不同影響因子對地震滑坡的貢獻率分析

武增琳 唐亞周 孟 強

(三峽大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

不同影響因子對地震滑坡的貢獻率分析

武增琳 唐亞周 孟 強

(三峽大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

根據(jù)汶川地震滑坡數(shù)據(jù)資料，并運用貢獻率分析法，以滑坡數(shù)量、長度、面積及體積為發(fā)育指標，探討了地層傾角、高差、坡度等因素對滑坡發(fā)育的貢獻率，對山區(qū)滑坡危險性評估和滑坡災(zāi)害的防治具有現(xiàn)實意義。

地震滑坡，貢獻率，地層傾角，高差，坡度

0 引言

在強烈的地震作用下，經(jīng)常誘發(fā)大量的滑坡災(zāi)害，研究地震滑坡的分布狀況與地質(zhì)及地形條件的關(guān)系，有利于分析滑坡的形成機理和分布規(guī)律。

喬建平等[1,2]采用貢獻率法研究了三峽水庫區(qū)云陽—巫山地段高差、坡度、坡向?qū)掳l(fā)育的貢獻率。郭果等[3]發(fā)現(xiàn)滑坡的坡度分布具有正態(tài)分布特征及不同坡度區(qū)間內(nèi)滑坡發(fā)育概率。許沖[4]分析了地震滑坡與高程、地震參數(shù)等環(huán)境因子的關(guān)系。王章瓊等[5]研究了地形坡度對鄂渝地區(qū)水庫型堆積層滑坡的貢獻率。田穎穎等[6]統(tǒng)計了這些滑坡的發(fā)生高程、坡度等6類地形、地質(zhì)與地震特征參數(shù)的分布特征。于文靜等[7]基于Logistic回歸順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定預(yù)測模型，對順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性及評價因子進行了定量分析。本文以汶川地震滑坡的調(diào)查資料為基礎(chǔ)，基于貢獻率法，以滑坡數(shù)量、滑坡長度、滑坡面積及滑坡體積為發(fā)育指標，分析地層傾角、原始高差和原始坡度對地震滑坡的貢獻率。

1 滑坡貢獻率因素分類

將汶川地震中綿陽地區(qū)1 100余處滑坡地質(zhì)建立滑坡數(shù)據(jù)庫，每個滑坡都有詳細的地形和地質(zhì)資料。為定量評價不同滑坡貢獻率影響因素與滑坡發(fā)育之間的關(guān)系，將滑坡的地層傾角、原始高差、原始坡度劃分為7個區(qū)間，如表1所示。

貢獻率分析法是一種處理信息數(shù)據(jù)的方法，具有樣本分類與系統(tǒng)因素分析的功能，采用該方法可以直觀評價地層傾角、原始高差和原始坡度對地震滑坡發(fā)育作用的影響大小，反映與地震滑坡的內(nèi)在聯(lián)系。

2 滑坡影響因子的貢獻率

2.1 滑坡數(shù)量貢獻率

根據(jù)不同地層傾角、原始高差、原始坡度區(qū)間發(fā)生的滑坡數(shù)量，計算三個因素對滑坡數(shù)量的貢獻率。

Qi1=ni/Ni

(1)

其中，Qi1為貢獻率影響因素區(qū)間對滑坡數(shù)量的貢獻率；ni為各區(qū)間的滑坡發(fā)育數(shù)量統(tǒng)計；Ni為該影響因素各個區(qū)間統(tǒng)計指標的總和。由式(1)計算得出不同地層傾角的滑坡數(shù)量貢獻率Qα1的大小為：

(2)

其中，Qα1(α1)，…，Qα1(α7)分別為不同地層傾角的滑坡數(shù)量貢獻率。

表1 滑坡貢獻率影響因素區(qū)間分類

同理，原始高差的滑坡數(shù)量貢獻率Qh1的大小為：

(3)

其中，Qh1(h1)，…，Qh1(h7)分別為不同原始高差的滑坡數(shù)量貢獻率。

(4)

其中，Qβ1(β1)，…，Qβ1(β7)分別為不同原始坡度的滑坡數(shù)量貢獻率。

從圖1可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)?shù)貙觾A角為30°～50°、原始高差為50 m～200 m、原始坡度為30°～50°時，發(fā)生滑坡的概率相對較大。地層傾角和原始坡度在20°～40°之間時，隨著地層傾角和原始坡度的增加，發(fā)生滑坡的概率急劇增大。

2.2 滑坡長度、面積及體積貢獻率

利用式(1)，可以得出各因素不同區(qū)間與滑坡長度、面積及體積的貢獻率曲線，如圖2～圖4所示。

由圖2可知，地層傾角為30°～50°、原始高差為50 m～200 m、原始坡度為30°～50°時，滑坡的長度較大，且易引起較大距離的滑坡運動。

由圖3可知，地層傾角為30°～50°、原始高差為100 m～200 m、原始坡度為30°～50°時，滑坡面積較大。地層傾角在30°～40°、原始坡度在30°～40°時，引起較大面積滑坡運動的概率急劇增大。

由圖4可知，地層傾角為20°～50°、原始高差為100 m～200 m、原始坡度為30°～40°時，易發(fā)生規(guī)模較大的滑坡。原始坡度在30°～40°時引起較大規(guī)模滑坡運動的概率急劇增大。

3 影響因子綜合概率分析

通過對不同影響因素的滑坡貢獻率分析，得到不同的關(guān)系曲線，采用疊加組合的評價方法可以得到不同因素的綜合貢獻率。

3.1 賦值方法

按貢獻率的大小從高到低依次進行賦值，分別為7，6，…，1。不同地層傾角、原始高差和原始坡度的滑坡貢獻率賦值情況不同，分別如表2～表4所示。

表2 不同地層傾角的滑坡貢獻率賦值表

表3 不同原始高差的滑坡貢獻率賦值表

表4 不同原始坡度的滑坡貢獻率賦值表

3.2 疊加統(tǒng)計

采用求平均值的方法對表2中Qα1～Qα4的同一區(qū)間地層傾角貢獻值進行疊加統(tǒng)計，得到綜合貢獻指數(shù)：

Q(αi)=[αi(n)+αi(l)+αi(s)+αi(v)]/4

(5)

其中，Q(αi)為地層傾角區(qū)間的綜合貢獻指數(shù)；αi(n)，αi(l)，αi(s)，αi(v)分別為地層傾角區(qū)間αi按照滑坡數(shù)量貢獻率、長度貢獻率、面積貢獻率和體積貢獻率所得賦值。

由式(5)計算地層傾角區(qū)間的綜合貢獻率，得出：Q(α1)=2，Q(α2)=Q(α5)=4.5，Q(α3)=Q(α4)=6.5，Q(α6)=2.5，Q(α7)=1.5。

所以，各地層傾角區(qū)間綜合貢獻值排序如下：

Q(α3)=Q(α4)>Q(α2)=Q(α5)>Q(α6)>Q(α1)>Q(α7)

(6)

同理，計算出原始高差區(qū)間的綜合貢獻率，得出：Q(h1)=2.75,Q(h2)=Q(h4)=4.75,Q(h3)=7,Q(h5)=3,Q(h6)=1.75,Q(h7) =4。

各原始高差區(qū)間綜合貢獻值按大小排序如下：

Q(h3)>Q(h2)=Q(h4)>Q(h7)>Q(h5)>Q(h1)>Q(h6)

(7)

計算出原始坡度區(qū)間的綜合貢獻率，得出：Q(β1)=1,Q(β2)=4.75,Q(β3)=7,Q(β4)=6,Q(β5)=Q(β7)=3.25,Q(β6)=2.75。

各原始坡度區(qū)間綜合貢獻值按大小排序如下：

Q(β3)>Q(β4)>Q(β2)>Q(β5)=Q(β7)>Q(β6)>Q(β1)

(8)

3.3 貢獻率分析

由以上計算得到的各因素區(qū)間對滑坡的綜合貢獻率結(jié)果，它表征了不同因素區(qū)間在地震滑坡發(fā)育中的作用，其作用的大小程度可采用綜合貢獻率Q0進行計算：

(9)

由式(9)得：Q0(α1)= 7.14,Q0(α2)=Q0(α1)=16.07,Q0(α3)=Q0(α4)=23.21,Q0(α6)=8.93,Q0(α7)=5.36。

同理，可得原始高差區(qū)間對滑坡的綜合貢獻率：Q0(h1)=9.82,Q0(h2)=Q0(h4)=16.96,Q0(h3)=25,Q0(h5)=10.71,Q0(h6)=6.25,Q0(h7)=14.29。

原始坡度區(qū)間對滑坡的綜合貢獻率：Q0(β1)=3.57,Q0(β2)=16.96,Q0(β3)=25,Q0(β4)=21.43,Q0(β5)=Q0(β7)=11.61,Q0(β6)=9.82。

各個區(qū)間影響因素貢獻率指標可以反映出各因素對滑坡貢獻的作用效果，貢獻率的分布規(guī)律如圖5所示。

表5 地層傾角貢獻率程度評價表

傾角區(qū)間貢獻率貢獻程度等級α323．21α423．21高α216．07α516．07中α17．14α68．93α75．36低

表6 原始高差貢獻率程度評價表

為分析不同區(qū)間地層傾角對滑坡發(fā)生的貢獻程度，采用等距法將其劃分為高、中、低3個等級來表示，求出的等距為：

d=[Q0(αi)max-Q0(αi)min]/4

(10)

所以，d=4.46，相應(yīng)的3級貢獻率區(qū)間為：x1=23.21～18.75；x2=18.75～9.85；x3=9.85～5.36。

同理，求出不同區(qū)間原始高差對滑坡發(fā)生的3級貢獻率區(qū)間

為：x1=25～20.31；x2=20.31～10.94；x3=10.94～6.25。

不同區(qū)間原始坡度對滑坡發(fā)生的3級貢獻率區(qū)間為：x1=25～19.64；x2=19.64～8.93；x3=8.93～3.57。

其中，x1為高貢獻率;x2為中貢獻率;x3為低貢獻率。

各因素對滑坡發(fā)育的貢獻程度見表5～表7。

表7 原始坡度貢獻率程度評價表

4 結(jié)語

研究區(qū)域內(nèi)滑坡主要發(fā)生在地層傾角為30°～50°，其面積占研究總面積的81.22%，滑坡長度占總長度的70.76%，滑坡數(shù)量占總數(shù)的57.06%，發(fā)育的滑坡體積占總體積的49.42%，是研究區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)育的主要地層傾角。原始高差為50 m～200 m的山地中，其滑坡長度占總長度的65.12%，數(shù)量占總數(shù)的60.56%，面積占研究總面積的48.55%，發(fā)育的滑坡體積占總體積的42.33%。在原始坡度為30°～50°的坡體中，其滑坡長度占總長度的80.93%，面積占研究總面積的74.69%，數(shù)量占總數(shù)的71.48%，發(fā)育的滑坡體積占總體積的68.26%。用貢獻率法可定量分析各個因素與滑坡發(fā)育的關(guān)系，研究不同因素對滑坡發(fā)育的貢獻程度，對山區(qū)的滑坡危險性評估和滑坡災(zāi)害的防治具有實際意義。

[1] 喬建平,吳彩燕.三峽水庫區(qū)云陽—巫山段斜坡高差因素對滑坡發(fā)育的貢獻率研究[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2005,16(4):16-19.

[2] 喬建平,吳彩燕,田宏嶺.長江三峽庫區(qū)云陽—巫山段斜坡坡度對滑坡的貢獻率[J].山地學(xué)報,2007,25(2):207-211.

[3] 郭 果,陳 筠,李明惠.土質(zhì)滑坡發(fā)育概率與坡度間關(guān)系研究術(shù)[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2013,21(4):607-612.

[4] 許 沖,戴福初,姚 鑫，等.汶川地震滑坡在兩個典型區(qū)域內(nèi)的分布研究[J].中國科學(xué)院研究生院學(xué)報,2010,27(5):621-630.

[5] 王章瓊,晏鄂川,王魯男，等.地形坡度對鄂渝地區(qū)水庫型堆積層滑坡貢獻率研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2014,22(6):1024-1029.

[6] 田穎穎,許 沖,徐錫偉，等.2013年岷縣漳縣聰6.6地震滑坡特征參數(shù)分析[J].地震工程學(xué)報,2013,35(4):761-766.

[7] 于文靜,肖詩榮,胡志強，等.Logistic分析法在順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定預(yù)測中的應(yīng)用[J].人民長江,2015,46(9):54-57.

Analysis of the contribution rate of different influence factors to earthquake landslide

Wu Zenglin Tang Yazhou Meng Qiang

(CollegeofCivilEngineering&Architecture，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China)

According to the Wenchuan seismic landslide data, using the contribution rate analysis, taking the landslide number, length, area and volume as developmental indicators, this paper analyzes the influence factors that include dip angle, level difference and slope gradient of landslide. It is of practical significance to evaluate and control the landslide hazards in mountainous areas.

earthquake landslide， contribution rate， dip angle， level difference， slope gradient

1009-6825(2017)03-0053-03

2016-11-13

武增琳(1991- )，女，在讀碩士; 唐亞周(1994- )，男，在讀碩士; 孟 強(1991- )，男，在讀碩士

P642.22

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