吳昊城，王 浩，黃曉毅，李先忠，羅金妹

(1. 福州大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，福建 福州 350116；2. 地質(zhì)工程福建省高校工程研究中心，福建 福州 350116；3.中化地質(zhì)礦山總局福建地質(zhì)勘查院，福建 福州 350013)

0 引言

我國(guó)是世界上地質(zhì)環(huán)境較為脆弱，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家之一。在過(guò)去的數(shù)十年，隨著人口的增長(zhǎng)和土地利用擴(kuò)張，誘發(fā)的滑坡及其次生災(zāi)害已造成了大量的人口傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[1]。近年來(lái)，山區(qū)高速公路建設(shè)涌現(xiàn)出不少超高路塹邊坡，由于其具有體積規(guī)模巨大、地質(zhì)條件復(fù)雜、環(huán)境狀況惡劣、影響因素眾多等特點(diǎn)而具有相當(dāng)程度的復(fù)雜性，從而造成了公路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)階段的人員生命安全與經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失[2-4]。

目前國(guó)際上將路塹邊坡風(fēng)險(xiǎn)管理歸入滑坡泥石流等廣義的滑坡風(fēng)險(xiǎn)管理當(dāng)中，至今已研究30余年。2005年溫哥華滑坡風(fēng)險(xiǎn)管理國(guó)際會(huì)議提出的滑坡風(fēng)險(xiǎn)管理理論框架[5]，是目前國(guó)際上主流和應(yīng)用最廣泛的滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)框架。2015年我國(guó)交通運(yùn)輸部出版了《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》[6]，初步提出了高速公路邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本流程與方法。

施工階段是超高路塹邊坡安全控制的重要階段，亦是邊坡災(zāi)害多而嚴(yán)重的階段，因此超高路塹邊坡施工階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及建造過(guò)程中占有重要地位。本研究以福建省最高的雙永高速公路K227滑坡為例[7-8]，系統(tǒng)研究邊坡施工過(guò)程定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)方案及關(guān)鍵計(jì)算參數(shù)的確定方法，實(shí)現(xiàn)邊坡施工階段潛在風(fēng)險(xiǎn)損失的定量估測(cè)，并據(jù)此確立合理的施工組織方案，以達(dá)到了施工安全風(fēng)險(xiǎn)防控的目標(biāo)。

1 邊坡工程概況

本研究依托項(xiàng)目工程為福建龍巖雙永高速公路K227+635～+745段左側(cè)超高路塹邊坡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)K227滑坡)。邊坡開(kāi)挖10級(jí)后產(chǎn)生整體變形破壞，經(jīng)卸載反壓及樁錨加固后，形成開(kāi)挖18級(jí)、總高達(dá)到140 m的超高路塹邊坡，為目前福建省高速公路系統(tǒng)最高的路塹邊坡工點(diǎn)。

1.1 邊坡工程地質(zhì)條件

K227超高路塹邊坡為反傾層狀泥質(zhì)粉砂巖坡體結(jié)構(gòu)，該邊坡地質(zhì)構(gòu)造極為發(fā)育，受邊坡左側(cè)F106E-A壓扭性斷層影響，節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎；場(chǎng)地母巖為粉砂巖，因局部花崗巖脈侵入并產(chǎn)生變質(zhì)作用，形成了以粉砂巖為主、花崗巖脈與變質(zhì)砂巖混雜的極為復(fù)雜的坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)。該地質(zhì)條件對(duì)K227滑坡的演化發(fā)展產(chǎn)生極為不利的影響，對(duì)工程的治理及風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估提出了嚴(yán)格的要求。

1.2 邊坡周邊環(huán)境條件

邊坡場(chǎng)地年降雨在1 400～1 800 mm之間，水量豐富，動(dòng)態(tài)變化大。坡體前緣緊鄰雙永高速公路荷花大橋段落，左右兩側(cè)鄰近隧道口(詳見(jiàn)圖1)，造就了坡體周邊復(fù)雜多樣的建構(gòu)筑物影響，對(duì)滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出了較高難度與精度要求。

圖1 K227滑坡周邊環(huán)境Fig.1 Surrounding environment of K227 landslide

1.3 邊坡滑坡災(zāi)害過(guò)程及特征

邊坡前期開(kāi)挖形成10級(jí)裸露坡面，卸荷松動(dòng)效應(yīng)明顯，并經(jīng)歷持續(xù)半個(gè)月的連續(xù)降雨，雨水入滲坡體惡化了邊坡的水文地質(zhì)條件，同時(shí)缺少有效加固措施，最終導(dǎo)致邊坡整體變形，形成體積約20萬(wàn)m3的中型路塹滑坡。由于邊坡超高，且臨近施工中的荷花大橋、荷花隧道及増瑞隧道等3座重要構(gòu)筑物，滑坡治理方案的優(yōu)選及施工過(guò)程的安全控制均具有相當(dāng)?shù)碾y度，迫切需要開(kāi)展系統(tǒng)性的邊坡施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理。

2 滑坡災(zāi)害過(guò)程的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)方案

路塹邊坡定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估屬于廣義的滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估范疇，但是又需要結(jié)合路塹邊坡的特點(diǎn)確定具體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)方案才能順利實(shí)施。王浩[9]提出了基于霍爾三維結(jié)構(gòu)的路塹邊坡系統(tǒng)分析模型，將路塹邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理分為風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)管理3個(gè)工作階段和邏輯層次，并提出了路塹邊坡定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中確定邊坡的破壞概率、承災(zāi)體的時(shí)空概率、滑坡到達(dá)承災(zāi)體的概率、承災(zāi)體易損性等具體參數(shù)取值的思路與方法，形成了路塹邊坡全壽命周期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理的一套技術(shù)方案[10-11]。具體見(jiàn)圖2。

圖2 路塹邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理框架Fig.2 Framework for risk assessment and management of cutting slope

采用圖2提出的路塹邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)框架，對(duì)K227滑坡災(zāi)害發(fā)生過(guò)程中的人身傷害及財(cái)產(chǎn)損失進(jìn)行定量評(píng)估，既是對(duì)滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的反演分析，也是確定施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理的重要依據(jù)。

2.2 危險(xiǎn)性分析

K227滑坡在按照最初設(shè)計(jì)的11級(jí)刷坡方案開(kāi)挖10級(jí)，且未能及時(shí)施作有效的工程控制措施，產(chǎn)生變形破壞，且邊坡穩(wěn)定狀態(tài)有不斷惡化的趨勢(shì)，可能造成嚴(yán)重的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。通過(guò)分析該邊坡初勘、補(bǔ)勘、監(jiān)測(cè)、施工等資料，查明邊坡變形特征及滑體空間規(guī)模，建立邊坡工程地質(zhì)模型，進(jìn)行滑坡災(zāi)害的危險(xiǎn)性分析。由于單一的安全系數(shù)很難完全體現(xiàn)邊坡巖土體參數(shù)變異性問(wèn)題，故應(yīng)用邊坡可靠性指數(shù)和破壞概率的概念[12]，結(jié)合蒙特卡羅法[13]，計(jì)算獲得邊坡破壞概率PL。

K227滑坡巖土主要分層為坡積含角礫粉質(zhì)黏土、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、構(gòu)造蝕變帶、構(gòu)造破碎帶、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。采用深部位移監(jiān)測(cè)查明滑動(dòng)帶的空間特征及其依附地層主要有滑坡中部的構(gòu)造蝕變帶、構(gòu)造破碎帶及局部碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，根據(jù)土工試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析體現(xiàn)的巖土力學(xué)參數(shù)離散程度，并結(jié)合龍巖地區(qū)公路領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，確定滑動(dòng)帶依附地層的巖土力學(xué)參數(shù)特征值，見(jiàn)表1。

表1 滑動(dòng)帶依附地層巖土力學(xué)參數(shù)特征值Tab.1 Geotechnical characteristic parameters of sliding zone attaching stratum

假定滑動(dòng)帶巖土力學(xué)參數(shù)服從表1所列的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，采用圖3所示的K227邊坡初始設(shè)計(jì)方案的開(kāi)挖模型，在GeoStudio軟件中進(jìn)行5 000次蒙特卡羅模擬，求取邊坡破壞概率的穩(wěn)定值及其分布特征，獲得圖3所示開(kāi)挖條件下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)概率分布圖。得到邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs主要分布范圍在0.8～1.2之間，均值為0.963，可靠性指數(shù)為0.482 97，失效概率P=69.580%,即邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs的期望值為0.963。這表明K227滑坡在開(kāi)挖且未加固的條件下，最可能出現(xiàn)的狀態(tài)是邊坡失穩(wěn)，也遠(yuǎn)低于《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30—2015)對(duì)邊坡防治工程設(shè)計(jì)安全系數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足Fs≥1.20的要求，與該邊坡實(shí)際開(kāi)挖施工的背景及邊坡顯現(xiàn)的穩(wěn)定狀態(tài)相吻合，符合邊坡穩(wěn)定系數(shù)概念的本質(zhì)。

圖3 反演分析安全系數(shù)概率分布圖Fig.3 Probability distribution of back analysis safety factor

根據(jù)Priest等[14]對(duì)邊坡穩(wěn)定概率分析的研究，定義當(dāng)破壞概率高于5%時(shí)為不可接受概率。從邊坡失效概率的角度分析，K227滑坡在開(kāi)挖且未加固的條件下，邊坡破壞概率PL=0.696，遠(yuǎn)高于5%的不可接受概率的臨界值，計(jì)算分析得到的邊坡穩(wěn)定狀態(tài)與實(shí)際滑坡災(zāi)害結(jié)果相吻合。

2.3 承災(zāi)體識(shí)別及滑坡危害后果分析

滑坡危害后果分析主要是結(jié)合致災(zāi)體的影響情況識(shí)別承災(zāi)體，對(duì)其進(jìn)行價(jià)值估算、易損性分析、災(zāi)害到達(dá)承災(zāi)體概率分析及承災(zāi)體時(shí)空概率分析。主要分為財(cái)產(chǎn)損失分析和人身傷害分析。

財(cái)產(chǎn)損失主要指受邊坡變形破壞影響的坡體及周邊建構(gòu)筑物的經(jīng)濟(jì)損失[15]，主要用經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行衡量。K227邊坡初始開(kāi)挖垂直高度為93 m，坡面長(zhǎng)度約為141 m，滑坡角為α=38°(定義滑坡角α為滑坡后壁最高點(diǎn)到堆積體散落最遠(yuǎn)點(diǎn)的連線(xiàn)與水平面的夾角)。

根據(jù)香港滑坡邊坡破壞滑移距離公式[16-17]：

lgS1=0.109+1.010lgH-0.506lg(tanα)，

(1)

S2=(L/4)/tanα，

(2)

S3=H/tanα，

(3)

式中，H為垂直高度；α為滑坡角；L為坡面長(zhǎng)度；S1為滑移距離；S2為頂端影響距離；S3為兩側(cè)影響距離，計(jì)算得到S1=126 m，S2=45 m，S2=120 m。

K227邊坡左側(cè)110 m接荷花隧道洞口，右側(cè)95 m 接增瑞隧道洞口，坡前46 m范圍內(nèi)為荷花大橋。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算繪制滑坡影響范圍(圖4)，估算得到滑坡影響面積約為61 369.7 m2，計(jì)算得到土地資源價(jià)值為1 212.1萬(wàn)元。

圖4 K227滑坡影響范圍(單位:m)Fig.4 K227 landslide impact range(unit:m)

滑坡到達(dá)承災(zāi)體的概率為PT∶L，可根據(jù)承災(zāi)體與滑坡體的位置關(guān)系進(jìn)行確定。當(dāng)承災(zāi)體位于滑坡體上時(shí)，PT∶L=1；當(dāng)承災(zāi)體位于滑坡體滑移路徑范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)根據(jù)承災(zāi)體距滑坡體的距離進(jìn)行定量估計(jì)，PT∶L=0.50～1.0之間；當(dāng)承災(zāi)體位于滑坡潛在危害范圍邊界時(shí)，PT∶L=0～0.50之間。

同時(shí)考慮承災(zāi)體均為固定型承災(zāi)體，各承災(zāi)體時(shí)空概率均為PS∶T=1。參考國(guó)際上通用的澳大利亞巖土工程協(xié)會(huì)(AGS)[18]及殷坤龍等根據(jù)建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)、材料對(duì)承災(zāi)體易損性給出的建議值(表2)。K227滑坡承災(zāi)體的主要承災(zāi)體類(lèi)型為土地及橋隧道路，具體易損性見(jiàn)表3。

表2 建筑結(jié)構(gòu)易損性指標(biāo)建議值Tab.2 Recommended values of vulnerability indicators of building structure

最后根據(jù)施工分部分項(xiàng)工程概算K227滑坡的主要承災(zāi)體詳細(xì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如表3所示。結(jié)合災(zāi)害到達(dá)承災(zāi)體概率、承災(zāi)體易損性及承災(zāi)體時(shí)空概率統(tǒng)計(jì)，獲得承災(zāi)體直接綜合經(jīng)濟(jì)損失:

A=PT∶L×PS∶T×Vprop×E，

(4)

式中,PT∶L為滑坡到達(dá)承災(zāi)體的概率；PS∶T為承災(zāi)體時(shí)空概率；Vprop為承災(zāi)體易損性；E為承災(zāi)體的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。計(jì)算得到A=2 334.41萬(wàn)元。

表3 各個(gè)承災(zāi)體的PT∶L, PS∶T, Vprop取值Tab.3 PT∶L, PS∶T, Vprop values of each disaster-bearing body

同時(shí)考慮災(zāi)害發(fā)生的間接經(jīng)濟(jì)損失，國(guó)土資源部門(mén)[19]統(tǒng)計(jì)各地質(zhì)災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失與間接經(jīng)濟(jì)損失的相關(guān)關(guān)系，采用比例系數(shù)法進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于邊坡災(zāi)害比例系數(shù)取n=1.1，計(jì)算承載體總財(cái)產(chǎn)間接損失：

B=nA，

(5)

式中,B為間接經(jīng)濟(jì)損失；A為直接經(jīng)濟(jì)損失；n為間接經(jīng)濟(jì)損失比例系數(shù)； 計(jì)算得到B=1.1×2 334.41=2 567.851萬(wàn)元。

人身傷害分析中，以人員生命危險(xiǎn)作為分析目標(biāo)，故只考慮人員的死亡率。K227滑坡災(zāi)害發(fā)生階段，作為承災(zāi)體的人員主要以通過(guò)臨時(shí)便道車(chē)輛中的人員為主。在A(yíng)GS的研究中，定義過(guò)往車(chē)輛出現(xiàn)在邊坡災(zāi)害影響范圍中的時(shí)空概率為[20]：

(6)

式中，PS∶T為承災(zāi)體時(shí)空概率；NV為日車(chē)流量；L為邊坡長(zhǎng)度；VV為平均車(chē)速。

K227滑坡線(xiàn)路邊坡總長(zhǎng)L=110 m，臨時(shí)便道車(chē)輛平均車(chē)速約為VV=20 km/h，日通過(guò)車(chē)次約NV=360 veh/d。計(jì)算得到K227邊坡在滑坡災(zāi)害發(fā)生過(guò)程的人身風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空概率PS ∶T=0.082 5。同時(shí)因人員主要活動(dòng)范圍在坡前路面，故其災(zāi)害到達(dá)人員承災(zāi)體的概率PT ∶L=0.75。人員易損性的取值主要考慮人員年齡組成的影響[21]，參考表4數(shù)據(jù)，取40～50歲的人員易損性作為代表性計(jì)算得到人員的易損性VD∶T=0.66。

表4 人員生命易損性取值[21](節(jié)選)Tab.4 Vulnerability values of personnel life (excerpt)

2.4 風(fēng)險(xiǎn)定量估算

通過(guò)對(duì)滑坡災(zāi)害發(fā)生概率的分析及承災(zāi)體識(shí)別、危害后果分析，進(jìn)行總體的風(fēng)險(xiǎn)定量估算，主要分為人身傷害風(fēng)險(xiǎn)定量估算和財(cái)產(chǎn)損失分析定量估算[22]。綜合地區(qū)的可接受意愿，采用澳大利亞巖土力學(xué)協(xié)會(huì)(AGS)提出的定量分析公式。

其中人身傷害定量風(fēng)險(xiǎn)分析公式：

PLOL=PL×PT ∶L×PS ∶T×VD ∶T，

(7)

式中，PLOL為邊坡災(zāi)害造成的年人員傷亡概率；PL為邊坡破壞的概率即危險(xiǎn)性；PT∶L為邊坡災(zāi)害到達(dá)承災(zāi)體的概率；PS∶T為承災(zāi)體的時(shí)空概率；VD∶T為人員的易損性。

估算K227滑坡災(zāi)害的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)：

PLOL= 0.696×0.75×0.082 5×0.66=2.842×10-2。

財(cái)產(chǎn)損失定量風(fēng)險(xiǎn)估算公式：

Rprop=PL×PT∶L×PS∶T×Vprop×E，

(8)

式中，Rprop為邊坡災(zāi)害造成的年財(cái)產(chǎn)損失價(jià)值；Vprop為財(cái)產(chǎn)易損性；E為承災(zāi)體的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

估算K227滑坡災(zāi)害的財(cái)產(chǎn)損失估算：

Rprop=PL(A+B)= 3 411.97萬(wàn)元。

3 滑坡災(zāi)害治理的施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)前文所述，K227滑坡災(zāi)害潛在的人身傷害及財(cái)產(chǎn)損失均不容忽視。而眾所周知，滑坡災(zāi)害治理過(guò)程更具有較高的風(fēng)險(xiǎn)。本節(jié)沿用上述邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)框架，對(duì)經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)確定的分“上、中、下”3個(gè)階段分步實(shí)施的K227滑坡災(zāi)害治理過(guò)程進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及對(duì)比分析。

3.1 滑坡治理方案

為保證邊坡穩(wěn)定，進(jìn)行全方位治理，變更設(shè)計(jì)邊坡整體開(kāi)挖18級(jí)，高度140 m，以雙排錨索抗滑樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索框架為主要支護(hù)措施；邊坡施工分為上、中、下3個(gè)階段[7-9](圖5)。

圖5 K227滑坡支護(hù)設(shè)計(jì)圖分部施工示意圖Fig.5 Schematic diagram of staged construction of support design of K227 landslide

3.2 危險(xiǎn)性分析

結(jié)合邊坡分段施工過(guò)程進(jìn)行邊坡安全系數(shù)、可靠性指數(shù)和失效概率的計(jì)算。巖土體參數(shù)變異性見(jiàn)表1。

在第1階段上部施工，進(jìn)行8級(jí)平臺(tái)以上的開(kāi)挖及支護(hù)工作，挖方土沿坡面下滑堆載至第7級(jí)坡腳切坡處起到堆載反壓作用，并迅速實(shí)施錨索抗滑樁與框架錨索的施工。計(jì)算獲得上部施工階段總體安全系數(shù)FS1=1.155，可靠性指數(shù)為2.215 6，失效概率P1=1.0%。該階段破壞概率PL1=0.01。

在第2階段中部施工，進(jìn)行8級(jí)平臺(tái)以下的堆載土體開(kāi)挖及支護(hù)工作，挖方延續(xù)至第3級(jí)坡頂部，在上部錨索框架支護(hù)完成的基礎(chǔ)下進(jìn)行錨索抗滑樁的挖設(shè)，完成邊坡中部的整體加固布設(shè)。由于坡腳堆載土體未開(kāi)挖，反壓效果較好，計(jì)算獲得中部施工階段總體安全系數(shù)FS2=1.257 2，可靠性指數(shù)為3.196 5，失效概率P2=0.16%。該階段破壞概率PL2=0.001 6。

在第3階段下部施工，進(jìn)行第3級(jí)以下與坡腳土體的開(kāi)挖，同時(shí)布設(shè)第1、第2級(jí)的預(yù)應(yīng)力錨索框架，完成邊坡整體的施工建造過(guò)程，并完成坡面綠化和系統(tǒng)排水設(shè)施。獲得邊坡下部施工的基本安全系數(shù)FS3=1.249，可靠性指數(shù)為3.087 3，失效概率P3=0.2%。安全系數(shù)大于1.2滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，可靠性指數(shù)大于2且破壞概率遠(yuǎn)低于5%，均滿(mǎn)足國(guó)際研究認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)，并且加固后的可靠性指數(shù)相對(duì)于災(zāi)害發(fā)生的可靠性指數(shù)大幅提高。該階段破壞概率PL3=0.002。

各施工階段安全系數(shù)概率分布如圖6所示。

圖6 三階段施工安全系數(shù)概率分布圖Fig.6 Probability distribution of safety facto of construction in 3 stages

3.3 危害后果分析

K227滑坡施工階段固定型承災(zāi)體主要考慮坡腳前方的荷花大橋，以及左側(cè)連接的荷花隧道洞口和右側(cè)連接的增瑞隧道洞口，同時(shí)應(yīng)考慮滑坡影響范圍內(nèi)的土地使用價(jià)值。根據(jù)表3，統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)各個(gè)承災(zāi)體中滑坡到達(dá)承災(zāi)體的概率PT ∶L、承災(zāi)體時(shí)空概率PS ∶T、承災(zāi)體的易損性Vprop、承災(zāi)體的經(jīng)濟(jì)價(jià)值E。獲得施工階段固定型承災(zāi)體的直接經(jīng)濟(jì)損失A=2 334.41萬(wàn)元，間接經(jīng)濟(jì)損失B=2 567.851萬(wàn)元，總經(jīng)濟(jì)損失為(A+B)=4 902.261萬(wàn)元。

K227滑坡施工階段臨時(shí)型承災(zāi)體主要考慮施工人員、施工器械及施工過(guò)程中的臨時(shí)搭設(shè)建筑。人身風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)主要由滑坡的發(fā)生概率、災(zāi)害到達(dá)施工人員的概率、人員的時(shí)空概率、人員的易損性綜合決定。施工人員的時(shí)空概率確定較為復(fù)雜，本研究主要考慮施工期間人員工在崗工作的概率。階段施工中人員承災(zāi)體時(shí)空概率PS ∶T為：

(9)

式中，t為日工作時(shí)間；d為周工作天數(shù)；w為施工周數(shù)。

根據(jù)K227滑坡分級(jí)施工設(shè)計(jì)，施工期間施工人員t=8 h，d=5 d。

第1級(jí)施工總工期w1=30周，故第1階段施工PS∶T1=0.137。

第2級(jí)施工總工期w2=47周，故第2階段施工PS∶T2=0.215。

第3級(jí)施工總工期w3=13周，故第3階段施工PS∶T3=0.059。

施工人員施工地點(diǎn)均在邊坡坡面，故災(zāi)害到達(dá)承災(zāi)體的概率PT∶L=1。根據(jù)表4確定施工人員易損性為0.66，由于施工單位有定期對(duì)施工人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，人員易損性數(shù)值應(yīng)乘以修正系數(shù)n(n取值0.5)。故施工建造階段施工人員易損性VD∶T=0.5×0.66=0.33。

3.4 施工階段風(fēng)險(xiǎn)定量估算

按照式(7)～(8)計(jì)算各階段的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失風(fēng)險(xiǎn)， 見(jiàn)表5。

表5 施工階段風(fēng)險(xiǎn)估算Tab.5 Estimation of risk in construction stage

對(duì)比滑坡災(zāi)害發(fā)生時(shí)的滑坡財(cái)產(chǎn)損失估算值3 411.97 萬(wàn)元，3階段施工過(guò)程財(cái)產(chǎn)損失風(fēng)險(xiǎn)估算值均大幅度降低，達(dá)到可以忽略的水平，故該邊坡治理取得顯著成果。

4 分析與討論

4.1 工程效果對(duì)比分析

通過(guò)進(jìn)行滑坡發(fā)生前及施工各階段邊坡安全性分析及風(fēng)險(xiǎn)定量分析，運(yùn)用邊坡穩(wěn)定性分析方法以及定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算，獲得的分析結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 K227滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)照Tab.6 Comparison of K227 landslide disaster risk assessment

根據(jù)表6可知，在滑坡發(fā)生前的安全系數(shù)和破壞概率均在不可接受范圍內(nèi)，邊坡表現(xiàn)出高度危險(xiǎn)性。通過(guò)邊坡治理措施，邊坡的安全系數(shù)降到規(guī)范的要求范圍內(nèi)，破壞概率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人工邊坡的設(shè)計(jì)要求。前后兩部分的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果恰與安全系數(shù)和破壞概率體現(xiàn)出的結(jié)果相吻合，充分反映了邊坡的真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)水平。

4.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

通過(guò)定量風(fēng)險(xiǎn)分析，計(jì)算得出在滑坡發(fā)生前的財(cái)產(chǎn)損失估算為Rprop=3 411.97萬(wàn)元。根據(jù)邊坡設(shè)計(jì)方案及實(shí)際施工費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，得出K227邊坡總體治理費(fèi)用為2 671.6萬(wàn)元，治理后的財(cái)產(chǎn)損失估算為Rprop3=9.806萬(wàn)元，相比治理前的財(cái)產(chǎn)損失估算已大幅度降低至可忽略水平。

由此可獲得工程治理前和治理后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)成果：b前=3 411.97萬(wàn)元；b后=9.806萬(wàn)元；治理總成本為C=2 671.6萬(wàn)元。故K227滑坡治理工程價(jià)值為：

(10)

式中，VS為工程價(jià)值；b前為工程治理前風(fēng)險(xiǎn)值；b后為工程治理后風(fēng)險(xiǎn)值；C為治理總成本。

根據(jù)表5施工3階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與災(zāi)害發(fā)生過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)比可知，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案具有較高的效益性和價(jià)值性，印證了K227滑坡動(dòng)態(tài)施工治理取得的顯著收益。

4.3 討論

本研究以超高路塹邊坡K227為具體案例，基于路塹邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理的技術(shù)框架，通過(guò)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法分析了滑坡災(zāi)害發(fā)生前的風(fēng)險(xiǎn)值及施工過(guò)程各階段的風(fēng)險(xiǎn)值，較好地評(píng)價(jià)和指導(dǎo)了K227滑坡病害治理的風(fēng)險(xiǎn)防控工作，但仍存在一些不足。

在承災(zāi)體的易損性分析上仍存在一定的模糊性，很難做到精確考慮每個(gè)承災(zāi)體的具體情況；在單個(gè)承災(zāi)體的易損性分析上，雖然考慮應(yīng)用了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的定量分析方法，但是對(duì)于不同類(lèi)型的邊坡、不同類(lèi)型的承災(zāi)體不一定存在完全的適用性，在充分考慮各種不同條件類(lèi)型的承災(zāi)體定量分析上仍需進(jìn)一步研究，有待于完善歸納較為全面的承災(zāi)體易損性定量分析指標(biāo)，進(jìn)而適用于不同類(lèi)型的邊坡。

在人身傷害風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)上，國(guó)內(nèi)外不同研究領(lǐng)域仍存在一定的差異性，可接受范圍的確定對(duì)于不同的具體邊坡環(huán)境具有一定的波動(dòng)性。由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有單獨(dú)對(duì)應(yīng)施工階段的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，故本研究運(yùn)用當(dāng)前國(guó)際通用的建筑邊坡人身傷害分析評(píng)價(jià)指標(biāo)。但由于施工階段的邊坡人員流動(dòng)性大，人口數(shù)量多而密集，同時(shí)施工人員基本處于邊坡潛在滑體中，遭遇風(fēng)險(xiǎn)的可能性大幅度提高，故有待提出更為貼切具體的施工階段人身傷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

5 結(jié)論

路塹邊坡開(kāi)挖具有明顯的開(kāi)挖卸荷松動(dòng)效應(yīng)，并可能受強(qiáng)降雨等外界環(huán)境影響產(chǎn)生變形破壞，需要加強(qiáng)施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制。本研究以雙永高速K227滑坡為例，在風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)管理的過(guò)程中貫徹定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的思路和方法，開(kāi)展滑坡災(zāi)害過(guò)程和滑坡治理過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理，得到以下結(jié)論。

(1)通過(guò)對(duì)定量風(fēng)險(xiǎn)分析流程及關(guān)鍵計(jì)算參數(shù)的研究分析，開(kāi)展了K227滑坡的失效概率分析及災(zāi)害后果分析，估算了K227滑坡災(zāi)害的人身傷害及財(cái)產(chǎn)損失值，驗(yàn)證了該滑坡災(zāi)害具有較高的失效概率，需要開(kāi)展系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)控制以規(guī)避損失。

(2)沿用滑坡定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)方案，對(duì)K227滑坡上、中、下3段治理過(guò)程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估算及對(duì)比分析。發(fā)現(xiàn)通過(guò)治理措施，可將滑坡施工過(guò)程中的人身傷害及財(cái)產(chǎn)損失控制到可接受范圍之內(nèi)，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)對(duì)比滑坡災(zāi)害發(fā)生和治理兩階段的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，發(fā)現(xiàn)實(shí)施嚴(yán)格規(guī)范的施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)控制，不僅可顯著提高邊坡安全系數(shù)，而且可降低邊坡破壞概率、潛在的財(cái)產(chǎn)損失值和人身傷害概率，治理成效顯著。

(4)雖然在施工過(guò)程定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的多方案優(yōu)選過(guò)程中，相關(guān)概率和易損性指標(biāo)的具體取值對(duì)評(píng)估與決策結(jié)果影響不大，但是各評(píng)估指標(biāo)參數(shù)的確定仍值得深入研究，如何更合理地確定指標(biāo)值在國(guó)內(nèi)外仍存在一定的困難，但相信通過(guò)更多工程的驗(yàn)證可以不斷獲取經(jīng)驗(yàn)，并充分體現(xiàn)該方法的科學(xué)性及其在工程減災(zāi)中的應(yīng)用價(jià)值。