鄧正宇， 汪 凱， 周其健， 薛文坤， 陶 嘯

(中建西南勘察設(shè)計研究院有限公司, 四川成都 610031)

我國幅員遼闊，擁有眾多的山區(qū)河流地區(qū)，在這些地區(qū)由水庫運(yùn)行和城鎮(zhèn)搬遷建設(shè)而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題也應(yīng)重視。近幾十年來，我國對山區(qū)河流地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了大規(guī)模的勘察治理，積累了十分豐富的經(jīng)驗，掌握了大量詳實且經(jīng)過實際工程驗證的治理工程資料。目前，面對大量的地質(zhì)災(zāi)害勘察治理經(jīng)驗和相關(guān)資料，如何將這些經(jīng)驗和資料進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究歸納總結(jié)，是目前各大生產(chǎn)單位及科研院校迫切期望研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。中建西南勘察設(shè)計研究院根據(jù)西南地區(qū)大量山區(qū)河流地質(zhì)災(zāi)害治理研究、勘察、設(shè)計、施工工作成果，以地質(zhì)災(zāi)害勘察治理技術(shù)集成為指導(dǎo)思想，充分利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理和計算機(jī)技術(shù)，開發(fā)編制了一套蓄水區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，具有數(shù)據(jù)查詢、治理工程輔助設(shè)計和方案估計決策分析等功能，可服務(wù)于地質(zhì)災(zāi)害的勘察治理工作。該系統(tǒng)可以將長期以來各個單位對山區(qū)河流地質(zhì)災(zāi)害的工程勘察和治理積累的大量成果信息資料，建成集中管理和高效共享地質(zhì)災(zāi)害全面系統(tǒng)的信息，為地質(zhì)災(zāi)害的勘察治理提供決策性幫助。同時，通過集成在系統(tǒng)中的應(yīng)用模塊，可以集成運(yùn)用已有的成果和技術(shù)，對地質(zhì)災(zāi)害的勘察和治理做出快速決策。

1 地質(zhì)災(zāi)害勘察治理技術(shù)集成

地質(zhì)災(zāi)害勘察治理集成技術(shù)即是把相對獨(dú)立的勘察或治理技術(shù)整合到一起，提出相應(yīng)的系統(tǒng)模式和技術(shù)解決方案，以系統(tǒng)的高度為地質(zhì)災(zāi)害的勘察治理需求提供幫助。蓄水區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)系統(tǒng)(以下稱為TGGD系統(tǒng))正是一套基于Windows平臺開發(fā)，選用Visual FoxPro、Map Objects和Visual Basic程序作為空間數(shù)據(jù)庫開發(fā)組件的地質(zhì)災(zāi)害勘察治理集成技術(shù)系統(tǒng)，能夠為勘察治理提供系統(tǒng)的輔助決策。

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備、軟件和數(shù)據(jù)四部分組成，可運(yùn)行于Windows XP及以上的系統(tǒng)。TGGD系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源多種多樣，涉及基礎(chǔ)地理地質(zhì)圖件、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的勘察、治理和監(jiān)測資料等。其系統(tǒng)信息界面如圖1所示，界面中主要包括查詢欄、圖表欄、信息欄、圖片(數(shù)據(jù))欄和文檔欄。

圖1 系統(tǒng)信息界面

1.2 系統(tǒng)功能

TGGD系統(tǒng)是將災(zāi)害點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以一定的格式輸入、存儲、查詢顯示和綜合分析應(yīng)用的系統(tǒng)，主要具有以下功能。

1.2.1 數(shù)據(jù)管理功能

數(shù)據(jù)庫的管理功能是其基本功能之一，利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理，包括從數(shù)據(jù)庫中檢索滿足條件的數(shù)據(jù)、向數(shù)據(jù)庫中添加數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和修改表結(jié)構(gòu)。

1.2.2 查詢功能

系統(tǒng)提供的查詢方式包括以下幾種：按災(zāi)害點(diǎn)名稱查詢、按行政區(qū)查詢、按WGS84坐標(biāo)查詢、按地質(zhì)災(zāi)害類型查詢和自由查詢。

1.2.3 模擬計算與估計功能

模擬計算和估計分別是對已勘察災(zāi)害點(diǎn)和未勘察災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析和治理措施選擇。模擬計算的主要功能是分析災(zāi)害點(diǎn)敏感性因子、評價災(zāi)害點(diǎn)治理措施的合理性；估計功能則是在已知少量必須數(shù)據(jù)的條件下，對災(zāi)害點(diǎn)穩(wěn)定性和治理措施選擇進(jìn)行估計。

1.2.4 統(tǒng)計與輔助設(shè)計功能

分為分類統(tǒng)計、分布統(tǒng)計、自定義統(tǒng)計、按工程類型統(tǒng)計和按物質(zhì)組成統(tǒng)計五類。

夏小春看著她，似乎明白了什么。兩年過去了，溫簡也終于明白當(dāng)初顧青為什么那么輕易地和她分手了。因為他不想拖累她，他對自己充滿了懷疑，覺得自己給不了溫簡想要的幸福。那個時候，他弟正需要大把的錢，他借了很多的錢，包括夏小春的。那次溫簡見到夏小春和顧青在一起，其實是夏小春送錢來給顧青。

1.2.5 報表與檔案功能

系統(tǒng)提供災(zāi)害點(diǎn)信息輸出功能，將災(zāi)害點(diǎn)信息輸出到電子表格里，可以實現(xiàn)打印功能。將災(zāi)害點(diǎn)勘察、設(shè)計、監(jiān)測資料按照要求加工后存儲在硬盤中，實現(xiàn)系統(tǒng)的檔案功能。

2 地質(zhì)災(zāi)害信息查詢功能

地質(zhì)災(zāi)害的勘察應(yīng)在充分搜集以往地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，熟悉所調(diào)查地區(qū)的有關(guān)地質(zhì)資料，根據(jù)需要進(jìn)行勘察工作。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害空間分布性和其自身的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)置了按災(zāi)害點(diǎn)名稱查詢、按行政區(qū)查詢、按WGS84坐標(biāo)查詢、按災(zāi)害類型查詢等幾種方式。另外，根據(jù)不同整治工程類型的特點(diǎn)，設(shè)置了自由查詢功能。

地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布范圍廣，具有空間性，按照行政區(qū)劃查詢?yōu)暮c(diǎn)可以快速了解不同區(qū)域范圍內(nèi)的災(zāi)害點(diǎn)分布特點(diǎn)，準(zhǔn)確定位查詢某一地區(qū)的災(zāi)害點(diǎn)。系統(tǒng)采用國家標(biāo)準(zhǔn)行政區(qū)劃編號，設(shè)定區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村三級地名。按行政區(qū)劃查詢方法適用于已知目標(biāo)地區(qū)，例如查詢目標(biāo)地區(qū)是奉節(jié)縣永安鎮(zhèn)金盆村，則查詢結(jié)果如圖2所示。

圖2 按行政區(qū)查詢示例

同樣，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)具有空間分布的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)置了按經(jīng)緯度查詢，該查詢適用于已知災(zāi)害點(diǎn)具體地理坐標(biāo)的情況，經(jīng)緯度可準(zhǔn)確地定位地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)具體地理位置，對待勘察災(zāi)害點(diǎn)的資料收集工作有很大的幫助。通過此功能，能快速確定本地區(qū)一定范圍內(nèi)已勘察點(diǎn)的信息，有助于對待勘察點(diǎn)的估算和分析。按經(jīng)緯度查詢時可按輸入坐標(biāo)點(diǎn)距離由近及遠(yuǎn)變換查詢范圍，搜索范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，選定災(zāi)害點(diǎn)后在基本信息界面顯示其詳細(xì)信息。例如某勘察災(zāi)害點(diǎn)坐標(biāo)經(jīng)度為109.516°，緯度為31.067°，以這一經(jīng)緯度為原點(diǎn)，查詢結(jié)果如圖3所示(中心坐標(biāo)1 km范圍內(nèi)工點(diǎn))。

圖3 按經(jīng)緯度查詢結(jié)果示例

目前系統(tǒng)中大類的地質(zhì)災(zāi)害有滑坡、塌岸、邊坡、危巖四大類，其中每一類又可以細(xì)分為更多種，如滑坡又可分為土質(zhì)滑坡、順層滑坡和切層滑坡等。因此還設(shè)置了按地質(zhì)災(zāi)害類型查詢功能，查詢時先選擇地質(zhì)災(zāi)害類別，然后選擇次級分類，選擇滿足條件的災(zāi)害點(diǎn)，查看災(zāi)害點(diǎn)詳細(xì)信息。對于某種地質(zhì)災(zāi)害來說，按地質(zhì)災(zāi)害類型查詢?yōu)暮c(diǎn)更具有針對性，例如按滑移型塌岸查找的災(zāi)害點(diǎn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 按地質(zhì)災(zāi)害類型查找結(jié)果示例

圖5 自由查詢結(jié)果示例

3 模擬計算與估計功能

系統(tǒng)災(zāi)害點(diǎn)的穩(wěn)定性模擬計算分別采用極限平衡法和工程類比法分析已知災(zāi)害點(diǎn)的穩(wěn)定性。采用極限平衡法計算時可分析災(zāi)害點(diǎn)參數(shù)敏感性，從而為參數(shù)取值和治理措施的合理選擇提供參考。采用工程類比法分析時，可驗證災(zāi)害點(diǎn)的穩(wěn)定性和治理措施的合理性。模擬計算功能為參數(shù)取值、災(zāi)害點(diǎn)穩(wěn)定性分析和治理工程決策提供參考，使參數(shù)取值更準(zhǔn)確，穩(wěn)定性分析更可靠，治理工程的選擇更具有針對性，以最少的投資取得最佳的工程效果。圖6為采用極限平衡法分析滑坡穩(wěn)定性的主界面。

圖6 滑坡模擬計算(極限平衡法)

極限平衡法是分析滑坡穩(wěn)定性的定量方法，工程類比法則是定性分析滑坡穩(wěn)定性，將二者結(jié)合起來使得滑坡穩(wěn)定性分析更可靠。

采用工程類比法對某滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。圖7為數(shù)據(jù)庫中采用工程類比法分析水井灣滑坡穩(wěn)定性主界面，界面上顯示了和本滑坡相似滑坡的信息和本滑坡穩(wěn)定性的結(jié)論。點(diǎn)擊主界面上的參數(shù)頁框，在參數(shù)頁框里顯示了相似滑坡類比因素和本滑坡對應(yīng)因素間的距離，距離越小，表明本滑坡和相似滑坡在此種因素上最類似。例如，和本滑坡最類似的南橋頭滑坡，類比因素的滑體物質(zhì)和滑帶物質(zhì)與本滑坡的距離是0，表明南橋頭滑坡的滑體物質(zhì)和滑帶物質(zhì)與本滑坡完全一致(圖8)。

圖7 滑坡工程類比分析主界面

圖8 相似滑坡各類比因素和本滑坡對應(yīng)因素的距離

另外，巖質(zhì)邊坡(危巖)穩(wěn)定性估計時要求獲取的野外數(shù)據(jù)為：坡高、坡度、坡向、巖類、塊寬、地面坡度、風(fēng)化程度、地震烈度、地下水情況、層理的產(chǎn)狀、層理延伸長度、層理間距、節(jié)理產(chǎn)狀(不超過3組)、節(jié)理延伸長度、節(jié)理間距、后緣裂隙深度、后緣裂隙至邊坡坡肩點(diǎn)的寬度、裂隙內(nèi)水深。按照要求填寫野外獲取的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)給出巖質(zhì)邊坡的赤平投影圖，根據(jù)赤平投影圖可初步判定邊坡的破壞模式和穩(wěn)定狀況。據(jù)圖9的赤平投影圖，可初步判斷邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但可能產(chǎn)生塊體崩落現(xiàn)象。

根據(jù)邊坡可能產(chǎn)生的破壞模式分析邊坡的穩(wěn)定性。采用極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定性時，采用的巖土體物理力學(xué)參數(shù)以數(shù)據(jù)庫中同種類巖土體的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，剩余推力以三種破壞模式中穩(wěn)定系數(shù)最小的破壞對應(yīng)的剩余推力為準(zhǔn)，可知此邊坡為平面破壞，目前穩(wěn)定。在圖9中，虛線為推薦的邊坡坡度設(shè)計線。另外，采用工程類比方法定性分析巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性，工程類比結(jié)果如圖10所示，和此邊坡相似度最高的邊坡目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，可采取的治理措施為錨固。

圖9 極限平衡法計算結(jié)果

圖10 工程類比結(jié)果

4 統(tǒng)計與設(shè)計輔助功能

系統(tǒng)對大量分散的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到災(zāi)害點(diǎn)分布特征、巖土參數(shù)統(tǒng)計值等，為災(zāi)害點(diǎn)的勘察和治理工作提供支持。

分布統(tǒng)計是對災(zāi)害體的數(shù)值型條件做統(tǒng)計，得到其分布特征。統(tǒng)計項目包括地災(zāi)的幾何特征和不同結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計參數(shù)。在試驗的基礎(chǔ)上對巖土體物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，得到近似的概率分布模型，對其規(guī)律性的認(rèn)識可為區(qū)域內(nèi)的某一災(zāi)害點(diǎn)的小樣本巖土參數(shù)的檢驗和優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。例如，統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中黏土的飽和重度，得到圖11所示的分布頻度直方圖，可知黏土的飽和重度近似呈正態(tài)分布，而且具有變異系數(shù)很小的特點(diǎn)，變異系數(shù)僅為0.002 1。因此土的容重參數(shù)取值時可取頻度最大的樣本所對應(yīng)的值。

圖11 分布統(tǒng)計示例

分類統(tǒng)計是對描述型條件做統(tǒng)計，得到描述型條件的分布扇形圖。統(tǒng)計項目包括各地災(zāi)類型的規(guī)模、物性、地層、破壞類型、整治工程類型等。例如，對研究區(qū)的危巖破壞模式進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如圖11所示，共計376個樣本，傾倒式169個占總數(shù)的44 %，墜落式121個占總數(shù)的32 %，滑移式79個占總數(shù)的21 %，混合式7個占總數(shù)的1 %。通過對統(tǒng)計結(jié)果的分析，可推斷研究區(qū)的危巖以傾倒式破壞居多，其次是墜落式和滑移式，混合式的破壞模式最少。

根據(jù)不同的地災(zāi)類型特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)置了自定義統(tǒng)計功能，用戶可以選擇統(tǒng)計方法、統(tǒng)計項目、項目屬性，構(gòu)建范圍表達(dá)式，對同一種地災(zāi)類型實現(xiàn)描述型參數(shù)和數(shù)值型參數(shù)的共同統(tǒng)計。例如，統(tǒng)計萬州區(qū)抗滑樁的樁距值，結(jié)果如圖12所示，可知萬州區(qū)的抗滑樁樁距有5 m、6 m和7 m，其中以6 m為最多。

圖12 自定義統(tǒng)計示例

專題統(tǒng)計專門為災(zāi)害點(diǎn)的穩(wěn)定性分析和整治工程設(shè)計提供參數(shù)取值支持，可滿足穩(wěn)定性分析和整治工程設(shè)計時對巖土參數(shù)的查詢?nèi)≈狄螅鸬綇?qiáng)大的輔助設(shè)計功能。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害治理流程，首先分析災(zāi)害點(diǎn)穩(wěn)定性，利用按物質(zhì)組成統(tǒng)計功能統(tǒng)計穩(wěn)定性計算時所需的巖土參數(shù)值；分析完災(zāi)害點(diǎn)穩(wěn)定性后，如災(zāi)害點(diǎn)不穩(wěn)定則需采取治理措施，此時利用按工程類型統(tǒng)計功能為治理工程選擇和治理工程設(shè)計參數(shù)選擇提供服務(wù)。

例如，研究區(qū)某滑坡滑體物質(zhì)和滑帶物質(zhì)均為黏土，滑體為泥巖。在按物質(zhì)統(tǒng)計界面上選擇黏土，統(tǒng)計得到黏土的重度、粘聚力值、內(nèi)摩擦角和滲透系數(shù)的分布頻度直方圖和范圍值，如圖13所示，取值時可參考這些參數(shù)的統(tǒng)計值。

如滑坡不穩(wěn)定，則需選擇治理措施治理滑坡。假設(shè)選擇抗滑樁作為治理此滑坡的措施，在按工程類型統(tǒng)計界面工程類型選為抗滑樁，巖土類別選為泥巖，統(tǒng)計結(jié)果如圖14所示。統(tǒng)計得到泥巖的重度、巖體粘聚力值、巖體內(nèi)摩擦角值、地基系數(shù)、泥巖與錨固體的粘結(jié)強(qiáng)度、抗滑樁設(shè)在泥巖中的樁長、樁距、最大樁界面寬度、錨固深度等抗滑樁設(shè)計時所需的全部巖土參數(shù)。在進(jìn)行抗滑樁設(shè)計時可參考系統(tǒng)的統(tǒng)計結(jié)果，例如，在泥巖地層中設(shè)置抗滑樁時，樁距最小值為4 m，最大值為6.5 m，平均值為5.42 m，設(shè)計抗滑樁時可考慮將樁距設(shè)置為5 m或6 m；泥巖與錨固體的粘結(jié)強(qiáng)度最小值為150 kPa，最大值為600 kPa，分布頻度直方圖顯示選用375 kPa為粘結(jié)強(qiáng)度值較多，根據(jù)統(tǒng)計得出的結(jié)果，可根據(jù)常用的設(shè)計方案和參數(shù)進(jìn)行計算。

圖13 按物質(zhì)組成統(tǒng)計功能示例

圖14 泥巖與錨固體的粘結(jié)強(qiáng)度統(tǒng)計結(jié)果

5 體會與結(jié)論

通過使用蓄水區(qū)地質(zhì)災(zāi)害勘察治理數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害信息地統(tǒng)一管理與信息資源地共享，利用軟件能完成地質(zhì)災(zāi)害信息地檢索與查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、空間分析以及輸出等各種管理目標(biāo)，為地質(zhì)災(zāi)害防治、城市建設(shè)、資源評價、生態(tài)環(huán)境治理地決策分析提供技術(shù)支持。在實際地質(zhì)災(zāi)害勘察治理過程中，可以采用集成技術(shù)輔助勘察設(shè)計人員的一般工作，利用查詢功能能夠得到周邊地質(zhì)災(zāi)害的特性，在未到達(dá)現(xiàn)場之前既能掌握現(xiàn)場的大致情況，又利用對比估算系統(tǒng)大致估算出地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模，并根據(jù)類比分析在設(shè)計工作中尋找類似的工程，根據(jù)已有的成功案例輔助新災(zāi)害的治理工作。極大的方便了勘察設(shè)計人員的工作，并為工程的設(shè)計施工也提供了更廣泛便利的參考方法。