赤平投影在高速公路岩质边坡地灾评估中的应用

摘 要：【目的】高速公路岩质边坡地灾评估是为了在地质灾害易发区内进行高速公路岩质边坡深挖路堑施工前，对项目所在区域的地质条件进行详细调查和分析，以评估工程建设过程中和建成后可能引发和遭受地质灾害的危险性等级，避免和减轻地质灾害造成的损失，维护人民生命和财产安全。【方法】以拟建渑淅高速公路淅川至豫鄂省界段两处岩质边坡为例，对赤平投影在高速公路岩质边坡地质灾害危险性评估中的应用进行分析，对两处岩质边坡进行地质灾害现状综合评估，并提出针对性的处治措施。【结果】结果显示，赤平投影能够定性直观预测边坡开挖后的稳定状态，为地质灾害危险性评估及处治措施提供依据。【结论】赤平投影在高速公路岩质边坡地灾评估中，可以为工程建设提供科学依据，确保项目安全、顺利进行，同时为地质灾害防治工作提供指导。

关键词：赤平投影；高速公路；岩质边坡；地灾评估

中图分类号：U452.11" " "文献标志码：A" " "文章编号：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

地灾评估即地质灾害危险性评估，在最新修订的《地质灾害危险性评估规范》（GB/T 40112—2021）［1］（以下简称《地灾规范》）中，不稳定斜坡作为一种地质灾害类型被首次纳入其中。这一变化反映了地质灾害危险性评估工作的不断发展和完善，为预防和减轻地质灾害提供了更加科学和全面的依据。所谓不稳定斜坡是指由于自然因素或人类活动的影响，在一定时间内可能发生滑坡、崩塌等地质灾害的斜坡。这类斜坡具有较大的危险性和潜在的危害，需要进行科学评估和有效防控［2］。

高速公路不稳定斜坡的形成主要是由于高速公路开挖过程中破坏了原有的土壤或岩石结构，在自然状态下，斜坡的土壤或岩石会因为重力作用而保持相对稳定的状态，但是在开挖过程中形成的人工边坡，原有土壤或岩石结构受损，边坡丧失了原有的支撑与稳定性，从而产生了不稳定斜坡［3-5］。此外，一些其他因素也会引起不稳定斜坡的出现。例如，气候变化、地震、降雨等因素都可能对土壤或岩石结构产生影响，从而加剧斜坡的不稳定性。

不稳定斜坡地质灾害危险性评估工作应当遵循科学性、客观性、综合性和可操作性的原则，评估内容包括地质环境条件分析、致灾因素分析、危险性评价和防治措施建议等方面。目前，地质灾害危险性评估工作中并没有统一的方法来确定不稳定斜坡。本文以某高速公路工程开挖形成的岩质边坡为研究对象，将赤平投影法应用于不稳定斜坡地质灾害的评估中，使得评估结果更加科学合理。

1 赤平投影法

赤平投影是一种将三维空间中的倾斜线投影到二维平面上的一种方法，被广泛应用于地质学、地球物理学等领域。岩质边坡的稳定性往往受到软弱结构面的影响和控制，失稳时通常发生楔形体破坏。赤平投影是一种非常有效的工具，可以用于分析结构面和边坡临空面的空间组合关系［6］。通过赤平投影法，可以清晰地确定楔形体的几何形状及其在空间中的分布情况，还能推断出可能发生变形和位移的方向，能够直观地对岩质边坡的稳定性状态进行评价。

在高速公路岩质不稳定斜坡地质灾害危险性评估尤其是预测评估时，需要在项目施工前对拟建工程边坡开挖后引发及遭受的地质灾害进行预测评估，赤平投影法可以通过测量和计算斜坡上岩层结构面的产状，将其投射到赤平面上，从而得到一个二维的图像。通过对此图像进行分析，可以得出斜坡的结构面特征、稳定状态以及可能的发展趋势。

2 项目概况

2.1 项目背景

拟建渑淅高速公路淅川至豫鄂省界段项目起点位于淅川县马蹬镇寇家庄附近，与渑淅高速西淅段衔接，向南沿省道335西侧布线，于曹家庄设隧道至三湾，路线向南至关防滩村及八仙洞景区，设立特大桥横跨丹江，向西南穿越群山，经八里沟、庙岭、棠梨树岗村至孙家洼，而后沿山体半坡布线，继续往西南至仓房镇前营村与十堰段高速相连。拟建项目采用双向四车道高速公路标准，所在地区地形地貌属于溶蚀侵蚀高丘陵至剥蚀高丘陵区，沿线山势陡峭，地形复杂。本研究选取拟建渑淅高速公路淅川至豫鄂省界段两处岩质边坡（以下编号为X01、X02）为例，对赤平投影法在高速公路岩质边坡地质灾害危险性评估中的应用进行分析，为后续赤平投影法在高速公路此类岩质地灾评估中的应用提供参考。

2.2 项目工程地质条件

评估区构造处于南秦岭褶皱带（Ⅱ2）的荆紫关-师岗地向斜褶皱束（Ⅱ22），地质构造具有多旋回、强烈变动特征。地貌类型为侵蚀剥蚀丘陵区，属北亚热带大陆性季风气候，由于丹江口水库的调节作用及山地地形的影响，区内气候温和，降水量年际变化大且年内不均；岩性主要为白云质灰岩，表层分布耕植土，评估区岩性岩相变化小，岩土体结构较简单，地震动峰值加速度值为0.05 g，基本烈度为Ⅵ度，工程地质环境条件良好。

3 地质灾害危险性评估

3.1 地质灾害危险性现状评估

依据《地灾规范》，地质灾害危险性现状评估应根据地质灾害体的发育程度、危害程度和诱发因素，结合地质环境条件，进行地质灾害危险性现状评估。本次选取的X01、X02高速公路岩质边坡位于侵蚀剥蚀丘陵区，边坡岩性主要为白云质灰岩，风化程度为强—中风化，开挖前边坡坡度约20°，边坡植被较发育，边坡无变形迹象，评估区地质环境条件复杂程度较好，地质灾害弱发育，该两处边坡现状评估地质灾害发育程度弱，危害程度小，危险性小。

3.2 地质灾害危险性预测评估

3.2.1 现场调绘。经现场调绘及测量，项目区边坡X01、X02主要特征如下。

边坡X01：白云质灰岩岩质边坡，坡度20°，倾向208°，岩层产状170°∠40°，优势结构面产状285°∠45°；高速公路走向168°，设计开挖高度30 m，开挖边坡倾向258°，开挖边坡坡度45°。

边坡X02：白云质灰岩岩质边坡，坡度20°，倾向265°，岩层产状120°∠40°，优势结构面产状310°∠65°；高速公路走向105°，设计开挖高度25 m，开挖边坡倾向195°，开挖边坡坡度45°。

边坡X01、X02地貌主要为侵蚀剥蚀丘陵区，地形起伏较大，现状地质灾害弱发育。但X01、X02两处边坡处在岩质深挖路堑段，挖方路堑坡体前部由于开挖、冲刷等因素，造成坡体形成临空面而发生卸荷松弛，若结构面组合不利，在时间作用下岩土体力学参数下降或岩土体内部水作用增强，最终影响坡体稳定性，有产生不稳定斜坡地质灾害的可能性。

3.2.2 赤平投影分析。对开挖形成的岩质边坡地质灾害危险性进行预测评估时，采用赤平投影法，判断挖方边坡的稳定性，进而对不稳定斜坡地质灾害危险性进行预测评估。

X01边坡开挖后赤平投影如图1所示。由图1可知， X01边坡岩层产状与结构面投影大圆的交点位于开挖边坡面投影大圆与自然边坡面大圆之间。这意味着岩层面与结构面组合交线的倾角相较于开挖边坡面的倾角较为平缓，但陡于自然边坡面的倾角。若组合交线在边坡面和坡顶面上均有出露，则边坡处于不稳定状态，存在滑动风险，此时开挖后的边坡属于不稳定斜坡。

边坡X02开挖后赤平投影如图2所示。由图2可知，边坡X02岩层面与结构面投影大圆的交点位置位于开挖边坡面投影大圆的对侧。这种情况即结构面交点出现在坡面投影弧的另一侧，软弱面的

组合交线会倾向坡面内。在这种情况下，边坡会得到一定的支撑力，使得边坡稳定性达到最稳定状态。由此可知，边坡X02开挖后，处于稳定状态。

3.2.3 赤平投影分析。由3.2.2节可知，边坡X01开挖后属于不稳定斜坡，X02属于稳定边坡，本研究主要针对X01不稳定斜坡进行地质灾害危险性预测评估。根据《地灾规范》，X01不稳定斜坡发育程度为中等，威胁对象主要为施工期及运营期人员、机械及车辆安全，危害程度中等，确定X01不稳定斜坡预测评估危险性等级为危险性中等。

3.3 地质灾害危险性综合评估

地质灾害危险性综合评估以充分搜集和分析研究评估区水文地质、工程地质、环境地质和地质灾害调查区划等资料为基础，结合地质灾害危险性现状评估、预测评估结果，对评估区内地质灾害危险性等级进行综合评估。X01、X02边坡综合评估见表1。

3.4 措施建议

根据综合评估结果及《地灾规范》，边坡X01地质灾害危险性综合评估为中等，因此确定建设场地适宜性为基本适宜，建议边坡X01开挖后采取必要的支护、锚固、排水等措施进行防治，防止不稳定性斜坡进一步发展；X02边坡地质灾害危险性综合评估为低等，因此确定建设场地适宜性为适宜，X02边坡开挖后易于处理，鉴于岩质边坡易掉块，建议X02边坡开挖后采取以坡面防护为主的防治措施。高速公路建设过程中建设单位考虑了地灾评估结果及建议，边坡开挖后，对X01边坡实施了锚杆框架梁+排水支护措施，具体如图3所示；边坡X02实施了主动防护网措施，具体图4所示。防护措施实施后，近一年来对两边坡进行监测未发生明显的位移。

4 结论

本研究以渑淅高速公路淅川至豫鄂省界段两处典型边坡的地质灾害危险性评估为例，将赤平投影法运用于不稳定斜坡的评估中，并提出针对性处治措施，得出以下结论。

①现状条件下评估区地质灾害发育程度弱，危害程度小，危险性小。

②边坡X01地质灾害危险性预测评估及综合评估为危险性中等，建设场地适宜性为基本适宜，须采取必要的支护、锚固、排水等防治措施，边坡X02为稳定边坡，建设场地适宜性为适宜，宜采取以坡面防护为主的防治措施。

③基于赤平投影法进行地质灾害危险性预测评估，能够定性直观预测边坡开挖后的稳定状态，为地质灾害危险性评估及处治措施提供依据。

参考文献：

［1］国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.地质灾害危险性评估规范：GB/T 40112—2021［S］.北京：中国标准出版社，2015.

［2］刘福华.地质灾害危险性评估的思路与基本方法［J］.西部资源，2017（5）：98-99.

［3］马静雯，蓝常勇，赵言文，等.321 国道雁山段地灾危险性评估探讨［J］.冶金与材料，2019（6）： 129-130.

［4］陈君.公路建设用地地质灾害危险性评估实践与认识：以湖北襄—十高速公路襄武段为例［J］.中国地质灾害与防治学报，2001（12）：67-70.

［5］李勇峰，杨志波，刘玉山，等.高速公路建设用地地质灾害危险性评估的理论与实践初探［J］.湖北地矿，2002（16）：186-190.

［6］卢达.基于赤平投影法的岩质边坡稳定性分析［J］.铁道建筑，2010（11）：69-71.