地質(zhì)災(zāi)害影響因子的灰色關(guān)聯(lián)分析

收稿日期：2024-01-20

作者簡介：張丹（1986—），女，四川德陽人，助教，主要從事巖土工程研究。

摘 要：通過對成都市區(qū)近年的地質(zhì)災(zāi)害情況進行分析，識別出主要的地質(zhì)災(zāi)害影響因素6個方面，各種因素影響程度不同，結(jié)合專家打分法，得到初始矩陣，利用灰色關(guān)聯(lián)度進行相關(guān)分析，并進行數(shù)據(jù)處理，得出地質(zhì)災(zāi)害影響因素的排序，根據(jù)排序情況總結(jié)出對應(yīng)的防治措施，對更好地開展地質(zhì)災(zāi)害防治工作具有一定的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：灰色關(guān)聯(lián)度；地質(zhì)災(zāi)害；專家打分法

中圖分類號：P694 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

地質(zhì)災(zāi)害帶來的影響不僅僅是經(jīng)濟損失、工程的破壞、環(huán)境污染，甚至威脅人類的生命安全。對此，許多專家和學者開展地質(zhì)災(zāi)害防治工作，總結(jié)了大量的專項防治措施，形成了系統(tǒng)的防治工程技術(shù)[1]。截至2023年12月底，2023年全國地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生量累計達253 004條，四川省發(fā)生量排第一位，為26 565起[2]。在這些地質(zhì)災(zāi)害中以滑坡、崩塌和泥石流災(zāi)害為甚，可見地質(zhì)災(zāi)害防治工作任重而道遠。

1 地質(zhì)災(zāi)害影響因素

地質(zhì)災(zāi)害是在自然因素或人為因素的作用下形成的地質(zhì)作用或地質(zhì)現(xiàn)象，常常會造成人類生命與財產(chǎn)的損失、環(huán)境的破壞等。常見的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象有滑坡、崩塌、泥石流、巖堆等，有時還會伴有像火災(zāi)、洪水、海嘯等次生災(zāi)害[3]。

影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素繁多而復(fù)雜，根據(jù)四川成都相應(yīng)的工程案例，現(xiàn)整理收集6個方面的因素，主要有地形因素、氣候因素、地質(zhì)作用因素、人為工程活動因素、土質(zhì)情況及其他因素等[4]。

1.1 地形因素

成都市地處四川盆地的西部邊緣，主要由岷江、沱江及支流等8個沖積扇重疊連綴復(fù)合而成，地形地貌為平原、丘陵、高山各占1/3，地勢由西北部向東南部傾斜，存在巨大的垂直高差。東部有平原、臺地和部分微丘陵地貌，屬于四川盆地盆底平原，海拔一般為750 m左右，東北部與東南部的丘陵地勢較高，起伏不平，西部與北部的高山地帶，山峰起伏更大，大多海拔處于1 000～3 000 m之間，大邑縣西嶺鎮(zhèn)大雪塘地勢最高，為5 364 m。丘陵與高山的地形坡度較大，有相關(guān)文獻表明，坡度在15°～60°區(qū)間時容易引起滑坡現(xiàn)象，60°以上地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生更易，還可能引起泥石流、崩塌與巖堆的現(xiàn)象。

1.2 氣候因素

氣候因素主要是降水的影響。降水越多，會增加土壤的重量，水的潤滑作用降低黏結(jié)性，還可能會與土壤中的顆粒發(fā)生化學反應(yīng)，減弱土的抗剪強度，動水壓力或孔隙水壓力，使水具有破壞性的沖刷能力，在持續(xù)的降雨或暴雨后，極易引起滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。成都市屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，雨量充沛，平原西側(cè)的龍門山作為天然屏障，對大氣降雨影響程度甚為顯著，導(dǎo)致都江堰成為多雨地帶，而向東南方向——金堂、成都、新津、龍泉山麓等地雨量遞減，據(jù)2023年的統(tǒng)計結(jié)果，成都市年總降水量為734.8～

1 142.3 mm，降雨量明顯在季節(jié)上分配不均勻。7—8月，成都地區(qū)降雨量總體偏多，存在地質(zhì)災(zāi)害風險。

1.3 地質(zhì)作用因素

斷層的存在會影響巖石的物理力學指標，降低巖石的承載力；斷層也易導(dǎo)致河流、河溝被侵蝕；在斷層作用下形成的沖溝、小盆地還會引起土質(zhì)軟化和富水現(xiàn)象，形成局部軟土情況；在地震作用下斷層處破壞嚴重。若再遇褶皺和節(jié)理發(fā)育地段，將增加滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性。成都平原構(gòu)造上屬于成都斷陷盆地，龍門山前山斷裂帶處于成都平原西側(cè)，龍泉山西坡斷裂帶則處于東側(cè)。在其盆地內(nèi)分布有多條斷層，在這些斷層中，有的出露于地表，有的隱于第四紀覆蓋層之下。在龍門山地表厘定了4條大型逆沖斷裂帶；而龍泉山是盆地的一條背斜，兩條斷裂帶分別處于背斜的東西兩側(cè)。成都地區(qū)的地震活動受龍門山斷裂帶和龍泉山斷裂帶的影響

較大[5]。

1.4 人為工程活動因素

人為工程活動對土體的擾動，直接影響土體的初始應(yīng)力狀態(tài)，破壞土體結(jié)構(gòu)，施工中的堆載會增加邊坡的重量，引起邊坡不穩(wěn)定，再加上施工方式，也會打破原有的平衡狀態(tài)，開挖后若長時間未進行防護，極易引起工程滑坡、崩塌等。在施工過程中也涉及地表水的管理問題，若管理不當，施工現(xiàn)場的生活用水、工地用水就極易滲入地下或沿邊坡任意排放，也會發(fā)生工程地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)象。而成都地區(qū)正在建設(shè)的旅游景區(qū)，涉及大量的工程施工。

1.5 土質(zhì)情況

所處地區(qū)不同，其土質(zhì)也不同，土的強度主要指土的抗剪強度，抗剪強度主要由土的黏聚力與摩阻力構(gòu)成。當其抗剪強度下降時，加上外界因素的影響，易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。如遇軟土地段，因軟土具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高的特點，其抗剪強度低，從而承載力也弱，對工程建設(shè)極具破壞力，進而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。成都地區(qū)范圍的土質(zhì)情況復(fù)雜，也存在特殊土地段，成都黏土在成都市東郊、新都區(qū)以南、新津普興及龍泉驛以西地區(qū)分布很廣，其土質(zhì)厚度隨地貌的不同而各異，一般厚度為2～7 m，在龍?zhí)端屡c成都理工大學一帶其最厚可達20 m左右。成都黏土由于存在強親水性、一定的膨脹性、顆粒細及裂隙發(fā)育等工程特性，極易發(fā)生滑坡、道路塌滑、路面翻漿等地質(zhì)災(zāi)害。

1.6 其他因素

植被在很大程度上與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)，植被一般受氣候、土壤、雨水及人類活動等因素的影響，若植被條件不好，在其他因素的共同作用下，也會誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害；工程設(shè)計不合理，如設(shè)計邊坡時斜坡坡度過大，未考慮工程環(huán)境特點，在公路設(shè)計時，道路選線經(jīng)過不利地段，在設(shè)計橋梁時，橋墩位置不合理等。這些都可能會誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

2 灰色關(guān)聯(lián)度分析方法

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種動態(tài)統(tǒng)計分析，可評價系統(tǒng)各個影響因素的敏感程度，其方法通過計算關(guān)聯(lián)度，對其進行排序來反映各個因素之間關(guān)聯(lián)的強弱程度，并確定計算權(quán)重。運用灰色關(guān)聯(lián)度法確定各影響因素指標權(quán)重過程如下：

第一，特征序列的構(gòu)建。特征序列為每位專家對邊坡穩(wěn)定性各個因素的打分組成數(shù)據(jù)序列，假設(shè)該特征序列為：

yi=[yi（1），yi（2），…，yi（k）]，i=1，2，3，…，n；k=1，2，3，…，m（1）

第二，參考序列的構(gòu)建。參考數(shù)據(jù)序列是一個理想的比較標準，以各指標的最優(yōu)值構(gòu)成參考數(shù)據(jù)序列，該文選取每個指標專家評分最大的數(shù)據(jù)組成參考序列，假設(shè)該參考序列為：

y0=[y0（1），y0（2），…，y0（k）]，k=1，2，3，…，m（2）

第三，計算特征序列與參考序列的絕對差序列。

△ik=|y0（k）-yi（k）|（3）

第四，計算兩級最大差及兩級最小差。

兩級最大差：△max=（（△ik））（4）

兩級最小差：△min=（（△ik））（5）

第五，針對各個邊坡影響因素打分指標，計算特征序列與參考序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

βi（k）=βi（yi（k），y0（k））=" " （取ρ=0.5）（6）

第六，計算灰色關(guān)聯(lián)度。

（7）

第七，計算各評分指標權(quán)重。

（8）

3 地質(zhì)災(zāi)害影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

第一，特征序列的構(gòu)建。每位專家對地質(zhì)災(zāi)害影響各個因素的打分組成數(shù)據(jù)序列，如表1所示。

第二，根據(jù)式（2）～式（8）計算出各指標權(quán)重值，如表2所示。

根據(jù)專家評分和灰色關(guān)聯(lián)度分析可知，在專家的認知中，地質(zhì)災(zāi)害影響因素的影響程度由大到小排序依次為氣候因素gt;地質(zhì)作用因素gt;土質(zhì)情況gt;地形因素gt;人為工程活動因素gt;其他因素（表2）。

4 地質(zhì)災(zāi)害的防治措施

4.1 加強防水與排水工作

在工程建設(shè)中設(shè)計合理的截水溝、排水溝、邊溝、跌水、急流槽、暗溝等排水設(shè)施，還可設(shè)計攔擋壩、修建支擋工程等；施工過程中要及時排除地面上、地下水，對工程進行必要支護，在邊坡工程中可利用植被護坡；在工程施工階段加強水的引流排除工作。當出現(xiàn)持續(xù)降雨或暴雨氣候時，應(yīng)做好預(yù)防工作。

4.2 地質(zhì)作用防治措施

在工程建設(shè)中，要避讓地質(zhì)作用明顯的地段，如選線時避讓不利地段，不通過地質(zhì)斷裂帶、地震活動明顯地段，避讓節(jié)理發(fā)育、軟弱土、容易液化、巖性明顯不均勻等地段。在工程設(shè)計時，考慮地震作用對結(jié)構(gòu)的影響進行設(shè)計，從多個方案中進行選擇，利用經(jīng)濟技術(shù)指標對比選擇最優(yōu)方案。同時，還需做好定期的監(jiān)測與防治工作。

4.3 工程防護

在土體強度不大、易發(fā)生滑坡的地段，可采取工程防護，包括利用土工合成材料——土工格柵、土工網(wǎng)或土工格室等進行生態(tài)護坡；利用坡面抹漿、噴漿技術(shù)、掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)、設(shè)置擋墻技術(shù)；利用抗滑樁、錨桿、錨索樁板墻、錨索框格梁等技術(shù)等。在易發(fā)生泥石流地段，可采用線外攔截、宣泄方式、竹片石籠處理方式、其他排導(dǎo)措施等；在易發(fā)生崩塌地段，可采取清除危石方式、主動防落石技術(shù)、加強觀測措施等。

4.4 特殊土處理

在遇成都黏土地段，可對黏土性質(zhì)進行改良，可利用廢舊塑料袋，將其制成纖維，確定其合理的摻入量以及合理的摻入比例，從而改善成都黏土的膨脹性；也可利用加入合理的納米水性黏合劑，改良土顆粒結(jié)構(gòu)與滲透性，提高土的抗剪強度，達到穩(wěn)定土的目的；或者利用砂礫、水泥、粉煤灰等其他改良劑改善其土質(zhì)性質(zhì)［6］。在遇軟土、膨脹土地段，對這類特殊土進行處理。軟土處理可采用換填法、強夯法、堆載預(yù)壓法、擠密法、擠淤置換法、化學處理法等；膨脹土處理可采用換填法、加強排水系統(tǒng)的方式、添加石灰改良劑改善土的力學性質(zhì)措施、加入沙礫或石增加土的穩(wěn)定性等，提高土體強度，達到土體穩(wěn)定的目的，避免發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

4.5 注重生態(tài)環(huán)保設(shè)計

在不可避免地需要進行人為工程建設(shè)時，遵循環(huán)保生態(tài)原則，將該理念貫穿工程建設(shè)的全過程。增強工程建設(shè)各方人員的環(huán)保意識，利用環(huán)保新技術(shù)，實現(xiàn)工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率。

5 結(jié)束語

通過對成都近年來的地質(zhì)災(zāi)害情況進行分析，整理出地質(zhì)災(zāi)害影響的各個因素，請專家進行打分，以原始數(shù)據(jù)建立初始矩陣，利用灰色關(guān)聯(lián)度進行分析，得出影響程度由大到小的排序，對地質(zhì)災(zāi)害提出了相關(guān)的防治措施具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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