趙志明，寇 川，黎夢軍

(1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川成都 610031;2.中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

我國是個多山的國家，山地面積占國土總面積的69%。隨著西部大開發(fā)的發(fā)展，鐵路項目向山區(qū)推進，以致線路穿過多個地貌單元和多種復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域。由于高山峽谷區(qū)地形地貌、地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造相當復(fù)雜，導(dǎo)致鐵路地質(zhì)災(zāi)害頻頻發(fā)生，對人類活動和生存環(huán)境造成極大的危害［1］。對鐵路穿過區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害進行與鐵路工程相關(guān)的分區(qū)研究，有助于科學(xué)評價線路方案和鐵路工程的適宜性。目前在公開發(fā)表的國內(nèi)外研究資料中，未見專門針對復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)方面的研究內(nèi)容。在偏重于滑坡危險性區(qū)劃，泥石流危險性區(qū)劃及地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃等方面的研究中，比較有代表性的成果如 Mantovani F．和Cees J．Van Westen等人(荷蘭)于1996年完成的“基于RS技術(shù)的歐洲滑坡研究和分區(qū)”［2］，鐘敦倫、謝洪于1997年完成的“四川重慶泥石流分布及危險性區(qū)劃”［3］，張業(yè)成、胡景江、張春山于1995完成的“中國地質(zhì)災(zāi)害危險性分析與災(zāi)變區(qū)劃”［4］。本文在總結(jié)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價的基礎(chǔ)上主要討論復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)原則及可采用的分區(qū)方法。

1 工程分區(qū)原則

復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)原則是能直觀地反映工程分區(qū)區(qū)域的分布規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)確定選取分區(qū)指標，建立分區(qū)等級和采用不同分區(qū)方法的基本依據(jù)。分區(qū)原則的確定應(yīng)目標明確，應(yīng)與達到的目的相統(tǒng)一。因此，在考慮分區(qū)原則時，應(yīng)詳盡地分析復(fù)雜山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的特征和性質(zhì)，既要尊重客觀規(guī)律又要達到工程實踐目的。

基于山地災(zāi)害危險性評價分區(qū)研究成果［5-7］，結(jié)合鐵路工程分區(qū)目的確定以下分區(qū)原則:

1)主導(dǎo)因素原則:在復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害中，找出其中起決定作用的主導(dǎo)因素作為分區(qū)的原則。確定主導(dǎo)因素時，必須全面分析復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害形成機制。

2)綜合性原則:在全面分析復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害綜合作用基礎(chǔ)上進行分區(qū)，分區(qū)的主要標志可視各區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的形成條件而有所不同。運用此原則，是要保證所劃出的單位是一個具有獨特特點的鐵路地質(zhì)災(zāi)害綜合區(qū)，而不是單一山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)的再現(xiàn)。

3)相似性與差異性原則:在同一類別區(qū)段內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度，觸發(fā)因素應(yīng)有最大的相似性，而不同類別區(qū)段之間則應(yīng)具有明顯的差異性。只有這樣，地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃才有實際意義。

4)科學(xué)性與實用性原則:科學(xué)性主要體現(xiàn)在分區(qū)技術(shù)方法和模型具有現(xiàn)代相關(guān)科學(xué)理論依據(jù)，適合性較好，易于推廣;分區(qū)指標、數(shù)據(jù)資料的準確可靠性及分區(qū)級別劃分的可操作性。實用性則主要體現(xiàn)在分區(qū)技術(shù)方法簡單易行，分區(qū)結(jié)構(gòu)簡潔明了，可視化程度高，為研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報提供依據(jù)。

2 工程分區(qū)標準

在已掌握區(qū)域相關(guān)地貌地層以及區(qū)域構(gòu)造資料和鐵路區(qū)段的詳細調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，綜合分析鐵路沿線各區(qū)段地質(zhì)災(zāi)害特征、穩(wěn)定性以及鐵路工程安全性。根據(jù)野外實地調(diào)查及相關(guān)資料，按照工程分區(qū)原則，選擇地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、對線路的危害程度等為標準，將分區(qū)等級劃分為:Ⅰ安全區(qū)，Ⅱ基本安全區(qū)，Ⅲ較危險區(qū)以及Ⅳ危險區(qū)，見表1。

3 強震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)指標及分區(qū)模型

評價指標的選取及其量化是工程分區(qū)研究理論最重要的、最基礎(chǔ)的組成部分，它直接關(guān)系到強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)質(zhì)量的好壞以及分區(qū)精度的高低?，F(xiàn)結(jié)合對強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害理論及實踐的認識，從系統(tǒng)論和控制論的角度，闡述強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)的評價指標體系。

3.1 工程分區(qū)評價指標的確定

強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，它是相互作用的若干指標的復(fù)合體，各種指標及各指標間相互作用和結(jié)構(gòu)等，構(gòu)成了一個完整的地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)。其各個指標是構(gòu)成強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)的基本骨架，因此指標的選取是工程分區(qū)研究的基礎(chǔ)。根據(jù)對鐵路工程的影響，對地質(zhì)災(zāi)害類型和特征進行綜合分析，選取崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷等三個指標作為強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)的直接指標，即層次分析法中的約束層。

3.2 工程分區(qū)模型

根據(jù)層次分析法評價指標體系組建的基本原則，采用分層遞階方法，將研究大瑞鐵路強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)指標體系分為總體目標層、約束層(一級指標層)、評價指標層(二級指標和三級指標)和對象層(評價對象層)4個層次(圖1)。

表1 強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)標準

圖1 地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)層次分析模型

進行地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)是總目標。按照影響地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)各指標間的關(guān)系，分列崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷等一級指標，分別考慮其對總目標的影響，這些指標構(gòu)成約束層。在約束層的基礎(chǔ)上，對每種一級指標又細分為2個二級指標，分別為既有地質(zhì)災(zāi)害等級和強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害潛在強度，在二級指標地質(zhì)災(zāi)害潛在強度之下又細分為4個三級指標。對象層是系統(tǒng)分析的最底層，把強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)作為對象層。根據(jù)上述方法，采用綜合危險性指數(shù)作為評價地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)的定量化指標并建立地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)計算模型?；静襟E如下:

1)分析各個指標在現(xiàn)實中的實際情況并取值。

2)建立地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)計算模型。

以強震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù)為指標，量化強震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)各指標，可表達為

式中，Dw為多種地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)，Dws，Dwd，Dwk分別為崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷危險性指數(shù);As，Ad，Ak分別為上列三類地質(zhì)災(zāi)害危險性權(quán)重;K為地質(zhì)災(zāi)害對線路工程影響修正系數(shù)，如果地質(zhì)災(zāi)害嚴重，但對線路影響較小或線路通過必要措施躲避了主要地質(zhì)災(zāi)害，取K=0.6，一般評價取K=1。

任一類地質(zhì)災(zāi)害的危險性指數(shù)Dwi按下式計算

式中，Dl，Dq為該類地質(zhì)災(zāi)害的既有地質(zhì)災(zāi)害等級和地質(zhì)災(zāi)害潛在強度;Al，Aq分別為既有地質(zhì)災(zāi)害等級和地質(zhì)災(zāi)害潛在強度的權(quán)重。

地質(zhì)災(zāi)害潛在強度按下式計算

式中，Dq為地質(zhì)災(zāi)害潛在強度指數(shù);D，X，Q，R分別為控制地質(zhì)災(zāi)害形成與發(fā)展的地質(zhì)條件、地形地貌條件、氣候植被條件、人為條件充分程度的標度分值;AD，Ax，AQ，AR分別為上列四方面地質(zhì)災(zāi)害形成條件的權(quán)重。

3.3 強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害指標的量化

指標量化的實質(zhì)就是如何確定各指標在強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)系統(tǒng)中所起的作用。指標的量化研究包括兩部分內(nèi)容:①采用德爾菲法，根據(jù)專家評分確定評價指標體系中各指標在強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)系統(tǒng)中所能分配到的權(quán)重。②根據(jù)不同研究區(qū)的實際情況，采用模糊統(tǒng)計法對各個指標的分類進行細化統(tǒng)計，根據(jù)各個指標在強震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害中的實際作用打分量化。

3.4 工程分區(qū)等級劃分標準

通過全面系統(tǒng)調(diào)查及統(tǒng)計地質(zhì)災(zāi)害活動歷史和形成條件，采用數(shù)理方法，計算確定地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)等級標準。根據(jù)各因素打分及其權(quán)重值，通過分層次計算最終危險指數(shù)。根據(jù)表2地質(zhì)災(zāi)害等級劃分標準對山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害進行工程分區(qū)劃分。

表2 強震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)等級劃分

4 結(jié)語

復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生機理往往比較復(fù)雜，對山區(qū)鐵路進行工程分區(qū)可以正確指導(dǎo)鐵路選線。對復(fù)雜艱險山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害特點進行分析，采用層次分析法建立復(fù)雜艱險山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)模型。正確評價山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害并對其進行工程分區(qū)是一項任重而道遠的工作，不同的方法及因素的選擇會影響結(jié)果的精度。因此地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)研究理論與方法的不斷完善，也是一個值得認真和深入研究的課題。同時，基于GIS技術(shù)的分區(qū)方法在不久的將來具有廣闊的前景。

［1］張春山，張業(yè)成，胡景江，等．中國地質(zhì)災(zāi)害時空分布特征與形成條件［J］．第四紀地質(zhì)，2000(6):559-566．

［2］MANTOVANI F，SOETERS R，VAN WESTEN C J．Romote Sensing techniques for landslide studies and hazard zonation in Europe［J］．Geomorphology，1996，15(3):213-225．

［3］鐘敦倫，謝洪．四川重慶泥石流分布及危險度區(qū)劃［M］．成都:成都地圖出版社，1997．

［4］張業(yè)成，胡景江，張春山．中國地質(zhì)災(zāi)害危險性分析與災(zāi)變區(qū)劃［J］．海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)，1995(9):55-67．

［5］賀敬．云南省瀘水縣地質(zhì)災(zāi)害防治區(qū)劃研究［M］．昆明:昆明理工大學(xué)出版社，2005．

［6］殷坤龍，滑坡災(zāi)害預(yù)測預(yù)報［M］．武漢:中國地質(zhì)出版社，2004．

［7］李貞，周栩．地震次生災(zāi)害區(qū)劃初探［J］．山西建筑，2005，31(24):61-62．