工程地质灾害风险动态评价方法研究

刘 洋

（辽宁职业学院，辽宁 铁岭 112000）

工程施工过程中，受设计因素，施工因素和地质因素等影响，每个因素均会对工程建设和运营造成一定的影响。设计方案不当或在施工中未严格遵循设计方案会导致施工工期延长，工程质量难以保证；施工因素会导致工程建设过程中出现偏差，较轻者延误工期，较严重者出现施工事故，造成人员和财产损失；地质因素也是影响工程建设和运营的重要因素之一，除地质自身结构、岩土等客观因素外，还有由于天气或人为造成地质灾害，对工程造成一定程度的风险[1]。

由于地质灾害具有不确定性，在评定工程风险时需要动态评价，现有的研究中虽然有相关的研究，但是存在置信度较低的问题。滑坡是水和松散土混合物或水体混合物在重力作用下沿着坡面、压力向下流动。滑坡的诱因通常是降水和地震，多发生在沟谷和山地河流地区，地震或降水后在沟谷、河流等特殊地形中导致下垫面失稳、山地疏松，发生滑坡[2]。发生滑坡灾害时岩石、泥沙等杂物在短期内顺流而下，在沟谷或河流处堆积，对灾害发生所在地的人身财产、资源供应、生态环境、道路和通信等基本条件造成严重的破坏。为此，本文以滑坡为例，研究工程地质灾害风险动态评价方法，致力于从根本上提高评价的置信度，为降低地铁车站局部空间拥堵风险等级提供依据。

1 地质灾害风险动态评价方法

以河流、冲沟为主的地质灾害呈较强的线性分布规律。崩塌灾害主要发生在河流和道路上，主要是由于岩石和山坡的崩塌。不稳定的山坡分布在河流和道路上，主要是由于降雨和工程活动造成地质灾害。山谷海拔高，土壤易受风力影响，主要是由于降雪和降雨造成地质灾害。泥石流灾害通常沿山坡分布，因山坡植被稀少，主要由降雨和融雪造成。滑坡在河流、沟壑和道路两侧普遍存在，主要受降雨、融雪、河流侵蚀和泥石流的影响，且按照滑坡规模可以将滑坡分为：小型滑坡、中型滑坡、大型滑坡、特大型滑坡和巨型滑坡五类，即使是小型滑坡，也会造成人员和财产损失。

为此本文研究的工程地质灾害风险动态评价方法，以滑坡为例，在时空评价原则的基础上，构建滑坡灾害风险等级评价指标体系，计算评价指标系数，分级表现评价结果。针对工程滑坡灾害风险动态评价方法的具体研究内容，如下文所述。

1.1 时空评价的原则

在工程地质灾害风险动态评价过程中，考虑到风险等级具备实时性的特点，本文在构建工程地质灾害风险等级评价指标体系前，需要充分了解时空评价原则。本文以滑坡为研究对象，分析其时空分布原则，如表1所示。

表1 工程滑坡灾害风险等级评价指标时空原则

根据表1可知，本文选取以上4个评价指标作为本次评价的核心指标，并计算其指标系数。

1.2 构建地质灾害风险评价体系

在充分了解地质灾害风险时空评价原则及指标的基础上，根据地质灾害风险的公式（1）。

其中，R指的是地质灾害风险；H指的是地质灾害的危险性；C=V×E指的是地质灾害对工程造成的后果，其中，V指的是地质灾害的易损性；E指的是地质灾害的承灾体。在此基础上构建地质灾害风险评价体系如图1所示。

图1 工程地质灾害风险评价体系

图1中包含的静态指标和动态指标，分别表示地质灾害活动性弱和活动性较强的阶段。活动性弱的阶段表现为几乎没有发生坡度和表面变形的变化，土壤结构和结构是完整的，工程地质处于稳定状态；活动性较强表现为土体结构的倾斜，表面裂缝变形迹象增多甚至穿透，变形速度和加速度不断增长，工程地质处于不稳定状态。

1.3 计算地质灾害风险动态评价指标系数

由于滑坡灾害动态性的特点，因此在图1的工程地质灾害风险评价体系的基础上，通过计算工程地质灾害风险动态评价指标系数，得出风险等级评价要素[3]。首先设地表侵蚀深度的计算表达式为h，可得公式（2）。

公式（2）中，h指的是地质灾害地表侵蚀深度，单位为km；φ指的是地质灾害泥沙修正系数；Qp指的是频率为p的流量；α指的是地质灾害泥石堵塞系数。通过公式（1）计算，h值越大证明平均深度空间分布越聚集；反之越分散。而后，设乘客的施工人员平均疏散速度的计算表达式为v，可得计算公式（3）。

公式（3）中，i指的是施工人员疏散时地质灾害造成的空间拥堵系数，为实数；g指的是地质灾害下施工人员的疏散速度。v值越大证明平均速度空间分布越缓慢；反之越迅速。针对工程变形速率的计算以时间跨度最小为标准，设工程变形平均速率计算表达式为j[4]，可得公式（4）。

公式（4）中，j指的是平均工程变形速率；β指的是阻力系数，为实数；指的是地质灾害流面纵坡比，单位为。j值越大证明平均速率时间分布越聚集；反之越分散。最后，计算工程累计变形位移，该值可通过地质灾害堆积区危险区最大范围体现，设其表达式为S[5]，可得公式（5）。

公式（5）中，S指的是地质灾害堆积区危险区最大范围，单位为km2；B指的是地质灾害最大堆积宽度，单位为km；R指的是地质灾害堆积幅角，单位为°。S值越大，证明平均位移时间越长；反之则越短。通过计算地质灾害风险动态评价指标系数，对计算得出的数据进行模糊聚类，用替代后的种群作为下一代进化的种群，通过数次迭代，直到满足终止条件时，输出最终的聚类结果，进而获取更为准确的工程地质灾害风险动态评价相关本体类。

1.4 工程地质灾害风险动态评价结果分级

根据计算得到的地质灾害风险动态评价系数，采用动态、不间断评价的方式，得出地质灾害风险动态评价公式[6，7]。设程地质灾害风险动态评价为N，则其归一化处理的计算公式，如公式（6）所示。

公式（6）中，c指的是工程地质灾害评价指标体系中动态评价重要度量值。通过公式（6），可以得出工程地质灾害风险动态评价分级结果，本文将工程地质灾害风险动态评价结果分级，包括极低、低、适中、高、极高五个等级，分别用a-e表示。在工程地质灾害风险动态评价等级极高的情况下，证明工程地质灾害风险已经已经超出标准值，甚至达到顶点，需要立即执行报警，施工时出现该信号应及时疏散施工人员并设立相应标识，如禁止通行等标志，运营期间出现该信号应及时疏散适用人群并设立相应标识。以此为标准，实现在保证集体安全的情况下工程地质灾害风险动态评价。通过以上研究，有理由相信在无特殊情况下基于本文研究的评价方法能够获得更加精细的工程地质灾害风险动态评价结果。至此，完成工程地质灾害风险动态评价方法研究。

2 实例分析

2.1 实验准备

本次实例分析取某电力联网工程施工中的某路段段进行地质灾害风险动态评价分析及应用，该地区沿线地质灾害共550个，其中滑坡113个、崩塌16个、不稳定斜坡52个、坡面泥石流240个、沟谷泥石流128个。首先使用本文研究的动态评价方法，评价该工程地质灾害风险等级，通过Kerterly软件测得评价置信度，记为实验组；而后使用文献[3]的公路工程环境的岩土勘察与地质灾害评估技术，评价该工程地质灾害风险等级，同样通过Kerterly软件测得评价置信度，记为对照组。本次实验主要内容为测试两种评价方法的评价置信度，评价置信度数值越高证明该评价方法的评价精度越高。通过20次对比实验，针对实验测得的评价置信度，记录实验数据。

2.2 实验结果与分析

根据上述实验设定，利用Kerterly软件测得实验数据，并绘制了两种评价方法下工程地质灾害风险动态评价置信度曲线图，如下图2所示。

图2 两种评价方法下工程地质灾害风险动态评价置信度曲线图

根据图2可知，本文研究的工程地质灾害风险动态评价方法置信度明显高于对照组，研究的评价方法评价置信度最高可达98%相较于对照组具有明显的优势。综上所述，研究的评价方法对工程地质灾害风险动态评价的精准度更高，评价更具有效性。

3 结束语

通过工程地质灾害风险动态评价方法研究，能够取得一定的研究成果，解决传统工程地质灾害风险动态评价中存在的问题。由此可见，本文研究的方法是具有现实意义的，能够帮助优化现有的工程地质灾害风险评价方法。在后期的发展中，应加大本文研究方法在工程地质灾害风险动态评价中的应用力度。在日后的研究中，还需要进一步对工程地质灾害风险动态评价方法的优化设计进行深入研究，为提高工程地质灾害风险动态评价的精度与效率提供参考。