河北省地質災害已治理工程可靠性評價方法研究

魏瑩瑩 崔 陽 魏國振

(1.河北省地質資源環境監測與保護重點實驗室 石家莊 050021；2.河北省地質環境監測院 石家莊 050021；3.河北省地質礦產勘查開發局 石家莊 050000)

工程結構的可靠性是指工程結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的能力。工程結構的可靠度是指工程結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率。河北省地質災害已治理工程的可靠性評價是在統計河北省地質災害已治理工程數據，搜集勘查設計施工監理驗收資料、氣象水文資料、地質環境資料、人類工程經濟活動資料及地質災害防治效果資料的基礎上，利用建筑結構可靠度計算模型，進行可靠度評價，確定評價指標，初步建立地質災害已治理工程可靠性評價體系，為地質災害已治理工程評價工作提供經驗。

1 河北省地質災害已治理工程概況

2021年，河北省累計完成地質災害治理工程(包含正規治理工程和應急治理工程)283處，按地市分類：石家莊26處、唐山26處、秦皇島16處、邯鄲15處、邢臺2處、保定60處、張家口24處、承德111處、衡水1處、廊坊2處、滄州市0處，雄安新區0處。其中，承德市地質災害已治理工程數量最多，占全省總數的39.22%；按災害種類分類：崩塌120處、滑坡42處、泥石流110處、地面塌陷7處、地裂縫4處。其中，崩塌、泥石流治理工程數量較多，分別占全省總數的42.40%、38.87%(表1)。

表1 河北省地質災害已治理工程分布

河北省崩塌地質災害已治理工程中主動治理措施(錨固、掛主動網、清理危巖、修筑截排水溝)52處，被動治理措施(修筑被動網、攔石(土)墻)22處，綜合治理(主動治理措施+被動治理措施)46處；滑坡地質災害已治理工程中主動治理措施(削方減載、坡面綠化修復、抗滑樁、錨固和截排水溝)10處，被動(修筑重力式擋墻、樁板墻)2處，綜合防治(主動治理措施+被動治理措施)30處；泥石流地質災害已治理工程中固定物源措施(植樹造林、種植草皮、修筑攔擋墻)10處，攔擋治理措施(修筑谷坊壩、柵格壩)19處，排導治理措施(修建導流槽、防護堤)21處，綜合防治(固源+攔擋、固源+攔擋+排導、固源+排導、攔擋+排導)60處；地面塌陷地質災害已治理工程主要采取地表排水、防滲和回填注漿等綜合治理措施；地裂縫地質災害已治理工程主要采取回填、壓實和防滲的綜合治理措施。因此，河北省地質災害治理工程以綜合治理措施為主(圖1)。

圖1 河北省各災種地質災害治理措施分類

2 河北省地質災害已治理工程可靠性評價

2.1 地質災害已治理工程結構可靠度計算模型的建立

河北省地質災害已治理工程結構可靠度計算模型的建立是在統計地質災害已治理工程數據(搜集勘查設計施工監理驗收資料、氣象水文資料、地質環境資料、人類工程經濟活動資料及地質災害防治效果資料)基礎上，利用建筑結構可靠度計算模型進行評價。工程結構的可靠性是指工程結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的能力。工程結構的可靠度是指工程結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率。失效概率pf為結構不能完成預定功能的概率?？煽慷戎笜甩聻槎攘拷Y構可靠度的數值指標。可靠度指標β與失效概率pf的關系為β=-φ-1(Pf)，其中φ-1(·)為標準正態分布函數的反函數。既有結構指已經存在的各類工程結構。地質災害已治理工程可靠性評價按既有結構的可靠度性進行評價。

(1)結構的極限狀態方程

結構的極限狀態可采用下列極限狀態方程描述：

g(X1,X2,…，Xn)=0

式中：g(·)—結構的功能函數；

Xi(1,2,…,n)—基本變量，指結構上的各種作用和環境影響、材料和巖土的性能及幾何參數等；在進行可靠度分析時，基本變量應作為隨機變量。

(2)結構可靠度計算值計算模型

地質災害治理工程按多個非正態相關的基本變量且極限狀態方程為式g(X1,X2,…，Xn)=0時，用下面的公式替換后進行迭代計算，從而確定各評價因子的權重值及可靠度計算值β。

式中：g(·)—結構或構件的功能函數，包括計算模式的不定性；

Xi(i=1,2,…，n)—基本變量；

fxi(·)、Fxi(·)—基本變量Xi的概率密度函數和概率分布函數；

ΡXiXjφ(·)、φ(·)φ-1(·)—標準正態隨機變量的概率密度函數、概率分布函數和概率分布函數的反函數；

2.2 河北省地質災害已治理工程可靠度評價因子的確定

(1)評價指標的確定

采用層次分析法建立滑坡防治效果評價模型，一級指標分為地質環境條件因子、地質災害本體因子、防治工程技術指標因子和社會影響評價指標因子；在一級指標的基礎上，分列14個二級指標。

(2)評價指標權重的確定

根據建筑結構可靠度計算的要求，對專家打分進行均化處理，構造相關判斷矩陣。經過計算，地質環境條件因子(A1)、地質災害本體因子(A2)、防治工程技術指標因子(A3)和社會影響評價指標因子(A4)的權重分別為0.20、0.3、0.40和0.10。在此基礎上，對二級指標進行建筑結構可靠度分析計算，分別得到地形地貌、巖土質量及地震烈度等二級評價指標權重(表2)。三級單因素指標權重值劃分采用經驗方法，如地災體復雜程度指標中:極復雜的權重值為0.04、復雜的權重值為0.05、中等為0.08、簡單為0.10，該因素權值越大，越有利于地質災害治理，其防治效果也越好，地質災害防治工程可靠度越高。

(3)評價結果

根據河北省地質災害已治理工程野外調查和室內資料分析，可靠度高的為258處，占總數的91.17%，可靠度中等的為13處，占總數的4.60%，可靠度低的為12處，占總數的4.23%(表3)。

表3 河北省地質災害已治理工程評價成果表

3 結論和建議

地質災害具有復雜性、隱蔽性、突發性和不可預見性等特點，部分地質災害防治工程竣工后常出現不同程度的失穩破壞現象。因此，開展防治工程的運行效果評價，及時總結經驗教訓和反饋有效信息具有重要的理論和實際意義。本文在河北省地質災害已治理工程專項調查和分析的基礎上，開展防治工程運行效果評價研究，獲得一些主要認識。

結合地質災害特點、建筑結構可靠度評價模型及地質災害防治經驗，提出了地質災害防治效果評價的指標體系，包括地質環境條件因子、地質災害本體因子、防治工程技術指標因子和社會影響評價指標因子4個一級評價指標和14個二級評價指標。建議將地質災害已治理工程可靠度(β)劃分為3個等級:高(β>0.75)、中(0.50≤β≤0.75)、低(失敗)(β<0.5)。

通過對河北省地質災害已治理工程整體分析，治理效果比較明顯，運維現狀較好，可靠度高等級的已治理工程為258處，占總數的91.17%。

采用建筑結構可靠度計算法對河北省地質災害已治理工程可靠度進行綜合評價表明，河北省內地質災害已治理工程中，仍存在安全隱患，建議加強監測，及時采取修繕加固措施，將安全隱患消除在萌芽之時。由于河北省內地質災害的發育分布特征和形成機理具有復雜性，開展地質災害已治理工程可靠度評價還是一個探索的過程，有待于在今后實踐過程中進一步修正。