基于安全系統工程的滑坡災害研究與分析

王文鑫 姚 璐

（華北科技學院 安全工程學院，河北 三河065201）

1 概述

滑坡災害是最常見的地質災害之一。山體面積占我國總面積的66.6%[1], 隨著地殼運動加劇以及人類工程活動范圍擴大，滑坡等地質災害頻發。一方面由于山體地質結構錯綜復雜，若受地震的影響[2]，內部結構遭到破壞更易導致滑坡；另一方面，由于人工活動導致森林等植被覆蓋率降低，一旦遭受強降雨情況，極易形成滑坡災害，它會以崩塌、阻塞等形式對人工設施進行破壞，甚至人員傷亡。

山體滑坡具有突發性、急速性、難預測性，災害一旦發生會產生不可逆的后果，人員難生還，設施難恢復。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害預防是迫切需要的。目前外對滑坡災害有很多研究和分析的方法，其中GPS[4]、全站儀等遙感技術和WSN 傳感技術[5]對滑坡的檢測和監控最為流行。但由于滑坡自身特點的局限性，現在還不可能通過技術手段完全對滑坡災害進行預防和避免。

因此，在通過研究滑坡時位置高度、山體坡度、水量等關系，分析了大量國內外滑坡的空間分布情況得出了降雨、土質、地形以及人工因素為最主要的滑坡影響因素[6]?；诖耍瑧冒踩到y工程[7]對滑坡進行定性與定量分析和研究是一種有針對性的分析方法。

2 滑坡災害危險源分析

2.1 地質因素

在滑坡災害中地質因素可以分為地質構造和地層巖性。地層巖性是發生滑坡的主要因素，在巖土層中具有受水構造、聚水條件和軟弱面等條件，才可能產生滑坡。對于黃土、粘土、泥巖、頁巖等結構松散、抗剪強度和風化能力弱的巖土類型,在降雨條件下地層巖性極易發生改變，導致滑坡的形成。巖體的構造對山體的穩定影響很大。當斜坡上的巖體、土體被構造面切割分離后處于不連續的狀態時，出現傾斜和層間錯動，若受到降雨和長期風化，會增加滑坡產生的可能。

2.2 斜坡體幾何因素

滑坡災害多發生在山區，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，對目標物塊的沖擊距離進行分析，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）

根據實驗可得出：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，不穩定巖體極易形成滑坡災害，其破壞力也越大。

當高度保持不變時，隨著與水平面的角度增大（90°），重力的分力越大，沿運動方向的合力增大，加速度和和速度都增大。當坡度增大時斜坡沿坡面的分力也變大，進而增強不穩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鍵因素。水文因素作為最重要的外部誘發因素之一，通常包含地上水和地下水。在山體中地表水的下滲會導致坡體加重，從而使坡體內部的抗剪強度降低。在滑坡的形成過程中，坡體內部的地下水位變化會使得巖體和土體強度變化，導致靜水壓、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定結構從而導致坡體不穩定加劇。

3 風險定性與定量分析

3.1 滑坡災害定性分析

根據滑坡災害發生機理和因素，采用事件樹分析（ETA），事件樹分析是安全系統工程中的重要分析法，它是一種從原因到結果的分析法，定性的分析滑坡災害發生的可能性和嚴重性。根據上述分析，滑坡災害形成的必要條件有：地質因素（地質構造和地層巖性）、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 滑坡災害產生因素機理圖

3.2 滑坡災害定量分析

3.2.1 地質因素，對于地質因素分析中土質因素占主導地位，在土質工程分類時一般分為八大類。根據土質的性質，土質的粘性越小越容易滑動，當土質的吸水率越大，其重力勢能就變大。土質和土量進行賦值：土質Ⅰ、Ⅱ，Ⅲ、Ⅳ，Ⅴ、Ⅵ，Ⅶ、Ⅷ分別賦值為4、3、2、1。根據土質厚度與體積：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。

根據地質因素中土質級別和土量賦值用乘法得到1、2、3、4、6、8、9、12、16，根據數值從小到大依次兩兩一組進行賦值，共分為5 組，地質因素賦值分別為1、2、3、4、5。

3.2.2 斜坡體幾何因素。根據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生的后果進行賦值：當高度落差小于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 根據數值從小到大依次兩兩為一組進行賦值，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“氣象災害信號發布和傳播辦法”[8]中將暴雨預警信號分為了4 個級別，分別為藍色、黃色、橙色、紅色。對此，根據降雨對水文因素賦值進行賦值：雨量未及預警信號值、藍色、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致邊坡結構破壞，自然排水系統的破壞等，根據滑坡災害所造成的人員傷亡和設施設備損壞以及直接財產損失為依據，將災害所導致的事故進行賦值：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 災害危險等級評定

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

4 應對措施

4.1 首先政府和相關部門應該對有關山區進行全面勘測和及時排查，尤其是滑坡多發地。有關部門應投入更大的物力、人力采取更先進的滑坡監測設備，對重點地區更要做到重點監控。需要密切關注降雨情況，提前做好準備措施。做到重點布控，重點監測。

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

4.3 對于滑坡災害的基本知識進行更大范圍的宣傳和教育，尤其是重點山區的人員。讓居民可以有基本的判斷滑坡災害產生的可能性和嚴重性，提高人們的防護意識。

4.4 相關的工程活動中，相關部門應嚴格把關和監測，以免由于過度開挖造成滑坡，政府需要做好相關的調控工作。不僅如此，還需要做好滑坡產生后的應急救援工作，把人員和財產的損失降到最低。

5 結論

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

其次，對四種因素分別進行細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值。利用數值進行危險等級的評定，可以很直觀的了解到災害發生與各因素的相關度，為預防災害提供了方向，使對滑坡災害采取預防和治理措施更有針對性和有效性。