趙志明，寇 川，黎夢(mèng)軍

(1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川成都 610031;2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

我國(guó)是個(gè)多山的國(guó)家，山地面積占國(guó)土總面積的69%。隨著西部大開(kāi)發(fā)的發(fā)展，鐵路項(xiàng)目向山區(qū)推進(jìn)，以致線路穿過(guò)多個(gè)地貌單元和多種復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域。由于高山峽谷區(qū)地形地貌、地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，導(dǎo)致鐵路地質(zhì)災(zāi)害頻頻發(fā)生，對(duì)人類活動(dòng)和生存環(huán)境造成極大的危害［1］。對(duì)鐵路穿過(guò)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行與鐵路工程相關(guān)的分區(qū)研究，有助于科學(xué)評(píng)價(jià)線路方案和鐵路工程的適宜性。目前在公開(kāi)發(fā)表的國(guó)內(nèi)外研究資料中，未見(jiàn)專門針對(duì)復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)方面的研究?jī)?nèi)容。在偏重于滑坡危險(xiǎn)性區(qū)劃，泥石流危險(xiǎn)性區(qū)劃及地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)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(shù)的歐洲滑坡研究和分區(qū)”［2］，鐘敦倫、謝洪于1997年完成的“四川重慶泥石流分布及危險(xiǎn)性區(qū)劃”［3］，張業(yè)成、胡景江、張春山于1995完成的“中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析與災(zāi)變區(qū)劃”［4］。本文在總結(jié)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上主要討論復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)原則及可采用的分區(qū)方法。

1 工程分區(qū)原則

復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)原則是能直觀地反映工程分區(qū)區(qū)域的分布規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)確定選取分區(qū)指標(biāo)，建立分區(qū)等級(jí)和采用不同分區(qū)方法的基本依據(jù)。分區(qū)原則的確定應(yīng)目標(biāo)明確，應(yīng)與達(dá)到的目的相統(tǒng)一。因此，在考慮分區(qū)原則時(shí)，應(yīng)詳盡地分析復(fù)雜山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的特征和性質(zhì)，既要尊重客觀規(guī)律又要達(dá)到工程實(shí)踐目的。

基于山地災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)研究成果［5-7］，結(jié)合鐵路工程分區(qū)目的確定以下分區(qū)原則:

1)主導(dǎo)因素原則:在復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害中，找出其中起決定作用的主導(dǎo)因素作為分區(qū)的原則。確定主導(dǎo)因素時(shí)，必須全面分析復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)制。

2)綜合性原則:在全面分析復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害綜合作用基礎(chǔ)上進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)的主要標(biāo)志可視各區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的形成條件而有所不同。運(yùn)用此原則，是要保證所劃出的單位是一個(gè)具有獨(dú)特特點(diǎn)的鐵路地質(zhì)災(zāi)害綜合區(qū)，而不是單一山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)的再現(xiàn)。

3)相似性與差異性原則:在同一類別區(qū)段內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度，觸發(fā)因素應(yīng)有最大的相似性，而不同類別區(qū)段之間則應(yīng)具有明顯的差異性。只有這樣，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃才有實(shí)際意義。

4)科學(xué)性與實(shí)用性原則:科學(xué)性主要體現(xiàn)在分區(qū)技術(shù)方法和模型具有現(xiàn)代相關(guān)科學(xué)理論依據(jù)，適合性較好，易于推廣;分區(qū)指標(biāo)、數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確可靠性及分區(qū)級(jí)別劃分的可操作性。實(shí)用性則主要體現(xiàn)在分區(qū)技術(shù)方法簡(jiǎn)單易行，分區(qū)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，可視化程度高，為研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

2 工程分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

在已掌握區(qū)域相關(guān)地貌地層以及區(qū)域構(gòu)造資料和鐵路區(qū)段的詳細(xì)調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，綜合分析鐵路沿線各區(qū)段地質(zhì)災(zāi)害特征、穩(wěn)定性以及鐵路工程安全性。根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查及相關(guān)資料，按照工程分區(qū)原則，選擇地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、對(duì)線路的危害程度等為標(biāo)準(zhǔn)，將分區(qū)等級(jí)劃分為:Ⅰ安全區(qū)，Ⅱ基本安全區(qū)，Ⅲ較危險(xiǎn)區(qū)以及Ⅳ危險(xiǎn)區(qū)，見(jiàn)表1。

3 強(qiáng)震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)指標(biāo)及分區(qū)模型

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及其量化是工程分區(qū)研究理論最重要的、最基礎(chǔ)的組成部分，它直接關(guān)系到強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)質(zhì)量的好壞以及分區(qū)精度的高低。現(xiàn)結(jié)合對(duì)強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害理論及實(shí)踐的認(rèn)識(shí)，從系統(tǒng)論和控制論的角度，闡述強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.1 工程分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，它是相互作用的若干指標(biāo)的復(fù)合體，各種指標(biāo)及各指標(biāo)間相互作用和結(jié)構(gòu)等，構(gòu)成了一個(gè)完整的地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)。其各個(gè)指標(biāo)是構(gòu)成強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)的基本骨架，因此指標(biāo)的選取是工程分區(qū)研究的基礎(chǔ)。根據(jù)對(duì)鐵路工程的影響，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害類型和特征進(jìn)行綜合分析，選取崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷等三個(gè)指標(biāo)作為強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)的直接指標(biāo)，即層次分析法中的約束層。

3.2 工程分區(qū)模型

根據(jù)層次分析法評(píng)價(jià)指標(biāo)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(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)指標(biāo)體系分為總體目標(biāo)層、約束層(一級(jí)指標(biāo)層)、評(píng)價(jià)指標(biāo)層(二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo))和對(duì)象層(評(píng)價(jià)對(duì)象層)4個(gè)層次(圖1)。

表1 強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

圖1 地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)層次分析模型

進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)是總目標(biāo)。按照影響地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)各指標(biāo)間的關(guān)系，分列崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷等一級(jí)指標(biāo)，分別考慮其對(duì)總目標(biāo)的影響，這些指標(biāo)構(gòu)成約束層。在約束層的基礎(chǔ)上，對(duì)每種一級(jí)指標(biāo)又細(xì)分為2個(gè)二級(jí)指標(biāo)，分別為既有地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)和強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害潛在強(qiáng)度，在二級(jí)指標(biāo)地質(zhì)災(zāi)害潛在強(qiáng)度之下又細(xì)分為4個(gè)三級(jí)指標(biāo)。對(duì)象層是系統(tǒng)分析的最底層，把強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)作為對(duì)象層。根據(jù)上述方法，采用綜合危險(xiǎn)性指數(shù)作為評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)的定量化指標(biāo)并建立地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)計(jì)算模型?；静襟E如下:

1)分析各個(gè)指標(biāo)在現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際情況并取值。

2)建立地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算模型。

以強(qiáng)震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)為指標(biāo)，量化強(qiáng)震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)各指標(biāo)，可表達(dá)為

式中，Dw為多種地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)，Dws，Dwd，Dwk分別為崩塌—滑坡、泥石流、巖溶塌陷危險(xiǎn)性指數(shù);As，Ad，Ak分別為上列三類地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性權(quán)重;K為地質(zhì)災(zāi)害對(duì)線路工程影響修正系數(shù)，如果地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，但對(duì)線路影響較小或線路通過(guò)必要措施躲避了主要地質(zhì)災(zāi)害，取K=0.6，一般評(píng)價(jià)取K=1。

任一類地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性指數(shù)Dwi按下式計(jì)算

式中，Dl，Dq為該類地質(zhì)災(zāi)害的既有地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)和地質(zhì)災(zāi)害潛在強(qiáng)度;Al，Aq分別為既有地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)和地質(zhì)災(zāi)害潛在強(qiáng)度的權(quán)重。

地質(zhì)災(zāi)害潛在強(qiáng)度按下式計(jì)算

式中，Dq為地質(zhì)災(zāi)害潛在強(qiáng)度指數(shù);D，X，Q，R分別為控制地質(zhì)災(zāi)害形成與發(fā)展的地質(zhì)條件、地形地貌條件、氣候植被條件、人為條件充分程度的標(biāo)度分值;AD，Ax，AQ，AR分別為上列四方面地質(zhì)災(zāi)害形成條件的權(quán)重。

3.3 強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害指標(biāo)的量化

指標(biāo)量化的實(shí)質(zhì)就是如何確定各指標(biāo)在強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)系統(tǒng)中所起的作用。指標(biāo)的量化研究包括兩部分內(nèi)容:①采用德?tīng)柗品?，根?jù)專家評(píng)分確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)在強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)系統(tǒng)中所能分配到的權(quán)重。②根據(jù)不同研究區(qū)的實(shí)際情況，采用模糊統(tǒng)計(jì)法對(duì)各個(gè)指標(biāo)的分類進(jìn)行細(xì)化統(tǒng)計(jì)，根據(jù)各個(gè)指標(biāo)在強(qiáng)震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害中的實(shí)際作用打分量化。

3.4 工程分區(qū)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)全面系統(tǒng)調(diào)查及統(tǒng)計(jì)地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)歷史和形成條件，采用數(shù)理方法，計(jì)算確定地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各因素打分及其權(quán)重值，通過(guò)分層次計(jì)算最終危險(xiǎn)指數(shù)。根據(jù)表2地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行工程分區(qū)劃分。

表2 強(qiáng)震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)等級(jí)劃分

4 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生機(jī)理往往比較復(fù)雜，對(duì)山區(qū)鐵路進(jìn)行工程分區(qū)可以正確指導(dǎo)鐵路選線。對(duì)復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)進(jìn)行分析，采用層次分析法建立復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)模型。正確評(píng)價(jià)山區(qū)鐵路地質(zhì)災(zāi)害并對(duì)其進(jìn)行工程分區(qū)是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的工作，不同的方法及因素的選擇會(huì)影響結(jié)果的精度。因此地質(zhì)災(zāi)害工程分區(qū)研究理論與方法的不斷完善，也是一個(gè)值得認(rèn)真和深入研究的課題。同時(shí)，基于GIS技術(shù)的分區(qū)方法在不久的將來(lái)具有廣闊的前景。

［1］張春山，張業(yè)成，胡景江，等．中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空分布特征與形成條件［J］．第四紀(jì)地質(zhì)，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(xiǎn)度區(qū)劃［M］．成都:成都地圖出版社，1997．

［4］張業(yè)成，胡景江，張春山．中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析與災(zāi)變區(qū)劃［J］．海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，1995(9):55-67．

［5］賀敬．云南省瀘水縣地質(zhì)災(zāi)害防治區(qū)劃研究［M］．昆明:昆明理工大學(xué)出版社，2005．

［6］殷坤龍，滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)［M］．武漢:中國(guó)地質(zhì)出版社，2004．

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