楊毅夫

(成都理工大學(xué)，四川 成都610059)

我國是一個多山的國家，山地約占國土面積的2/3，說明我國存在大量的自然邊坡;而這些自然邊坡多位于我國受印度板塊和亞歐板塊碰撞影響的西部地區(qū)，導(dǎo)致該區(qū)域地震發(fā)生頻率高且震級大，致使我國西部邊坡的失穩(wěn)因素變得復(fù)雜，失穩(wěn)的途徑多變，滑坡規(guī)模較大，造成的危害傷亡巨大。從08年至今該區(qū)域就四川已經(jīng)發(fā)生了兩次大地震，前不久尼泊爾也發(fā)生了一次大地震，地震引發(fā)的邊坡失穩(wěn)帶來觸目驚心的人員傷亡和財產(chǎn)損失，為了避免這些災(zāi)難的發(fā)生，我們需要掌握引發(fā)這些邊坡失穩(wěn)的因素，了解導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的有效途徑。

1 邊坡失穩(wěn)的影響因素

巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)的影響因素很多，巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)不僅和地震有關(guān)，而且還和巖體自身結(jié)構(gòu)與巖質(zhì)邊坡所處的地質(zhì)區(qū)域環(huán)境有關(guān)。巖體自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在因素，也是決定性因素;所處地質(zhì)區(qū)域環(huán)境是邊坡失穩(wěn)的重要影響因素;而地震時引發(fā)滑坡的發(fā)生是直接因素。巖體自身結(jié)構(gòu)特性:(1)巖體的力學(xué)特性有抗彎性能、抗剪性能及抗拉性能;(2)地形地貌特性有坡面形態(tài)、坡角和坡高等;(3)邊坡體的巖性特別是軟巖，風(fēng)化產(chǎn)物性能差且能進(jìn)一步促進(jìn)裂隙的發(fā)展;(4)巖體的結(jié)構(gòu)中薄弱帶體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)面、軟弱夾層控制巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)。所處地質(zhì)區(qū)域環(huán)境:降雨、融雪與地下水都是通過影響巖體強(qiáng)度變化以及引起孔隙水壓力增大和有效應(yīng)力減小而造成的巖體邊坡失穩(wěn);采空區(qū)、高地應(yīng)力都引起巖體邊坡產(chǎn)生裂縫，這些拉、剪裂縫為雨水的入侵提供了條件;采空區(qū)、活躍地層及斷裂帶都可能是地震發(fā)生的源頭，其影響也是不可忽視的;地震作用的強(qiáng)度表現(xiàn)在振幅和頻率方面，對影響巖體邊坡穩(wěn)定性是致命性的，地震作用來回運(yùn)動，致使邊坡巖體受到破壞、裂隙繼續(xù)發(fā)展，直到巖體邊坡沿著鈍化的結(jié)構(gòu)面滑動;地震活動對巖體邊坡的發(fā)展破壞具有累積作用。這些因素并非單一的影響邊坡失穩(wěn)，而是多因素的綜合作用，這些綜合作用不是簡單的因素疊加，而是按照一定的規(guī)律共同作用。為了研究這種規(guī)律我們引入了安全系統(tǒng)工程的事故樹分析方法。

2 事故樹分析法

2.1 編制事故樹圖

事故樹分析(Accident Tree Analysis，簡稱ATA)法起源于故障樹分析法(簡稱FTA)，是安全系統(tǒng)工程的重要分析方法之一。事故樹分析法是一種由結(jié)果分析推出其發(fā)生這一結(jié)果的原因，事故樹的頂上事件即我們要分析的結(jié)果，在事故樹中一般用矩形表示，選擇頂上事件，需要詳細(xì)了解系統(tǒng)內(nèi)情況、收集相關(guān)事故的發(fā)生情況、以及事故的嚴(yán)重程度和事故發(fā)生概率等資料的情況，在此基礎(chǔ)上分析造成事故的直接原因和間接原因;而這些引起頂上事件發(fā)生的原因稱之為基本事件，在事故樹中用圓圈表示;在事故樹圖中，除了這兩種事件外還有兩種事件，一種事件是我們已經(jīng)很清楚該事件或者是該事件在此分析中不重要，稱之為省略事件，一般用菱形表示，還有一種事件叫正常事件，一般用多邊形表示。主要運(yùn)用與門、或門及條件門將頂上事件和基本事件聯(lián)系起來就形成了完整的事故樹圖。

2.2 事故樹分析方法

事故樹的分析步驟或分析思路，主要采用演繹法，其基本步驟如下:首先將其確定為頂上事件，其次調(diào)查與失效事件有關(guān)的所有原因，最后編寫事故樹。事故樹的兩大作用就是做定性與定量分析，根據(jù)事故樹利用布爾代數(shù)法求出最小割集，最小割集為事故調(diào)查分析和事故預(yù)防提供依據(jù)。通過最小割集，我們可以找出安全系統(tǒng)中存在的漏洞，并制定相應(yīng)的預(yù)防措施，全面地控制事故的發(fā)生，從而提高了系統(tǒng)的安全性;利用成功樹求出最小徑集，保證最小徑集的基本事件不發(fā)生，也就確保了頂上事件的安全。

根據(jù)最小割集畫出等效事故圖，求出基本事件確定基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。基本事件在最小割集中單獨(dú)出現(xiàn)其結(jié)構(gòu)重要度最大，基本事件在最小割集中出現(xiàn)的次數(shù)越多則結(jié)構(gòu)重要度也就越大，在基本事件少的最小割集內(nèi)出現(xiàn)次數(shù)少的基本事件與在基本事件多的最小割集內(nèi)出現(xiàn)次數(shù)多的基本事件相比較，一般說前者結(jié)構(gòu)重要度大于后者，極個別情況下兩者相等，僅在同一最小割集中出現(xiàn)的所有基本事件，它們的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)相等。在對頂上事件做好定性后，憑借前期調(diào)查資料、以及經(jīng)驗(yàn)給基本事件賦予一定的概率值，這就可以對事件進(jìn)行定量的分析，求出頂上事件發(fā)生的概率，基本事件的概率重要度，以及危險重要度，事故樹分析思路圖見圖1。

圖1 事故樹分析思路圖

3 事故樹在地震作用下分析巖體邊坡失穩(wěn)中的運(yùn)用

在掌握一定巖體邊坡失穩(wěn)資料的情況時，分析引起邊坡失穩(wěn)的影響因素，鑒別影響因素的重要性以及各因素引發(fā)邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在聯(lián)系，按照事故樹分析法的思路，在確定頂上事件，及其影響因素后，可以編寫事故樹，分析其失穩(wěn)的原因進(jìn)，本次主要分析邊坡失穩(wěn)的自然影響因素，所有在導(dǎo)致巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)時，忽略了支擋結(jié)構(gòu)的失效，土質(zhì)邊坡所特有的失穩(wěn)因素，另外由于干旱原因帶來的邊坡失穩(wěn)在滑坡中的影響比較小，所以也沒做進(jìn)一步研究，其事故樹圖見圖2。

由布爾代數(shù)式求出最小割集的組數(shù)是864組，由此可見導(dǎo)致滑坡失穩(wěn)的途徑是非常多的。其中最小割集中包含12個基本事件有54組，含13個基本事件有180組，14個基本事件包含216組，15個基本事件有216組，16個基本事件有162組，17個基本事件有36組的最小割集表明在軟質(zhì)巖體在含豐富地下水，且這些水沒及時排水，這種可能性最容易在地震作用下導(dǎo)致巖質(zhì)邊坡失穩(wěn);從剩下的最小割集中可以看出滑坡失穩(wěn)的影響因素錯綜復(fù)雜，但是其事故發(fā)生路徑都比較短，都是處于同等危險的狀況。

圖2 事故樹圖

其中最小徑集的組數(shù)為11組，也就是邊坡失穩(wěn)的途徑很多，即反映邊坡在地震作用下失穩(wěn)的影響因素很多，而且失穩(wěn)的因素錯綜復(fù)雜。理論上從11組徑集當(dāng)中我們?nèi)我獾倪x擇控制一組最小徑集，那我們就能夠防止住邊坡失穩(wěn)。但是實(shí)踐中有些徑集的基本事件是沒法控制的，我們只能想辦法限制它在邊坡失穩(wěn)當(dāng)中的影響，所以實(shí)際單純的控制一組徑集是有難度的，一方面，我們在地災(zāi)調(diào)查當(dāng)中掌握的資料不全，無法分析所有的影響因素，以及由于現(xiàn)階段的科學(xué)知識的局限性，各因素之間的相互聯(lián)系還沒有完全研究清楚這就導(dǎo)致失效路徑變得簡單，治理的方面就過于單一;另一方面，在我們分析出來的影響因素當(dāng)中，有些因素的影響是無法抗拒的，比如說震源的遠(yuǎn)近，邊坡位于活動斷裂帶上等。所以我們要從多個影響因素來控制邊坡失穩(wěn)，從這也可以看出邊坡治理的難度性與復(fù)雜性。這與當(dāng)下多方面綜合治理滑坡相符合。

根據(jù)等效事故樹我們求出基本事件的結(jié)構(gòu)重要度:支擋結(jié)構(gòu)失效(0.091)=活躍地層(0.091)=地形地貌差(0.091)＞風(fēng)化嚴(yán)重(0.07)＞結(jié)構(gòu)面發(fā)育(0.064)＞離震源近(0.057)＞高山＞地下水位低＞人工邊坡＞自然邊坡＞采空區(qū)＞Φ值偏小=峽谷＞軟弱夾層＞彎曲性能差＞頻率接近固有頻率＞雨雪=拉伸性能差＞大于歷史震級頻率=C值偏小。從結(jié)構(gòu)重要度可以看出支擋結(jié)構(gòu)失效是失穩(wěn)邊坡最重要的因素;分化程度及結(jié)構(gòu)面發(fā)育結(jié)構(gòu)重要度比較大，說明巖質(zhì)邊坡主要受結(jié)構(gòu)薄弱帶控制為主，受應(yīng)力影響為其次;Φ值偏小在邊坡失穩(wěn)當(dāng)中占的比列因素比C值偏小要大很多;根據(jù)基本事件結(jié)構(gòu)重要度可以看出采空區(qū)的結(jié)構(gòu)重要度比較小(0.038)，以及巖體的抗彎性能在巖體破壞時起到的重要性大于巖體抗拉性等這一結(jié)論有待斟酌。

表1 最小割集

4 結(jié)語

根據(jù)已有的資料和經(jīng)驗(yàn)以及基本事件結(jié)構(gòu)重要度，可以賦予基本事件在事故發(fā)生的概率，根據(jù)賦予概率值算出巖體邊坡失穩(wěn)的概率。事故樹的分析方法為我們在實(shí)際的地災(zāi)調(diào)查中對邊坡失穩(wěn)進(jìn)行定量分析提供了理論依據(jù)。最小割集是事故發(fā)生的可能性大小，通過其最小割集的數(shù)目可以看出體系的危險程度，參考危險程度來對滑坡進(jìn)行處理，同時最小徑集的求解可以指導(dǎo)我們的治災(zāi)思路，其中路徑最短的便是對滑坡治理最有效的方法。

［1］汪元輝.安全系統(tǒng)工程，天津大學(xué)出版社.1999.10.1.

［2］黃昌乾，丁恩保.邊坡工程常用穩(wěn)定性分析方法［J］.水電站設(shè)計.1999，(01):53 －58.

［3］陳祖煜，汪小剛，楊健.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析—原理@方法@程序［M］.北京:中國水利水電出版社.2005.