基于安全系統(tǒng)工程的滑坡災(zāi)害研究與分析

王文鑫 姚 璐

（華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，河北 三河065201）

1 概述

滑坡災(zāi)害是最常見的地質(zhì)災(zāi)害之一。山體面積占我國總面積的66.6%[1], 隨著地殼運(yùn)動加劇以及人類工程活動范圍擴(kuò)大，滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。一方面由于山體地質(zhì)結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，若受地震的影響[2]，內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞更易導(dǎo)致滑坡；另一方面，由于人工活動導(dǎo)致森林等植被覆蓋率降低，一旦遭受強(qiáng)降雨情況，極易形成滑坡災(zāi)害，它會以崩塌、阻塞等形式對人工設(shè)施進(jìn)行破壞，甚至人員傷亡。

山體滑坡具有突發(fā)性、急速性、難預(yù)測性，災(zāi)害一旦發(fā)生會產(chǎn)生不可逆的后果，人員難生還，設(shè)施難恢復(fù)。因此，分析了解滑坡的空間的具體分布特征[3]、研究滑坡影響因素，對各因素定量分析對災(zāi)害預(yù)防是迫切需要的。目前外對滑坡災(zāi)害有很多研究和分析的方法，其中GPS[4]、全站儀等遙感技術(shù)和WSN 傳感技術(shù)[5]對滑坡的檢測和監(jiān)控最為流行。但由于滑坡自身特點(diǎn)的局限性，現(xiàn)在還不可能通過技術(shù)手段完全對滑坡災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防和避免。

因此，在通過研究滑坡時位置高度、山體坡度、水量等關(guān)系，分析了大量國內(nèi)外滑坡的空間分布情況得出了降雨、土質(zhì)、地形以及人工因素為最主要的滑坡影響因素[6]?；诖?，應(yīng)用安全系統(tǒng)工程[7]對滑坡進(jìn)行定性與定量分析和研究是一種有針對性的分析方法。

2 滑坡災(zāi)害危險源分析

2.1 地質(zhì)因素

在滑坡災(zāi)害中地質(zhì)因素可以分為地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性。地層巖性是發(fā)生滑坡的主要因素，在巖土層中具有受水構(gòu)造、聚水條件和軟弱面等條件，才可能產(chǎn)生滑坡。對于黃土、粘土、泥巖、頁巖等結(jié)構(gòu)松散、抗剪強(qiáng)度和風(fēng)化能力弱的巖土類型,在降雨條件下地層巖性極易發(fā)生改變，導(dǎo)致滑坡的形成。巖體的構(gòu)造對山體的穩(wěn)定影響很大。當(dāng)斜坡上的巖體、土體被構(gòu)造面切割分離后處于不連續(xù)的狀態(tài)時，出現(xiàn)傾斜和層間錯動，若受到降雨和長期風(fēng)化，會增加滑坡產(chǎn)生的可能。

2.2 斜坡體幾何因素

滑坡災(zāi)害多發(fā)生在山區(qū)，其形成往往與斜坡體的幾何特征密不可分。斜坡體幾何特征主要包括：坡體高度和坡度。取同等質(zhì)量（1kg）、濕度以及類型土壤樣品若干份，通過不同高度和角度滑下，對目標(biāo)物塊的沖擊距離進(jìn)行分析，判斷高度和坡度因素對滑坡的影響。

表1 高度對滑坡和角度的影響程度（坡度高度分別保持一致為60°/40cm）

根據(jù)實(shí)驗(yàn)可得出：斜坡角度相同時，山體的重力勢能隨著相對高度的增加而增大，能量變大，不穩(wěn)定巖體極易形成滑坡災(zāi)害，其破壞力也越大。

當(dāng)高度保持不變時，隨著與水平面的角度增大（90°），重力的分力越大，沿運(yùn)動方向的合力增大，加速度和和速度都增大。當(dāng)坡度增大時斜坡沿坡面的分力也變大，進(jìn)而增強(qiáng)不穩(wěn)定巖體的下滑速度和崩塌程度。

2.3 水文、人文因素

水文因素和人類活動在很多時候都是滑坡形成的關(guān)鍵因素。水文因素作為最重要的外部誘發(fā)因素之一，通常包含地上水和地下水。在山體中地表水的下滲會導(dǎo)致坡體加重，從而使坡體內(nèi)部的抗剪強(qiáng)度降低。在滑坡的形成過程中，坡體內(nèi)部的地下水位變化會使得巖體和土體強(qiáng)度變化，導(dǎo)致靜水壓、動水壓和空隙水壓的變化，容易形成滑坡。人類不規(guī)范開采、道路隧道修建等活動增加了坡體的荷載力，破壞了坡體原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致坡體不穩(wěn)定加劇。

3 風(fēng)險定性與定量分析

3.1 滑坡災(zāi)害定性分析

根據(jù)滑坡災(zāi)害發(fā)生機(jī)理和因素，采用事件樹分析（ETA），事件樹分析是安全系統(tǒng)工程中的重要分析法，它是一種從原因到結(jié)果的分析法，定性的分析滑坡災(zāi)害發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性。根據(jù)上述分析，滑坡災(zāi)害形成的必要條件有：地質(zhì)因素（地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性）、斜坡體幾何因素（高度和坡度）、水文因素（主要考慮降雨）、人文因素。具體見圖1。

圖1 滑坡災(zāi)害產(chǎn)生因素機(jī)理圖

3.2 滑坡災(zāi)害定量分析

3.2.1 地質(zhì)因素，對于地質(zhì)因素分析中土質(zhì)因素占主導(dǎo)地位，在土質(zhì)工程分類時一般分為八大類。根據(jù)土質(zhì)的性質(zhì)，土質(zhì)的粘性越小越容易滑動，當(dāng)土質(zhì)的吸水率越大，其重力勢能就變大。土質(zhì)和土量進(jìn)行賦值：土質(zhì)Ⅰ、Ⅱ，Ⅲ、Ⅳ，Ⅴ、Ⅵ，Ⅶ、Ⅷ分別賦值為4、3、2、1。根據(jù)土質(zhì)厚度與體積：小于40cm、40-50、50-60、60-70，體積小于400m3、400-500、500-600、600-700 分別賦值為1、2、3、4。

根據(jù)地質(zhì)因素中土質(zhì)級別和土量賦值用乘法得到1、2、3、4、6、8、9、12、16，根據(jù)數(shù)值從小到大依次兩兩一組進(jìn)行賦值，共分為5 組，地質(zhì)因素賦值分別為1、2、3、4、5。

3.2.2 斜坡體幾何因素。根據(jù)上述斜坡體的幾何因素包括高度落差和斜坡角度，針對其具體條件下破壞產(chǎn)生的后果進(jìn)行賦值：當(dāng)高度落差小于20m 時賦值為1，20-30 時賦值為2，30-40時賦值為3，40-50 時賦值為4，大于50 時賦值為5；同理坡度0-20°、20-30、30-45、45-60、60-80 分別賦值為1、2、3、4、5。

根據(jù)斜坡體高度落差和坡度兩個因素，利用乘法組合得到1、2、3、4、5、6、8、9、10、12、15、16、20、25 根據(jù)數(shù)值從小到大依次兩兩為一組進(jìn)行賦值，共分為5 組，斜坡體幾何因素賦值分別為1、2、3、4、5。

3.2.3 水文因素。對于水文因素來說主要考慮降水，在中國氣象局令第16 號“氣象災(zāi)害信號發(fā)布和傳播辦法”[8]中將暴雨預(yù)警信號分為了4 個級別，分別為藍(lán)色、黃色、橙色、紅色。對此，根據(jù)降雨對水文因素賦值進(jìn)行賦值：雨量未及預(yù)警信號值、藍(lán)色、黃色、橙色、紅色分別賦值為1、2、3、4、5。

3.2.4 人文因素。對于人類工程活動所導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)破壞，自然排水系統(tǒng)的破壞等，根據(jù)滑坡災(zāi)害所造成的人員傷亡和設(shè)施設(shè)備損壞以及直接財(cái)產(chǎn)損失為依據(jù)，將災(zāi)害所導(dǎo)致的事故進(jìn)行賦值：微小型事件、一般事故、較大事故、重大事故、特大事故分別賦值為1、2、3、4、5。

3.3 災(zāi)害危險等級評定

根據(jù)上述的4 種主要的影響因素，對其賦值進(jìn)行相乘，得到乘積關(guān)系。對4 個因素的賦值乘積進(jìn)行分級，風(fēng)險等級評定：賦值1-81 為可忽略風(fēng)險、81-144 為低風(fēng)險、144-256 為中度風(fēng)險、256-400 為重大風(fēng)險、400-615 特大風(fēng)險，風(fēng)險等級分別為1、2、3、4、5 級。

4 應(yīng)對措施

4.1 首先政府和相關(guān)部門應(yīng)該對有關(guān)山區(qū)進(jìn)行全面勘測和及時排查，尤其是滑坡多發(fā)地。有關(guān)部門應(yīng)投入更大的物力、人力采取更先進(jìn)的滑坡監(jiān)測設(shè)備，對重點(diǎn)地區(qū)更要做到重點(diǎn)監(jiān)控。需要密切關(guān)注降雨情況，提前做好準(zhǔn)備措施。做到重點(diǎn)布控，重點(diǎn)監(jiān)測。

4.2 其次，加大植被保護(hù)，可以加大泥土的下行阻力，還可以設(shè)置抗滑構(gòu)筑物來支擋坡體滑動，穩(wěn)定邊坡，例如抗滑樁等。對于居住地周圍、道路以及重要設(shè)施周圍加設(shè)防護(hù)網(wǎng)，把損失降到最低。

4.3 對于滑坡災(zāi)害的基本知識進(jìn)行更大范圍的宣傳和教育，尤其是重點(diǎn)山區(qū)的人員。讓居民可以有基本的判斷滑坡災(zāi)害產(chǎn)生的可能性和嚴(yán)重性，提高人們的防護(hù)意識。

4.4 相關(guān)的工程活動中，相關(guān)部門應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)和監(jiān)測，以免由于過度開挖造成滑坡，政府需要做好相關(guān)的調(diào)控工作。不僅如此，還需要做好滑坡產(chǎn)生后的應(yīng)急救援工作，把人員和財(cái)產(chǎn)的損失降到最低。

5 結(jié)論

通過使用安全系統(tǒng)工程的方法，采用事件樹（ETA）分析對滑坡災(zāi)害產(chǎn)生的可能性和嚴(yán)重性進(jìn)行定性的分析，得出了滑坡災(zāi)害形成的必要因素：地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性、高度差和坡度（斜坡因素）、以及水文、人文因素。

其次，對四種因素分別進(jìn)行細(xì)致的判定以及具體賦值定量分析，然后最終利用乘積得到數(shù)值。利用數(shù)值進(jìn)行危險等級的評定，可以很直觀的了解到災(zāi)害發(fā)生與各因素的相關(guān)度，為預(yù)防災(zāi)害提供了方向，使對滑坡災(zāi)害采取預(yù)防和治理措施更有針對性和有效性。