層次分析法在地質災害危險性評估中的應用

王麗俊

（江蘇省地質礦產局第二地質大隊，江蘇 常州 213022）

我國地域遼闊，地形地貌形態不一，尤其針對近年來人類活動頻次增加，加劇災害發生。開展地質災害危險性評估，是從本質層面降低災害帶來的不良影響，地質災害調查、估測及治理作為現下地學界關注焦點。層次分析法是一種實用性決策方式，逐步應用于地質災害危險性評估中，獲取良好的應用成效。

1 地質災害危險性評估目的及任務

地質災害危險性評估工作核心目的在于，對工程活動形成一定的約束，從源頭減輕或杜絕地質災害對工程建設和運營中不利影響，以免其造成嚴重損失，為工程有序開展提供保證，確保人民生命安全，為工程建設運營中防治地質災害提供完整、可靠性基礎數據信息。地質災害危險性評估任務內容較多，主要包含以下幾方面：一系統性勘察研究主體目標地形地貌、氣象水文、地質構造等條件；二是明確地質災害實際類型以及分布狀況，并將其作為基礎開展地質災害危險性評估；三是分析現下擬建工程可能受地質災害危險性，以及后續施工、運營中可能面臨的地質災害，并掌握其危害程度。四是地質災害現狀評估基礎上，根據工程整體布局等條件，展開地質災害危險性分區評估，并對擬建場地進行適宜性評價。五是依照被研究主體目標開展地質災害類型、分布及危害性，結合研究區域內地質環境條件，提出行之有效的治理及預防相關對策及建議[1]。

2 地質災害現狀分析

地質災害主要是由人為活動或自然因素引發災害，對人民生命及財產構成威脅等災害，如山體滑坡、崩塌、泥石流等。作為世界地質災害嚴重國家之一，我國地質災害種類繁多，且特征不盡相同，分布面積十分廣泛，影響我國社會良好發展。為進一步明確地質災害發育特征規律，需積極開展地質災害調查和劃區工作，最終成果顯示其中滑坡作為災害之首級，占據總災害的51%，次之崩塌、不穩定斜坡等，我國地質災害防治任務目標嚴峻。

（1）地質災害種類及特征。我國地域遼闊，經緯跨度較大，地理自然環境結構復雜，構造運動強烈自身災害種類繁多，且程度嚴重。同時，隨著經濟高速發展，人類活動范圍擴大、頻次增加，對地質環境保護力度不足，誘發多個地質災害發生?，F下我國地質災害種類包含以下幾方面：①滑坡?；聻暮χ饕侵笜嫵尚逼聨r石土體，處于外界影響因素下在重力作用下，沿著坡面產生一定的滑動帶向下滑動，對人們生命財產構成嚴重威脅?；伦鳛閰^域內高發地質災害之一，其整體分布面積較廣、數量多及破壞性較強?；w在滑坡發生過程中受不同干擾，土初期結構被損傷，為水徑流、下滲等提供助力。舊滑坡坡面上存在的凹凸溝槽均有發育，多數老滑坡體坡腳與溝底臨近，促使其長期受溝水沖刷，產生不同程度形變。老滑體主要以上下方陡，中間緩和為特征，新滑坡多為一坡到底，滑體并無顯著平臺。②不穩定斜坡。不穩定斜坡是自然或人為因素干擾，從而造成正處于或未來特定時間點內處于形變，進一步有效發展形成崩塌或滑坡災害斜坡，屬于一類潛在地質災害。分析其實際構成物質，不穩定斜坡均為黃土斜坡。不穩定斜坡最后形成主要包含兩種形式，即滑坡、崩塌。③泥石流。泥石流災害是山區溝谷內，因暴雨、水庫崩潰后高速徑流含有大量的碎屑類物質，自身具有強有力的沖擊力、破壞力，對人民生命財產構成威脅災害。此種災害方式核心因素是不合理開挖、棄土等。④崩塌。崩塌屬于黃土區域內最普遍的地質災害，主要是指直立裂縫分割陡坡上巖土體，巖土體整體結構缺乏充足的支撐，便會出現局部滑移或壓碎現象，巖土體喪失穩定性，從母體中分離，最終通過翻滾而下堆積于坡腳。此種災害形成核心因素在于，人們開展礦產開挖活動，對巖土體產生嚴重的干擾；道路工程建設中，對周圍邊坡開挖，影響外傾軟弱地層，會影響巖土體自身結構穩定性。

（2）地質災害形成機制。地質災害形成機制主要從三個方面闡述：首先，地形地貌條件。產生地質災害核心因素為地形整體十分陡，且是出現地質災害基本條件，如崩塌、泥石流等，處于地形高差較大條件下，坡度越陡發生嚴重的下滑。其次，地層巖性條件。地質災害形成核心物質便是巖體，其對災害發展具有約束作用。由于巖土整體構造、類型等特性不盡相同，其發育程度不一。最后，地質構造條件。部分地區內斷裂、節理較為發育，一定程度破壞巖體結構完整性，加劇巖石風化，影響其自身抗剪能力，增加地質災害發生風險。由于節理、斷裂面易風化，容易滲入地下水，一般崩塌滑坡滑動面和分割面為軟弱結構面。

3 層次分析法在地質災害危險性評估中的應用

3.1 地質災害危險性定性評估

我國不同區域內地形地貌、氣候差異性較大，地質災害對我國危害十分凸顯，對其危險性進行評估十分關鍵，是保證人民生命安全重要舉措。針對地質災害危險評估中國家具有明確要求，其評估實際分級分區需依照地質條件復雜程度。一般危險性分級確定要素包含兩大模塊，即地質災害發育程度、危害程度。危險性評估需從兩方面分析：一方面，現狀評估。需利用專用工具，選取合理的評估方式對目標主體區域內已發生或潛在地質災害形成條件、分布類型等進行明確，對其穩定性發育程度進行初步評價。針對現下已經發生地質災害評估，需結合其類別、嚴重性等進行定性分析。另一方面，預測評估。預測評估作為工程建設受地質災害干擾風險，對其進行定性估測，以及工程建設完成后運營引發后加劇災害危險性，該過程中主要以建筑物類型、規模等進行分析，對可能產生的建筑物、地質環境進行科學化評估。表1為地質災害危險性分級表。

表1 地質災害危險性分級表

3.2 地質災害危險性定量評估

為進一步實現地質災害危險性定量評估，根據地質災害發育特征、干擾因素等，利用層次分析法，實現量化評估分析，對地質災害進行危險性評估。層次分析法應用基本原理為，以研究主體目標為核心，將總體現象中各方面要素，將其劃分為多層級具有較強聯系性層次，促使其更具有序化、條理化。首先，主要是根據各要素間關聯性，以一定層次基準進行組合，構建完整的多層次模型；其次，對客觀現象展開主觀判定，逐一完成各層次重要性量化分析；最后，選取數學方式明確逐層中因素相對重要性次序數值。層次分析法應用于地質災害危險性評估中，其擁有以下幾方面優勢：應用原理簡單化、層次明晰、成果精準，適用性較強；指標等級劃分精細，可呈現權重作用；對初期數據不做加工處理，可充分顯示評價結果實際性和合理性。下面主要以泥石流、不穩定斜坡為例進行定量評估分析。

（1）泥石流危險性定量評估。評價因子及同一層次相對權重確定：泥石流作為常見地質災害，其形成原理具有一定的復雜性，適用于其危險性評估因子較多，且處于不同區域內指標響應程度不盡相同。按照現下多個區域內泥石流發育特征、現狀評估結果顯示，最終選取指標共計11個，包含主溝縱坡比、流域相對高差、山坡平均坡度、巖性條件等。依照我國相關規程，判定泥石流溝泥沙沿程補給長度比等15項影響因素，并逐一對各影響因素進行量化評定說明。所以處于同一層次評價因子相對權重確定方式為，按照實際調研災害特征，進行整體性評估打分，最終獲得分數與對應影響因素比值，便為該因子相對權重數值。

構建系統層次結構：結合初期地質災害評估實際目的、任務目標，確定泥石流災害危險性評估為整體總目標，精準獲取泥石流形成必要因素，將其作為層次結構的準則層，指標層主要為影響因子，構建完整的層次結構模型。構造判斷矩陣：泥石流危險性評估過程中，連同選取多個影響因子評價，此類因子實際相對重要性存在差異性，即權值不同。利用層次分析法明確評估因子實際權值，將其以內在關聯性進行配置，構建完整性結構模型。層次單排序及一致性驗證：應將上述判定矩陣向量進行幾何平均，并通過歸一化處理，最終獲取行向量便為權重向量。層次分析法主要依托人們自身主觀判定，并對其進行一系列處理，循序漸進將主觀性去除，實現成果描述客觀化。該目標成功與否，與客觀成分處于合理化程度密切相關，客觀事物自身具有較強的復雜性，對判斷矩陣需進行統一性驗證是重要內容。

（2）不穩定斜坡危險性定量評估。實際狀況下影響斜坡穩定性眾多，如地形地貌、水文、氣象等，針對特定工程部分參數基本相同，但針對局部小范圍內，根據現場調查資料掌握實際狀況，其主要以人類活動開挖形成的土質邊坡。其危險性評估選取因子包含坡度、地震、地層巖性及人類活動。應按照活動區域內實際狀況，遵循因子量化原則，每一項指標可劃分為4個危險級別，并提供相應的實際分值，綜合性考量不同因子對邊坡穩定性影響因素，為其各方面評估因子賦予相應的權重。

3.3 地質災害危險性綜合評估及區劃

定性、定量兩種實際評估方法，最終實踐數據顯示結果實現統一化，評價結果具有較強的可靠性，也側面顯示應用層次分析法，對現下地質災害危險性評估可行性較高。可綜合性分析上述兩種地質災害危險性評估結果，考量地質環境差異性，以及潛在地質災害整體分布特征等不同。按照上述分區、評估方式及原則，依照其危險性大小，將其危險程度劃分為三個區域，即危險性大區、中等區、危險性小區。

3.4 建設場地適宜性分區評估及防治措施

3.4.1 建設場地適宜性評估基本原則

建設場地適宜性評估，主要劃分為多種形式，其不同級別評估原則不盡相同，通常針對地質危害較大區域內，基本不設計防治工程，其土地適宜性為適宜；危險性中等，可選取工程措施予以處理，土地適宜性為基本適宜；地質災害危險性大，防治工程難度較大，整體費用較高，土地適宜性不佳。其實際分級見表2。

表2 建設場地適宜性分級表

3.4.2 地質災害防治措施

地質災害防治主要是選取合理化評估方式，對不良地質進行系統性分析評估，通過有效的地質工程技術措施，變更此類地質災害形成過程，從而實現杜絕或防止災害發生目的。地質災害防治工作開展，主要以預防為核心目標，實現統籌規劃、綜合治理為主。常見地質災害中發生頻次較高的為滑坡、泥石流及崩塌，下面主要針對該三種不良地質展開防治。

（1）崩塌。①針對中小型崩塌可根據實際狀況，設置攔截建筑物，如落石平臺、攔石墻等；②支撐與坡面防護。支撐針對上懸于上方、可能墜落相關高危巖石進行支撐加固，對其進行處理。針對危險塊連體片分布，且內部存在軟弱夾層結構面危巖區域，需將其部分松動塊體進行清除，建設相應的支撐墻體予以保護。③錨固。針對多種類型高危巖石結構易出現崩塌，可選取預應力錨索予以加固，以免出現崩塌。④軟基加固。保護和加固軟基，作為崩塌防治中核心內容，在其特定范圍內噴射泥漿護壁，可有效避免其進一步風化，增強軟基自身強度，應依照其實際深度開展支撐方式進行加固。

（2）滑坡災害防治。①減重與加載。利用去除一定重量或加載方式，進一步變更滑體自身力學平衡條件，也可實現治理滑坡目標。但此種防治措施僅在抗滑地段進行加載，主滑地段或牽引段減重方可具有良好的成效。若滑坡自身以推動式為滑動方式，且滑動面呈現為上陡下緩形式，選取主動滑動和減重方式實現治理滑坡作用。加載主要是指位于滑坡前方布設相應的填方壓腳，增強抗滑段實際抗滑能力，其實際加載之前也應進行精準性計算，方可實現穩固滑坡目標。②抗滑擋土墻。抗滑擋土墻自身成效較佳，作為最直接、最有效的抗滑方式，在中小型滑坡中具有良好的應用成效。布設抗滑擋土墻需明確其實際滑動范圍、方向及大小，反之會導致擋墻發生形變。

（3）泥石流。泥石流多見于山區，帶有大量砂碎屑物質短暫性急水流，其固態含量有時會超過水量。針對泥石流地質災害而言，其主要特征為突發性、來勢兇猛、歷經時間短暫，對人民生命及財產安全構成嚴重威脅。防治泥石流災害最直接、最有效方式便為工程防治，針對危險性較高、嚴重的泥石流溝，需聯合選取生物、工程防治予以解決。泥石流實際防治過程中，應遵循一定的原則實施，立足整體規劃層面強調重點，根據泥水流實際發生條件、活動特征等，綜合性制定防治策略；以預防為主，始終堅持防治結合；選取工程措施的同時，應與生物等措施聯合應用，如此可保證防治成效可靠性及安全性。泥石流自身防治工程內容較多，如跨越、防護、排導工程等，其中排導工程十分常見，其主要利用現下存在天然溝渠，亦或人工開挖形成的溝槽，主要包含排導槽等，此種工程整體結構簡單，施工周期短，經濟性優良等特征。針對泥石流防治措施，通常單一性選取工程最終成效不佳，需聯合多種舉措形成合力予以治理，常見包含攔排工程。多種工程配合應用，相較于單一性應用更具有效性、合理性。

4 實際案例分析

4.1 項目概況分析

某項目為鐵路網中一段，全長為25.755km，該路段主要位于黃土高原，沿線多為低中山區域。線路歷經多為黃土覆蓋，溝壁陡立，地形整體結構十分復雜。地層巖性復雜，地下以砂、頁巖為主，并存在煤系地層分布，降雨以季節性周期為主，人類工程活動頻次較高。根據地質調查實際狀況，查明地質災害點共計18處，主要類型包含崩塌、地面塌陷、裂縫等，其相關類型及統計見表3。

表3 地質災害類型及災情統計表

4.2 層次分析法實際應用

（1）評估步驟。首先，建立層次結構。根據該項目實際狀況，其評估最高目標為地質災害發生危險性，針對該項目所處實際區域內地形地貌、地質條件等進行分析，加之人工活動頻繁，增加地質災害發生風險。選取該區域內出現頻次較高的四種類型地質災害，將其作為一級目標，最底層目標選取各類影響災害因素，如巖體結構、降雨強度、人類活動影響。為保證層次結構明晰性，將該區域內實際路段進行劃分，一共劃分為12段。其次，構造判定矩陣。矩陣構建主要為明晰表達各層次要素實際相對重要程度。最后，一致性驗證和危險性評估。根據該項目實際狀況，為衡量其自身不一致性，需選取有效的一致性指標。當其指標不超過0.1，矩陣具有較高的一致性，反之為不通過。危險性評估主要需構建完整的影響因素特征指數劃分表，根據實際項目狀況，完成模型計算權值，將各因素予以疊加，形成最終評估實際結果。

（2）單災種危險性評估。針對影響災害種類發育各方面因素，按照其實際影響程度大小，將其劃分等級，并賦予相應的指數。譬如降雨因子，研究區域內全年降水量多集中于6-9月，降水強度較大，周期較短，該階段是災害頻發時期，所以對該區域內多年均降雨量劃分級別。表4為擬建南段地質災害危險性分段指數表。

表4 擬建鐵路南段地質災害危險性分段指數表

（3）研究區地質災害危險性評估。根據單個災害種類判定矩陣構建要求及環節，完成該區域內南段評估，其主要區域內分析因子為單災，按照實際計算結果將危險性劃分為3個等級。危險性較大區域內超過0.6，危險性中區域處于0.6-0.4，危險性較小區域內不超過0.4。對研究區域內實際分區如下：危險性較大區域內分布于5、6、8、9號路段，共計長度為1400m，在整個南段占比最大，約為38.22%；危險性中區域內分布于3、4、7、11號路段，其長度為1250m，占總南段為34.13%；危險性小區域內主要包含1、2、12號路段，占南段總長27.65%。

5 結語

層次分析法憑借自身優勢，應用于地質災害評估中，獲取良好的應用成效。由于地質災害形成機制復雜，各因子在不同區域內響應不同，即便評價因子完整、權重合理，均存在一定的人為性，需積極探索其實際數學模型，促使評價最終結果吻合實際狀況，增強層次分析法應用有效性。