复杂山区铁路地质灾害工程分区研究

赵志明，寇 川，黎梦军

(1.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川成都 610031;2.中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

我国是个多山的国家，山地面积占国土总面积的69%。随着西部大开发的发展，铁路项目向山区推进，以致线路穿过多个地貌单元和多种复杂地质条件区域。由于高山峡谷区地形地貌、地质条件、地质构造相当复杂，导致铁路地质灾害频频发生，对人类活动和生存环境造成极大的危害［1］。对铁路穿过区域地质灾害进行与铁路工程相关的分区研究，有助于科学评价线路方案和铁路工程的适宜性。目前在公开发表的国内外研究资料中，未见专门针对复杂山区铁路地质灾害工程分区方面的研究内容。在偏重于滑坡危险性区划，泥石流危险性区划及地质灾害危险性区划等方面的研究中，比较有代表性的成果如 Mantovani F．和Cees J．Van Westen等人(荷兰)于1996年完成的“基于RS技术的欧洲滑坡研究和分区”［2］，钟敦伦、谢洪于1997年完成的“四川重庆泥石流分布及危险性区划”［3］，张业成、胡景江、张春山于1995完成的“中国地质灾害危险性分析与灾变区划”［4］。本文在总结地质灾害危险性评价的基础上主要讨论复杂山区铁路地质灾害工程分区原则及可采用的分区方法。

1 工程分区原则

复杂山区铁路地质灾害工程分区原则是能直观地反映工程分区区域的分布规律，并以此为基础确定选取分区指标，建立分区等级和采用不同分区方法的基本依据。分区原则的确定应目标明确，应与达到的目的相统一。因此，在考虑分区原则时，应详尽地分析复杂山区地质灾害的特征和性质，既要尊重客观规律又要达到工程实践目的。

基于山地灾害危险性评价分区研究成果［5-7］，结合铁路工程分区目的确定以下分区原则:

1)主导因素原则:在复杂山区铁路地质灾害中，找出其中起决定作用的主导因素作为分区的原则。确定主导因素时，必须全面分析复杂山区铁路地质灾害形成机制。

2)综合性原则:在全面分析复杂山区铁路地质灾害综合作用基础上进行分区，分区的主要标志可视各区地质灾害的形成条件而有所不同。运用此原则，是要保证所划出的单位是一个具有独特特点的铁路地质灾害综合区，而不是单一山区铁路地质灾害分区的再现。

3)相似性与差异性原则:在同一类别区段内，地质灾害的发育程度，触发因素应有最大的相似性，而不同类别区段之间则应具有明显的差异性。只有这样，地质灾害危险性区划才有实际意义。

4)科学性与实用性原则:科学性主要体现在分区技术方法和模型具有现代相关科学理论依据，适合性较好，易于推广;分区指标、数据资料的准确可靠性及分区级别划分的可操作性。实用性则主要体现在分区技术方法简单易行，分区结构简洁明了，可视化程度高，为研究区的地质灾害预测预报提供依据。

2 工程分区标准

在已掌握区域相关地貌地层以及区域构造资料和铁路区段的详细调查资料的基础上，综合分析铁路沿线各区段地质灾害特征、稳定性以及铁路工程安全性。根据野外实地调查及相关资料，按照工程分区原则，选择地形地貌、地层岩性、地质构造、对线路的危害程度等为标准，将分区等级划分为:Ⅰ安全区，Ⅱ基本安全区，Ⅲ较危险区以及Ⅳ危险区，见表1。

3 强震诱发地质灾害工程分区指标及分区模型

评价指标的选取及其量化是工程分区研究理论最重要的、最基础的组成部分，它直接关系到强震诱发次生地质灾害工程分区质量的好坏以及分区精度的高低。现结合对强震诱发次生地质灾害理论及实践的认识，从系统论和控制论的角度，阐述强震诱发次生地质灾害工程分区的评价指标体系。

3.1 工程分区评价指标的确定

强震诱发次生地质灾害是一个复杂的非线性系统，它是相互作用的若干指标的复合体，各种指标及各指标间相互作用和结构等，构成了一个完整的地质灾害系统。其各个指标是构成强震诱发次生地质灾害工程分区的基本骨架，因此指标的选取是工程分区研究的基础。根据对铁路工程的影响，对地质灾害类型和特征进行综合分析，选取崩塌—滑坡、泥石流、岩溶塌陷等三个指标作为强震诱发次生地质灾害工程分区的直接指标，即层次分析法中的约束层。

3.2 工程分区模型

根据层次分析法评价指标体系组建的基本原则，采用分层递阶方法，将研究大瑞铁路强震诱发次生地质灾害工程分区指标体系分为总体目标层、约束层(一级指标层)、评价指标层(二级指标和三级指标)和对象层(评价对象层)4个层次(图1)。

表1 强震诱发次生地质灾害工程分区标准

图1 地质灾害工程分区层次分析模型

进行地质灾害工程分区是总目标。按照影响地质灾害工程分区各指标间的关系，分列崩塌—滑坡、泥石流、岩溶塌陷等一级指标，分别考虑其对总目标的影响，这些指标构成约束层。在约束层的基础上，对每种一级指标又细分为2个二级指标，分别为既有地质灾害等级和强震诱发次生地质灾害潜在强度，在二级指标地质灾害潜在强度之下又细分为4个三级指标。对象层是系统分析的最底层，把强震诱发次生地质灾害工程分区作为对象层。根据上述方法，采用综合危险性指数作为评价地质灾害工程分区的定量化指标并建立地质灾害工程分区计算模型。基本步骤如下:

1)分析各个指标在现实中的实际情况并取值。

2)建立地质灾害综合危险性指数计算模型。

以强震诱发地质灾害危险性指数为指标，量化强震诱发地质灾害工程分区各指标，可表达为

式中，Dw为多种地质灾害综合危险性指数，Dws，Dwd，Dwk分别为崩塌—滑坡、泥石流、岩溶塌陷危险性指数;As，Ad，Ak分别为上列三类地质灾害危险性权重;K为地质灾害对线路工程影响修正系数，如果地质灾害严重，但对线路影响较小或线路通过必要措施躲避了主要地质灾害，取K=0.6，一般评价取K=1。

任一类地质灾害的危险性指数Dwi按下式计算

式中，Dl，Dq为该类地质灾害的既有地质灾害等级和地质灾害潜在强度;Al，Aq分别为既有地质灾害等级和地质灾害潜在强度的权重。

地质灾害潜在强度按下式计算

式中，Dq为地质灾害潜在强度指数;D，X，Q，R分别为控制地质灾害形成与发展的地质条件、地形地貌条件、气候植被条件、人为条件充分程度的标度分值;AD，Ax，AQ，AR分别为上列四方面地质灾害形成条件的权重。

3.3 强震诱发次生地质灾害指标的量化

指标量化的实质就是如何确定各指标在强震诱发次生地质灾害工程分区系统中所起的作用。指标的量化研究包括两部分内容:①采用德尔菲法，根据专家评分确定评价指标体系中各指标在强震诱发次生地质灾害工程分区系统中所能分配到的权重。②根据不同研究区的实际情况，采用模糊统计法对各个指标的分类进行细化统计，根据各个指标在强震诱发次生地质灾害中的实际作用打分量化。

3.4 工程分区等级划分标准

通过全面系统调查及统计地质灾害活动历史和形成条件，采用数理方法，计算确定地质灾害工程分区等级标准。根据各因素打分及其权重值，通过分层次计算最终危险指数。根据表2地质灾害等级划分标准对山区铁路地质灾害进行工程分区划分。

表2 强震诱发地质灾害工程分区等级划分

4 结语

复杂山区铁路地质灾害的产生机理往往比较复杂，对山区铁路进行工程分区可以正确指导铁路选线。对复杂艰险山区铁路地质灾害特点进行分析，采用层次分析法建立复杂艰险山区地质灾害工程分区模型。正确评价山区铁路地质灾害并对其进行工程分区是一项任重而道远的工作，不同的方法及因素的选择会影响结果的精度。因此地质灾害工程分区研究理论与方法的不断完善，也是一个值得认真和深入研究的课题。同时，基于GIS技术的分区方法在不久的将来具有广阔的前景。

［1］张春山，张业成，胡景江，等．中国地质灾害时空分布特征与形成条件［J］．第四纪地质，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］钟敦伦，谢洪．四川重庆泥石流分布及危险度区划［M］．成都:成都地图出版社，1997．

［4］张业成，胡景江，张春山．中国地质灾害危险性分析与灾变区划［J］．海洋地质与第四纪地质，1995(9):55-67．

［5］贺敬．云南省泸水县地质灾害防治区划研究［M］．昆明:昆明理工大学出版社，2005．

［6］殷坤龙，滑坡灾害预测预报［M］．武汉:中国地质出版社，2004．

［7］李贞，周栩．地震次生灾害区划初探［J］．山西建筑，2005，31(24):61-62．