(甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司， 甘肅 蘭州 730030)

1 概述

隨著我國公路發(fā)展越來越快，公路交通對國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的促進作用[1]。公路在進行施工修建時，針對于路面上修建的帶狀建筑體，時常會出現(xiàn)因道路走勢無法進行詳細規(guī)劃和預判，在工程進行修建時會穿越多種自然單元，而其中工程量最大，也最為復雜的當屬不良地區(qū)上的修建，會致使公路完工后，出現(xiàn)各種地質(zhì)造成的自然危害[2]。在我國西部地區(qū)，特別是在平原地區(qū)地質(zhì)危害研究中，在地質(zhì)災害評價中不容忽視[3]。地質(zhì)災害由自然因素或人為因素的作用引起的，對于地質(zhì)環(huán)境發(fā)生異常變動的自然災害，地球內(nèi)部會有異常的物質(zhì)運動、能量釋放、環(huán)境異常變化如地震、泥石流等以及巖土體變形會陸續(xù)發(fā)生，造成一定損害[4]。本文通過某公路工程，對巖土勘察與地質(zhì)災害評估技術進行了研究。

2 工程地質(zhì)環(huán)境

本工程路線全長約64 km，其中規(guī)劃的隧道全長約10.2 km。該項目位于西藏雅魯藏布江下游地區(qū)，屬于米林縣轄制，公路地質(zhì)環(huán)境非常復雜，沿線地質(zhì)災害發(fā)生的頻率較高。

2.1 地理位置

本勘察區(qū)溝壑縱橫、山高谷深，呈復雜的中低山剝蝕地貌。地勢最低點黨家河溝口，海拔1163.5 m，最高點海拔1 545.3 m，通常高差為195～285 m。擬建公路沿線局部穿越黃土高地，地形起伏較大，途經(jīng)高山峽谷。該工程項目所處地勢較低，地形波動較大，難以修建公路，所以導致人跡罕至，不存在交通道路供給通行，只在該勘察地區(qū)模擬公路的起點和終點處存在著公路，其它路段只能靠徒步行走，勘察路段區(qū)域具有極其惡劣的地勢環(huán)境和地形，無法通車。

2.2 氣象水文

工程區(qū)域中河谷冬季無霜凍，夏季無酷暑。根據(jù)較為懸殊的位置和地形差異，降水量分布和熱量散布會產(chǎn)生顯著差異。氣候上呈現(xiàn)多樣性，存在一地多種氣候帶并存現(xiàn)象。

2.3 地層巖性

工程區(qū)淺部土層為黃土狀粉質(zhì)粘土，線路地形起伏具有較大變化，部分屬于第四系地層覆蓋，在部分地段，地層變化大，基巖出露，巖土層空間具有不均勻分布，為不均勻地質(zhì)。巖石種類主要包括各角閃質(zhì)巖、類片巖、變質(zhì)基性巖、石英巖、花崗巖、混合巖等。

3 軟土公路工程環(huán)境的巖土勘察與地質(zhì)災害危險性評價

目前，對公路工程地質(zhì)環(huán)境危險評估的方式主要有層析分析法、模糊綜合評價法和影響因素疊加法等[5-7]。在本工程中，公路沿線地質(zhì)災害危險性由多種影響因素共同作用相互交雜，不能僅評價某個影響因素所造成的單一傷害，需要將其轉(zhuǎn)化為多變量模式進行研究分析，并對多種影響因素所造成的地質(zhì)危害進行綜合性評價分析。本文采用層次分析法進行評價，目的是使評價脫離主觀性影響，更為科學和合理。圖1為本工程危險性評價流程圖。

圖1 危險性評價流程圖Figure 1 Risk assessment flow chart

3.1 評價因子的選取

本文針對公路工程中地質(zhì)危害發(fā)生原因和影響因素評定，因而在評價因子的選擇上遵循相應條件，本研究區(qū)地質(zhì)災害危險性評價評價因子確定為6個因素，分別為地表水系、地形坡度、地層巖性、斷裂構造、降雨量和地震，并結合相應工程施工作業(yè)條件，對最終評價因子進行抉擇。

3.1.1地質(zhì)環(huán)境條件

地質(zhì)環(huán)境條件主要是由影響地質(zhì)危害發(fā)生的影響因子和主要控制因素共同決定，主要包含該地區(qū)地質(zhì)情況、整個地區(qū)地勢、地形地貌及最基礎的地質(zhì)條件結構分析等，這些因素均影響著地質(zhì)環(huán)境條件的變化程度。針對地形地勢這一重要影響因素，在調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)該地質(zhì)斜坡斜率對地質(zhì)危害影響最重要；地質(zhì)條件主要分為三個次級：水文地質(zhì)條件、地層巖性、岸坡結構等次級指標。本研究最終選取評價指標分別為斜坡坡度、地層巖性、水系距離、斷層距離。

3.1.2地質(zhì)災害誘發(fā)因素

在工程路段，誘發(fā)地質(zhì)危害影響因素作用機理使地質(zhì)環(huán)境不斷惡化，并引導著動力作用，從而誘發(fā)地質(zhì)危害。本研究將影響地質(zhì)危害的誘發(fā)因素進行一一分析，從而選取地震震動級別、降雨量大小等作為評價指標。

3.2 層次分析法模型的建立

本研究將用層次分析法作為研究主要方法，通過勘測工程路段中基本地質(zhì)環(huán)境，創(chuàng)建分層遞階模型；在本工程中，公路沿線地質(zhì)災害危險性評價模型分4個層次，分別為目標層、約束層、指標層、對象層。在整個分析系統(tǒng)。目標層是研究工作總目標，屬于最高層；第二層為約束層，以研究區(qū)實地勘察情況為背景，通過專家對該地勢地形評價結果，選用斷裂構造、地形坡度、降雨量劃分區(qū)域、地質(zhì)巖石性狀、研究區(qū)地震震動級別、地表水系指標進行分析，從而表達出總影響性大小，形成約束層；第三層為指標層，通過對各影響指標劃分評價，并遵循咨詢專家意見、類似工程經(jīng)驗以及實際調(diào)查情況；第四層為對象層，地質(zhì)災害危險性程度評價最終結果通過對象層來表示，本研究區(qū)分為高度危險區(qū)、中度危險區(qū)、低高度危險區(qū)，從而構建研究區(qū)層次評價模型。

3.3 評價因子權重確定

3.3.1構造判斷矩陣

通過上述評價因子的選擇、依據(jù)、標準確立評價因子，并對矩陣模型進行創(chuàng)建，求出各評價因子所占權重，在矩陣模型中，本研究對重要性判斷結果使用1～9標度進行量化，表1為矩陣判斷含義。

表1 矩陣判斷含義Table 1 The meaning of matrix judgement因子重要性含義兩者比較1上級和下級兩者相同3與下級相比,上級比稍嚴重5同一層兩者相互比較與下級相比,上級比明顯嚴重7與下級相比,上級強烈嚴重9與下級相比,下級極端嚴重2、4、6、81、3、5、7、9取中間值比較倒數(shù)如果因素ai與aj重要性之比為aij,則因素aj與因素ai的重要性之比為aji=1/aij

目前，因評價因子的評價標準存在不足，方式也較為單一，一般使用工程實例和專家咨詢意見相結合的方式進行分析，這種評價模式最大弊端是主觀性極強，雖與實際情況基本吻合，但還是缺乏相應理論支撐[9]。然而，本研究以不同指標、各評價因子災害點空間分布情況作為評價依據(jù)，在評價因子各極端指標下，通過災害點分布密度比值，對各評價因子相對影響性大小進行量化，通過數(shù)據(jù)的直觀取值，使評價結果更加準確。表2為各評價因子下地質(zhì)災害點分布統(tǒng)計表。

從表2可看出，在本研究區(qū)，各評價因子影響地質(zhì)災害的大小順序依次為：地形坡度、地表水系、斷裂構造、地層巖性、地震、降雨量。根據(jù)表2計算結果，可獲得地質(zhì)災害危險程度的預測判斷矩陣，根據(jù)M3/M1比值大小，對矩陣中各評價因子進行取值，表3為地質(zhì)災害危險程度預測判斷矩陣取值。

3.3.2層次單排序及其一致性檢驗

在進行公路工程地質(zhì)危害影響因素評價時，大多選用層次分析法檢驗判斷矩陣模型，確保矩陣一致性[10]。判斷矩陣的一致性檢驗一般分為四步進行：

表2 各評價因子下地質(zhì)災害點分布統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of distribution of geological hazard points under each evaluation factor評價因子指標代號評價指標值災害點分布個數(shù)(M)M3/M11>1 485 m6斷裂構造2450～1 485 m162.1230～450 m141堅硬巖5地層巖性2半堅硬巖221.653松散巖91<19.5°7地形坡度219.5°～39.5°92.613>39.5°201>4057地表水系2155～405122.2330～155 m171<0.356地震20.35～0.45191.483>0.45101405～1 005 m5降雨量21 005～2 005 m211.5532 005～4 005 m8

表3 地質(zhì)災害危險程度預測判斷矩陣取值表Table 3 The judgement matrix of hazard degree of geological hazard評價因子地形坡度地表水系斷裂構造地層巖性降雨量地震地形坡度112346地表水系112346斷裂構造1/21/21336地層巖性1/31/31/3114降雨量1/41/41/3113地震1/61/61/61/41/31

第三步：對相應隨機一致性指標IR進行查找，同時將n=1,2,3,4,5,6,7,8,9的IR值給出，表4為平均隨機一致性指標IR的數(shù)值。

第四步：將一致性比例計算出，Rc=Ic/IR。

表4 平均隨機一致性指標IR的數(shù)值Table 4 Numerical values of mean random consistency index IRnIRnIR10 71.3020 81.3930.5691.4340.88101.4751.10111.0861.22

判斷矩陣一致性符合要求的條件是Rc<0.10，即表明所創(chuàng)建的判斷矩陣模型基本符合需求。通過計算得知，本文中所創(chuàng)建的判斷矩陣一致性Rc=0.025<0.10，達到一致性檢驗的判斷的條件，表5為各個評價因素的權重分配情況。

表5 各評價因子權重分配表Table 5 Weight distribution table of each evaluation factor評價因子地形坡度地表水系斷裂構造地層巖性降雨量地震權值0.3450.2490.1390.1240.0780.064

從表5可看出，權重數(shù)值最高的是地形坡度，為0.345；其次是地表水系，為0.249；斷裂構造為0.139，以這3個因素作為評價標準。根據(jù)相應計算結果，地層巖性屬于第4位，數(shù)值為0.124，符合工程地質(zhì)要求，由于地層巖性是影響區(qū)域滑坡、崩塌、泥石流的重要條件，因此具有較高的權重。表5表明，地震和降雨量權值具有較小差異，兩者的權重值也相對較小，這表明地震和降雨量對地質(zhì)災害危險性影響較小，但不能忽略。

3.4 評價因子權重量化

通過確定的評價指標分類值和指標權重值，可將計算出最終權重值，表6為地質(zhì)災害危險程度預測評價因子分級標準，該因素對公路工程地質(zhì)條件影響程度由最終權值表示。

表6 地質(zhì)災害危險程度預測評價因子分級標準表Table 6 Classification standard table for prediction and evalua-tion of geological hazards總目標因子類別第二層(約束層)第三層(指標層)評價因子權重值(Di)評價指標值評價分值(Ai)最終權值某公路沿線地質(zhì)災害危險性分區(qū)>1 450 m10.089斷裂構造0.139450～1 450 m20.1780～450 m30.267堅硬巖10.074地質(zhì)環(huán)境條件地層巖性0.124半堅硬巖20.148松散巖30.222<19.5°10.295地形坡度0.34519.5°～39.5°20.59>39.5°30.885>40510.199地表水系0.249155～40520.3950～155 m30.597405～1 005 m10.028地質(zhì)災害誘發(fā)因素降雨量0.0781 005～2 005 m20.0562 005～4 005 m30.084<0.3510.019地震0.0640.35～0.4520.038>0.4530.057

根據(jù)表6，建立公路地質(zhì)災害危險性評價模型地質(zhì)災害危險程度預測評價因子分級標準，具體見公式(1)所示，公路地質(zhì)災害危險度是進行評價的依據(jù)。

(1)

式中: 各危險性評價指標權重分值用Di表示；公路地質(zhì)災害危險度用D表示；各危險性評價指標評價分值用Ai表示。

3.5 計算過程

根據(jù)ArcGIS10的強大空間分析能力，首先對空間信息的權重進行劃分區(qū)域，從而獲得一組新值。在GIS形成的圖層中，對各評價因子進行權重值賦值。在ArcGIS軟件中，進行疊加計算，對重分類處理后的6個文件進行疊加求和，從而得到每個獨立的地質(zhì)災害危險性指數(shù)值。

3.6 計算結果

根據(jù)標準差法，同時與工程經(jīng)驗、專家經(jīng)驗進行結合，表7為地質(zhì)災害危險程度劃分級別標準。

表7 地質(zhì)災害危險程度劃分級別標準Table 7 Classification standard for risk degree of geological hazards地質(zhì)災害危險程度劃分級別低度危險區(qū)中度危險區(qū)高度危險區(qū)危險性指數(shù)1.12～1.901.90～2.482.48～2.88

根據(jù)GIS評價結果，可獲得本工程公路地質(zhì)災害危險性分布情況，表8為本工程公路地質(zhì)災害危險性分布情況。

由表8知，在本公路工程中，地質(zhì)危害低度危險區(qū)長14 km，占全長21.87%；中度危險區(qū)長34 km，占全長53.13%；高度危險區(qū)長16 km，占全長25.00%。因此，本工程公路沿線地質(zhì)災害危險性偏中度。應做好對于高度危險區(qū)地質(zhì)災害防護及調(diào)查工作，同時做好對中度危險區(qū)地質(zhì)災害的預防及防治工作。

4 結論

對某公路工程巖土勘察與地質(zhì)災害評估技術進行了研究。通過對該地區(qū)公路中的地質(zhì)層中的巖石性質(zhì)、地區(qū)的整體地形地貌、地址水文等條件的實地調(diào)查，并從各影響因素中進行相應分析；評價該地區(qū)公路地質(zhì)所造成的地質(zhì)災害危險性；評價結果顯示：本工程公路沿線地質(zhì)災害低度危險區(qū)總里程為14 km，占公路全長21.87%；中度危險區(qū)域總里程為34 km，占公路全長53.13%；高度危險路段總里程為16 km，占公路全長25.00%。表明本工程公路沿線的地質(zhì)災害危險性總體上偏中度。