇6
1目前国内外研究现状
关于学风评价体系的研究比较代表性的有：张丽丽、何军、何冬冬（2014）通过构建学风综合评价指标体系，建立高校学风综合评价模型。通过该模型，不仅可以确定影响学风的主要因素，而且可以了解被评价单位的学风综合状况；宋志鹏（2011）将学风分解为学习行为、思想品德行为和日常行为等三个方面，并具体细化为学习成绩、政治态度、集体观念等10个二级指标，在此基础上建立了高校学风评价模型，并进行了实际测评；从田飞、曹威麟（2008），认为高校学生学风是一个抽象概念，研究学风时要将抽象的学风转化为可观察的具体指标（测量指标），体系框架由第一级的抽象概念、第二级的维度和第三级的测量指标组成，学风的维度归类分为五种，采用李克特五级量表的形式来获取最优指标体系。
这些研究都为本文基于模糊层次综合评价法的学风评价体系实证研究奠定了基础。
2基于模糊层次综合评价法的学风评价模型的构建
本研究是从狭义的角度来研究，特指学生的学习风气评价，将学风评价这一重要概念界定为：学风评价是对学生学习风气的客观测评，通过系统的数据搜集和信息蹄选，对高校学生学习风气现状、过程和结果作出客观的分析和判断，在此基础上依据评价结论提出建议对策，以到达提升高校学风水平和效果之目的。
2.1构建学风评价指标体系
本研究广泛征求专家的意见和建议，专家中包括3位专业教授（具有丰富教学科研经验）、2位学院领导（做过学生工作）、5位一线教师、教学督导组专家，根据专家、学者的反馈意见，最终确定了学风评价指标体系。
2.2层次分析法确定各指标权重
合理准确的构建判断矩阵是层次分析法的关键所在，同时也是解决问题的核心。根据图1中的层次结构模型，本文采用常用的T.L Saaty1-9标度方法，通过取加权平均值来构建合理的判断矩阵。判断矩阵A（即A-Bi，i=1，2，3）表示相对总目标来说目标层各指标的相对重要程度；判断矩阵A1（即A1-Ci，i=1，2，3）表示相对于目标A1来讲，其子目标层各指标的相对重要程度；判断矩阵A2（即A2-Ci，i=4，5，6，7）表示相对于目标A2来讲，其子目标层各指标的相对重要程度；判断矩阵A3（即A3-Ci，i=8，9）表示相对于目标A3来讲，其子目标层各指标的相对重要程度；判断矩陣A4（即A4-Ci，i=10，1，12）表示相对于目标A4来讲，其子目标层各指标的相对重要程度。
根据层次分析法的计算规则，确定一级指标和二级指标的权重如表2-2所示。
活动效果C120.2970
3基于模糊综合评价方法的学风评价实证案例分析
3.1收集数据
为了准确评价机场学院的学风情况，本研究邀请了30位评委，其中包括教授5人、管理者5人、一线教师代表10人、学生代表10人，请他们对学风评价指标体系打分表中每一项指标进行考评。评价结果如下表所示，其中“评价结果”栏中数据表示评委中n名评委对该项工作的相应评价占评委总人数的比例。
3.2模糊评价法进行综合评价
1.第二级因素集进行综合评判
同理计算：
2.计算第一级因素集进行综合评判
A=（0.45500.2627 0.14110.1411）
3.计算模糊综合评价值P
P=BV=*（95，85，70，60，50）T=88.53，说明机场学院的学风目前处于良好的状态。
4总结
学风建设是高校基础性的，也是最重要的一项工作。学风不仅直接体现了学生的学习态度，学习氛围，还彰显了高校的管理理念和管理水平，并最终关系到人才培养的质量。本文利用层次分析法构建了学风评价指标体系并确定了各指标的权重，构建了模糊综合评价方法的模型，并以机场学院为例，应用该模型进行了学风评价。
参考文献：
[1]教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010- 2020年）.教育部网站，2010；
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[5]田飞、曹威麟.学风指标体系实证研究[J].高教发展与评估，2008，24（2）：15-21；
[6]王圣.高校学风评价指标体系研究[J].时代教育，2013（15）：37-37；
地质科技人才素质的模糊综合评价 篇7
建设创新型国家, 需要大批创新型工程科技人才;解决资源环境约束, 需要培养大批地质人才;加快社会经济发展, 更需要培养大批创新型地质科技人才[1]。现代科技向地质科技的渗透, 促进了地质科技现代化。地质的概念从“矿产”向“社会化”转变, 地质科技发生了从以找矿为主的“矿产型”知识结构向以服务于社会环境为主的“社会型”知识结构的飞跃转折。现代地质科技人才除了要具备地质科学良好素养的同时, 还要具备相关自然科学和社会科学的良好素养, 要求知识的广泛性和深化性。强调地质科学—自然科学—社会科学综合科技素养[2]。从实际出发, 构建一套地质科技人才评价体系, 不仅是选拔优秀地质科技人才的需要, 更是客观评价人才, 采取有效措施, 促进优秀地质科技人才脱颖而出, 促进地质事业快速发展的需要。本文结合模糊综合评价方法的特点, 采用专家打分法、加权统计法和AHP等方法从定量分析方面研究了评价体系中各评价因素的权重值, 最后使用模糊综合评价结果, 进行加权平均统计, 得出一个较为客观、合理的评价结果。
2 评价指标体系与模糊评价判断集的构建
模糊综合评价法是以模糊数学为基础, 应用模糊关系合成的原理, 将一些边界不清、不易定量的因素定量化, 从多个因素对被评价对象隶属等级状况, 进行综合性评价的一种方法。这种方法的优点是:模型简单, 容易掌握, 对多因素、多层次的复杂问题评判效果比较好, 是别的数学分支和方法难以代替的。
2.1 评价指标体系的构建
从地质专业特点的特殊要求出发, 本文将现代地质科技人才素分为“政治思想素养”、“地学知识素养”、“地质科技素养”、“职业道德素养”和“地质身心素养”五个部分并作为主评价因素, 在每个主评价因素下又构建了若干子评价因素 (见表1) 。
在主评价因素分类和子评价因素分类中, 其分类是相对的, 某些类与类之间没有绝对的界限或异质性, 它们存在一种客观的过渡性, 这也是地质科技人才素养各因素模糊性的表现。表1中的各因素及评价对象 (地质科技人才) 可用下列向量表示:
2.2 模糊评价判断集的建立
地质科技人才素养无法用精确的数据度量, 但可用“很高”、“较高”、“一般”、“较低”、“很低”的评价语模糊表达。由于地质科技人才素质各主因素、子因素的评价语相同, 因此它们的模糊评价判断集也一样。设vj (j-=1, 2, 3, 4, 5) 表示评价语的等级, 则模糊评价判断集
V= (v1, v2, v3, v4, v5) = (很高, 较高, 一般, 低, 较低) 。
3 评价因素权重值的确定
3.1 加权统计法确定主评价因素权重值
权重用于描述各评价因素对于上级评价因素的相对重要程度。对于主评价因素权重值的确定, 当专家使用人数不多时 (通常指专家人数k<30人) , 使用加权统计法来计算权重值较为简单方便。首先, 对主评价因素U= (U1, U2, U3, U4, U5) , 请专家提出自己认为最合适的权重, 然后, 再作权重的统计实验, 形成表2, 得出主评价因素权重值。
其中, xi为统计实验中的权数值, Ni为相应权数的频数, ωi=Ni/k为频率, ai (i=1, 2, …, 5) 为相应评价子因素的权重值。即主评价因素U= (U1, U2, U3, U4, U5) 的权重向量为W= (a1, a2, a3, a4, a5) , 且有
3.2 AHP法确定子评价因素权重值
对子评价因素权重值的确定, 常采用AHP法。AHP法的基本思想是由若干专家把各主评价因素相对于总的评价目标的重要性成对地进行比较, 并把第 个子评价因素对第 个子评价因素的相对重要性的估计值记为 , 这样所有专家的评分构成了一组模糊判断矩阵, 再综合这些专家的意见, 使这样的一组打分矩阵转化成为一个综合判断矩阵, 然后求得各子评价因素的权重。打分时为了能够比较明确的界定任意两评价因素之间的相对重要程度, 本文采用了 的比率标度法来表示 (见表3) 。
这样一来, 第i个主评价因素对应的子评价因素Ui= (Vi1, Vi2, …, Vis) 成对比较的结果就可以用下面的判断矩阵Ai表示为:
若矩阵A为一致性矩阵, 即矩阵A中的元素满足aij=1/aij, aii=1, aij=aikakj
(i, j=1, 2, …, s) , 由矩阵理论可知道A的最大特征根λmax必为正实数, 其对应特征向量的所有分量均同号, 且最大特征值λmax对应的单位特征向量若为WI= (w1, w2, …, w5) T, 则
aij=wi/wj (i, j=1, 2, …, s) , ∀i, j=1, 2, …, s。
从而Wi= (w1, w2, …, ws) T就是我们要获得的子评价因素Ui= (Vi1, Vi2, …, Vis) 的权重向量。但实际操作时, 由于矩阵 中的各元素是通过同一子集中的各评价因素成对比较的结果, 是通过主观估计获取的, 因此并不一定是一致性矩阵, 求解矩阵A的最大特征值λmax所对应的正的单位特征向量作为权重向量并不一定是可信的, 我们还需要进行一致性检验。本文采用的一致性检验指标为:
其中
当时, 认为各因素相对上级因素的重要性具有较满意的一致性并接受该分析结果, 否则要求对各因素的权重系数加以重新修整。只有当所有的判断矩阵对应的检验指标通过了检验, 这样计算出来的权重系数才是可信的。
4 模糊综合评价模型的构建
对设置了多级指标的评价体系来说, 最终评价结果需进行多级模糊综合评价, 方法是从最底层开始, 逐步上移而得出。本文设置的是一套二级指标体系, 因此最终评价结果需要进行二级模糊综合评价。首先, 用统计调查法或德尔斐法对地质科技人才综合素质中的各二级评价指标隶属于各评语等级进行综合考察, 考察结果用模糊评价 (隶属度) 判断矩阵
Ri= (ri, j) (i=1, 2, 3, 4, 5:s=1, 2, …, l;j=1, 2, …, 5)
表示。例如对评价指标集Ul中的各指标进行单指标评价, 得出单指标评价矩阵R1= (r1, j) 4×5, (s=1, 2, 3, 4;j=1, 2, …, 5) , 这里r1, j表示Vls对第j个评语的隶属度。然后, 采用模糊算子:C=A*B为n×l阵, 其元素为:
其中符号“∨”和“∧”的含意定义为:a∨b=max (a, b) , a∧b=min (a, b) 。
计算第Ui (i=1, 2, 3, 4, 5) 个指标的综合评价矩阵Bi (i=1, 2, 3) , 即
Bi=Wi*Ri (i=1, 2, 3, 4, 5) 。
最后, 对第一级指标作综合评价 (即总的综合素质U) 。其中U的评价 (隶属) 矩阵为:B= (B1, B2, B3, B4, B5) T。权重向量为 W1×5, 作综合评价, 得到U的综合评价矩阵A=W*B。
但在实际问题处理时, 为了充分利用综合评价带来的信息, 可视评判结果所形成的向量为一权重 (归一化) , 将评判集V= (v1, v2, v3, v4, v5) 的等级用区域表示, 分别赋值为:90—100分、80-90分, 70-80分, 60-70分, 60分以下, 并按“上限值不在该等级内”原则, 取各组中值形成赋值向量V= (95, 85, 75, 65, 45) T, 将评判结果归一化向量与赋值向量进行加权平均可得到综合素质总分。如某一科技人员的评判结果为A= (0.46, 0.18, 0.12, 0.12, 0.12) , 进行加权平均后, 得综合素质总分为 (0.46, 0.18, 0.12, 0.12, 0.12) (95, 85, 75, 65, 45) T=81.2分
这样评判出来的结果更较为客观、全面地反映一位科技人员的综合素质。
5 实例测评
本文以某地质矿产勘查开发局对下属单位的25名地质科技人员的综合素质考察为例。用上述评价体系, 请15位专家打分, 采取专家打分法、加权统计法、AHP法对其评价体系的权重确定, 其收集数据和结果见表5, 表6。表6得出的是地质科技素养中5个子评价因素的权重值, 而其余子评价因素权重值采用相同方法得出的数据见下表7。
在上述评价体系下, 通过调查问卷收集、汇总、计算比重 值, 构造模糊评价判断矩阵, 使用模糊综合评价模型, 可对其25位地质科技人才综合素质进行综合评价。由于篇幅有限, 本文抽取了其中3名被考察人员的有关数据形成地质科技人才素质模糊评价判断矩阵, 见表7.
依据表7各因素的模糊评价矩阵、权重向量, 以及模糊综合评价模型, 并进行加权平均统计, 测算以上3名科技人员的综合素质, 其结果如表8所示
由表8测算结果可见, 地质科技人才Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的综合素质得分分别为76.79、81.74、79.15分。根据前面综合素质等级赋值区域可知, 地质科技人才Ⅱ的综合素质较高, 地质科技人才Ⅰ、Ⅲ一般。主要区别在于评价因素U2 (地学知识素养) 和U3 (地质科技素养) 两个方面。
地质社会化概念的延拓, 使原有狭窄的地质工作对象得到了扩展, 地质科技人员的就业领域和渠道更加宽广, 为交叉学科的学术理论与方法的创新提供了较好的机遇。本文提供的综合评价结果一方面为地质科技人才的选拔提供了科学的依据;同时也为地质科技人才的使用提供了切实可行的依据。
参考文献
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[3]谢季坚, 刘承平.模糊数学方法及其应用[M].第三版.华中科技大学出版社, 2006:148-150.
地质综合评价法 篇8
工区位于辽河盆地东部凹陷南部,研究范围北起荣105井,南至荣33井,西起荣88井,东至荣83井,面积约40km2。该区是辽河盆地勘探最早的地区之一,自辽2井在1965年7月东营组获工业油气流,此后经历40年的勘探开发,已发现沙三段、沙一段、东营组、明化镇组等多套含油层系。
2 构造特征
荣105井区位于荣兴屯北部,构造整体上呈北东走向,工区包括荣兴屯断裂背斜构造带北翼和油燕沟潜山的北延部分。西部的荣兴屯断裂背斜构造在两条北东走向的驾掌寺断层和荣72断层的控制下,发育一系列近东西向断层,断层向北节节下掉,形成一系列断块、断鼻,这些断块、断鼻成为该地区油气聚集的有利场所。工区东部是一依附于油燕沟潜山形成的倾向北西的超覆带,整体位于荣85断层的下降盘,向北与大平房构造呈鞍部过渡接触。
荣105井区的构造在形成过程中主要经历了两次不同方式的断裂活动,由此控制了构造发育的两个明显阶段。
第一次断裂活动产生在沙河街组沉积时期,相应的构造发育阶段为沙三段至沙一段,主要是本区负向构造的形成和演化阶段。沙三段沉积前,本区的主干断层,驾掌寺断层和工区西侧的二界沟断层在基底区域性拱张作用下都已产生,但活动强度不大,到了沙三早期才开始大规模拉张断陷活动,这一结果导致本区西侧的二界沟洼陷和南侧的驾掌寺洼陷的形成。这两个洼陷受主干断层活动强度的控制,其沉降中心深浅不一,二界沟断层活动最强,二界沟洼陷沉降最深。由于这次拉张陷落活动规模大,致使这两个洼陷水域连通,浑然一体,整体上为一个水域广阔的湖盆,接受了巨厚的大套的暗色泥岩沉积,为油气的生成奠定了雄厚的物质基础。进入沙三晚期,主干断层断裂活动明显减弱,盆地开始整体抬升,湖盆水域收缩,面积减小,导致了这两个洼陷各自独立。
第二次断裂产生于东营组沉积时期,相应的构造发育阶段为东三段到东一段,主要是本区正向构造的形成演化阶段。这一时期,主干断层一方面继承发育早期特点,再次发生拉张落陷活动,但强度明显弱于早期活动。另一方面发生右行平移活动,致使驾掌寺断层性质的改变,同时广泛发育羽状断层和逆冲断层。
3 储层特征
(1)储层岩石学特征砂岩中碎屑含量较大,一般都大于70%,不同层位岩石薄片资料统计数据所做的岩屑成分三角图表明,砂岩类型主要为长石砂岩,其次为岩屑长石砂岩,胶结物主要为泥质,碳酸盐次之,少量铁质及硅质,胶结物含量一般在5%~20%,颗粒之间以点~线接触,长形颗粒具定向,泥质多呈鳞片结构,成分以伊利石为主,部分绿泥石化,胶结类型主要是接触—孔隙式。
(2)储层物性特征根据区内常规物性分析资料的统计,东营组的平均孔隙度为22.2%,平均渗透率为2 0 5.7×10-3μm-3;沙一段的平均孔隙度为18.32%,平均渗透率为47.57×10-3μm-3;沙三段的平均孔隙度为16.9%,平均渗透率为9.4×10-3μm-3。总体看来,东营组的孔隙度和渗透率要明显好于沙一段和沙三段。
4 油藏特征
(1)油层分布特征该区在沙三段至东营组沉积时期主要发育扇三角洲相及河流相沉积,河道砂及扇三角洲前缘水下分支流河道砂为主要储集体,这些砂体在纵向上呈透镜状迭加,横向上呈条带状分布,使得区内广泛发育不同成因的多类型砂岩储层。驾掌寺断层和荣72断层既作为油气运移的主要通道,也对区内的油气分布起控制作用。
(2)油藏类型复杂的构造和多变的沉积条件,决定了本区油气藏类型的多样化,按其主要控制因素分为构造油气藏、地层油气藏、岩性油气藏及复合油气藏。
(3)油气分布主要控制因素工区的主控断层驾掌寺断层,发育时间早,呈北东向贯穿整个工区,基本控制了该区地层的沉积和构造的形成。同时,它也是一条重要的油气源断层,深层形成的油气资源通过这条断层源源不断地向上部地层运移,起到了运移通道的作用。
5 圈闭综合评价
在对本区油气成藏特点分析的基础上,确定有利的工作目标,开展精细的研究工作,利用地震资料进行构造精细解释,结合地质、测井、试油试采等资料,结合构造解释结果,从储层沉积特征、油藏特征、构造圈闭等方面进行综合分析,确定有利目标区块,本次共优选出4个有利圈闭,分别为荣105圈闭、荣88圈闭、荣45-新64圈闭及荣80圈闭,针对这4个有利圈闭可进一步开展相关部署工作,释放荣105井区剩余潜力。
参考文献
[1]孙红军,等.辽河盆地东部凹陷深化勘探研究及目标评价[C]//祝永军,张方礼.辽河油田勘探开发研究院优秀论文集(2001年).北京:石油工业出版社,2003:57-67.
地质综合评价法 篇9
1 地质概况
1.1 地形地貌。
小河子河治理工程范围, 属小河子河下游, 全长8.2km, 地形总体由西北向东南倾斜。地貌类型主要有构造剥蚀地貌和河流冲积堆积地貌。其中构造、剥蚀地貌单元主要分布在多伦县周边地带, 地貌形态为低山丘陵区。山顶呈浑圆形, 丘陵区分布基岩的剥蚀残丘。地层岩性主要为岩屑晶屑凝灰岩, 侏罗系上统建昌组;河流冲积堆积地貌是工作区的主要地貌形态, 分布于小河子河两岸, 主要由河床及高低河漫滩组成, 地层岩性主要为第四系的松散层。
1.2 地层岩性。
工作区一带地层岩性较为复杂, 其出露的地层主要有侏罗系上统金刚山组, 侏罗系上统建昌组, 第四系地层 (Q4) , 现由老至新分述如下:
1.2.1上侏罗统: (J3) 。a.侏罗系上统金刚山组 (J3j) :主要岩性为岩屑凝灰岩, 具凝灰结构, 颜色为灰绿色或灰色, 具高度泥化, 原岩矿物已大部或全部蚀变。该地层主要分布在小河子河下游的周边一带。b.侏罗系上统建昌组 (J3jn) :岩性为致密块状的玄武岩, 颜色为灰黑色, 顶部呈全风化或强风化, 岩石裂隙大部分被粘性土充填。该套地层主要分布在小河子河下游的周边一带。1.2.2第四系地层 (Q4) 。a.中更新统-上更新统洪冲积:岩性为砾质壤土夹薄层粘土层, 主要分布在小河子河一带, 顶部大部被风积砂或全新统洪冲积物所覆盖。b.全新统洪冲积砂砾石层, 主要分布在小河子河谷底及两岸。c.全新统洪冲积粘土层, 主要分布在小河子河谷底及两岸。
1.3 地质构造与地震工程区。
本区大地构造位置属内蒙古华力西晚期褶皱带多伦复背斜及腾格里新凹陷的一部分。从地质力学的观点看, 处于东西向复杂构造带与新华夏系的联合部位, 属蒙古高原边缘的一部分。工作区一带的地震动峰值加速度为0.05g, 相当于地震基本烈度Ⅵ度区。
1.4 水文地质条件。
勘查区地下水的赋存与分布规律, 主要受地形地貌、地层岩性、地质构造和水文气象等因素的控制, 地下水流向总体是由西南向东北。工作区一带地下水主要为第四系松散孔隙潜水和基岩裂隙水, 孔隙潜水含水层以级配不良砾为主, 土层富水性较好, 透水性强。孔隙潜水主要接收大气降水及河谷两岸基岩裂隙水的补给, 平水和枯水季节则主要接受邻区的侧向径流补给。排泄以蒸发及向河谷排泄。基岩裂隙水主要分布在不同时期岩体的裂隙中, 以接受大气降水及临区侧向补给。
1.5 物理地质现象。
1.5.1河岸坍塌。河道下游河流冲积堆积地貌, 主要由砂壤土及砂性土 (中、细砂、含土) 组成, 河岸比河床高出的地方, 在长年水流冲蚀和风吹日晒下, 易造成河岸失稳形成坍塌。1.5.2冻土。根绝当地气象资料记载, 冻土最大深度为199CM。
2 工程地质条件评价
2.1 土层的冻胀性评价。
根据勘察以及多伦县气象站1959~2007年不完全实测资料统计, 工程区历年封冻天数为150天左右。最大冰冻厚度130cm, 最大冻土厚度199cm。小河子河地下水位埋深0.4~6m。根据上述情况, 对于防洪堤基有可能发生冻胀问题的地层进行评价。评价结果表明:堤基低液限粘土 (Q4pal) 、堤基级配不良砂 (Q4pal) 、含细粒土砂 (Q4pal) 为弱冻胀, 级配不良砾 (Q4pal) 层按不冻胀考虑。
2.2 堤基渗漏评价。
在钻探深度10 m内, 堤基地层为连续的第四系全新统冲洪积层 (Q4pal) , 岩性主要为级配不良砂及级配不良砾, 局部分布低液限粘土及玄武岩。级配不良砂呈稍湿~饱和, 稍密~中密状, 渗透系数为3.1×10-3 cm/s, 呈中等透水性;级配不良砾呈饱和, 稍密~中密状, 呈中等透水性;低液限粘土呈可塑状, 因此堤基存在渗漏问题。
2.3 堤基渗透稳定性评价。
工程建成后, 在无防渗措施的情况下, 上述地层在渗透水流压力作用下, 有发生渗透变形的可能。确定堤基土的渗透变形类型;并确定允许水力比降。勘察区坝基地层分布主要依据历年钻探及实验资料, 岩性主要以洪冲积堆积层, 级配不良砂, 级配不良砾组成。
级配不良砂层, 查颗分曲线并计算, Pc=40%;1/4 (1-n) =15.7%;因为Pc>15.7%, 判别渗透变形类型为流土型。
级配不良砾Pc=9.5%, 小于25%, 判别渗透变形类型为管涌型。
流土及管涌型的临界水力比降按下式计算:
流土型:Jcr= (Gs-1) (1-n) 管涌型:Jcr=42×d3/k/nÁ
式中:Jcr-土的临界水力比降;Gs-土颗粒密度与水的密度之比;
d3-占总土重3%的土的粒径 (mm) ;k-土层的渗透系数 (cm/s) ;
经计算各土层临界水力比降, 级配不良砂Jcr=1.0。级配不良砾Jcr=0.58。取安全系数为2.0, 土的允许水力比降为:第四系全新统 (Q4pal) 级配不良砂J允=0.5, 建议值J允=0.25, 级配不良砾J允=0.29, 建议值J允=0.15。
2.4 地震液化评价。工作区地震动峰值加速度为小于0.05 g, 本区地震基本烈度为Ⅵ度区。对抗震设防烈度为Ⅵ度时, 可不考虑液化问题。
2.5 边坡稳定性评价。
根据设计方案和地质条件, 基础开挖深度一般小于5.00m, 河堤边坡全部衬砌, 因此仅对临时开挖边坡进行评价。考虑地下水的影响, 采用查表法, 各地层临时边坡可采用:填筑土:1:1.40;级配不良砂:1:1.75。含细粒土砂:1:1.75;级配不良砾:1:1.50;玄武岩:1:1.00。
2.6 河道两岸岩土抗冲刷稳定性评价。
根据地质测绘和钻探揭露, 考虑各种岩土层的物质成分、结构和构造、物理力学性质、水力和水文地质条件, 依据《中小型水利水电工程地质》采用查表法, 确定第四系松散层各单元允许流速:筑堤土料:0.85 m/s;积级配不良砂、含细粒土砂:0.45m/s;级配不良砾:0.75m/s。根据设计, 防洪堤断面的平均流速为2.14~2.83 m/s, 远远大于堤防土料、级配不良砾、级配不良砂、含细粒土砂的允许不冲流速, 防洪堤行洪时将对河底、堤坡产生冲刷, 故堤防的迎水面需进行护砌。
3 结论与建议
3.1 工程区新构造运动和地震活动都很微弱, 工程区处于区域构造属相对稳定区, 不存在地基液化问题。
3.2 堤基土层地质结构为多层结构, 堤基存在渗漏问题, 应注意做好防渗措施。
3.3 基坑开挖临时边坡时, 填筑土:1:1.40;级配不良砂:1:1.75。含细粒土砂:1:1.75;级配不良砾:1:1.50;玄武岩:1:1.00。
3.4 工程运行后会产生冻胀土层, 应对其进行防冻胀处理, 或将建筑物基础设置在距地面199 cm以下。
3.5 设计河道流速远远大于堤防土料、级配不良砾、级配不良砂、含
细粒土砂的允许不冲流速, 防洪堤行洪时将对河底、堤坡产生冲刷, 故堤防的迎水面需进行护砌。
参考文献
参考文献
[1]水电工程地质勘察规范 (GB54087～2008) .
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[3]水利水电工程土工试验规程 (DL/T 5355～2006) .
[4]堤防工程地质勘察规程 (SL188～2005) .
地质综合评价法 篇10
改革开放以来, 我国经济快速发展, 交通更是先行。目前, 国家每年投资大量资金推动高铁、高速公路等交通骨干网络建设, 极大的改善了交通条件。隧道建设作为土建施工中的重要一环, 在交通建设中的地位越来越突出, 隧道长度及跨度越来越大, 遇到的地质情况也越来越复杂。在隧道施工中, 由于地质情况的突然变化, 如断层、煤层、破碎带、溶洞、暗河等的突然出现, 不仅严重影响工程的建设速度, 甚至会造成事故, 如塌方、涌水突泥、瓦斯突出等。所有的土建工程设计阶段的勘察成果, 由于自然环境和技术条件所限, 其详细程度和准确度难以满足施工的要求, 隧道施工超前地质预报作为地质勘查在施工阶段的延伸就显得尤其必要。隧道超前地质预报是一门系统的科学, 做好这项工作不仅要有全面的地质、物探理论功底, 还要有丰富的现场工作经验。篇幅所限, 本文并没有把地质预报的每个环节展开论述, 而是以贵广铁路复杂地质预报项目为依托, 阐明了地质预报工作的主要方法、流程和一些经实践检验的经验, 以供大家参考。
1 工程概况
新建贵阳至广州铁路, 穿越中国西南喀斯特发育最强烈地区, 其中土建1标即贵阳至都匀段位于黔南山区, 线路桥隧比78.1%, 共有隧道16座, 累计总长49.1 km, 最高点海拔1 762.5 m, 地形起伏大, 相对高差350 m~750 m, 山高坡陡, 峡谷深切, 山势雄伟, 峰峦叠嶂, 多险峻的悬崖峭壁, 贵广线路位于可溶岩岩溶发育和较发育区, 岩溶发育程度中等~强烈, 施工中除可能遇到断层破碎带、溶蚀破碎带、煤层现象外, 还可能遭遇不同程度的溶洞、暗河等岩溶突水、突泥灾害, 不可预见性较强;其中平寨、太阳庄、油竹山和斗篷山等隧道遇灾害性突水、突泥的风险性大, 属于一级高风险隧道, 是贵广全线高风险隧道最多的标段。该标段的超前地质预报工作中, 所采用的预报方式、方法基本涵盖了现有预报技术的所有常规手段。
2 常用的超前地质预报方法
2.1 工程地质调查法
工程地质调查法是隧道施工超前地质预报的最基本的手段, 是开展其他预报手段的前提和基础工作。主要是根据工程场区区域地质资料、已有勘察成果资料、隧道已开挖段或超前导坑揭示的地质资料, 通过地质理论分析及赤平极射投影法作图推测隧道掌子面前方的地质情况的一种方法。通常是要求具有地层学、地质构造学、水文地质学等地质学科基础的有经验的工程师开展此项工作, 辅助工具主要有罗盘、手电、地质锤、数码相机等。
2.2 TSP探测法
TSP探测法属于地震波法的一种, 是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掌子面前方及周围临近区域地质状况的, 属于多波多分量高分辨率地震反射法 (如图1所示) 。隧道现场需要在左或右边墙上施作24个间距1.5 m深度1.5 m的震源孔, 2个接收器孔在隧道左右边墙上对称布置, 深度2 m。每次测试需要消耗瞬发电雷管24枚, 乳化炸药3 kg左右, 参与测试人员至少两人, 一名为经培训合格的TSP系统操作人员, 另外一名为具有爆破资格证的熟练工人。由于TSP测试需要的26个钻孔在隧道边墙上的位置及深度都有准确要求, 贵广预报项目部的做法是至少提前24 h对工区进行TSP测试准备工作技术交底, 钻孔施作的好与坏对采取数据的质量及后期数据处理的精度都有直接影响。贵广超前地质预报项目1标段采用的是TSP203型探测仪, 在经过几百次的探测与实际开挖情况对比, 总结其有如下特点:
1) 不计TSP测试炮孔、接收器孔的准备时间, 现场连接观测系统, 进行24孔逐点引爆采集数据的时间平均为2 h~3 h, 在此期间, 施工现场要停止一切有声响的工作, 防止对信号采集的干扰扰;;
2) 单次测试探测距离远, 在隧道围岩较完整情况下预报有效距离可以达到200余米, 综合预报的准确率和功效, 一般正式探测报告均取120 m的有效预报距离, 循环搭接长度以不小于20 m为宜;
3) 探测对于隧道掌子面前方断层破碎带、节理密集破碎带、岩性差异大的界面, 如软弱夹层、煤层, 基本有明显的波形反映, 对基岩裂隙水出水点反映效果不是特别明显, 对各种边界不规则的溶腔、溶洞体以及充填情况预报效果较差, TSP203观测系统的信号采集原理主要是针对面状结构体有直接关系。
2.3 探地雷达法
探地雷达法也称电磁波法, 是一种用于探测地下介质分布的广谱电磁技术。简而言之, 这种方法是利用所有不同的岩性地质体介电常数都是不相同的, 即便是相同岩性地质体由于节理、地下水发育情况的不同其介电常数也不同的基本理论, 可以得到掌子面前方15 m~25 m范围内的电磁反射波普图, 经过解译推测前方工程地质情况的一种方法 (见图2, 图3) 。贵广铁路超前地质预报项目1标段, 由于隧道洞身岩性主要为白云岩、灰岩等可溶岩, 探地雷达作为预报各种溶蚀不良地质体的主要手段得到广泛的应用。采用的美国SIR-20雷达主机, 配100 MHz屏蔽天线设备, 经过上千次的预报与实际开挖对比, 总结其有如下特点:
1) 一般在掌子面上采用“十”字形布置双测线 (特殊情况下采用“井”字形四测线布置, 现场采集数据占用施工时间短, 平均时间15 min一条测线, 一般两条测线的采集时间在25 min内, 需要人员3人~4人;
2) 对于隧道掌子面前方开挖界限内溶蚀破碎带、岩溶管道、溶洞、暗河探测都有明显的反射信号, 特别是充水的情况下, 信号差异强烈, 易识别;
3) 其缺点是预报距离短, 一般20 m左右, 遇到围岩破碎的情况下, 甚至只有15 m左右。
2.4 超前水平钻孔法
超前水平钻孔法是利用钻机在隧道掌子面上按设计参数进行钻探获取地质信息的一种超前预报方法, 根据不同的情况如探测断层破碎带、岩溶、煤层瓦斯、重大物探异常, 可以选择取芯钻或者冲击钻方式。一般情况下, 超前水平钻孔, 其孔位皆为均匀分布在掌子面上, 但对于黔南岩溶发育地区, 考虑到岩溶形态的多变性、复杂性, 很难说打多少孔能够探明情况。贵广铁路超前地质预报项目1标在超前水平钻孔布置参数设计上与雷达探测结果结合起来, 有针对性的设计钻孔位置、孔口角度, 可以达到事半功倍的效果。如雷达探测表明前方溶蚀区主要分布在隧道掌子面左侧, 可以把钻孔集中到左侧区域布置, 提高探孔效率, 以便探清溶腔体发育的形态、延伸方向、充填物性质等要素, 为制定施工措施提供依据。需要强调的是, 在超前水平钻孔施作期间, 必须要有有经验的预报技术人员现场确认钻孔布置并全程跟踪钻进过程, 记录钻进过程, 通过冲洗液的变化、钻进的速率、出水量的大小研判地质情况, 并最终形成详尽的超前水平钻孔报告。目前, 隧道施工都采用机械化配套作业, 超前水平钻探基本都采用自行式履带钻机, 具有扭矩大、钻进速度快、取芯完整、对施工影响小、角度灵活的特点, 可以适应各种地质岩层的快速钻进, 常见的有日本矿研RPD-150C、意大利卡萨格兰特C6钻机、北京探矿机械厂生产的DDL-300型钻机。
2.5 加深炮孔
加深炮孔是指在采用钻爆法施工的隧道中, 在隧道开挖爆破周边眼的施作中选取3个~5个钻孔, 加深至爆破深度外2 m~3 m的方法。该方法的特点是施行简单、不单独占用施工时间, 准确度较高。贵广超前地质预报项目经过实际运作, 为提高工作效率, 把钻孔操作可能遇到的情况简化为表格形式, 由一线工人通过勾选的方式记录加深炮孔情况。
3 常用的超前地质预报方案的主要内容
3.1 岩溶及岩溶突水预报方案
利用地表调查, 结合隧道洞内开挖段素描手段及勘察阶段物探成果中的异常区分布情况, 推测隧道可溶岩发育的大致里程, 再通过TSP203地震波法、地质雷达法长、短距离相结合的探测对岩溶及地下水发育的位置、规模及性质作较为详细的预报, 如综合预报结论掌子面前方50 m范围内可能有岩溶、突泥涌水不良地质体, 则应布置3个~5个超前水平钻孔进行钻孔验证, 钻孔时需安设孔口管及高压闸阀, 当遇有高压水时, 要立即拔出钻具, 关闭孔口管的高压阀门, 等待制定处理措施。对岩溶强烈发育地段可增加钻孔的数量及采用地质雷达探测, 并对开挖后的隧道底板用地质雷达进行隧底岩溶检测。
3.2 煤层瓦斯预报方案
首先仔细分析前期地质勘察资料, 分析含煤地层发育里程段, 通过隧道开挖过程中的地质素描与勘察对比, 大致确定隧道揭露煤系地层的里程, 为确保安全, 一般是在煤层可能出现里程位置处提前200 m左右开始准备揭煤的预报工作。依靠TSP203系统的探测, 煤层在工程地质上表现出的性质类似于软弱泥岩夹层性质, 对于软弱夹层该系统通过波速、杨氏模量等指标的变化, 会有明显反映。此时的解释就要推断为疑是煤层位置, 要通过单孔超前水平钻孔方法确认是否为煤层及其准确位置与层厚。需要注意的是水平钻孔采用取芯钻, 全程需采用水循环回转钻, 同时孔口要进行瓦斯监测, 防止引起火灾或爆炸。
3.3 断层破碎带预报方案
首先利用地质调查与地质素描手段, 推测勘察阶段发现的宽大断层在隧道中出现的大致里程, 此外, 由于地壳中许多断层并未延伸至地表或被覆盖层所覆盖, 所以隧道在开挖过程中所揭露的断层往往多于地表所发现的数量, 采用TSP203和地质雷达进行预报, 探测掌子面前方围岩的强度、完整性、富水性, 然后根据掌子面素描观察隧道围岩的变化, 统计节理组数及其形态的变化, 推测前方可能出现断层的位置, 对可能出现高压富水断层的地段进行单孔水平钻验证, 钻孔时需安设孔口管及高压闸阀, 当遇有高压水时, 要立即拔出钻具, 关闭孔口管的高压阀门, 等待制定处理措施。
4 取得的效果
在施工方切实把超前地质预报工作作为一道重要的施工工序进行管理, 与预报人员密切配合的情况下, 贵广铁路超前地质预报1标, 采用地质调查法、TSP探测法、探地雷达探测法、超前水平钻孔、加深炮孔等手段, 在严格执行行业规范和项目超前地质预报施组的前提下, 对超前预报信息经综合分析, 相互验证, 对隧道掌子面前方不良地质体进行准确定位, 有效地预报了隧道岩溶突泥涌水带、断层破碎带、软弱夹层等不良地质情况, 开工以来, 先后共准确预报岩溶溶腔体53处 (见图4) , 断层破碎带19处及其他不良地质体多处, 协助施工单位共同研究制定了切实可行的技术方案, 提前采取对策和措施使隧道施工多次有效规避了工程施工安全风险。
5 结语
1) 准确预报隧道掌子面前方是否存在重大、突发地质灾害发生的地质情况条件, 以便提早采取工程措施, 做到防灾减灾是地质超前预报应达到的目标之一。要实现这个目标, 它需要超前地质预报工作者必须充分了解地质背景条件下借助物探手段, 通过不断的对比预报与实际开挖情况, 并进行总结, 提高预报准确率。目前超前地质预报设计中主要物探手段为地震波、电磁波两种, 都有其使用的盲区或局限性, 而且有些是共性, 成为我们全方位预报出掌子面前方潜在的地质灾害的最大障碍。
2) 参建各方人员的技术沟通是搞好地质超前预报工作的基础。预报人员如果仅是按时递交工点地质预报报告给其负责人, 技术交流有限。目前隧道超前地质预报实践中所用的新仪器基本都是基于地球物理理论的仪器, 它提供的是相关的地球物理信息, 对该地球物理信息的解释需要物探工程师和地质工程师联合作业, 把地球物理语言变成地质语言。但在施工单位, 地质工程师的配置并不常见, 这就出现了施工工程师看不懂或者是不能完全理解地质预报报告。
3) 超前地质预报工作中的钻探方法其结果既直观也准确。超前地质预报工作使用的理论与方法, 包括地质理论方法、地球物理方法、钻探方法。地质理论方法是基础, 是一切后序预报方法的前提;地球物理方法是以地质方法为基础, 地球物理方法可在量上修正地质理论方法的结果;钻探方法是在地质理论方法和地球物理方法结果基础上进行的, 它一般可准确的修正, 甚至是推翻地质理论方法和地球物理方法的结果, 但具体操作中消耗的人力、物力较大, 特别是会占用大量的施工时间而常常被拒之门外, 但它的结果更直观更准确是毋容置疑的。
摘要：以贵广铁路复杂岩溶地质条件下隧道的超前地质预报工作为例, 阐述了地质预报工作的方法、流程和经验, 方便地质预报工作作为隧道施工的关键工序顺利开展, 同时为隧道施工提供安全保障。
关键词：隧道施工,超前地质预报,岩溶地区
参考文献
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地质综合评价法 篇11
关键词项目 风险评估 模糊综合评价
文章编号1008-5807（2011）02-022-01
项目本身具有一次性、创新性和独特性等特性使得项目在实施过程中存在着各种风险。如果不能很好的管理这些风险就会给项目相关利益主体造成损失，因此可以说风险管理是项目管理中最重要的任务之一。风险评价作为风险管理中的重要组成部分，是对项目风险发生的可能性、发生时间、后果严重程度及影响范围等多个方面进行评价和估量。根据评价结果制定风险应对措施，开展风险的控制工作。
模糊综合评价法主要运用模糊集和隶属度函数等概念，应用模糊变换原理，采用定性与定量相结合的方法，从多个方面对事物隶属度及其他等级状况进行整体的评价。模糊综合评价法将定量分析和定性分析有效地结合在一起，既考虑了人为判断情况又将风险进行了量化，实现了风险因素的重要排序。
一、项目风险因素的确定
识别项目风险是风险评价的基础，按照风险的属性不同，大致将其分为以下几类：
（一） 政策与环境风险
国家政策与自然环境会直接或间接影响到项目的开展及实施,从给给项目带来风险。
（二）项目管理风险
实施项目管理是为了使项目更好更顺利的实施，但如果管理者出现没有全面了解项目，提出错误的决策，又会更项目带来严重的影响。
（三）项目进度风险
项目进度风险是指项目实施某些环节或整个项目的时间延误所造成的风险。这种时间上的延误往往伴随着成本的增加。
（四） 项目财务风险
项目财务风险是指项目在实施过程中的资金融通、资金调度、资金周转、利息等不确定性因素影响项目的预期收益的可能性。
二、建立风险层次分析结构
根据上述风险因素的分类分析，项目的风险因素层次分析结构。将风险发生时可能的损失和风险发生的概率作为模型的一级指标，从这两个方面来对风险因素进行排序。然后按照项目中可能发生的几种风险作为二级指标，即上面提到的政策与环境风险、项目管理风险、进度风险和财务风险。这一层是主要因素层。然而这四种风险因素还包括下一层因素，这一层因素作为模型的三级指标。其中政策风险因素主要包括政治风险、法律风险、社会风险、经济风险、自然条件风险；管理风险主要包括高层战略风险、决策风险、项目实施风险；进度风险主要包括成员技术熟练程度、工作效率、突发事件；财务风险主要包括筹集资金、资金的调度、资金周转、利润分配。
三、建立模型
（一）建立模糊集合
（1）评价对象集
评价对象集就是更重会给项目带来风险的因素。对于风险的评价体系，我们这些评价对象又分为一级、二级、三级指标。
（2）评级等级集
评级等级集可定义为某一组定性的形容词（例如：高风险、较高风险、一般风险、较低风险、低风险）的集合。
（3）评价权重集
权重集就是所有评价因素的各自权重系数的集合。个数n与评价因素的个数一致。各指标权重的确定方法用层次分析法确定，这里不再赘述。
（二）建立模糊关系矩阵
在建立了决策的模糊集合之后，要进行模糊综合评价，就必须确定评价因素集中各因素与权重系数集中各权重系数的模糊隶属关系，也就是各因素对应于各权重系数的隶属度，这种隶属度可以用以下方法得出。
（1）请参加评价的每位成员分别根据等级说明和自己的判断能力，确定每个评价因素所属的等级。
（2）在同一个因素中，把选择相同等级的人数相加，再除以参加评价的总人数，则可以得出各因素隶属于各等级的隶属度。
（三）建立综合评级模型及计算
由前面的模糊集合和模糊矩阵，我们可以建立如下的模糊综合评价模型：
式中b1,b2 ,… bm 即为对评价因素的综合评价结果，反映了该层次所有评价因素对应于个评级等级的隶属情况。
（四）数据处理的结果
利用已经建立的模糊综合评价模型，对得出的下述数据结果进行处理：
给每个等级从高到低确定分值，如：如果等级分五等，则可以分别确定各级分数：小于0.2则风险低，0.2到0.4之间风险较低，0.4到0.6之间风险一般，0.6到0.8之间风险较高，大于0.8说明风险高，用下式计算其总得分：
BQ：可以理解为是被评价对象经过评价所得到的平均等级分。
：相应的评级等级分数范围的中间值。
重复上述过程至最底层，便可以得到所有风险因素相对于目标层的排序权重，从而实现了所有风险因素的重要性排序。也得出了风险的综合分数，从而了解该项目风险的大小。
四、结论
地质综合评价法 篇12
高质量的勘察必须真实地反映场地的地形、地貌、地层、构造、岩土性质和不良地质现象等。
场地勘察工作的基本方法有工程地质调查与测绘、勘探、室内试验、原位测试、现场观测、室内整理等。
工程地质调查与测绘在场地勘察方法中是最根本的方法, 是运用其他方法的前提。勘探是获取深部工程地质资料必不可少的手段, 包括钻探、地球物理勘探等。
目前, 许多勘察单位依旧沿用工程地质勘察方法, 存在监理勘察手段单一、勘察质量不高等问题。
本文尝试在小净距隧道工程勘察中, 运用综合地质超前预报勘察方法对隧道工程施工进行前期勘察, 确定破碎带的位置, 为支护设计提供重要的参考依据。
1 小净距隧道
随着高等级公路建设的迅猛发展, 在选线时, 由于上、下行隧道受地形的限制, 经常使得两相邻隧道的最小净距不能满足规范要求。
小净距隧道适用于地形狭窄或存在特殊要求的中、短隧道, 也可以用于长或特长隧道的洞口局部地段。小净距隧道双洞的中夹岩柱的宽度介于连拱隧道和双线分离式隧道之间, 一般小于1.5倍隧道开挖断面的宽度。
现行《公路隧道设计规范》认为小净距隧道是指隧道中间岩柱厚度小于表1建议值的特殊隧道布置形式。表中B是指隧道开挖断面的宽度, 单位:m。
小净距隧道施工过程中双洞之间的围岩、初期支护以及二次衬砌互相影响, 隧道施工取决于中夹层能否保持稳定。
小净距隧道确定净距时, 应考虑洞口及洞身处的围岩类别, 根据地质勘察资料并结合隧道的设计开挖宽度来确定净距大小, 因此, 勘察结果的准确性就显得非常重要。四家子隧道的地质条件就是采用地球物理探测方法为手段的综合地质超前预报法进行成功预测的, 为隧道地质勘探提供了新的思路。
2 隧道工程概况
凌源至绥中高速公路建昌至兴城支线四家子隧道位于建昌县药王庙镇上四家子附近, 呈北西向展布, 设计两条分离式单向隧道, 属中隧道, 隧道概况见表2。
四家子隧道左右线起点均位于直线上, 左右终点均位于半径4000m的左偏圆曲线上, 隧道建昌端平面线间距位于起点段, 为25.0m, 兴城端平面线位线间距为12.1m, 出口段局部为小净距隧道, 隧道最大平面线位间距位于起点段, 为25.0m。
隧道左、右线两端洞口纵断面均位于凸型竖曲线上, 中间段均位于直线段上, 左线洞身直坡段纵坡为1.00%, 右线洞身直坡段纵坡为2.73%。隧道最大埋深约为66m。
3 隧道综合勘探成果分析
从图1联合剖面法隧道右线纵剖曲线中看出, 两条曲线虽然于几处形成“V”字形或“正交点”异常, 但通过与高密彩图对比, 此异常为浅层局部低阻异常, 并未向深部延深, 分析认为是由于地表浅部第四系粉质粘土层或基岩风化壳相对较厚所致。
从图2隧道右线纵剖高密度电法彩色拟断面图中看出, 水平方向上, 深部以K35+940为中心, 形成一处向下延伸的低阻异常带, 分析认为是由于富水性较好的破碎基岩所引起的。
测线其余地段色带连续分布, 整条测线未见明显的低阻异常带, 不存在断裂构造及破碎带等, 隐伏岩体比较完整。垂直方向上, 浅部视电阻率值较低, 色带呈蓝色显示, 是地表粉质粘土层及花岗岩风化壳的反映, 深部视电阻率值逐渐增高, 彩色条带呈绿色、黄色、红色变化规律, 为完整花岗岩的反映。
从图3隧道联合剖面法横剖曲线中看出, 两曲线形态一致, 于几处形成“V”字形或“正交点”异常, 但通过与高密彩图相对比, 此异常为浅层局部低阻异常, 并未向深部延深, 因此可确定隐伏岩体比较完整, 不存在断裂构造及破碎带等。从隧道横剖面高密度电法彩色拟断面图中看出, 水平方向上色带层次连续分布, 虽局部出现低阻带, 但并未向深部延深, 上部梯度变化较小, 主要是地表层及花岗岩风化壳的反映, 下部等值线均匀分布, 缓慢上升, 表明隐伏岩体比较完整。因此可以确定出测线位置不存在断裂构造及破碎带等不良地质现象。
四家子隧道左线进行物探, 推测地质纵向剖面图。在物探测试范围内于K35+940右11.5m附近布设钻孔, 采用浅层地震折射法探测地质剖面情况, 查明测线地段隐伏岩体比较完整, 没有发现断裂构造及破碎带等不良地质现象。四家子隧道中的钻孔波速测试采用单孔法, 测试点距0.5m, 探测结果中风化岩石波速一般3500~5500m/s, 微风化岩石波速一般4100~5800m/s。风化层界线主要依据钻孔资料, 并结合物探及调查资料进行推测。地层探测从岩土层深3.5m开始, 到14.0m结束, 分析得出, 四家子隧道岩土层可分为四层, 分别为粉质粘土厚度约为0.4m, 碎石厚度约2.6m, 中风化花岗岩厚度约3.0m, 微风化花岗岩厚度约9.0m。岩体完整性系数Kv可分析岩体的完整程度, 见表3。公式为Kv= (Vpm/Vpr) 2≤1, 其中Vpm值根据声波测井声速值、曲线特征和地震折射波法岩体波速值, 三者综合分析确定;Vpr值是根据岩石经验值确定, Vpr=6205 m/s。
根据围岩岩体基本质量指标BQ计算公式BQ=90+3Rc+250Kv, 式中, Rc为单轴饱和抗压强度指标;Kv为岩体完整性系数。由于四家子隧道地下水、软弱结构面、高初始应力等情况对其进行修正, 修正值[BQ]的计算公式为[BQ]=BQ-100 (K1+K2+K3) , 式中, K1为地下水影响修正系数;K2为主要软弱结构面产状影响修正系数;K3为初始应力状态影响修正系数。综合考虑超前地质预报法的勘察资料, 四家子隧道的围岩进行了工程地质分级, 其中入口段及出口段为Ⅴ级围岩, 洞身段为Ⅲ-Ⅳ级围岩。
4 小净距范围确定
通过对隧道的地质条件进行综合评价, 根据地质勘察成果并结合隧道的开挖宽度, 将四家子小净距隧道围岩类别划分为两组, Ⅲ级围岩为一组, Ⅳ、Ⅴ级围岩为一组。小净距隧道选址内Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩长度超过总长度50%, 净距参考范围5.0~8.0m;隧道选址内Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ围岩长度超过总长度50%, 净距参考范围3.0~5.0m。实际隧道左线总长度495m, Ⅲ级围岩占51.71%;右线总长度506m, Ⅲ级围岩占57.54%, 实际确定净距的选取范围为5.0~8.0m, 由此确定净距对该隧道施工方案的参数确定具有重要的参考价值。
5 结论
本文对四家子隧道采用综合地质超前预报法对其工程地质特征进行评价, 得到以下结论:1) 根据勘察成果分析, 对四家子隧道的岩土层进行了分类, 分别为粉质粘土厚度约为0.4m, 碎石厚度约2.6m, 中风化花岗岩厚度约3.0m, 微风化花岗岩厚度约9.0m。深部地层隐伏岩体比较完整, 没有发现断裂构造及破碎带等不良地质现象;2) 通过对隧道的地质条件进行综合评价, 根据地质勘察成果并结合隧道的开挖宽度, 确定出隧道净距的选取范围为5.0~8.0m, 该隧道施工方案的参数确定具有重要的参考价值;3) 隧道综合地质超前预报法可以通过多种物探方法进行校核和验证, 目的是提高隧道地质预报的准确率, 是未来的隧道勘察必不可缺的发展趋势。
摘要：为了保证隧道施工的安全以及对不良地质地段及时采取防御措施, 采用以地质法为基础, 多种地球物理勘探方法为手段的综合地质超前预报法进行勘察, 提高了隧道地质超前预报的准确率。以四家子隧道为实例, 通过对隧道横、纵断面采用联合剖面法和高密度电阻率法进行对比分析, 勘察结果表明:1) 四家子隧道的岩土层可以分为四类, 深部地层隐伏岩体比较完整, 没有发现断裂构造及破碎带等不良地质现象;2) 结合隧道的开挖宽度, 确定出隧道净距的选取范围为5.08.0m, 为该隧道的支护参数确定提供了重要依据。
关键词：小净距隧道,综合地质超前预报,施工勘察
参考文献
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