层次分析法在地质灾害危险性评估中的应用

王丽俊

（江苏省地质矿产局第二地质大队，江苏 常州 213022）

我国地域辽阔，地形地貌形态不一，尤其针对近年来人类活动频次增加，加剧灾害发生。开展地质灾害危险性评估，是从本质层面降低灾害带来的不良影响，地质灾害调查、估测及治理作为现下地学界关注焦点。层次分析法是一种实用性决策方式，逐步应用于地质灾害危险性评估中，获取良好的应用成效。

1 地质灾害危险性评估目的及任务

地质灾害危险性评估工作核心目的在于，对工程活动形成一定的约束，从源头减轻或杜绝地质灾害对工程建设和运营中不利影响，以免其造成严重损失，为工程有序开展提供保证，确保人民生命安全，为工程建设运营中防治地质灾害提供完整、可靠性基础数据信息。地质灾害危险性评估任务内容较多，主要包含以下几方面：一系统性勘察研究主体目标地形地貌、气象水文、地质构造等条件；二是明确地质灾害实际类型以及分布状况，并将其作为基础开展地质灾害危险性评估；三是分析现下拟建工程可能受地质灾害危险性，以及后续施工、运营中可能面临的地质灾害，并掌握其危害程度。四是地质灾害现状评估基础上，根据工程整体布局等条件，展开地质灾害危险性分区评估，并对拟建场地进行适宜性评价。五是依照被研究主体目标开展地质灾害类型、分布及危害性，结合研究区域内地质环境条件，提出行之有效的治理及预防相关对策及建议[1]。

2 地质灾害现状分析

地质灾害主要是由人为活动或自然因素引发灾害，对人民生命及财产构成威胁等灾害，如山体滑坡、崩塌、泥石流等。作为世界地质灾害严重国家之一，我国地质灾害种类繁多，且特征不尽相同，分布面积十分广泛，影响我国社会良好发展。为进一步明确地质灾害发育特征规律，需积极开展地质灾害调查和划区工作，最终成果显示其中滑坡作为灾害之首级，占据总灾害的51%，次之崩塌、不稳定斜坡等，我国地质灾害防治任务目标严峻。

（1）地质灾害种类及特征。我国地域辽阔，经纬跨度较大，地理自然环境结构复杂，构造运动强烈自身灾害种类繁多，且程度严重。同时，随着经济高速发展，人类活动范围扩大、频次增加，对地质环境保护力度不足，诱发多个地质灾害发生。现下我国地质灾害种类包含以下几方面：①滑坡。滑坡灾害主要是指构成斜坡岩石土体，处于外界影响因素下在重力作用下，沿着坡面产生一定的滑动带向下滑动，对人们生命财产构成严重威胁。滑坡作为区域内高发地质灾害之一，其整体分布面积较广、数量多及破坏性较强。滑体在滑坡发生过程中受不同干扰，土初期结构被损伤，为水径流、下渗等提供助力。旧滑坡坡面上存在的凹凸沟槽均有发育，多数老滑坡体坡脚与沟底临近，促使其长期受沟水冲刷，产生不同程度形变。老滑体主要以上下方陡，中间缓和为特征，新滑坡多为一坡到底，滑体并无显著平台。②不稳定斜坡。不稳定斜坡是自然或人为因素干扰，从而造成正处于或未来特定时间点内处于形变，进一步有效发展形成崩塌或滑坡灾害斜坡，属于一类潜在地质灾害。分析其实际构成物质，不稳定斜坡均为黄土斜坡。不稳定斜坡最后形成主要包含两种形式，即滑坡、崩塌。③泥石流。泥石流灾害是山区沟谷内，因暴雨、水库崩溃后高速径流含有大量的碎屑类物质，自身具有强有力的冲击力、破坏力，对人民生命财产构成威胁灾害。此种灾害方式核心因素是不合理开挖、弃土等。④崩塌。崩塌属于黄土区域内最普遍的地质灾害，主要是指直立裂缝分割陡坡上岩土体，岩土体整体结构缺乏充足的支撑，便会出现局部滑移或压碎现象，岩土体丧失稳定性，从母体中分离，最终通过翻滚而下堆积于坡脚。此种灾害形成核心因素在于，人们开展矿产开挖活动，对岩土体产生严重的干扰；道路工程建设中，对周围边坡开挖，影响外倾软弱地层，会影响岩土体自身结构稳定性。

（2）地质灾害形成机制。地质灾害形成机制主要从三个方面阐述：首先，地形地貌条件。产生地质灾害核心因素为地形整体十分陡，且是出现地质灾害基本条件，如崩塌、泥石流等，处于地形高差较大条件下，坡度越陡发生严重的下滑。其次，地层岩性条件。地质灾害形成核心物质便是岩体，其对灾害发展具有约束作用。由于岩土整体构造、类型等特性不尽相同，其发育程度不一。最后，地质构造条件。部分地区内断裂、节理较为发育，一定程度破坏岩体结构完整性，加剧岩石风化，影响其自身抗剪能力，增加地质灾害发生风险。由于节理、断裂面易风化，容易渗入地下水，一般崩塌滑坡滑动面和分割面为软弱结构面。

3 层次分析法在地质灾害危险性评估中的应用

3.1 地质灾害危险性定性评估

我国不同区域内地形地貌、气候差异性较大，地质灾害对我国危害十分凸显，对其危险性进行评估十分关键，是保证人民生命安全重要举措。针对地质灾害危险评估中国家具有明确要求，其评估实际分级分区需依照地质条件复杂程度。一般危险性分级确定要素包含两大模块，即地质灾害发育程度、危害程度。危险性评估需从两方面分析：一方面，现状评估。需利用专用工具，选取合理的评估方式对目标主体区域内已发生或潜在地质灾害形成条件、分布类型等进行明确，对其稳定性发育程度进行初步评价。针对现下已经发生地质灾害评估，需结合其类别、严重性等进行定性分析。另一方面，预测评估。预测评估作为工程建设受地质灾害干扰风险，对其进行定性估测，以及工程建设完成后运营引发后加剧灾害危险性，该过程中主要以建筑物类型、规模等进行分析，对可能产生的建筑物、地质环境进行科学化评估。表1为地质灾害危险性分级表。

表1 地质灾害危险性分级表

3.2 地质灾害危险性定量评估

为进一步实现地质灾害危险性定量评估，根据地质灾害发育特征、干扰因素等，利用层次分析法，实现量化评估分析，对地质灾害进行危险性评估。层次分析法应用基本原理为，以研究主体目标为核心，将总体现象中各方面要素，将其划分为多层级具有较强联系性层次，促使其更具有序化、条理化。首先，主要是根据各要素间关联性，以一定层次基准进行组合，构建完整的多层次模型；其次，对客观现象展开主观判定，逐一完成各层次重要性量化分析；最后，选取数学方式明确逐层中因素相对重要性次序数值。层次分析法应用于地质灾害危险性评估中，其拥有以下几方面优势：应用原理简单化、层次明晰、成果精准，适用性较强；指标等级划分精细，可呈现权重作用；对初期数据不做加工处理，可充分显示评价结果实际性和合理性。下面主要以泥石流、不稳定斜坡为例进行定量评估分析。

（1）泥石流危险性定量评估。评价因子及同一层次相对权重确定：泥石流作为常见地质灾害，其形成原理具有一定的复杂性，适用于其危险性评估因子较多，且处于不同区域内指标响应程度不尽相同。按照现下多个区域内泥石流发育特征、现状评估结果显示，最终选取指标共计11个，包含主沟纵坡比、流域相对高差、山坡平均坡度、岩性条件等。依照我国相关规程，判定泥石流沟泥沙沿程补给长度比等15项影响因素，并逐一对各影响因素进行量化评定说明。所以处于同一层次评价因子相对权重确定方式为，按照实际调研灾害特征，进行整体性评估打分，最终获得分数与对应影响因素比值，便为该因子相对权重数值。

构建系统层次结构：结合初期地质灾害评估实际目的、任务目标，确定泥石流灾害危险性评估为整体总目标，精准获取泥石流形成必要因素，将其作为层次结构的准则层，指标层主要为影响因子，构建完整的层次结构模型。构造判断矩阵：泥石流危险性评估过程中，连同选取多个影响因子评价，此类因子实际相对重要性存在差异性，即权值不同。利用层次分析法明确评估因子实际权值，将其以内在关联性进行配置，构建完整性结构模型。层次单排序及一致性验证：应将上述判定矩阵向量进行几何平均，并通过归一化处理，最终获取行向量便为权重向量。层次分析法主要依托人们自身主观判定，并对其进行一系列处理，循序渐进将主观性去除，实现成果描述客观化。该目标成功与否，与客观成分处于合理化程度密切相关，客观事物自身具有较强的复杂性，对判断矩阵需进行统一性验证是重要内容。

（2）不稳定斜坡危险性定量评估。实际状况下影响斜坡稳定性众多，如地形地貌、水文、气象等，针对特定工程部分参数基本相同，但针对局部小范围内，根据现场调查资料掌握实际状况，其主要以人类活动开挖形成的土质边坡。其危险性评估选取因子包含坡度、地震、地层岩性及人类活动。应按照活动区域内实际状况，遵循因子量化原则，每一项指标可划分为4个危险级别，并提供相应的实际分值，综合性考量不同因子对边坡稳定性影响因素，为其各方面评估因子赋予相应的权重。

3.3 地质灾害危险性综合评估及区划

定性、定量两种实际评估方法，最终实践数据显示结果实现统一化，评价结果具有较强的可靠性，也侧面显示应用层次分析法，对现下地质灾害危险性评估可行性较高。可综合性分析上述两种地质灾害危险性评估结果，考量地质环境差异性，以及潜在地质灾害整体分布特征等不同。按照上述分区、评估方式及原则，依照其危险性大小，将其危险程度划分为三个区域，即危险性大区、中等区、危险性小区。

3.4 建设场地适宜性分区评估及防治措施

3.4.1 建设场地适宜性评估基本原则

建设场地适宜性评估，主要划分为多种形式，其不同级别评估原则不尽相同，通常针对地质危害较大区域内，基本不设计防治工程，其土地适宜性为适宜；危险性中等，可选取工程措施予以处理，土地适宜性为基本适宜；地质灾害危险性大，防治工程难度较大，整体费用较高，土地适宜性不佳。其实际分级见表2。

表2 建设场地适宜性分级表

3.4.2 地质灾害防治措施

地质灾害防治主要是选取合理化评估方式，对不良地质进行系统性分析评估，通过有效的地质工程技术措施，变更此类地质灾害形成过程，从而实现杜绝或防止灾害发生目的。地质灾害防治工作开展，主要以预防为核心目标，实现统筹规划、综合治理为主。常见地质灾害中发生频次较高的为滑坡、泥石流及崩塌，下面主要针对该三种不良地质展开防治。

（1）崩塌。①针对中小型崩塌可根据实际状况，设置拦截建筑物，如落石平台、拦石墙等；②支撑与坡面防护。支撑针对上悬于上方、可能坠落相关高危岩石进行支撑加固，对其进行处理。针对危险块连体片分布，且内部存在软弱夹层结构面危岩区域，需将其部分松动块体进行清除，建设相应的支撑墙体予以保护。③锚固。针对多种类型高危岩石结构易出现崩塌，可选取预应力锚索予以加固，以免出现崩塌。④软基加固。保护和加固软基，作为崩塌防治中核心内容，在其特定范围内喷射泥浆护壁，可有效避免其进一步风化，增强软基自身强度，应依照其实际深度开展支撑方式进行加固。

（2）滑坡灾害防治。①减重与加载。利用去除一定重量或加载方式，进一步变更滑体自身力学平衡条件，也可实现治理滑坡目标。但此种防治措施仅在抗滑地段进行加载，主滑地段或牵引段减重方可具有良好的成效。若滑坡自身以推动式为滑动方式，且滑动面呈现为上陡下缓形式，选取主动滑动和减重方式实现治理滑坡作用。加载主要是指位于滑坡前方布设相应的填方压脚，增强抗滑段实际抗滑能力，其实际加载之前也应进行精准性计算，方可实现稳固滑坡目标。②抗滑挡土墙。抗滑挡土墙自身成效较佳，作为最直接、最有效的抗滑方式，在中小型滑坡中具有良好的应用成效。布设抗滑挡土墙需明确其实际滑动范围、方向及大小，反之会导致挡墙发生形变。

（3）泥石流。泥石流多见于山区，带有大量砂碎屑物质短暂性急水流，其固态含量有时会超过水量。针对泥石流地质灾害而言，其主要特征为突发性、来势凶猛、历经时间短暂，对人民生命及财产安全构成严重威胁。防治泥石流灾害最直接、最有效方式便为工程防治，针对危险性较高、严重的泥石流沟，需联合选取生物、工程防治予以解决。泥石流实际防治过程中，应遵循一定的原则实施，立足整体规划层面强调重点，根据泥水流实际发生条件、活动特征等，综合性制定防治策略；以预防为主，始终坚持防治结合；选取工程措施的同时，应与生物等措施联合应用，如此可保证防治成效可靠性及安全性。泥石流自身防治工程内容较多，如跨越、防护、排导工程等，其中排导工程十分常见，其主要利用现下存在天然沟渠，亦或人工开挖形成的沟槽，主要包含排导槽等，此种工程整体结构简单，施工周期短，经济性优良等特征。针对泥石流防治措施，通常单一性选取工程最终成效不佳，需联合多种举措形成合力予以治理，常见包含拦排工程。多种工程配合应用，相较于单一性应用更具有效性、合理性。

4 实际案例分析

4.1 项目概况分析

某项目为铁路网中一段，全长为25.755km，该路段主要位于黄土高原，沿线多为低中山区域。线路历经多为黄土覆盖，沟壁陡立，地形整体结构十分复杂。地层岩性复杂，地下以砂、页岩为主，并存在煤系地层分布，降雨以季节性周期为主，人类工程活动频次较高。根据地质调查实际状况，查明地质灾害点共计18处，主要类型包含崩塌、地面塌陷、裂缝等，其相关类型及统计见表3。

表3 地质灾害类型及灾情统计表

4.2 层次分析法实际应用

（1）评估步骤。首先，建立层次结构。根据该项目实际状况，其评估最高目标为地质灾害发生危险性，针对该项目所处实际区域内地形地貌、地质条件等进行分析，加之人工活动频繁，增加地质灾害发生风险。选取该区域内出现频次较高的四种类型地质灾害，将其作为一级目标，最底层目标选取各类影响灾害因素，如岩体结构、降雨强度、人类活动影响。为保证层次结构明晰性，将该区域内实际路段进行划分，一共划分为12段。其次，构造判定矩阵。矩阵构建主要为明晰表达各层次要素实际相对重要程度。最后，一致性验证和危险性评估。根据该项目实际状况，为衡量其自身不一致性，需选取有效的一致性指标。当其指标不超过0.1，矩阵具有较高的一致性，反之为不通过。危险性评估主要需构建完整的影响因素特征指数划分表，根据实际项目状况，完成模型计算权值，将各因素予以叠加，形成最终评估实际结果。

（2）单灾种危险性评估。针对影响灾害种类发育各方面因素，按照其实际影响程度大小，将其划分等级，并赋予相应的指数。譬如降雨因子，研究区域内全年降水量多集中于6-9月，降水强度较大，周期较短，该阶段是灾害频发时期，所以对该区域内多年均降雨量划分级别。表4为拟建南段地质灾害危险性分段指数表。

表4 拟建铁路南段地质灾害危险性分段指数表

（3）研究区地质灾害危险性评估。根据单个灾害种类判定矩阵构建要求及环节，完成该区域内南段评估，其主要区域内分析因子为单灾，按照实际计算结果将危险性划分为3个等级。危险性较大区域内超过0.6，危险性中区域处于0.6-0.4，危险性较小区域内不超过0.4。对研究区域内实际分区如下：危险性较大区域内分布于5、6、8、9号路段，共计长度为1400m，在整个南段占比最大，约为38.22%；危险性中区域内分布于3、4、7、11号路段，其长度为1250m，占总南段为34.13%；危险性小区域内主要包含1、2、12号路段，占南段总长27.65%。

5 结语

层次分析法凭借自身优势，应用于地质灾害评估中，获取良好的应用成效。由于地质灾害形成机制复杂，各因子在不同区域内响应不同，即便评价因子完整、权重合理，均存在一定的人为性，需积极探索其实际数学模型，促使评价最终结果吻合实际状况，增强层次分析法应用有效性。