廖小平，徐風(fēng)光，蔡旭東，周文皎，魏家旭

（1.中鐵科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 610036；2.福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，福建 福州350100；3.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；4.云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

香麗高速公路起于香格里拉縣城，止于大麗高速公路白漢場(chǎng)立交，全長140 km。由于沿線工程地質(zhì)條件復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，在工程建設(shè)過程中，受人工開挖卸荷、大氣降雨等影響，邊坡地質(zhì)災(zāi)害將嚴(yán)重危害和威脅工程建設(shè)及運(yùn)營安全，開展邊坡地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃研究與應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。

目前，國內(nèi)外關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)劃研究已經(jīng)較為普遍，最初大多是基于區(qū)域性的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃研究，后來開始對(duì)重點(diǎn)公路區(qū)段內(nèi)的邊坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行研究。康欽勇以永川市實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害為依托，運(yùn)用層次分析法，建立了永川市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[1]。宋世鑫[2]以陜西省定邊縣地質(zhì)災(zāi)害工點(diǎn)為例，運(yùn)用層次分析法建立易發(fā)性評(píng)價(jià)體系，并基于GIS系統(tǒng)，繪制了定邊縣區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖[2]。殷坤龍等[3]建立了滑坡災(zāi)害分區(qū)的信息分析系統(tǒng)，并結(jié)合重慶市的滑坡災(zāi)害進(jìn)行了區(qū)劃研究。聶忠權(quán)等[4]以大連市地質(zhì)災(zāi)害工點(diǎn)為例，建立了一套基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)評(píng)價(jià)模型。1986年交通部頒布《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ 003-86），進(jìn)行了一級(jí)和二級(jí)區(qū)劃系統(tǒng)的劃分，并編制了全國范圍的區(qū)劃圖[5]。林燦陽等[6]基于山區(qū)高速公路邊坡工程特點(diǎn)，從邊坡易發(fā)性、危險(xiǎn)性、易損性三個(gè)方面進(jìn)行研究，并建立了相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系。張建偉等[7]根據(jù)大量運(yùn)用高速公路邊坡失穩(wěn)特點(diǎn)，建立了一套運(yùn)用高速公路邊坡安全評(píng)價(jià)體系。彭小平等[8]以貴州省公路地質(zhì)災(zāi)害為依托，利用GIS技術(shù)，進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃研究。齊洪亮等[9]采用因素疊加法，基于GIS軟件，進(jìn)行了中國公路地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃。韋威[10]根據(jù)中國公路地質(zhì)災(zāi)害的分布情況，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響因素進(jìn)行了研究，采用專家打分法建立了分區(qū)綜合評(píng)價(jià)模型。綜上所述，目前對(duì)山區(qū)道路等線性工程的邊坡地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃研究相對(duì)薄弱和滯后。

1 沿線地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

香麗高速公路位于青藏高原南東延橫斷山脈中段，屬高海拔、高烈度和地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)。沿線地貌主要有高原盆地地貌、構(gòu)造剝蝕低中山地貌、河谷侵蝕深切高山峽谷地貌、構(gòu)造侵蝕剝蝕中高山地貌。河谷多為“V”型，谷坡較陡，多為30°～50°。

1.2 地層巖性

沿線地層主要為第四系全新統(tǒng)坡殘積層、沖洪積層、堆積層，更新統(tǒng)冰積層，三疊系中上統(tǒng)，二疊系中上統(tǒng)，泥盆系中上統(tǒng)，石炭系上統(tǒng)，等等。巖性以灰?guī)r、板巖為主，局部揭露玄武巖和凝灰?guī)r。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，是我國大陸現(xiàn)今地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造帶為“歹”字型構(gòu)造體系中的網(wǎng)狀構(gòu)造帶和經(jīng)向構(gòu)造體系中的川滇南北向構(gòu)造帶，主要活動(dòng)斷裂帶為大具-麗江斷裂、麗江-劍川斷裂、劍川-喬后斷裂、中甸-龍?bào)?喬后斷裂、中甸斷裂（含沖江河斷裂、尼西斷裂）等。

1.4 水文氣象

香麗高速公路地處溫帶和寒溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫5.4 ℃，年降雨量618～960 mm，雨季大部分集中在5—10月，雨量充沛。

公路沿線河流密布，瀾滄江、怒江、金沙江三江貫穿并流。以金沙江水系為主，金沙江一、二級(jí)支流水系較多，多成樹枝狀發(fā)育分布，總體上場(chǎng)區(qū)地表和地下水豐富。

2 邊坡地質(zhì)災(zāi)害

2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型

香麗高速公路沿線工程地質(zhì)條件復(fù)雜，崩塌和滑坡等不良地質(zhì)發(fā)育，第四系覆蓋堆積厚度大，自然山體巖石破碎高陡，在降雨、地震、人類工程活動(dòng)等作用下，沿線邊坡地質(zhì)災(zāi)害十分突出。根據(jù)詳細(xì)的道路工程勘察、設(shè)計(jì)和施工文件等資料，結(jié)合工點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及試驗(yàn)監(jiān)測(cè)成果，統(tǒng)計(jì)共有51處較為嚴(yán)重的邊坡地質(zhì)災(zāi)害。其邊坡地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡和崩塌等兩個(gè)基本類型，以及潛在不穩(wěn)定斜坡變形體。由于不同成因、性質(zhì)和規(guī)模的邊坡工程地質(zhì)災(zāi)害可能帶來不同的危害程度和災(zāi)害后果，也必將采取不同的防護(hù)加固工程措施或者不同的整治工程對(duì)策。因此，本文又將邊坡地質(zhì)災(zāi)害細(xì)分為山體滑坡、邊坡滑坡、崩塌坍塌、落石滾石、變形開裂等亞次類型（圖1）。其中山體滑坡10處，邊坡滑坡12處，崩塌坍塌17處，落石滾石5處，高陡斜坡變形開裂7處。

圖1 香麗高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害類型Fig.1 Types of slope geological hazards in Xiangli expressway

2.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

（1）山體滑坡

山體滑坡占全線邊坡地質(zhì)災(zāi)害19.6%，主要為沿不同時(shí)期或不同成因的堆積界面產(chǎn)生滑動(dòng)的堆積層滑坡和在巖堆、錯(cuò)落和古老滑坡等堆積體的基礎(chǔ)上產(chǎn)生滑動(dòng)的不良地質(zhì)堆積體滑坡兩大類。

堆積層滑坡4處，自然斜坡多為15°～35°，較平緩，滑坡上部土體主要為含礫黏土、碎石土，土體松散、空隙大，遇水易軟化，下伏三疊系中統(tǒng)板巖。受開挖卸荷和強(qiáng)降雨入滲影響，上部土體沿不同時(shí)期或不同成因的堆積界面產(chǎn)生滑動(dòng)，坡腳剪出，后緣拉裂下錯(cuò)。

不良地質(zhì)堆積體滑坡6處，受橋梁、隧道、路基等工程影響，在不良地質(zhì)堆積體中前部穿越切割和強(qiáng)降雨入滲的作用下，沿堆積界面或老滑動(dòng)面產(chǎn)生滑動(dòng)，引起不良地質(zhì)堆積體復(fù)活變形和破壞。典型工點(diǎn)有洼里別隧道進(jìn)口滑坡、昌格洛隧道出口巨型滑坡、K92老滑坡等。

（2）邊坡滑坡

邊坡滑坡占全線邊坡地質(zhì)災(zāi)害的23.5%，主要指公路邊坡范圍內(nèi)巖土體沿一定滑動(dòng)面產(chǎn)生單級(jí)或多級(jí)滑動(dòng)變形破壞。沿線邊坡滑坡主要為沿順傾土巖界面滑動(dòng)的二元結(jié)構(gòu)滑坡和沿沉積巖層面、變質(zhì)巖似層面等產(chǎn)生順層滑動(dòng)的順傾層狀滑坡。

二元結(jié)構(gòu)滑坡主要特征為邊坡上覆土層、下伏基巖、土巖界面順傾，在工程開挖卸荷和降雨入滲的作用下，邊坡上部土體沿土巖界面產(chǎn)生單級(jí)或多級(jí)邊坡變形破壞。順傾層狀滑坡主要表現(xiàn)為邊坡巖土體受風(fēng)化和構(gòu)造作用，巖土體風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，受開挖卸荷作用和降雨影響，沿順傾的灰?guī)r層面和板巖似層面等結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生順層滑坡。

（3）崩塌（坍塌）

崩塌（坍塌）占全線邊坡地質(zhì)災(zāi)害33.3%，為全線邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量最多。沿線自然斜坡較陡，多為陡傾直線坡，土體松散，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。破碎巖石邊坡在自然或人為卸荷作用下，因降雨入滲軟化結(jié)構(gòu)面，使其沿結(jié)構(gòu)面滑移崩解，堆積在坡腳形成松散堆積體，即崩塌災(zāi)害；另一部分邊坡在坡面一定松弛范圍內(nèi)，受降雨入滲影響，坡面發(fā)生逐步由外至內(nèi)的坍塌變形，坍塌后坡面上部較陡，下部較緩，略帶內(nèi)凹弧形。

（4）落石（滾石）

落石（滾石）占全線邊坡地質(zhì)災(zāi)害9.8%，相對(duì)較少。一方面主要發(fā)育在橋梁修筑過程中，橋墩位于自然陡坡附近，為保護(hù)橋墩，在山側(cè)開挖邊坡時(shí)，引起邊坡附近的孤石滾落；另一方面，在山谷、河谷附近的自然坡體受爆破開挖施工影響，引起邊坡一定范圍內(nèi)巖體松弛破碎和坡頂巖體松動(dòng)，使巖石脫離母體沿坡面滾落至坡腳，但滾落巖石尺寸較小。

（5）變形開裂

變形開裂占全線邊坡地質(zhì)災(zāi)害13.8%，主要發(fā)育在沿線橋梁墩臺(tái)邊緣高陡邊坡和隧道洞口側(cè)坡、仰坡，此類邊坡高陡，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，在人類工程活動(dòng)和降雨入滲的作用下，邊坡頂部附近發(fā)生局部卸荷變形開裂。路基沉降等引起的路堤邊坡變形開裂病害較少發(fā)生。

2.3 邊坡地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律

（1）空間分布

香麗高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害沿線分布相對(duì)集中，主要分布在K15～K20、K35～K47、K83～K108等河谷兩側(cè)構(gòu)造剝蝕緩傾、陡傾直線坡地段和洼里別隧道—金沙江開達(dá)古隧道河谷深切高山峽谷地段。其中，K15～K20、K35～K47段主要為山體滑坡、邊坡滑坡、崩塌坍塌；K83～K108段主要為落石滾石、崩塌坍塌及不良地質(zhì)體復(fù)活引起的山體滑坡；洼里別隧道—金沙江開達(dá)古隧道高山峽谷地段主要為不良地質(zhì)體復(fù)活引起的山體滑坡和隧道洞口側(cè)坡、仰坡的變形開裂。

（2）時(shí)間分布

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和邊坡施工資料，沿線邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)間主要集中在雨季(6—8月)。受連續(xù)強(qiáng)降雨影響，沿線邊坡松散土體和破碎巖體迅速從非飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為飽和狀態(tài)，使坡體內(nèi)巖土體抗剪強(qiáng)度大幅降低，極易誘發(fā)崩塌坍塌、邊坡滑坡、不良地質(zhì)體復(fù)活等邊坡地質(zhì)災(zāi)害。

3 邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

文章提出的邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)是一種多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，即根據(jù)邊坡地質(zhì)災(zāi)害類型、發(fā)育特征和分布規(guī)律，提出易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將評(píng)價(jià)指標(biāo)從定性到定量轉(zhuǎn)化，再結(jié)合層次分析法、專家評(píng)分法和因素累積法，建立易發(fā)性評(píng)價(jià)模型。

3.1 評(píng)價(jià)因子分析與選擇

高速公路等線性工程跨越了不同的地貌單元和地質(zhì)環(huán)境，邊坡地質(zhì)災(zāi)害具有分布廣、種類多、成因復(fù)雜的特點(diǎn)，是多種內(nèi)在因素和外在因素共同作用導(dǎo)致的，影響易發(fā)性評(píng)價(jià)因素多而復(fù)雜。為提高邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)的科學(xué)性，減少主觀性和隨意性，本文在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，遵循系統(tǒng)性、主次性、獨(dú)立性和可操作性原則，從基本工程地質(zhì)條件、自然誘發(fā)因素、人類工程活動(dòng)和災(zāi)害歷史等因素綜合分析，提出基本地質(zhì)條件為主控因素，大氣降雨、地震作用、人類工程活動(dòng)和災(zāi)害歷史為附加因素，并選擇了11個(gè)評(píng)價(jià)因子（圖2）。

圖2 邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)因子樹形結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Tree diagrams of susceptibility evaluation factors for the slope geological hazards

3.2 評(píng)價(jià)因子細(xì)分與量化

根據(jù)前述評(píng)價(jià)因子，結(jié)合香麗高速公路沿線工程地質(zhì)特點(diǎn)和山體滑坡、邊坡滑坡、崩塌坍塌、落石滾石、變形開裂等5種邊坡地質(zhì)災(zāi)害特征，充分考慮評(píng)價(jià)因子的可操作性，參考國內(nèi)外既有研究成果，基于專家評(píng)分法，將評(píng)價(jià)因子進(jìn)行細(xì)分，并按1～9的標(biāo)度進(jìn)行量化，標(biāo)度越大，易發(fā)性影響越大。

（1）基本地質(zhì)條件

①地形地貌

按重力堆積和侵蝕剝蝕作用，將沿線地形地貌特征分為18種，并按不同邊坡災(zāi)害類型對(duì)其量化，見表1和表2。

表1 重力堆積地形地貌易發(fā)性評(píng)價(jià)分值表Table 1 Susceptibility evaluation scores of gravity accumulation topography and geomorphology

②地層巖性

地層巖性按其堅(jiān)硬程度綜合考慮分為土層、軟巖、硬巖等3類，見表3。

表3 地層巖性評(píng)價(jià)分值Table 3 Evaluation scores of formation lithology

③巖土體結(jié)構(gòu)

巖土體結(jié)構(gòu)主要考慮節(jié)理面、土巖界面、巖層層面、斷層或軟弱面等4類，按節(jié)理面發(fā)育程度和土巖界面、巖層層面、斷層或軟弱面與坡面的相互關(guān)系進(jìn)行量化，見表4、表5、表6、表7。

表4 節(jié)理發(fā)育程度評(píng)價(jià)分值Table 4 Evaluation scores of joint growth level

表5 土巖界面評(píng)價(jià)分值Table 5 Evaluation scores of soil-rock interfaces

表6 巖層層面評(píng)價(jià)分值Table 6 Evaluation scores of rock interfaces

表7 斷層或軟弱面評(píng)價(jià)分值Table 7 Evaluation score of fault or weak surface

④地層結(jié)構(gòu)

邊坡地層結(jié)構(gòu)是指組成邊坡地層的結(jié)構(gòu)特征與組合規(guī)律?；诘乜便@孔及露頭揭示覆蓋土層A、全至強(qiáng)風(fēng)化巖層B、弱至微風(fēng)化巖層C的相對(duì)厚度及其組合關(guān)系，本文建立了7種地層結(jié)構(gòu)模式，（圖3）。并根據(jù)不同災(zāi)害類型進(jìn)行量化（表8）。

表8 巖層結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)分值Table 8 Evaluation scores of rock structure

⑤地下水發(fā)育程度

地下水發(fā)育程度評(píng)價(jià)根據(jù)不同地下水埋藏條件和發(fā)育程度分級(jí)量化，按類型取大值（表9）。

表9 地下水發(fā)育程度評(píng)價(jià)分值Table 9 Evaluation scores of groundwater development level

（2）自然誘發(fā)因素

自然誘發(fā)因素主要考慮地震作用和大氣降雨共2種，其中大氣降雨主要考慮沿線地區(qū)最大日降雨量，地震按烈度考慮，地震對(duì)各種邊坡地質(zhì)災(zāi)害作用大小相同，見表10、表11。

表10 地震作用評(píng)價(jià)分值Table 10 Evaluation scores of seismic effect

表11 大氣降雨評(píng)價(jià)分值Table 11 Evaluation scores of rainfall

（3）人類工程活動(dòng)

人類工程活動(dòng)主要按線性工程特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分，分為路基、橋隧、隧道，不同的工程對(duì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害影響不同。本文將路基分為路堤和路塹，按不同填挖特征量化，橋梁主要按跨越的地貌特征量化，隧道穿越按相對(duì)位置量化(表12)。

表12 人類工程活動(dòng)評(píng)價(jià)分值Table 12 Evaluation scores of human engineering activities

（4）災(zāi)害歷史

災(zāi)害歷史是指高速公路等線性工程路線走廊帶歷史上曾發(fā)生的邊坡地質(zhì)災(zāi)害，按沿線每km走廊帶發(fā)生的同類災(zāi)害點(diǎn)數(shù)計(jì)?。ū?3）。

表13 災(zāi)害點(diǎn)密度評(píng)價(jià)分值Table 13 Evaluation scores of disaster point density

3.3 易發(fā)性評(píng)價(jià)模型

目前，用于邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)的主要方法有專家評(píng)分法、模糊評(píng)判法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和層次分析法等。

本文根據(jù)前述11個(gè)評(píng)價(jià)因子，充分考慮評(píng)價(jià)因子相互邏輯關(guān)系及邊坡地質(zhì)災(zāi)害作用機(jī)理和影響程度，避免人為性、主觀性、隨意性。首先將評(píng)價(jià)因子分為基本地質(zhì)條件主控因素，大氣降雨、地震作用、人類工程活動(dòng)和災(zāi)害歷史為附加因素，各評(píng)價(jià)因素原則上相對(duì)獨(dú)立。其中，災(zāi)害歷史因素反映或體現(xiàn)其它因素的共同作用或綜合作用效果，作為一種重要的附加因素是可行的，也是必要的。然后按前述11個(gè)評(píng)價(jià)因子的量化分值，對(duì)5類評(píng)價(jià)因素分別進(jìn)行評(píng)價(jià)分值計(jì)算。其中基本地質(zhì)條件和人類工程活動(dòng)這兩類評(píng)價(jià)因素采用層次分析法計(jì)算，其它三類評(píng)價(jià)因素為定量指標(biāo)，直接按前述專家評(píng)分法賦值。本文的易發(fā)性評(píng)價(jià)是用于邊坡地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)勢(shì)區(qū)劃及其防治決策依據(jù)，不考慮防治工程等因素。

在邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)分析中，首先需要對(duì)各因素進(jìn)行“歸一化”處理，即各因素評(píng)分值分別除以最大標(biāo)度9，得到各因素的相對(duì)易發(fā)指數(shù)；然后將附加因素易發(fā)指數(shù)進(jìn)行“1+x”換算，即換算為附加因素易發(fā)性增大系數(shù)；最后對(duì)主控因素和附加因素采用因素乘積法運(yùn)算，本文稱之為“因素累積法”，從而建立災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型，如式（1）。

式中：P——邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)指數(shù)；

P1——基本地質(zhì)條件評(píng)價(jià)分值；

P2——人類工程活動(dòng)評(píng)價(jià)分值；

P3——大氣降雨評(píng)價(jià)分值；

P4——地震作用評(píng)價(jià)分值；

P5——災(zāi)害歷史評(píng)價(jià)分值。

“歸一化”處理是把各因素評(píng)分值變?yōu)椋?，1）之間的小數(shù)，也可以理解為是把各因素變?yōu)闊o量綱表達(dá)式；“1+x”換算是為了把附加因素易發(fā)性增大系數(shù)控制在1～2倍，避免因單個(gè)附加因素評(píng)價(jià)分值為0或較低值而不合理地決定易發(fā)性指標(biāo)的情況。“因素累積法”是基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中常用的“乘積法”，結(jié)合本文的“歸一化”處理和“1+x”換算，既反映了主控因素的決定性和有效性（0，1），又體現(xiàn)了附加因素的可控性和相對(duì)性（1，2），從而保障邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型的科學(xué)性、客觀性和準(zhǔn)確性。

（1）基本地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

基地地質(zhì)條件是邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的自有內(nèi)在因素，包括地形地貌、地層巖性、地層結(jié)構(gòu)、巖土體結(jié)構(gòu)、地下水發(fā)育程度。不同因素對(duì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害影響不同，同時(shí)對(duì)不同邊坡地質(zhì)災(zāi)害的作用大小也不相同，為確定基本地質(zhì)條件下各評(píng)價(jià)因子對(duì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害的作用大小，本文采用層次分析法，構(gòu)建了基本地質(zhì)條件評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)模型和判斷矩陣。如表14、表15為山體滑坡層次分析法判斷矩陣，其他災(zāi)種類同。

表14 山體滑坡基本地質(zhì)條件層次分析法判斷矩陣Table 14 Judgment matrix in AHP for basic geological conditions of landslide

表15 山體滑坡巖土體結(jié)構(gòu)層次分析法判斷矩陣Table 15 Judgment matrix in AHP for rock-soil structure of landslide

根據(jù)上述層次結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合香麗高速公路沿線邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征，采用AHP軟件構(gòu)造了不同災(zāi)害類型的判斷矩陣，并進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和一致性檢驗(yàn)，基本地質(zhì)條件數(shù)學(xué)計(jì)算模型如式（2）。

式中：P1——基本地質(zhì)條件評(píng)價(jià)分值；

αi——因子權(quán)重系數(shù)；

Ai——具體評(píng)價(jià)因子分值，見表16。

表16 基本地質(zhì)條件評(píng)價(jià)因子權(quán)重系數(shù)Table 16 Weight coefficient of evaluation factor for basic geological conditions

（2）人類工程活動(dòng)評(píng)價(jià)

山區(qū)道路等線性工程修筑過程中，高填深挖、半挖半填、半橋半路、橋隧相連十分普遍，不同工程類型對(duì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素不同。一部分只與單一的工程活動(dòng)相關(guān)，如挖方、填方、橋梁、隧道，一部分是幾種工程活動(dòng)共同作用引起的。本文采用層次分析法，構(gòu)建人類工程活動(dòng)的層次結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合香麗高速公路沿線邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征，采用AHP軟件構(gòu)造了不同災(zāi)害類型的判斷矩陣，并進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和一致性檢驗(yàn)，人類工程活動(dòng)數(shù)學(xué)計(jì)算模型如式（3）。

式中：P2——人類工程活動(dòng)評(píng)價(jià)分值；

αi——因子權(quán)重系數(shù)；

Ai——具體評(píng)價(jià)因子分值，如表17。

表17 人類工程活動(dòng)評(píng)價(jià)因子權(quán)重系數(shù)Table 17 Weight coefficient of evaluation factor for human engineering activity

4 公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃

在上述邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型基礎(chǔ)上，依托ArcGIS平臺(tái)，對(duì)香麗高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了易發(fā)性分級(jí)區(qū)劃研究。

4.1 區(qū)劃方法

（1）基礎(chǔ)資料

根據(jù)上述建立的邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，需要收集的主要基礎(chǔ)資料有公路沿線地形圖（包含線位、示坡線）、勘察設(shè)計(jì)及施工資料、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、最大日降雨量數(shù)據(jù)和地震烈度等。

（2）單元?jiǎng)澐?/p>

山區(qū)線性工程跨越了不同的地區(qū)、地形地貌單元、地質(zhì)環(huán)境，為提高易發(fā)性區(qū)劃的準(zhǔn)確性和便捷性，根據(jù)已收集的基礎(chǔ)資料，以公路沿線500 m長為一單元的分段原則（根據(jù)需要可以更長或更短），對(duì)公路進(jìn)行單元?jiǎng)澐帧?/p>

（3）因子評(píng)價(jià)

在500 m長一單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上，結(jié)合基礎(chǔ)資料，按邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型包含的評(píng)價(jià)因子，對(duì)每個(gè)單元的基本地質(zhì)條件、大氣降雨、地震作用、人類工程活動(dòng)、災(zāi)害歷史等5類指標(biāo)進(jìn)行賦值。

（4）圖件處理

將公路帶狀地形圖（包含線位、示坡線）導(dǎo)入ArcGIS軟件，按500 m一單元的原則在圖件上進(jìn)行單元離散。

（5）易發(fā)性評(píng)價(jià)指數(shù)

根據(jù)上述建立的山體滑坡、邊坡滑坡、崩塌坍塌、落石滾石、變形開裂5類災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型，首先在ArcGIS軟件建立計(jì)算模型，然后將500 m一單元的評(píng)價(jià)因子分值導(dǎo)入ArcGIS系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，即可得每單元不同災(zāi)種的易發(fā)性評(píng)價(jià)指數(shù)。

（6）易發(fā)性分級(jí)區(qū)劃

根據(jù)計(jì)算得到的易發(fā)性評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果，采用間斷點(diǎn)法，對(duì)不同災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性分級(jí)區(qū)劃，最后利用ArcGIS空間疊加功能，將山體滑坡、邊坡滑坡、崩塌坍塌、落石滾石、變形開裂易發(fā)性評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果圖進(jìn)行疊加，即可得到全線邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分級(jí)區(qū)劃圖。

4.2 區(qū)劃成果

本文按上述建立的易發(fā)性評(píng)價(jià)模型和分級(jí)區(qū)劃方法，對(duì)香麗高速K0+560～K48+900段進(jìn)行了邊坡地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃研究。

根據(jù)不同邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算結(jié)果，采用間斷點(diǎn)法，按4級(jí)分級(jí)劃分。即：（0～4）為不易發(fā)區(qū)、[4～8）為低易發(fā)區(qū)、[8～12）為中易發(fā)區(qū)、[12～16）為高易發(fā)區(qū)。

基于GIS軟件，按上述劃分分值，得到了香麗高速邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖，見圖6（受圖件大小限制，以K0+560～K7+060段為例展示）。

圖6 香麗高速公路K0+560～K7+060段邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖Fig.6 Susceptibility zoning map of geological hazards at K0+560～K7+060 section of Xiangli expressway

根據(jù)上述區(qū)劃圖，為驗(yàn)證易發(fā)性評(píng)價(jià)模型、區(qū)劃方法和結(jié)果的可靠性，本文將易發(fā)性區(qū)劃圖和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的災(zāi)害工點(diǎn)分布進(jìn)行了對(duì)比分析，得到已發(fā)生邊坡地質(zhì)災(zāi)害均位于易發(fā)性區(qū)劃圖的中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)，與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果基本吻合，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表18。

表18 香麗高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分級(jí)區(qū)劃結(jié)果Table 18 Classification and regionalization results of geological hazard susceptibility on the slope of Xiangli expressway

4.3 風(fēng)險(xiǎn)管理

根據(jù)上述香麗高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果，建立不同分級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理，采取不同的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策，能有效減少和避免邊坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

例如，邊坡災(zāi)害高易發(fā)區(qū)主要位于深和超深路塹開挖、不良地質(zhì)體等段落，建議通過優(yōu)化線路平縱斷面設(shè)計(jì)，減少路塹邊坡高度，繞避不良地質(zhì)體，降低邊坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。并且提高邊坡防護(hù)加固工程等級(jí)，列為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警區(qū)段。

邊坡災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)主要位于陡坡路基、路塹開挖、隧道洞口等段落，建議加強(qiáng)邊坡防護(hù)加固工程對(duì)策設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制施工工序，確保主體工程質(zhì)量，并加強(qiáng)邊坡安全監(jiān)測(cè)預(yù)警。

邊坡災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū)主要位于軟基和一般斜坡橋梁跨越段落，要求明確軟基處理方案，控制橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)施工土石方開挖，及時(shí)進(jìn)行邊坡安全防護(hù)。

邊坡災(zāi)害不危險(xiǎn)區(qū)主要位于一般路基和隧道洞身段落，采用普通防護(hù)工程設(shè)計(jì)，正常施工和質(zhì)量控制，正常運(yùn)營養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)論

總結(jié)提出了香麗高速公路沿線山體滑坡、邊坡滑坡、崩塌坍塌、落石滾石和變形開裂五類地質(zhì)災(zāi)害及其發(fā)育特征和時(shí)空分布規(guī)律，基于基本工程地質(zhì)條件、地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素和災(zāi)害歷史，提出了地形地貌、巖土體結(jié)構(gòu)、地層巖性、地層結(jié)構(gòu)、地下水發(fā)育程度、大氣降雨、地震作用、路基、橋梁、隧道、災(zāi)害歷史五類11個(gè)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其量化方法。根據(jù)評(píng)價(jià)因子相互邏輯關(guān)系及其對(duì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害作用和影響程度，按評(píng)價(jià)因子量化分值對(duì)五類評(píng)價(jià)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)分值計(jì)算，通過評(píng)價(jià)因素歸一化處理、主控因素與附加因素的因素累積法計(jì)算，建立了香麗高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型，依托GIS平臺(tái)給出了香麗高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖，與香麗高速公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害實(shí)際基本吻合。可為類似山區(qū)道路等線性工程提供一種實(shí)用的邊坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。