復雜山區鐵路地質災害工程分區研究

趙志明，寇 川，黎夢軍

(1.西南交通大學地球科學與環境工程學院，四川成都 610031;2.中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

我國是個多山的國家，山地面積占國土總面積的69%。隨著西部大開發的發展，鐵路項目向山區推進，以致線路穿過多個地貌單元和多種復雜地質條件區域。由于高山峽谷區地形地貌、地質條件、地質構造相當復雜，導致鐵路地質災害頻頻發生，對人類活動和生存環境造成極大的危害［1］。對鐵路穿過區域地質災害進行與鐵路工程相關的分區研究，有助于科學評價線路方案和鐵路工程的適宜性。目前在公開發表的國內外研究資料中，未見專門針對復雜山區鐵路地質災害工程分區方面的研究內容。在偏重于滑坡危險性區劃，泥石流危險性區劃及地質災害危險性區劃等方面的研究中，比較有代表性的成果如 Mantovani F．和Cees J．Van Westen等人(荷蘭)于1996年完成的“基于RS技術的歐洲滑坡研究和分區”［2］，鐘敦倫、謝洪于1997年完成的“四川重慶泥石流分布及危險性區劃”［3］，張業成、胡景江、張春山于1995完成的“中國地質災害危險性分析與災變區劃”［4］。本文在總結地質災害危險性評價的基礎上主要討論復雜山區鐵路地質災害工程分區原則及可采用的分區方法。

1 工程分區原則

復雜山區鐵路地質災害工程分區原則是能直觀地反映工程分區區域的分布規律，并以此為基礎確定選取分區指標，建立分區等級和采用不同分區方法的基本依據。分區原則的確定應目標明確，應與達到的目的相統一。因此，在考慮分區原則時，應詳盡地分析復雜山區地質災害的特征和性質，既要尊重客觀規律又要達到工程實踐目的。

基于山地災害危險性評價分區研究成果［5-7］，結合鐵路工程分區目的確定以下分區原則:

1)主導因素原則:在復雜山區鐵路地質災害中，找出其中起決定作用的主導因素作為分區的原則。確定主導因素時，必須全面分析復雜山區鐵路地質災害形成機制。

2)綜合性原則:在全面分析復雜山區鐵路地質災害綜合作用基礎上進行分區，分區的主要標志可視各區地質災害的形成條件而有所不同。運用此原則，是要保證所劃出的單位是一個具有獨特特點的鐵路地質災害綜合區，而不是單一山區鐵路地質災害分區的再現。

3)相似性與差異性原則:在同一類別區段內，地質災害的發育程度，觸發因素應有最大的相似性，而不同類別區段之間則應具有明顯的差異性。只有這樣，地質災害危險性區劃才有實際意義。

4)科學性與實用性原則:科學性主要體現在分區技術方法和模型具有現代相關科學理論依據，適合性較好，易于推廣;分區指標、數據資料的準確可靠性及分區級別劃分的可操作性。實用性則主要體現在分區技術方法簡單易行，分區結構簡潔明了，可視化程度高，為研究區的地質災害預測預報提供依據。

2 工程分區標準

在已掌握區域相關地貌地層以及區域構造資料和鐵路區段的詳細調查資料的基礎上，綜合分析鐵路沿線各區段地質災害特征、穩定性以及鐵路工程安全性。根據野外實地調查及相關資料，按照工程分區原則，選擇地形地貌、地層巖性、地質構造、對線路的危害程度等為標準，將分區等級劃分為:Ⅰ安全區，Ⅱ基本安全區，Ⅲ較危險區以及Ⅳ危險區，見表1。

3 強震誘發地質災害工程分區指標及分區模型

評價指標的選取及其量化是工程分區研究理論最重要的、最基礎的組成部分，它直接關系到強震誘發次生地質災害工程分區質量的好壞以及分區精度的高低。現結合對強震誘發次生地質災害理論及實踐的認識，從系統論和控制論的角度，闡述強震誘發次生地質災害工程分區的評價指標體系。

3.1 工程分區評價指標的確定

強震誘發次生地質災害是一個復雜的非線性系統，它是相互作用的若干指標的復合體，各種指標及各指標間相互作用和結構等，構成了一個完整的地質災害系統。其各個指標是構成強震誘發次生地質災害工程分區的基本骨架，因此指標的選取是工程分區研究的基礎。根據對鐵路工程的影響，對地質災害類型和特征進行綜合分析，選取崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷等三個指標作為強震誘發次生地質災害工程分區的直接指標，即層次分析法中的約束層。

3.2 工程分區模型

根據層次分析法評價指標體系組建的基本原則，采用分層遞階方法，將研究大瑞鐵路強震誘發次生地質災害工程分區指標體系分為總體目標層、約束層(一級指標層)、評價指標層(二級指標和三級指標)和對象層(評價對象層)4個層次(圖1)。

表1 強震誘發次生地質災害工程分區標準

圖1 地質災害工程分區層次分析模型

進行地質災害工程分區是總目標。按照影響地質災害工程分區各指標間的關系，分列崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷等一級指標，分別考慮其對總目標的影響，這些指標構成約束層。在約束層的基礎上，對每種一級指標又細分為2個二級指標，分別為既有地質災害等級和強震誘發次生地質災害潛在強度，在二級指標地質災害潛在強度之下又細分為4個三級指標。對象層是系統分析的最底層，把強震誘發次生地質災害工程分區作為對象層。根據上述方法，采用綜合危險性指數作為評價地質災害工程分區的定量化指標并建立地質災害工程分區計算模型。基本步驟如下:

1)分析各個指標在現實中的實際情況并取值。

2)建立地質災害綜合危險性指數計算模型。

以強震誘發地質災害危險性指數為指標，量化強震誘發地質災害工程分區各指標，可表達為

式中，Dw為多種地質災害綜合危險性指數，Dws，Dwd，Dwk分別為崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷危險性指數;As，Ad，Ak分別為上列三類地質災害危險性權重;K為地質災害對線路工程影響修正系數，如果地質災害嚴重，但對線路影響較小或線路通過必要措施躲避了主要地質災害，取K=0.6，一般評價取K=1。

任一類地質災害的危險性指數Dwi按下式計算

式中，Dl，Dq為該類地質災害的既有地質災害等級和地質災害潛在強度;Al，Aq分別為既有地質災害等級和地質災害潛在強度的權重。

地質災害潛在強度按下式計算

式中，Dq為地質災害潛在強度指數;D，X，Q，R分別為控制地質災害形成與發展的地質條件、地形地貌條件、氣候植被條件、人為條件充分程度的標度分值;AD，Ax，AQ，AR分別為上列四方面地質災害形成條件的權重。

3.3 強震誘發次生地質災害指標的量化

指標量化的實質就是如何確定各指標在強震誘發次生地質災害工程分區系統中所起的作用。指標的量化研究包括兩部分內容:①采用德爾菲法，根據專家評分確定評價指標體系中各指標在強震誘發次生地質災害工程分區系統中所能分配到的權重。②根據不同研究區的實際情況，采用模糊統計法對各個指標的分類進行細化統計，根據各個指標在強震誘發次生地質災害中的實際作用打分量化。

3.4 工程分區等級劃分標準

通過全面系統調查及統計地質災害活動歷史和形成條件，采用數理方法，計算確定地質災害工程分區等級標準。根據各因素打分及其權重值，通過分層次計算最終危險指數。根據表2地質災害等級劃分標準對山區鐵路地質災害進行工程分區劃分。

表2 強震誘發地質災害工程分區等級劃分

4 結語

復雜山區鐵路地質災害的產生機理往往比較復雜，對山區鐵路進行工程分區可以正確指導鐵路選線。對復雜艱險山區鐵路地質災害特點進行分析，采用層次分析法建立復雜艱險山區地質災害工程分區模型。正確評價山區鐵路地質災害并對其進行工程分區是一項任重而道遠的工作，不同的方法及因素的選擇會影響結果的精度。因此地質災害工程分區研究理論與方法的不斷完善，也是一個值得認真和深入研究的課題。同時，基于GIS技術的分區方法在不久的將來具有廣闊的前景。

［1］張春山，張業成，胡景江，等．中國地質災害時空分布特征與形成條件［J］．第四紀地質，2000(6):559-566．

［2］MANTOVANI F，SOETERS R，VAN WESTEN C J．Romote Sensing techniques for landslide studies and hazard zonation in Europe［J］．Geomorphology，1996，15(3):213-225．

［3］鐘敦倫，謝洪．四川重慶泥石流分布及危險度區劃［M］．成都:成都地圖出版社，1997．

［4］張業成，胡景江，張春山．中國地質災害危險性分析與災變區劃［J］．海洋地質與第四紀地質，1995(9):55-67．

［5］賀敬．云南省瀘水縣地質災害防治區劃研究［M］．昆明:昆明理工大學出版社，2005．

［6］殷坤龍，滑坡災害預測預報［M］．武漢:中國地質出版社，2004．

［7］李貞，周栩．地震次生災害區劃初探［J］．山西建筑，2005，31(24):61-62．