地震滑坡风险分析研究

王启亮，孟朝霞

(1.山西水利职业技术学院，山西运城 044004;2.运城学院，山西运城 044004)

地震滑坡风险分析研究

王启亮1，孟朝霞2

(1.山西水利职业技术学院，山西运城 044004;2.运城学院，山西运城 044004)

为定量评价地震滑坡风险管理，对地震滑坡风险分析各因子取值方法进行了量化分析。针对承灾体在坡下及距离灾害体有一定距离的两种情况分别讨论。重点对一次地震过程中滑坡潜在滑移距离及扩展范围进行了计算，从而对风险分析中滑坡到达承灾体概率这一因子进行了量化。研究成果可为地震滑坡风险管理的量化分析提供理论依据，为滑坡风险管理由定性评价向定量评价发展提供参考。

风险管理;承灾体;地震滑坡;定量风险分析

0 引言

国内外研究学者对滑坡风险进行了大量的定性分析及少量量化分析的探讨［1－4］，但对于地震滑坡的风险分析研究还较少。尤其是2008年“5·12”汶川地震后诱发的大量滑坡等地震地质灾害，不仅对人民生命财产造成重大损失，而且对震前地质灾害的预防尤其是震前滑坡地质灾害风险评估提出了挑战。由于目前中国尚无较成熟的滑坡风险管理指南性文件出现，以指导滑坡尤其是地震滑坡风险管理。本文对地震滑坡风险的量化分析进行了探讨，并以Newmark假设为基础，重点对滑坡到达承灾体的概率取值方法进行了探讨。不仅能为滑坡灾害的防灾减灾提供参考，且能为地震滑坡的风险管理提供理论支持。

1 风险分析方法

滑坡灾害风险管理包括危险性分析、危害性分析、风险分析、风险评价和风险管理等5部分［5］。其中风险分析是风险管理中最重要的组成部分。它分为定性分析和定量分析两种分析方法，涉及到风险源的识别、灾害发生概率估计、承灾体的确定及其易损性估计、风险计算等过程。

2005年5 ～6月加拿大温哥华“滑坡灾害风险管理国际会议”确定了风险计算的公式如下:

式中:PLOL——人口伤亡年概率;

PL——滑坡发生的概率;

PT:L——滑坡到达承灾体的概率;

PS:T——承灾体的时空概率;

VD:T、Vprop:S——承灾体对于滑坡事件的易损性;

Rprop——财产的年度风险;

E——承灾体的价值。

当涉及到多个滑坡，且滑坡灾害之间是相互独立的个体时，其计算公式可表述为:

式中:n——滑坡灾害的数量。

2 风险分析因子的量化分析

式(1)和式(2)中各因子的量化取值方法如下:

(1)灾害概率(PL)根据n年内发生灾害的概率来取值。n取值依据为政府及业主对特定承灾体在滑坡灾害威胁下的时间要求。对单个灾害体来说，发生概率为:PL=1/n;

(2)时空概率(PS:T)是一个条件概率。是在灾害发生时承灾体在灾害影响区内的概率，其值介于0和1之间。对于承灾体为建筑物而言，若其在滑坡体上或在其滑动路径上，则其时空概率值为1;若对承灾体为人员状况而言，时空概率指的是一段时间内(通常以一年作为计量单位)人员处于建筑物中的时间。

(3)易损性(VD:T和Vprop:s)是在灾害影响区内，一个或多个对象受到灾害影响或破坏的程度。它也是个条件概率，前提是滑坡灾害发生，且承灾体位于滑坡体上或滑坡路径上。对于承灾体为财产而言，通常用0－1来描述承灾体受损的程度;对承灾体为人而言，通常描述为人处于滑坡体上或其滑动路径上的概率，亦用0－1来表示。易损性评价分为面评价和点评价。面评价是指采用区域承灾体综合指数来反映该地区总易损性。对于地震滑坡而言，同样可用人口密度、单位面积工农业产值、交通干线密度以及土地资源丰度来评价易损性因子。汶川地震形成的以县域或乡镇为单位的承灾体易损性评价即可采用面评价的方法，评价方法可参考文献2。点评价是针对单一灾害体对特定承灾体造成的易损性的评价，评价时可根据滑坡灾害体的体积，及它们撞击房屋时的可能速度。根据专家打分的形式量化灾害体撞击房屋后房屋内人员伤亡的概率［3］。

(4)承灾体价值(E)可根据实体的市场价格予以估算。特殊承灾体价值计算方式可参考文献4。

(5)灾害到达承灾体的概率PT:L取值取决于灾害体与承灾体各自的位置及灾害体可能的运动路径。当滑坡灾害发生破坏建筑物且人员未能幸免于难时，其取值标准如表1［5］。

当滑坡距离承灾体(人员及建筑物)较远时，在地震荷载作用下滑坡到达承灾体概率的计算主要基于Newmark假设，其计算方式如下。

表1 坡底建筑物受到破坏的概率Table 1 Destructive probability of buildings with a slope behind

假设:①滑坡块体为刚性摩擦块体;②一次地震坡体水平波动震荡形成永久位移的时间占地震总持时的1/3;③临界平衡状态为稳定系数Fs=1;④不考虑动孔隙水压力作用;⑤临界加速度值不随地震作用而改变。

地震过程中，动荷作用会增加临空面方向的负荷，下滑力随时间增加的量(ΔN)会消除静态状态下下滑力N与最大抗滑力Rmax之间的差值，并致使滑坡块体达到短暂的临界平衡状态。此时ΔN可表示为质量与坡体表面地震加速度的乘积，即ΔN=mac。为简化计算，可用稳定系数来表述ac，即:

当滑面为直线型时，N=mgsinα

式中:g——重力加速度;

α——滑面倾角;

m——块体质量。

故可得

式中:Fs——稳定系数。

当滑块在地震动荷载作用下地表运动时，若块体相对坡面而言无位移，则在某一时刻t时原来在坡面A点的滑块应到达B点，由于惯性作用，滑块将产生一个相对坡面的位移U(t)，此时滑块位于C点(图1)。在计算动荷下滑坡体位移时，需要确定的一个重要参数就是地面加速度时间函数a(t)(图2)。

图1 滑块滑动示意图Fig 1Sketch of slip mass

图2 地震滑坡位移计算示意图Fig 2Sketch for displacement calculating

由图2可见，滑坡在动荷作用下的运动状态可分为未滑动(0－tA)、开始滑动(此时t=tA)、滑动阶段(tA－tC)及停止滑动(t=tC)几个时段，当a(t)＜aC时，滑块处于稳定阶段;a(t)＞aC时，滑块具有剩余加速度Δa，此时Δa=a(t)－aC，随地震波的传播过程，Δa逐渐增大至Δamax，随后减至aC以下(图2中B点)。此时滑块速度可用块体相对加速度Δa通过对时间积分的形式计算得到，即B点块体速度为:

其位移可相应求得［6］:

为简化计算，假设地面震动加速度a= amaxsinωt，其中amax为地面最大加速度，ω为圆频率，此时的临界加速度ac=g(Fs－1)sinα，根据Newmark假设，可推导得到一次地震由于坡体水平波动振荡产生总位移计算公式如下［6］:

由上式可以看出，地震持时越长，地震周期越长，其位移量越大。承灾体距离滑坡越近，灾害到达承灾体的概率越大。其易损性值越趋向于1。当滑坡距离承灾体(人员及建筑物)较远时，在地震荷载作用下滑坡到达承灾体的概率，可依据位移计算公式予以计算后，进行量化分析。

3 结论

充分的滑坡定量风险分析，目前还存在一些难点。如对滑坡灾害特征的把握具有很大的主观性;滑坡灾害发生概率分析具有不确定性;承灾体时空概率的确定具有随机性等因素，是导致目前滑坡风险定性分析较成熟，而定量分析较难推广的主要原因。近几年地震滑坡的大量出现已经造成了重大的人员及财产损失。本文通过对地震滑坡风险分析各因子进行量化分析研究，希望能促进滑坡风险分析由定性研究向定量研究拓展。同时，在地震多发区于地震前进行滑坡灾害风险分析，结合地质灾害防治工程便易做到防患于未然，大大降低地震灾害由于滑坡造成的人员伤亡及财产损失。

［1］Fell·R，Ho·K·K·S，Lacasse·S，et al..A Framework for Landslide Risk Assessment and Management［C］// Hunger·O，Fell·R，Couture·R，et al..Proceedings of theInternationalConferenceonLandslideRisk Management.Vancouver，Canada，31May－3June，2005.Taylor and Francis，London:3－25.

［2］张梁.地质灾害风险评价理论与方法［J］.中国地质矿产经济，1996，(4):43－44.

［3］王树丰，张茂省，唐亚明，等.延安宝塔山景区滑坡地质灾害风险评估［J］.工程地质学报，2009，17(5):628－631.

［4］王树丰，张茂省，陈志新，等.基于滑坡风险管理的宝塔山景区景点价值核算［J］.中国地质灾害与防治学报，2009，20(2):28－30.

［5］张茂省，唐亚明.地质灾害风险调查方法与实践［J］.地质通报，2008，27(8):1206－1207.

［6］毛彦龙，胡广韬，赵法锁，等.地震动触发滑坡滑动的机理［J］.西安工程学院学报，1998，20(4):45－48.

Abstract:For quantitatively assessing risk management of a slope under earthquake.Impact，quantitative analysis was studied by choosing factors of slope risk management.For two scenarios，objects just under the slop and objects have a distance to the slop.Sepecially，sliding distance and its incidence during one earthquake were calculated.Then the factors of probability for the slope reaching the objects was quantitatively assessed.Results of the discussion can provide not only theoretical foundation for quantitative analysis for risk management of a slope under earthquake impact，but reference for the process from a qualitative evaluation to a quantitative assessment for risk management. Key words:risk management;objects at risk;slope under earthquake;QRA

Risk analysis for slopes induced under by earthquake impact

WANG Qi－liang1，MENG Zhao－xia2
(1.Shanxi Water Conservation Professional Technology Institute，Yuncheng044004，China; 2.Yuncheng University，Yuncheng044004)

1003－8035(2010)03－0014－03

P642

A

2010－05－11;

2010－06－16

国土资源大调查项目(1212010740907)

王启亮(1964—)，男，山西临猗人，副教授，研究方向为环境地质。

E－mail:wql.976@163.com