不同影響因子對(duì)地震滑坡的貢獻(xiàn)率分析

武增琳 唐亞周 孟 強(qiáng)

(三峽大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

不同影響因子對(duì)地震滑坡的貢獻(xiàn)率分析

武增琳 唐亞周 孟 強(qiáng)

(三峽大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

根據(jù)汶川地震滑坡數(shù)據(jù)資料，并運(yùn)用貢獻(xiàn)率分析法，以滑坡數(shù)量、長(zhǎng)度、面積及體積為發(fā)育指標(biāo)，探討了地層傾角、高差、坡度等因素對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)率，對(duì)山區(qū)滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估和滑坡災(zāi)害的防治具有現(xiàn)實(shí)意義。

地震滑坡，貢獻(xiàn)率，地層傾角，高差，坡度

0 引言

在強(qiáng)烈的地震作用下，經(jīng)常誘發(fā)大量的滑坡災(zāi)害，研究地震滑坡的分布狀況與地質(zhì)及地形條件的關(guān)系，有利于分析滑坡的形成機(jī)理和分布規(guī)律。

喬建平等[1,2]采用貢獻(xiàn)率法研究了三峽水庫(kù)區(qū)云陽(yáng)—巫山地段高差、坡度、坡向?qū)掳l(fā)育的貢獻(xiàn)率。郭果等[3]發(fā)現(xiàn)滑坡的坡度分布具有正態(tài)分布特征及不同坡度區(qū)間內(nèi)滑坡發(fā)育概率。許沖[4]分析了地震滑坡與高程、地震參數(shù)等環(huán)境因子的關(guān)系。王章瓊等[5]研究了地形坡度對(duì)鄂渝地區(qū)水庫(kù)型堆積層滑坡的貢獻(xiàn)率。田穎穎等[6]統(tǒng)計(jì)了這些滑坡的發(fā)生高程、坡度等6類地形、地質(zhì)與地震特征參數(shù)的分布特征。于文靜等[7]基于Logistic回歸順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定預(yù)測(cè)模型，對(duì)順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性及評(píng)價(jià)因子進(jìn)行了定量分析。本文以汶川地震滑坡的調(diào)查資料為基礎(chǔ)，基于貢獻(xiàn)率法，以滑坡數(shù)量、滑坡長(zhǎng)度、滑坡面積及滑坡體積為發(fā)育指標(biāo)，分析地層傾角、原始高差和原始坡度對(duì)地震滑坡的貢獻(xiàn)率。

1 滑坡貢獻(xiàn)率因素分類

將汶川地震中綿陽(yáng)地區(qū)1 100余處滑坡地質(zhì)建立滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)滑坡都有詳細(xì)的地形和地質(zhì)資料。為定量評(píng)價(jià)不同滑坡貢獻(xiàn)率影響因素與滑坡發(fā)育之間的關(guān)系，將滑坡的地層傾角、原始高差、原始坡度劃分為7個(gè)區(qū)間，如表1所示。

貢獻(xiàn)率分析法是一種處理信息數(shù)據(jù)的方法，具有樣本分類與系統(tǒng)因素分析的功能，采用該方法可以直觀評(píng)價(jià)地層傾角、原始高差和原始坡度對(duì)地震滑坡發(fā)育作用的影響大小，反映與地震滑坡的內(nèi)在聯(lián)系。

2 滑坡影響因子的貢獻(xiàn)率

2.1 滑坡數(shù)量貢獻(xiàn)率

根據(jù)不同地層傾角、原始高差、原始坡度區(qū)間發(fā)生的滑坡數(shù)量，計(jì)算三個(gè)因素對(duì)滑坡數(shù)量的貢獻(xiàn)率。

Qi1=ni/Ni

(1)

其中，Qi1為貢獻(xiàn)率影響因素區(qū)間對(duì)滑坡數(shù)量的貢獻(xiàn)率；ni為各區(qū)間的滑坡發(fā)育數(shù)量統(tǒng)計(jì)；Ni為該影響因素各個(gè)區(qū)間統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的總和。由式(1)計(jì)算得出不同地層傾角的滑坡數(shù)量貢獻(xiàn)率Qα1的大小為：

(2)

其中，Qα1(α1)，…，Qα1(α7)分別為不同地層傾角的滑坡數(shù)量貢獻(xiàn)率。

表1 滑坡貢獻(xiàn)率影響因素區(qū)間分類

同理，原始高差的滑坡數(shù)量貢獻(xiàn)率Qh1的大小為：

(3)

其中，Qh1(h1)，…，Qh1(h7)分別為不同原始高差的滑坡數(shù)量貢獻(xiàn)率。

(4)

其中，Qβ1(β1)，…，Qβ1(β7)分別為不同原始坡度的滑坡數(shù)量貢獻(xiàn)率。

從圖1可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)?shù)貙觾A角為30°～50°、原始高差為50 m～200 m、原始坡度為30°～50°時(shí)，發(fā)生滑坡的概率相對(duì)較大。地層傾角和原始坡度在20°～40°之間時(shí)，隨著地層傾角和原始坡度的增加，發(fā)生滑坡的概率急劇增大。

2.2 滑坡長(zhǎng)度、面積及體積貢獻(xiàn)率

利用式(1)，可以得出各因素不同區(qū)間與滑坡長(zhǎng)度、面積及體積的貢獻(xiàn)率曲線，如圖2～圖4所示。

由圖2可知，地層傾角為30°～50°、原始高差為50 m～200 m、原始坡度為30°～50°時(shí)，滑坡的長(zhǎng)度較大，且易引起較大距離的滑坡運(yùn)動(dòng)。

由圖3可知，地層傾角為30°～50°、原始高差為100 m～200 m、原始坡度為30°～50°時(shí)，滑坡面積較大。地層傾角在30°～40°、原始坡度在30°～40°時(shí)，引起較大面積滑坡運(yùn)動(dòng)的概率急劇增大。

由圖4可知，地層傾角為20°～50°、原始高差為100 m～200 m、原始坡度為30°～40°時(shí)，易發(fā)生規(guī)模較大的滑坡。原始坡度在30°～40°時(shí)引起較大規(guī)模滑坡運(yùn)動(dòng)的概率急劇增大。

3 影響因子綜合概率分析

通過(guò)對(duì)不同影響因素的滑坡貢獻(xiàn)率分析，得到不同的關(guān)系曲線，采用疊加組合的評(píng)價(jià)方法可以得到不同因素的綜合貢獻(xiàn)率。

3.1 賦值方法

按貢獻(xiàn)率的大小從高到低依次進(jìn)行賦值，分別為7，6，…，1。不同地層傾角、原始高差和原始坡度的滑坡貢獻(xiàn)率賦值情況不同，分別如表2～表4所示。

表2 不同地層傾角的滑坡貢獻(xiàn)率賦值表

表3 不同原始高差的滑坡貢獻(xiàn)率賦值表

表4 不同原始坡度的滑坡貢獻(xiàn)率賦值表

3.2 疊加統(tǒng)計(jì)

采用求平均值的方法對(duì)表2中Qα1～Qα4的同一區(qū)間地層傾角貢獻(xiàn)值進(jìn)行疊加統(tǒng)計(jì)，得到綜合貢獻(xiàn)指數(shù)：

Q(αi)=[αi(n)+αi(l)+αi(s)+αi(v)]/4

(5)

其中，Q(αi)為地層傾角區(qū)間的綜合貢獻(xiàn)指數(shù)；αi(n)，αi(l)，αi(s)，αi(v)分別為地層傾角區(qū)間αi按照滑坡數(shù)量貢獻(xiàn)率、長(zhǎng)度貢獻(xiàn)率、面積貢獻(xiàn)率和體積貢獻(xiàn)率所得賦值。

由式(5)計(jì)算地層傾角區(qū)間的綜合貢獻(xiàn)率，得出：Q(α1)=2，Q(α2)=Q(α5)=4.5，Q(α3)=Q(α4)=6.5，Q(α6)=2.5，Q(α7)=1.5。

所以，各地層傾角區(qū)間綜合貢獻(xiàn)值排序如下：

Q(α3)=Q(α4)>Q(α2)=Q(α5)>Q(α6)>Q(α1)>Q(α7)

(6)

同理，計(jì)算出原始高差區(qū)間的綜合貢獻(xiàn)率，得出：Q(h1)=2.75,Q(h2)=Q(h4)=4.75,Q(h3)=7,Q(h5)=3,Q(h6)=1.75,Q(h7) =4。

各原始高差區(qū)間綜合貢獻(xiàn)值按大小排序如下：

Q(h3)>Q(h2)=Q(h4)>Q(h7)>Q(h5)>Q(h1)>Q(h6)

(7)

計(jì)算出原始坡度區(qū)間的綜合貢獻(xiàn)率，得出：Q(β1)=1,Q(β2)=4.75,Q(β3)=7,Q(β4)=6,Q(β5)=Q(β7)=3.25,Q(β6)=2.75。

各原始坡度區(qū)間綜合貢獻(xiàn)值按大小排序如下：

Q(β3)>Q(β4)>Q(β2)>Q(β5)=Q(β7)>Q(β6)>Q(β1)

(8)

3.3 貢獻(xiàn)率分析

由以上計(jì)算得到的各因素區(qū)間對(duì)滑坡的綜合貢獻(xiàn)率結(jié)果，它表征了不同因素區(qū)間在地震滑坡發(fā)育中的作用，其作用的大小程度可采用綜合貢獻(xiàn)率Q0進(jìn)行計(jì)算：

(9)

由式(9)得：Q0(α1)= 7.14,Q0(α2)=Q0(α1)=16.07,Q0(α3)=Q0(α4)=23.21,Q0(α6)=8.93,Q0(α7)=5.36。

同理，可得原始高差區(qū)間對(duì)滑坡的綜合貢獻(xiàn)率：Q0(h1)=9.82,Q0(h2)=Q0(h4)=16.96,Q0(h3)=25,Q0(h5)=10.71,Q0(h6)=6.25,Q0(h7)=14.29。

原始坡度區(qū)間對(duì)滑坡的綜合貢獻(xiàn)率：Q0(β1)=3.57,Q0(β2)=16.96,Q0(β3)=25,Q0(β4)=21.43,Q0(β5)=Q0(β7)=11.61,Q0(β6)=9.82。

各個(gè)區(qū)間影響因素貢獻(xiàn)率指標(biāo)可以反映出各因素對(duì)滑坡貢獻(xiàn)的作用效果，貢獻(xiàn)率的分布規(guī)律如圖5所示。

表5 地層傾角貢獻(xiàn)率程度評(píng)價(jià)表

傾角區(qū)間貢獻(xiàn)率貢獻(xiàn)程度等級(jí)α323．21α423．21高α216．07α516．07中α17．14α68．93α75．36低

表6 原始高差貢獻(xiàn)率程度評(píng)價(jià)表

為分析不同區(qū)間地層傾角對(duì)滑坡發(fā)生的貢獻(xiàn)程度，采用等距法將其劃分為高、中、低3個(gè)等級(jí)來(lái)表示，求出的等距為：

d=[Q0(αi)max-Q0(αi)min]/4

(10)

所以，d=4.46，相應(yīng)的3級(jí)貢獻(xiàn)率區(qū)間為：x1=23.21～18.75；x2=18.75～9.85；x3=9.85～5.36。

同理，求出不同區(qū)間原始高差對(duì)滑坡發(fā)生的3級(jí)貢獻(xiàn)率區(qū)間

為：x1=25～20.31；x2=20.31～10.94；x3=10.94～6.25。

不同區(qū)間原始坡度對(duì)滑坡發(fā)生的3級(jí)貢獻(xiàn)率區(qū)間為：x1=25～19.64；x2=19.64～8.93；x3=8.93～3.57。

其中，x1為高貢獻(xiàn)率;x2為中貢獻(xiàn)率;x3為低貢獻(xiàn)率。

各因素對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)程度見(jiàn)表5～表7。

表7 原始坡度貢獻(xiàn)率程度評(píng)價(jià)表

4 結(jié)語(yǔ)

研究區(qū)域內(nèi)滑坡主要發(fā)生在地層傾角為30°～50°，其面積占研究總面積的81.22%，滑坡長(zhǎng)度占總長(zhǎng)度的70.76%，滑坡數(shù)量占總數(shù)的57.06%，發(fā)育的滑坡體積占總體積的49.42%，是研究區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)育的主要地層傾角。原始高差為50 m～200 m的山地中，其滑坡長(zhǎng)度占總長(zhǎng)度的65.12%，數(shù)量占總數(shù)的60.56%，面積占研究總面積的48.55%，發(fā)育的滑坡體積占總體積的42.33%。在原始坡度為30°～50°的坡體中，其滑坡長(zhǎng)度占總長(zhǎng)度的80.93%，面積占研究總面積的74.69%，數(shù)量占總數(shù)的71.48%，發(fā)育的滑坡體積占總體積的68.26%。用貢獻(xiàn)率法可定量分析各個(gè)因素與滑坡發(fā)育的關(guān)系，研究不同因素對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)程度，對(duì)山區(qū)的滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估和滑坡災(zāi)害的防治具有實(shí)際意義。

[1] 喬建平,吳彩燕.三峽水庫(kù)區(qū)云陽(yáng)—巫山段斜坡高差因素對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)率研究[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2005,16(4):16-19.

[2] 喬建平,吳彩燕,田宏嶺.長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)云陽(yáng)—巫山段斜坡坡度對(duì)滑坡的貢獻(xiàn)率[J].山地學(xué)報(bào),2007,25(2):207-211.

[3] 郭 果,陳 筠,李明惠.土質(zhì)滑坡發(fā)育概率與坡度間關(guān)系研究術(shù)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2013,21(4):607-612.

[4] 許 沖,戴福初,姚 鑫，等.汶川地震滑坡在兩個(gè)典型區(qū)域內(nèi)的分布研究[J].中國(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào),2010,27(5):621-630.

[5] 王章瓊,晏鄂川,王魯男，等.地形坡度對(duì)鄂渝地區(qū)水庫(kù)型堆積層滑坡貢獻(xiàn)率研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2014,22(6):1024-1029.

[6] 田穎穎,許 沖,徐錫偉，等.2013年岷縣漳縣聰6.6地震滑坡特征參數(shù)分析[J].地震工程學(xué)報(bào),2013,35(4):761-766.

[7] 于文靜,肖詩(shī)榮,胡志強(qiáng)，等.Logistic分析法在順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江,2015,46(9):54-57.

Analysis of the contribution rate of different influence factors to earthquake landslide

Wu Zenglin Tang Yazhou Meng Qiang

(CollegeofCivilEngineering&Architecture，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China)

According to the Wenchuan seismic landslide data, using the contribution rate analysis, taking the landslide number, length, area and volume as developmental indicators, this paper analyzes the influence factors that include dip angle, level difference and slope gradient of landslide. It is of practical significance to evaluate and control the landslide hazards in mountainous areas.

earthquake landslide， contribution rate， dip angle， level difference， slope gradient

1009-6825(2017)03-0053-03

2016-11-13

武增琳(1991- )，女，在讀碩士; 唐亞周(1994- )，男，在讀碩士; 孟 強(qiáng)(1991- )，男，在讀碩士

P642.22

A