滑坡灾害危险性评价的可靠性分析方法.pdf

第 2 9卷第 1期 2 0 0 7年 1 月 武汉理工大学学报 J OURNA L OF W U HAN UNI V ERS ⅡY OF E ‘ 0G Y Vn 1 ． 2 9 No ． 1 J a n．2 0 0 7 滑坡灾害危险性评价的可靠性分析方法 谢 全 敏， 陈 立 文 ， 李 道 明 ， 丁 保 艳 武汉理工大学土木工程与建筑学院， 武汉 4 3 0 0 7 0 摘要 以可靠性理论为基础， 建立了滑坡失稳概率计算模型， 给 出了基于B i s h o p 法的滑坡灾害危险性概率的计算方 法， 并以实例分析 了该方法的应用， 结果表明该方法能较好地定量评价滑坡灾害的危险性。该研究成果对滑坡灾害的评 价与防治有一定的参考意义。 关键词 滑坡灾害； 危险性评价； 可靠性分析 中图分类号 P 6 4 2 ． 2 2 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 1 4 4 3 1 2 0 0 7 O 1 0 1 0 9 0 4 A Re l i a b i l i t y An a l y s i s o n Ha z a r d Ev a l u a t i o n o f La nd s l i de XI E Qu a n mi n， C HE N Li 一 ， LI Da o - mi n g， DI NG Ba o - y a n S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n gA r c h i t e c t u r e ， Wu h a n Un i v e r s i t y o f Tech n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 0 ， C h i n a Abs t r a c t On t h e b a s i s o f r e l i a b i l i t y t h e o r y，a p r o b a b i l i t y mo d e l o f s t a b i l i t y c o mp u t a t i o n o f l a n d s l i d e wa s s e t u p ，a n d t h e Bi s h o p - b a s e d comp u t a t i o n a l me t h o d f o r h a z a r d p rob a b i l i t y o f l a n d s l i d e wa s a d o p t e d i n t h i s p a p e r ，a n d i t s a p p l i c a t i o n wa s d i s c u s s ed i n d e t a i l ．Th e r e s u l t s i n d i c a t ed t h a t t h e h a z a r d o f la n d s l i d e s cou l d b e f a i r l y b e t t e r e d e v a l u a t ed b y t h e me t h o d ．Th e r e s e a r c h a c h i e v e me n t h a d r e f e r e n c e s i g n i f i can c e f o r t h e e v a l u a t io n a n d t r e at me n t o f l a n d s l i d e h a z a r d． Ke y wo r d s l and s l i d e ； h a z a r d e v a l u a t i o n ； r e l i a b i l i t y a n a l y s i s 滑坡灾害是自 然环境的一部分， 仅次于地震灾害和洪水灾害的一种严重 自然灾害。滑坡对人类社会发 展和经济建设的危害是世界性的， 滑坡灾害给世界各国造成的经济损失估计每年可达数十亿美元， 防灾减灾 费用十分惊人。此外， 工程不能及时发挥效益或使用中断， 其间接损失更大。在我国因 7 0 ％地域为山区， 故 滑坡灾害发生密度大， 频率高， 我国已成为世界上受滑坡危害最严重的国家之一， 每年因滑坡灾害造成的损 失数以亿计， 给国家和人民生命财产带来巨大损失， 产生严重社会影响， 所以加强滑坡灾害危险性的评价十 分重要。为此， 这里以可靠性理论为基础， 提出滑坡灾害危险性评价的可靠性分析方法 ， 即用危险性概率来 评价滑坡灾害的危险性l 1 ， 该方法能较好地定量评价滑坡灾害的危险性， 为滑坡灾害的治理决策提供科学 的依据。 1 滑坡失稳概率计算模型的建立及求解 滑坡灾害的危险性应包含滑坡失稳与失稳后造成危害双层含义， 即应该为滑坡失稳事件与失稳后造成 危害事件的交集。假设滑坡失稳事件为 E， 滑坡失稳后造成危害事件为 E ， 则滑坡灾害的危险性概率 P为 P P E 71 E Pf n Pr 1 式中， P为滑坡灾害的危险I生 概率； P f 为滑坡失稳概率； P r 为滑坡失稳后造成危害的发生概率。滑坡灾害 的危险性概率计算的重点是滑坡失稳概率， 因此， 这里主要研究滑坡失稳概率 P f 的计算。该研究以可靠性 收稿 日期 2 0 0 6 1 0 0 8 ． 基金项 目 中国博士后科学基金 2 0 0 5 0 3 8 2 1 9 和湖北省科技攻关项目 2 0 0 4 A A 3 O 6 B 0 3 作者简介 谢全敏 1 9 6 8 一 ， 男， 博士后， 教授． E - m a i h x i e q u a n mi n s o h u ． c o i n 维普资讯 l 1 0 武汉理工大学学报 2 0 0 7年 1月 理论为基础， 建立基于 B i s h o p 法的滑坡失稳概率的计算方法。 滑坡失稳概率可定义为 作用于滑坡灾害的荷载超过其抗力， 导致滑坡失稳的概率， 即 ．Pf P R R l Il ， s r ， d r d s 4 ． 式中， -厂 R ．s r ， s 是滑坡的滑动力矩 S和抗滑力矩尺 的联合概率密度函数。显然， 直接用式 4 计算危险概 率是极为困难的。若滑动力矩 S和抗滑力矩尺是相互独立的随机变量。于是式 4 变为 ro o 1 r s 、 r 。 。 P f I I r d r s d s I F R s f s s d s 5 一 ～、 V ／ ⋯ 在滑坡灾害中， 影响尺和 s的因素很多， 简化成 尺和 s ， 只是为了便于数学模型的研究。现设极限状态方程为 Z G X1 ， X2 ， 0 ‘ ， 0 6 式中， X i 1 ， 2 ， ⋯， 是有关的各随机变量。其分布函数可由多重积分求得 r r G x 1 ， x 2 ， ⋯， l l ∥．． ． W l ， X 2 ， ⋯， X d x l d x 2 ⋯d x 7 d D 。 若在积分域 D上的积分为G X1 ， X2 ， ⋯， 0 ， 滑坡处于稳定状态； G0 ， 滑坡处于失稳 状态。利用功能函数式 1 1 ， 采用一次二阶矩法， 就可在 B i s h o p 分析方法的基础上， 对滑坡失稳概率进行计 算。 3 实 例 1 滑坡灾害概况某滑坡体为岩土混合型， 其平面形态 为半圆形， 剖面上呈阶梯状， 其前缘呈向北凸出弧形展布宽 度 5 0 0 IT l ， 中部宽度 4 5 0 IT l ， 后缘宽度 3 5 0 IT l ， 滑坡体平均厚 度3 0 IT l ， 滑坡体斜长约 4 3 0 IT l ， 滑坡面积为 l 8 ． 6 3 1 0 m 2 ， 体积5 5 9 ． 0 1 0 m 3 ， 其主滑方向为N O 。--1 0 。 E 。滑坡体物质僵 组成 自 新到老可分为 5 层 人工堆积碎块石土与弃渣 ； 滑坡堆积碎石土 Q d d ； 滑坡堆积块石土 Q d d ； 滑移软弱带 碎石土 Q d d ； 基岩地层 T 2 b 3 。滑坡体存在浅层和深层 2 个滑动带 见图 3 。滑坡体的统计参数 滑体的重度为 2 2 距离， m 图3 滑坡灾害工程地质剖面示意图 k N／ m 3 ， 粘聚力 C 均值为 7 0 k P a ， 方差为 4 ． 2 k P a ， 内摩擦角 均值为 2 r， 方差为 1 ． 1 o 。 2 滑坡灾害的危险性概率分析在前面已分析了滑坡危险性为滑坡失稳事件与滑坡造成危害事件的交 集。对于此滑坡灾害， 假设 滑坡整体深层滑动事件为 El ， 整体深层滑动造成危害事件为 E 。 ， 滑坡浅层滑 动事件为 E 2 ， 浅层滑动造成危害事件为 E 2 ， 则滑坡的危险性概率为 PMa x [ P E 1 n E 1 ， P E 2 n E 2 ]Ma x [ P E 1 n P E 1 ， P E 2 n P E 2 ] 式中， P为滑坡灾害的危险性概率； P E 1 及 P E 2 为滑坡失稳事件的发生概率； P E 1 及 P E 2 为滑坡 造成危害事件的发生概率。 3 P E 1 及 P E 2 的计算P E1 及 P E2 计算可按前面提出方法， 即基于 B i s h o p 法的滑坡失稳概率的计算方法， 进 行计算， 其计算结果见表 l 。 4 关于P E 1 及 P E 2 的计算滑 表 l 滑坡失稳概率 坡造成的危害是一个较复杂的综合指标。一般应该包含滑坡失稳波及区的人口状况、 建 构 筑物分布状况、 资源环境状况等。而人口因素中又包含人口密度及现时人13 活动频繁程度。资源环境状况则包括影响区域 中的耕地资源、 旅游资源、 交通资源、 文物资源等等。在每一个单因素的概率分布未知的情况下， 要想获得在 E1 及 E 2 发生条件下滑坡的危害性概率 P E 1 及 P E 2 几乎是不可能的。为此， 这里避开了纷繁复杂的 概率理论推导， 应用大概率事件与小概率事件原理以及专家打分法来考虑 E l 及 E 2 事件的概率取值问题。 经分析得出 该滑坡整体深层滑动事件涉及到人 、 工程、 及环境等方面的危害均较大， 即可认为是大概率事件 通常认为发生概率一般大于5 ％ ； 而滑坡浅层滑动造成的危害均较小 通常认为发生概率一般小于 5 ％ 。 通过专家咨询， 并考虑一定的安全度 ， 则可确定 E l 及 E 2 事件的发生概率取值为 P E 1 P E 1 J E1 0 ． 8 2 P E 2 P E 2 J E2 0 ． 1 0 5 关于荷载考虑在滑坡失稳概率计算中考虑了 3 种荷载作用情况 天然状态； 天然状态 暴雨； 天然 状态 暴雨V I 度地震。从工程角度讲， 考虑地震效应组合 小概率事件 ， 工程的可靠度会有所提高， 但由 维普资讯 1 1 2 武汉理工大学学报 2 0 0 7年 1月 此而产生的投资代价过大。而暴雨发生是每年都有的， 再加上水对滑坡的稳定性至关重要， 因此这里考虑暴 雨情况下的荷载效应。 6 滑坡灾害危险性概率 在暴雨情况下， 整体深层滑动的破坏概率 P f． 0 ． 2 6 ； 浅层滑动的破坏概率 P f 0 ． 3 5 ， 所以此滑坡危险性概率估算为 PMa x [ P E 1 n E 1 ， P E 2 n E 2 ]Ma x [ P E 1 n P E 1 ， P E 2 n P E 2 ] Ma x { 0 ． 2 60 ． 8 2 ， 0 ． 3 50 ． 1 0 } 0 ． 2 1 一 般来说， 置信度达 9 5 ％才认为有保证【 j 。所以此滑坡灾害必须治理。 4 结语 滑坡灾害危险陛评价是滑坡灾害风险评价的重要内容之一， 文中提出的滑坡灾害危险性评价的可靠性 分析方法能较好地定量评价滑坡灾害的危险性， 该研究成果可为滑坡灾害的治理提供决策依据。 参考文献 [ 1 ] 茹继平． 土木基础设施减灾基础研究进展与趋势[ J ] ． 土木工程学报， 2 0 0 0 ， 3 3 6 1 - 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