陳遠(yuǎn)川，陳洪凱

(重慶交通大學(xué)巖土工程研究所，重慶400074)

山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制*

陳遠(yuǎn)川，陳洪凱

(重慶交通大學(xué)巖土工程研究所，重慶400074)

根據(jù)山區(qū)沿河公路災(zāi)害的特點(diǎn)，將以巖土介質(zhì)為主的傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型和水沙介質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型整合，提出了“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”的概念，并以介質(zhì)組成為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了廣義地質(zhì)災(zāi)害體分類(lèi)。在孕災(zāi)環(huán)境評(píng)價(jià)和致災(zāi)因子評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，提出了廣義地質(zhì)災(zāi)害體的孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子異相耦合發(fā)育機(jī)理。基于公路承災(zāi)體健康的理念，認(rèn)為公路承災(zāi)體易損性主要受控于公路結(jié)構(gòu)本身的健康性態(tài)，采取技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)措施使結(jié)構(gòu)健康復(fù)原是工程性減災(zāi)措施的目的。將公路承災(zāi)體類(lèi)型分為結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體和功能性承災(zāi)體兩類(lèi)。提出了公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的耦合對(duì)抗形成機(jī)制，即公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)是廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性與公路承災(zāi)體易損性之間時(shí)空耦合對(duì)抗的結(jié)果。認(rèn)為地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是關(guān)于多因素非線(xiàn)性災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)問(wèn)題。根據(jù)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成的耦合機(jī)制，提出了采用解耦措施來(lái)逆向控制公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成演化過(guò)程的減災(zāi)思路。針對(duì)山區(qū)沿河公路，給出了從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性、承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)到地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的思路與一般函數(shù)表達(dá)式。

沿河公路;地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn);廣義地質(zhì)災(zāi)害體;承災(zāi)體易損性;耦合對(duì)抗機(jī)制;解耦措施;承災(zāi)體健康復(fù)原

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是聯(lián)合國(guó)國(guó)際減災(zāi)十年之后國(guó)際社會(huì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究學(xué)界的重點(diǎn)課題之一。在公路工程領(lǐng)域，開(kāi)展山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與減災(zāi)研究對(duì)公路災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理學(xué)界和山區(qū)公路管理、養(yǎng)護(hù)部門(mén)都具有重要的理論參考和工程實(shí)用價(jià)值。山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)具有自然屬性和社會(huì)屬性的雙重特性［1］。自然屬性體現(xiàn)為山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，社會(huì)屬性體現(xiàn)為山區(qū)沿河公路毀損、斷道等造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等不利后果，二者相互疊加、綜合后最終形成山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性由孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子二者之間的合成、綜合作用決定，山區(qū)沿河公路承災(zāi)體的毀損及斷道等造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等不利后果受控于山區(qū)沿河公路結(jié)構(gòu)的健康性態(tài)。

地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制是開(kāi)展公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與減災(zāi)研究的基礎(chǔ)。通過(guò)公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估達(dá)到貫徹山區(qū)沿河公路“防治結(jié)合，以防為主，深化主動(dòng)防御”的防治原則的目的。將工程性“硬”措施與非工程性“軟”措施相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)災(zāi)前以防為主，而不是等災(zāi)害發(fā)生以后再治，可有效降低公路養(yǎng)護(hù)、維修和應(yīng)急搶通等對(duì)資源的消耗量，為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)貢獻(xiàn)力量。

迄今，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都進(jìn)行了公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的研究，可概括為:公路水毀災(zāi)害機(jī)理和災(zāi)害系統(tǒng)研究［2－4］、公路災(zāi)害環(huán)境評(píng)價(jià)研究［5－14］、公路崩滑 流 災(zāi) 害和路基沉陷評(píng) 價(jià) 研究［15－22］、公路邊坡和高切坡評(píng)價(jià)研究［23－24］、公路易損性和抗災(zāi)能力研究［25－26］等5個(gè)方面。從文獻(xiàn)分析可知，目前公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究對(duì)單災(zāi)種的評(píng)價(jià)研究較多，對(duì)多災(zāi)種綜合風(fēng)險(xiǎn)研究較少;決定評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)量化取值和權(quán)重分配合理性的公路災(zāi)害物理力學(xué)機(jī)制研究不夠深入，未根本搞清楚災(zāi)害毀損公路的力學(xué)機(jī)制，導(dǎo)致評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)指標(biāo)量化中存在較多人為主觀(guān)因素;評(píng)價(jià)方法多是借用單一災(zāi)害點(diǎn)評(píng)價(jià)和區(qū)域評(píng)價(jià)的方法，未建立適用于公路這種線(xiàn)形結(jié)構(gòu)物的評(píng)價(jià)方法;對(duì)公路地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究較多，而對(duì)公路地質(zhì)災(zāi)害損失、公路承災(zāi)體健康狀況的評(píng)估研究較少。因此以公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制研究為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開(kāi)展公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究，構(gòu)建公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論體系有重要意義。

本文針對(duì)山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制，從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體組成的災(zāi)害系統(tǒng)中多因素非線(xiàn)性相互作用的角度，基于山區(qū)沿河公路可能遭受災(zāi)害類(lèi)型的實(shí)際情況，提出了“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”的概念和廣義地質(zhì)災(zāi)害體發(fā)育的孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子異相耦合機(jī)理;基于公路承災(zāi)體結(jié)構(gòu)健康的理念，對(duì)公路承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，提出了結(jié)構(gòu)健康復(fù)原的減災(zāi)思想;最后，提出了公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的耦合對(duì)抗形成機(jī)制和“解耦”的減災(zāi)思路。

1 山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害體研究

在公路工程中，通常意義的地質(zhì)災(zāi)害只包含崩塌、滑坡、泥石流、路基沉陷等不良地質(zhì)條件，未涉及山洪和河道洪水災(zāi)害。但是，由于山區(qū)沿河公路所處的特殊地形地貌位置、沿河水力特征和公路兩側(cè)小流域?qū)O端降雨條件的高敏感性，使得公路沿線(xiàn)小流域出口處的山洪和平行公路走向的河道洪水都是導(dǎo)致山區(qū)沿河公路路基、小橋、涵洞、公路支擋防護(hù)結(jié)構(gòu)、路面等承災(zāi)體毀損的重要災(zāi)害類(lèi)型。因此本文將山洪災(zāi)害和河道洪水災(zāi)害一起納入影響山區(qū)沿河公路地質(zhì)安全的地質(zhì)災(zāi)害體范疇，并界定“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”的概念，以便于開(kāi)展山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制研究。

本文這樣界定“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”:在與公路工程結(jié)構(gòu)地質(zhì)安全和巖土減災(zāi)相關(guān)的研究過(guò)程和工程實(shí)踐中，在傳統(tǒng)的以崩、滑、流等巖土介質(zhì)為主的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型基礎(chǔ)上，增加山洪災(zāi)害、河道洪水災(zāi)害等以水這種流體介質(zhì)為主的水沙災(zāi)害類(lèi)型，將所有會(huì)對(duì)公路工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀損致災(zāi)作用的災(zāi)害類(lèi)型統(tǒng)稱(chēng)為“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”。山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制研究中，廣義地質(zhì)災(zāi)害體主要包括:傳統(tǒng)的以巖土介質(zhì)為主的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，如崩、滑、流、路基沉陷等;以水沙介質(zhì)為主的山洪災(zāi)害和河道洪水災(zāi)害。

1.1 廣義地質(zhì)災(zāi)害體類(lèi)型

不同的地質(zhì)災(zāi)害體對(duì)公路承災(zāi)體有不同的致災(zāi)作用，因此對(duì)廣義地質(zhì)災(zāi)害體類(lèi)型進(jìn)行合理劃分，有利于山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性和致災(zāi)機(jī)理的研究。

分類(lèi)方案一:按災(zāi)害種類(lèi)劃分為以危巖、崩塌、滾(落)石、表層滑坡、深部滑坡、坡面泥石流、溝谷泥石流、路基沉陷等為代表的傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型和以小流域山洪、河道洪水等為代表的水沙災(zāi)害類(lèi)型(圖1)。

圖1 廣義地質(zhì)災(zāi)害體分類(lèi)方案一

分類(lèi)方案二:按致災(zāi)體介質(zhì)類(lèi)型和復(fù)雜程度劃分為土體介質(zhì)災(zāi)害體、巖體介質(zhì)災(zāi)害體、水體介質(zhì)災(zāi)害體、巖土復(fù)合介質(zhì)災(zāi)害體、水沙混合介質(zhì)災(zāi)害體和水土石混合介質(zhì)災(zāi)害體等類(lèi)型(圖2)。方案二從地質(zhì)災(zāi)害體介質(zhì)組成的角度出發(fā)，采用介質(zhì)類(lèi)型和介質(zhì)復(fù)雜程度進(jìn)行廣義地質(zhì)災(zāi)害體的類(lèi)型劃分，可供固液氣三相介質(zhì)耦合及相變研究、多孔介質(zhì)、裂隙介質(zhì)和復(fù)雜介質(zhì)災(zāi)變力學(xué)研究參考。

圖2 廣義地質(zhì)災(zāi)害體分類(lèi)方案二

1.2 山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境評(píng)價(jià)

孕災(zāi)環(huán)境是形成廣義地質(zhì)災(zāi)害體的重要方面。在實(shí)地調(diào)研、文獻(xiàn)分析和專(zhuān)家咨詢(xún)的基礎(chǔ)上，綜合考慮山區(qū)沿河公路沿線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀(x1)、河流水力特征(x2)、河段地形(x3)、公路沿線(xiàn)小流域產(chǎn)匯流和產(chǎn)沙特征(x4)、工程巖土性質(zhì)(x5)、斜坡結(jié)構(gòu)(x6)、斜坡水文地質(zhì)條件(x7)、年均降雨量(x8)、植被覆蓋度(x9)、氣溫起伏度(x10)和地質(zhì)構(gòu)造條件(x11)等因素對(duì)山區(qū)沿河公路孕災(zāi)環(huán)境的影響。

在指標(biāo)體系優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)量化、確定權(quán)重，采用合理的評(píng)價(jià)方法，得出研究區(qū)域山區(qū)沿河公路孕災(zāi)環(huán)境的評(píng)價(jià)結(jié)果。山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境條件按評(píng)價(jià)結(jié)果可分為危險(xiǎn)區(qū)、高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)。孕災(zāi)環(huán)境評(píng)價(jià)可用式(1)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示，評(píng)價(jià)過(guò)程為一個(gè)多因素非線(xiàn)性的數(shù)學(xué)決策計(jì)算問(wèn)題。

式中:Z為孕災(zāi)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)值;xi為孕災(zāi)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，i=1，2，3，…;f為構(gòu)建的孕災(zāi)環(huán)境指標(biāo)和孕災(zāi)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果之間的非線(xiàn)性函數(shù)映射關(guān)系。

當(dāng)山區(qū)沿河公路孕災(zāi)環(huán)境評(píng)價(jià)采用多因素綜合指數(shù)法時(shí)，計(jì)算得到的綜合指數(shù)是公路地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境的綜合量化值，孕災(zāi)環(huán)境評(píng)價(jià)公式(1)具體化為式(2)的形式，其計(jì)算公式為:

式中:Z為孕災(zāi)環(huán)境綜合指數(shù);Wi為指標(biāo)權(quán)重值;Fi為孕災(zāi)環(huán)境指標(biāo)量化值;n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境強(qiáng)調(diào)相對(duì)靜態(tài)的公路地質(zhì)災(zāi)害體易發(fā)條件，是進(jìn)行廣義地質(zhì)災(zāi)害體發(fā)育機(jī)理研究和危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

1.3 山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子強(qiáng)度評(píng)價(jià)

致災(zāi)因子從廣義地質(zhì)災(zāi)害體形成的誘發(fā)、激發(fā)條件的角度出發(fā)，考慮極端降雨特征(t1)、洪水特征(t2)、地震條件(t3)和人類(lèi)活動(dòng)(t4)等因素進(jìn)行致災(zāi)因子對(duì)廣義地質(zhì)災(zāi)害體成因的貢獻(xiàn)率分析。山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)的降雨、地震、人類(lèi)活動(dòng)等對(duì)廣義地質(zhì)災(zāi)害體形成演化的影響。區(qū)別于孕災(zāi)環(huán)境的歷年平均降雨因素，致災(zāi)因子中的降雨因素側(cè)重于考慮長(zhǎng)歷時(shí)、高強(qiáng)度、大雨量的極端降雨條件。人類(lèi)活動(dòng)可用人口密度等指標(biāo)進(jìn)行量化。致災(zāi)因子強(qiáng)度評(píng)價(jià)可用式(3)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示，評(píng)價(jià)過(guò)程同樣為一個(gè)多因素非線(xiàn)性的數(shù)學(xué)決策計(jì)算問(wèn)題。

式中:I為致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評(píng)價(jià)值;tj為致災(zāi)因子指標(biāo)，j=1，2，3，…;g為構(gòu)建的致災(zāi)因子指標(biāo)和致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評(píng)價(jià)值之間的非線(xiàn)性函數(shù)映射關(guān)系。

1.4 廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育機(jī)理——孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子異相耦合

廣義地質(zhì)災(zāi)害體災(zāi)害的發(fā)生受孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子兩方面的控制，孕災(zāi)環(huán)境是廣義地質(zhì)災(zāi)害體形成的宏觀(guān)背景，致災(zāi)因子是災(zāi)害發(fā)生的誘發(fā)或激發(fā)因素，因此廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育機(jī)理包括形成機(jī)理和誘發(fā)機(jī)理兩個(gè)方面。形成機(jī)理從孕災(zāi)環(huán)境角度研究廣義地質(zhì)災(zāi)害體的宏觀(guān)孕發(fā)條件，以便于從地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、氣象氣候條件等大的背景下開(kāi)展減災(zāi)工作，比如孕源減災(zāi)、控源減災(zāi)等減災(zāi)理念的提出。誘發(fā)機(jī)理從致災(zāi)因子角度研究直接導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生的致災(zāi)關(guān)鍵要素，以便于研發(fā)具體的工程性減災(zāi)技術(shù)手段來(lái)切斷災(zāi)害鏈，阻斷廣義地質(zhì)災(zāi)害體的形成演化過(guò)程，提高公路工程結(jié)構(gòu)的地質(zhì)安全，減少公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育是孕災(zāi)環(huán)境系統(tǒng)和致災(zāi)因子集合中多因素非線(xiàn)性異變耦合的結(jié)果，要有效抗御其對(duì)公路承災(zāi)體的毀損致災(zāi)作用、保證公路工程結(jié)構(gòu)的地質(zhì)安全、合理有效規(guī)避公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，必須以各種地質(zhì)災(zāi)害體毀損相應(yīng)公路承災(zāi)體的機(jī)理研究和形成各類(lèi)廣義地質(zhì)災(zāi)害體的耦合效應(yīng)研究為依據(jù)。

在廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育過(guò)程中，孕災(zāi)環(huán)境起內(nèi)因的作用，而致災(zāi)因子則起外因的作用，地震、暴雨、人類(lèi)活動(dòng)等致災(zāi)因子“外荷載”對(duì)孕災(zāi)環(huán)境中的潛在災(zāi)變地質(zhì)體起擾動(dòng)的作用。

1.5 廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

山區(qū)沿河公路廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性由公路地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Z和致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果I之間的合成、綜合作用決定。要量化廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性等級(jí)，需要構(gòu)建孕災(zāi)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果、致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果二者和廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性等級(jí)之間的函數(shù)映射關(guān)系。廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)可用式(4)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示。

式中:H為廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性等級(jí);Z為孕災(zāi)環(huán)境綜合指數(shù);I為致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果;u為構(gòu)建的孕災(zāi)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果、致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果二者和廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性等級(jí)之間的非線(xiàn)性函數(shù)映射關(guān)系。

廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)過(guò)程

2 山區(qū)沿河公路承災(zāi)體研究

山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)是山區(qū)沿河公路沿線(xiàn)的廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性與山區(qū)沿河公路承災(zāi)體易損性耦合對(duì)抗的綜合表現(xiàn)。因此，山區(qū)沿河公路不同路段的不同類(lèi)型承災(zāi)體及其抗災(zāi)能力(易損性)是核算山區(qū)沿河公路水毀災(zāi)害損失的基礎(chǔ)，是構(gòu)建山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的重要方面。

2.1 山區(qū)沿河公路承災(zāi)體類(lèi)型

不同的公路承災(zāi)體類(lèi)型對(duì)可能的地質(zhì)災(zāi)害體的致災(zāi)毀損作用有不同的響應(yīng)，故對(duì)公路承災(zāi)體類(lèi)型進(jìn)行合理劃分，有助于公路承災(zāi)體的易損性(脆弱性)和健康性態(tài)研究。將山區(qū)沿河公路承災(zāi)體分為結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體和功能性承災(zāi)體兩大類(lèi)，其中結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體主要包括路基、小橋涵、邊坡加固及防護(hù)結(jié)構(gòu)，功能性承災(zāi)體主要包括路線(xiàn)和路網(wǎng)(圖4)。

圖4 山區(qū)沿河公路承災(zāi)體

2.2 山區(qū)沿河公路承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)

公路承災(zāi)體易損性主要取決于公路承災(zāi)體的健康狀態(tài)，在孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子相互作用形成的廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性一定的條件下，公路承災(zāi)體抗毀能力越高，越有利于抗御各種災(zāi)害，越有助于提高公路結(jié)構(gòu)的地質(zhì)安全和規(guī)避公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

廣義地質(zhì)災(zāi)害體與公路承災(zāi)體的相互作用關(guān)系見(jiàn)圖5。將廣義地質(zhì)災(zāi)害體對(duì)公路承災(zāi)體的致災(zāi)毀損作用概化為推擠、牽拉、“沖”、“淤”、“滲”五類(lèi)力學(xué)模式。公路承災(zāi)體的抗災(zāi)能力用結(jié)構(gòu)的健康性態(tài)來(lái)體現(xiàn)。山區(qū)沿河公路承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)是一個(gè)受多因素影響的非線(xiàn)性決策問(wèn)題，易損性主要決定于公路承災(zāi)體結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，優(yōu)選不同類(lèi)型承災(zāi)體的易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇合理、適用、先進(jìn)的公路易損性評(píng)價(jià)方法(數(shù)學(xué)模型)進(jìn)行山區(qū)沿河公路承災(zāi)體的抗災(zāi)能力研究。

公路承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)可用式(5)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示，評(píng)價(jià)過(guò)程同樣為一個(gè)多因素非線(xiàn)性的數(shù)學(xué)決策計(jì)算問(wèn)題。

式中:V為承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)值;uj為易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)，j=1，2，3，…;k為構(gòu)建的易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)和承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)值之間的非線(xiàn)性函數(shù)映射關(guān)系。

圖5 廣義地質(zhì)災(zāi)害體與公路承災(zāi)體的相互作用

(1)山區(qū)沿河路基易損性評(píng)價(jià)指標(biāo):路基填料類(lèi)型(u1)，路基拔河高度(u2)，路基邊坡承沖面坡度(u3)，路基管養(yǎng)措施(u4)，路基使用年限(u5)，路基防護(hù)措施(u6)，路基處河段類(lèi)型(u7)。

(2)山區(qū)沿河公路小橋涵易損性評(píng)價(jià)指標(biāo):沖刷深度(u1)，橋涵位置(u2)，迎沖部位的消能防沖措施(u3)，過(guò)流能力(u4)，進(jìn)出口形式(u5)，輸沙抗淤能力(u6)，橋涵的管養(yǎng)措施(u7)。

(3)山區(qū)沿河公路邊坡易損性評(píng)價(jià)指標(biāo):邊坡坡度(u1)，斷面形式(u2)，養(yǎng)護(hù)措施(u3)，使用年限(u4)，路基填料類(lèi)型(u5)，山區(qū)沿河公路路面寬度(u6)。路基填料類(lèi)型和路面寬度影響公路邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致公路斷道后的搶通速度和恢復(fù)能力。

3 山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制

公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)具有自然屬性和社會(huì)屬性的雙重性質(zhì)。自然屬性體現(xiàn)為孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子異相耦合形成的廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險(xiǎn)性;社會(huì)屬性體現(xiàn)為災(zāi)害體可能導(dǎo)致的公路毀損、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失等不利后果。地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的社會(huì)屬性很大程度上受公路工程結(jié)構(gòu)健康性態(tài)的影響，即公路承災(zāi)體抗御廣義地質(zhì)災(zāi)害體毀損作用的能力(易損性)是決定不利地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)后果的關(guān)鍵。廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險(xiǎn)性決定致災(zāi)“荷載”的強(qiáng)度大小，公路承災(zāi)體的易損性決定公路結(jié)構(gòu)對(duì)不利“荷載”作用的響應(yīng)特征。因此，公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成是廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性和公路承災(zāi)體易損性二者之間耦合對(duì)抗作用的結(jié)果(圖6)。

山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制可用式(6)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示，即公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成是孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體三大災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)中多因素非線(xiàn)性相互作用的耦合對(duì)抗過(guò)程。

式中:R為公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn);H為廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性;V為公路承災(zāi)體易損性;c為廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性與公路承災(zāi)體易損性之間時(shí)空耦合對(duì)抗的非線(xiàn)性耦合映射。

圖6 公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制

公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)研究的目的是保證公路工程結(jié)構(gòu)的地質(zhì)安全，提高公路抗御災(zāi)害的能力，并合理規(guī)避公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，為公路減災(zāi)決策提供依據(jù)，要實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)需要以地質(zhì)災(zāi)害毀損公路的力學(xué)機(jī)理研究和公路災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)規(guī)律研究為基礎(chǔ)，采用非線(xiàn)性GIS方法為手段實(shí)現(xiàn)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)自然屬性和社會(huì)屬性的疊加、綜合，合理預(yù)測(cè)并量化潛在的災(zāi)害不利后果，并以評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行合理的減災(zāi)決策(圖6)。因此，地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題是一個(gè)多因素非線(xiàn)性的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)問(wèn)題。

公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)是廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性和公路承災(zāi)體易損性之間時(shí)空耦合對(duì)抗、相互作用的結(jié)果，根據(jù)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成的耦合機(jī)制，提出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的解耦措施來(lái)反向控制公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的形成演化過(guò)程是公路減災(zāi)的一個(gè)思路。通過(guò)解耦措施盡力防止公路災(zāi)害發(fā)育環(huán)境的構(gòu)成，有效而適時(shí)地改造公路災(zāi)害發(fā)育環(huán)境及全過(guò)程監(jiān)測(cè)公路地質(zhì)災(zāi)害是公路減災(zāi)的有效方法。具體的解耦措施可以是宏觀(guān)地改善生態(tài)氣候、植樹(shù)造林、孕源減災(zāi)、合理引導(dǎo)人類(lèi)活動(dòng)等降低廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險(xiǎn)性、阻斷廣義地質(zhì)災(zāi)害體形成的政策，也可以是具體地研發(fā)工程性技術(shù)措施來(lái)提高公路承災(zāi)體的健康性態(tài)和抗災(zāi)能力、使劣化的公路結(jié)構(gòu)健康復(fù)原。

4 結(jié)論

(1)山區(qū)沿河公路路線(xiàn)兩側(cè)各個(gè)小流域出口處的山洪和平行公路走向的河道洪水是危及山區(qū)沿河公路地質(zhì)安全的重要災(zāi)害類(lèi)型。在傳統(tǒng)的以崩、滑、流等巖土介質(zhì)為主的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型基礎(chǔ)上，增加山洪災(zāi)害、河道洪水災(zāi)害等以水這種流體介質(zhì)為主的水沙災(zāi)害類(lèi)型，將所有會(huì)對(duì)公路工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀損致災(zāi)作用的災(zāi)害類(lèi)型統(tǒng)稱(chēng)為“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”。以介質(zhì)類(lèi)型為標(biāo)準(zhǔn)提出廣義地質(zhì)災(zāi)害體分類(lèi)便于開(kāi)展山區(qū)沿河公路減災(zāi)理論研究。

(2)廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育是相對(duì)靜態(tài)的孕災(zāi)環(huán)境系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)的致災(zāi)因子集合中多因素非線(xiàn)性異相耦合的結(jié)果。廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育機(jī)理包括形成機(jī)理和誘發(fā)機(jī)理兩個(gè)方面。形成機(jī)理從孕災(zāi)環(huán)境角度研究廣義地質(zhì)災(zāi)害體的宏觀(guān)孕發(fā)條件，誘發(fā)機(jī)理從致災(zāi)因子角度研究直接激發(fā)災(zāi)害發(fā)生的致災(zāi)關(guān)鍵要素。

(3)從公路承災(zāi)體健康的理念出發(fā)，認(rèn)為公路承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)即為公路承災(zāi)體抗御災(zāi)害的能力和健康性態(tài)評(píng)價(jià)，提出了公路工程結(jié)構(gòu)健康復(fù)原的公路維修養(yǎng)護(hù)理念和觀(guān)點(diǎn)。公路承災(zāi)體類(lèi)型可分為結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體和功能性承災(zāi)體兩類(lèi)，對(duì)山區(qū)沿河公路的路基、小橋涵和邊坡3類(lèi)結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體初步給出了可供參考的易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(4)公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)是廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性與公路承災(zāi)體易損性之間時(shí)空耦合對(duì)抗的結(jié)果，根據(jù)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成的耦合對(duì)抗機(jī)制，提出了采用解耦措施來(lái)逆向控制公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)形成演化過(guò)程的減災(zāi)思路。通過(guò)解耦措施盡力防止公路災(zāi)害發(fā)育環(huán)境的構(gòu)成，有效而適時(shí)地改造公路災(zāi)害發(fā)育環(huán)境及全過(guò)程監(jiān)測(cè)公路地質(zhì)災(zāi)害是公路減災(zāi)的有效方法。

(5)孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體三者構(gòu)成災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)，認(rèn)為地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程是關(guān)于多因素非線(xiàn)性災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和數(shù)學(xué)決策計(jì)算過(guò)程，提出了孕災(zāi)環(huán)境評(píng)價(jià)、致災(zāi)因子強(qiáng)度評(píng)價(jià)、廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的思路和一般函數(shù)表達(dá)式，可為進(jìn)一步深入開(kāi)展山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)。

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Formation M echanism of Geological Risk of M ountainous Highway along River

Chen Yuanchuan and Chen Hongkai
(Institute of Geotechnical Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)

According to the characteristics of mountainous riverside highway disasters，combined traditional geotechnicalmedium geological disasters and flood and sediment disasters，the authors put forward the“generalized geological disasters body”concept，and classified the generalized geological disasters body usingmedium composition for standard．Based on the evaluation of disaster-breeding environment and disaster-causing factor，the catastrophecoupling developmentmechanism of the generalized geological disasters body by interaction between disaster-breeding environment and disaster-causing factor is given．Based on the health concept of highway hazard-affected body，it is thought that vulnerability of hazard-bearing body ismainly controlled by the healthy condition of highway structure．The purpose of engineering disaster alleviationmeasures ismaking structure health recovery by taking technically feasible and economy reasonablemeasures．The highway hazard-affected bodies are divided into two types as structural and functional ones．The coupling and confrontationmechanism of highway geological risk is put forward，which indicates thathighway geological risk is the result of coupling and confrontation between hazard of generalized geological disasters body and vulnerability of highway hazard-bearing body．It is thought that geological risk assessment is about the prediction and evaluation study on themulti-factors and nonlinear disaster risk system．According to the coupling formationmechanism of geological risk，the idea for reverse control of the formation processes of highway geological risk by decoupling measures is proposed．For mountainous riverside highway，the work ideas and general function expressions for disaster-breeding environment，disaster-causing factors，hazard of generalized geological disasters body，vulnerability assessment of hazard-bearing body and geological risk assessment are given．

riverside highway;geological risk;generalized geological disasters body;hazard-bearing body vulnerability;coupling and confrontationmechanism;decouplingmeasures;health recovery of hazard-bearing body

U418.5+4;P642.2

A

1000－811X(2012)03－0006－06

2011－11－24

2012－01－10

西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2009318221035)

陳遠(yuǎn)川(1984－)，男，重慶銅梁人，博士研究生，主要從事公路地質(zhì)安全理論與減災(zāi)研究．E-mail:Geomechanics2011@gmail．com

陳洪凱(1964－)，男，重慶江津人，博士生導(dǎo)師，教授，主要從事動(dòng)力地貌學(xué)、山地災(zāi)害演變、安全警報(bào)與減災(zāi)技術(shù)研究．E-mail:chenhongkairht@sina．com