地质灾害危险性评估的理论与方法-secret

地质灾害危险性评估的理论与方法
1 基本概念
1.1 地质灾害
地质灾害是由于自然或人为作用，多数情况下是二者共同作用引起的，在地球表层比较强烈地危害人类生命、财产和生存环境的岩土体移动事件。

地质灾害在成因上具备自然演化和人为诱发的双重性，它既是自然灾害的组成部分，同时又属于人为灾害的范畴。

在某种意义上，地质灾害已经成为制约社会经济发展和人类安居的重要因素，同时又具有自然、社会和资源的三重属性。

1.2 地质灾害易发区
指在地形地貌、岩土结构性质、区域地壳活动性、气候条件和人类活动等因素作用下容易产生地质灾害的区域。

可借用的概念是地质灾害多发区或敏感区。

市县区域或1：25万精度以下划分地质灾害易发区，细分地质灾害多发区和敏感区，共具体布置地质灾害减轻措施使用；
国家和省区域或1：50万精度以上划分地质灾害多发区，供宏观部署地质灾害防治工作使用。

1.3 地质灾害危险区
是指明显可能发生地质灾害且将可能造成人员伤亡和经济损失的地域或地段。

可借用的概念是地质灾害危害区或地质灾害风险区。

1.4 地质灾害危害程度
是指地质灾害造成的人员伤亡、经济损失与生态环境破坏的程度，地质灾害危害程度分为四个等级：
（1）特大级：威胁人数在1000人以上，或者可能造成的经济损失在1亿元以上的；
（2）大级：威胁人数在500人以上1000人以下，或者可能造成的经济损失在5000万元以上1亿元以下的；
（3）较大级：威胁100人以上500人以下，或者可能造成的经济损失在500万元以上5000万元以下的；
（4）小级：威胁100人以下，或者可能造成的经济损失在500万元以下的。

1.5 地质灾害危险性评估
工程建设地区地质灾害危险性评估是指在有可能遭受地质灾害危害的地区对拟建工程区、在建工程区或正在运行的工程区有针对性地进行地质灾害调查和可能的危害程度评估，评价建设用地的地质适宜性，提出防治措施。

它是为保证工程规划的科学合理性、工程建设过程和工程运营安全而超前进行的一种地质灾害调查评价工作，主要适用于在地质灾害易发区（多发区）内进行工程建设的可行性研究阶段或城市规划、村庄和集镇规划阶段，是有效预防、减轻乃至避免地质灾害对工程设施及其运行环境的直接危害和间接危害的一种前期宏观性质的工作。

这个阶段的工作报告是工程规划或工程建设用地审批的必备材料，是作为是否批准用地决策的依据之一。

这项工作可以为专门的地质灾害勘查防治指明方向，但不能代替为保证工程建设安全或工程运营安全而进行的工程地质勘察和地质灾害勘查工作。

1.6 地质灾害危险性评估成果有效期（地质环境是变化的）
1.7 评估成果应用的监管问题（与评估工作同样重要）
2 基本要求
2.1 地质灾害危险性评估的灾种
地质灾害危险性评估的灾种主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷（含岩溶塌陷和矿山采空塌陷）、地裂缝和地面沉降及不稳定斜坡等。

本讲座主要讨论崩塌、滑坡和不稳定斜坡等灾害。

2.2 地质灾害危险性评估的主要内容
（1）阐明工程建设区和规划区的地质环境条件基本特征。

（2）调查分析工程建设区或规划区各种地质灾害的现状。

（3）简要分析评估对象在建设或运营过程中与地质环境相互作用的范围、方式、强度与持续时间。

如水库地区要评价水位升降变化对滑坡或不稳定斜坡的影响；山区城市建设区要评价工程削坡有关的边坡稳定性和可能诱发的崩塌（含危岩体）、滑坡（含变形斜坡）、泥石流或岩溶地面塌陷等的危害；铁路、高速公路或输气管道工程要考虑各种灾害的危害。

（4）分析论证建设工程遭受地质灾害的可能性，工程建设中和运营中加剧或引发地质灾害的可能性。

（5）进行地质灾害危险性现状评估、预测评估和综合评估。

（6）给出建设场地工程建设地质适宜性的评估结论。

（7）针对不同建设阶段，提出防治地质灾害的地质工作意见和防治地质灾害的具体措施建议。

2.3 地质灾害危险性评估类型
（1）地质灾害危险性现状评估
基本查明评估区已发生的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷（含岩溶塌陷和矿山采空塌陷）、
地裂缝和地面沉降等灾害的分布，分析地质灾害形成的地质环境条件、分布、类型、规模、变形活动特征，主要诱发因素与形成机制，对其稳定性进行初步判定，在此基础上对其危险性和对工程危害的范围与程度做出评估。

（2）地质灾害危险性预测评估
对工程建设场地及可能危及工程建设安全的邻近地区可能加剧或引发的地质灾害的危险性做出评估。

——对建设工程自身可能遭受已存在的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等危害隐患和潜在不稳定斜坡变形的可能性、危险性和危害程度做出预测评估。

——对工程建设中、建成后可能引发或加剧崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和不稳定的高陡边坡变形等的可能性、危险性和危害程度做出预测评估。

（3）地质灾害危险性综合评估
依据地质灾害危险性现状评估和预测评估结果，充分考虑评估区的地质环境条件的差异和潜在的地质灾害隐患点的分布、危险程度，综合评估地质灾害危险程度。

依据地质灾害危险性、防治难度和防治效益，对建设场地的适宜性作出评估，提出防治地质灾害的措施和建议。

2.4 地质灾害危险性评估工程对象与评估等级
（1）按评估级别分：一级、二级、三级。

在全面进行地质灾害危险性现状评估、预测评估和综合评估的总要求下，本项工作应充分考虑不同评估阶段不同灾种、不同工程类型与地质环境的作用特性和不同评估级别的不同要求。

一级评估应有充足的基础资料，进行充分论证。

开展1:10万地质灾害调查，重点地段开展1:2.5万~1:5万地质灾害调查，建立信息系统。

二级评估应有足够的基础资料，进行综合分析。

开展1:10万地质灾害调查，建立信息系统，重点地段进行路线追踪。

三级评估应有必要的基础资料进行分析，重点地段进行路线追踪。

（2）按评估灾种分：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降及不稳定斜坡等；
（3）按工程类别分：水利工程、电力工程（水电、火电、核电）、交通工程（铁路、公路、水路）、地下工程（放射性设施、军事设施、人防、洞库和公共设施）、机场、港口码头、矿山、村镇规划和城市规划（总体规划、扩建规划和迁建规划）、输气（油）管线、集中供水水源地、工业建筑、民用建筑、垃圾处理场、水处理厂等。

2.5 评估范围
不能局限于建设用地和规划用地面积内，应视建设和规划项目的特点、地质环境条件和地质灾害种类予以确定。

若危险性仅限于用地面积内，则按用地范围进行评估。

（1）重要的线路工程建设项目，评估范围一般应以相对线路两侧扩展500－1000m为限。

（2）区域性工程项目的评估范围，应根据区域地质环境条件及工程类型确定。

2.6 工作程度要求
（1）对拟建工程区，地质灾害危险性评估应能满足工程可行性研究和工程建设用地决策的要求，能够查明重要地质灾害的发育地段，圈定危险范围；
（2）对在建工程区，地质灾害危险性评估应能明确指出地质灾害可能发生的地段或地质灾害隐患点，并提出工程对策；
（3）对正在运行的工程区，应对工程运行以来的地质灾害危害性进行回访调查，对工程未来可能遭受的地质灾害进行评估；
（4）野外调查和评估工作用图的比例尺应与工程可行性报告的图件基本一致；
（5）评估工作以说清问题为原则，而不一定强求对评估区划图进行定量化表达。

2.7 地质灾害防治工程师的知识体系
由于地质灾害的特殊性，对地质灾害防治工程师的知识体系提出了多方面的要求。

作为地质工程学的主要部分，它要求的学科基础很广泛，涉及基础地质方面，如矿物学、岩石学、地层学、构造地质学和地貌第四纪地质等；应用地质方面如工程地质学和水文地质学；工程科学方面如结构设计、施工工艺与机械等，以及监测技术、环境科学、管理科学与灾害社会学等（图1）。

地质灾害防治工程对地质工程师的素质有特定的要求，即要求他们除具有一般工程师的素养外，还应具备：
（1）对地质灾害发生发展破坏规律的正确认识和深刻洞察力；
（2）对地质材料力学性能方面（特别是与时间有关的性能）有较高的造诣；
（3）一定的系统工程学方面的知识及灵活地综合分析与判断决策能力；
（４）强烈的事业心和对国家、公民生命财产服务的责任感。

３调查评估要求
3.1 路线踏勘
为编制技术设计，确定工作精度，谈判项目经费而需要。

3.2资料搜集
鉴于地质灾害危险性评估级具有明确的工程减灾目的，又不同于直接为工程规划、设计与施工提供依据的工程地质调查勘察工作，资料“搜”集工作占有特殊的地位，地质资料包括遥感影象、区域地质、矿产地质、水文地质、工程地质、环境地质、气象水文和区域地质灾害调查资料等。

工程资料包括历史人类活动状况、规划或拟建工程的投资、建设周期、主要工程技术指标、工程布置、工程建设与运营的特点，特别是关键工程单元对地质环境的特殊要求等。

图1地质灾害防治工程师的知识体系
3.3 地质调查
（1）调查范围与方法
可借用的概念是区域分水岭为界。

调查方法采用路线穿插追踪调查为主，根据工程性质、前期工程地质工作程度和资料丰富程度或业主要求，决定是否进行物探、坑槽探与取样测试。

（2）地质环境条件调查要求（参照评估技术要求）
地质环境条件分析
历史地质灾害发生情况及可能原因；
地形地貌：地貌形态、分布及地形特征（高程、高差、坡度、坡长）；
岩土体物性：岩土体类型、组份、结构、工程地质性质（物理性质、水理性质、力学性质）；
岩土体结构：块状、层状、碎裂、松散；
斜坡类型：顺向、反向、斜向；
地质构造：构造形态、分布、特征和组合形式；
活动断层：断层活动的规模和方式，地震烈度地壳稳定性；
地下水特征：类型、含水岩组分布、补径排条件、动态变化规律和水质水量；
地表水活动：径流规律、河床沟谷形态、纵坡、径流速与流量等；
地表植被：种类、复盖率、退化状况等；
气候环境：气温变化特征、降水时空分布规律与特征、蒸发与风暴等；
人类工程－经济活动方式、强度与范围。

（3）崩塌调查要求（参照评估技术要求）
一、崩塌区的地形地貌及崩塌类型、规模、范围，崩塌体的大小和崩落方向。

二、崩塌区岩体的岩性特征、风化程度和水的活动情况。

三、崩塌区的地质构造，岩体结构类型、结构面的产状、组合关系、闭合程度、力学属性、
延展及贯穿情况及编绘崩塌区的地质构造图。

四、气象（重点是大气降水）、水文和地震情况。

五、崩塌前的迹象和崩塌原因，地貌、岩性、构造、地震、采矿、爆破、温差变化、水的活动等。

六、当地防治崩塌的经验。

（4）滑坡调查要求（参照评估技术要求）
一、搜集当地滑坡史、易滑地层分布、水文气象、工程地质图和地质构造图等资料，并调查分析山体地质构造。

二、调查微地貌形态及其演变过程；圈定滑坡周界、滑坡壁、滑坡平台、滑坡舌、滑坡裂缝、滑坡鼓丘等要素；并查明滑动带部位、滑痕指向、倾角，滑带的组成和岩土状态，裂缝的位置、方向、深度、宽度、产生时间、切割关系和力学属性；分析滑坡的主滑方向、滑坡的主滑段、抗滑段及其变化，分析滑动面的层数、深度和埋藏条件及其向上、下发展的可能性。

三、调查滑带水和地下水的情况，泉水出露地点及流量，地表水体、湿地分布及变迁情况。

四、调查滑坡带内外建筑物、树木等的变形、位移及其破坏的时间和过程。

五、对滑坡的重点部位宜摄影或录像。

六、调查当地整治滑坡的经验。

（5）具体要求与调查数据表
参照《地质灾害调查技术要求（1：25万～1：5万）》；《县市地质灾害调查基本要求》；《县市地质灾害调查基本要求——实施细则》和《县市地质灾害调查数据库建设技术要求》进行。

调查工作量参考表1布置。

表1 调查工作量或工作精度
*平原部分供评估地面沉降灾害等参考。

3.4 地质环境复杂程度评估
地质灾害的发生取决于两方面的因素，一是其自身的控制因素，或称内因，包括原始地形、岩土体物理力学性质、岩土体结构、构造和后期变化等；二是影响因素，也称外因，它包括自然影响因素和人为影响因素，前者如降雨或融雪、地下水变化、地震和温度变化，后者如地上或地下开挖、堆土或弃渣，地表或地下排水不当等。

表2初步建立不同地势条件下的地质环境复杂程度分类鉴别特征。

这种分类是相对性的，具体指标结合特定地区才能确定。

表2 地质环境条件复杂程度分类表
*平原部分供评估地面沉降灾害等参考。

3.5 地质灾害危险性级别确定
滑坡等危险性评估的关键：一是划分出危险区域，二是明确重点危险地段甚至是地点。

本项工作中的地质灾害危险性分级实质上带有危害性分级的性质。

地质灾害危险性综合评估等级划分为大、中等、小三级，每级的四项条件中有一项满足视为达到相应危险等级。

下述条件适用于一级评估，二、三级评估相应的危险等级可降低1—2个数量级考虑。

（1）危险性大级
遭受、加剧或引发地质灾害的可能性大；威胁人员安全；可能造成的直接经济损失在5000万元以上或占工程总投资的比例达到35％以上；
（2）危险性中等级
遭受、加剧或引发地质灾害的可能性较大；可能造成的直接经济损失在500万元～5000万元之间或占工程总投资的比例处于5％～35％之间；
（3）危险性小级
遭受、加剧或引发地质灾害的可能性小；可能造成的直接经济损失在500万元以下或占工
程总投资的比例不足5％。

地质灾害危险性现状评估分级、预测评估分级和综合评估分级可以参照上述要求进行。

3.6 评估方法
确定判别区段危险性的量化指标，根据“区内相似，区际相异”的原则，采用定性、半定量分析法，进行工程建设区和规划区地质灾害危险性等级计算。

常用方法有综合指数法、参数叠加法、模糊数学评判法、信息量法和人工神经网络法等。

3.7 区划方法
地质灾害空间评价区划方法的选择取决于工作目的和工作尺度。

一般可考虑两种方法，一是从高到低的方法，二是从低到高的方法，或二者结合考虑。

（1）从高到低的方法
从高到低的方法是一种先综合再分解的工作方式，一般以定性分析为主，可能情况下对主要因子予以赋值，给出量的概念。

这种方法比较适用于小比例尺地质灾害空间区划图的编制和分区评价。

由于是在综合意义上的分解工作，就要求研究者在区域地质灾害调查研究方面有较高的理论基础，对以往资料的收集分析比较系统全面，对所要研究评价的地区比较熟悉，能够比较准确地列出不同级别评价单元的主要影响因素。

一般采用工程地质比拟法，成因历史分析法。

（2）从低到高的方法
从低到高的方法是一种先分析再综合的工作方式，一般是按某一尺度选定一系列评价单元（方格、行政区或自然搜索），对各单元按同一套因子定量（量化）计算，最后把数值接近的的单元合并同类项。

研究建立空间数据处理的数学方法可采用图斑合并方法—传统聚类方法，基于空间邻接系数的聚类方法等。

重复这种方法，直至达到工作目的。

工作过程中注意不同级别的分区要采用不同的因子系列，并尽可能用量化指标表达。

适宜采用各类统计数学方法。

3.8 建设用地地质环境适宜性
地质灾害危险性小，基本不设计防治工程的，地质环境适宜；地质灾害危险性中等，防治工程简单的，地质环境基本适宜；地质灾害危险性大，防治工程复杂的，地质环境适宜性差（表3）。

地质灾害危险性综合评估应根据各区（段）存在的和可能诱发的灾种多少、规模、稳定性和承灾对象社会经济属性等，综合判定建设工程和规划区地质灾害危险性的等级区（段）。

分区（段）评估结果，应列表说明各区（段）的工程地质条件、存在和可能诱发的地质灾害种类、规模、稳定状态、对建设项目危害情况并提出防治要求。

3.9工程措施
地质灾害防治技术选择应立足于减轻灾害，在此前提下，选择的工程技术类型越简单，越易于实现越好。

因为治理灾害一般不直接产出经济效益，经济实用的技术是应该首先推荐的，自然，为特殊的经济或工程目的者除外。

表3 建设用地地质适宜性分级表
用于地质灾害防治的工程技术有多种，这里初步把它们分为以下三大类（图2）：
等；
（2）被动型——抗滑桩、挡墙、竖井桩、回填和洞室抗滑键等；
（3）复合型——锚拉桩、锚拉墙等。

监测工程贯穿于从勘查到竣工的全过程，且作为指导设计、变更设计与调整施工的依据，作为预测预报的依据，乃至作为工程危险警报的依据。

4 区域崩塌滑坡灾害因素分析
4.1 地形
地形变化特点，包括地形的变化历史、地形图比例尺、等高线（等高距）、突变地形如悬崖、纵坡降等。

此外，还应参考附近的重要地形特征，因为有些特征常被人为地改变着，而那些应用已有参考资料的人们可能还未意识到那些改变。

其中，地形的变化历史及变化的具体情况特别值得查明。

4.2 地层构造
包括地层成因时代，工程地质岩组划分，特别是第四纪堆积物和水理性质变化大的矿物，构造位置的构造形态，原生或次生结构面的发育特征及其与地形的关系，表生或浅生风化卸荷作用强度等。

地质体结构形态是滑坡分析中最重要的一个因素。

首先确定地层的构造、岩性和工程性质远比确定它的准确年代和类别更为重要。

地质构造常常是岩质滑坡的重要控制因素。

地质条件随现场部位的变化提供了破坏区和潜在滑坡活动的重要线索，地层的错位、节理方向的改变及倾角和走向的突变，是不均匀的地质条件的标志；不论在潜在的或已见的移动区，甚至于对在移动区以外很远，都必须鉴别地质构造，以预测对围绕滑坡地区计划兴建工程的影响。

4.3 地下水
包括灾害体中地下水是否承压、地下水的成因、地下水随降雨、季节或融雪的变化；地下水的溢出形式及相应植被的特点；人类活动对地下水的影响及其与地下水的联系；地下水的水化学特征及其对防治工程的侵蚀性。

水是大多数滑坡的主要因素。

由降雨、渗水和泉形成的地表水的聚集是易滑地区地形变化的明显标志。

但有时水的来源却注意不够。

滑坡上部山坡的渗水可成为重新渗入滑坡土体内的地表水的来源，因而促使滑坡不稳定。

水从地面渗出比其出口被堵塞时的地下动水压力小，因此一个滑坡的活动常常会因前缘附近的泉水被堵塞而加强，泉水流量的增大而活动减弱。

4.4 特殊气候系统
特殊气候系统主要包括降雨量和降雨强度及其变化规律；温度、湿度变化特别是极端变化（有报道温度变化诱发滑坡）和气压变化等。

统计分析表明，当累计降雨量超过l00mm时，川东各地开始出现一些小型滑坡。

暴雨型泥石流的暴发在不同地区或同一地区的不同沟谷就表现出极不相同的临界雨量，如四川南部地区
为50～100mm/24h；甘肃南部地区泥石流暴发的平均雨强为10～50mm/1h；北京北山地区泥石流爆发的前期雨量为50～240mm，暴雨强度为50～10mm/1h。

泥石流暴发周期10～30a，个别2a或40～50a，也说明了地质背景的控制作用。

不同于泥石流在降雨过程中发生，滑坡一般在一次降雨过程末期，且多在其后数天发生，因为斜坡体内地下水位的上升幅度到达最高值的时间均滞后于最大降雨强度发生时间。

据研究，四川盆地暴雨滑坡的临界降雨强度为200mm/d；长江云阳、奉节地区诱发滑坡复活的临界降雨量为280～300mm，且降雨强度为140～150mm/d；陕西某县斜坡失稳的年降雨阈值为1600mm；鄂西山区近十年来的滑坡多在降雨当天或雨后1～6d内发生。

4.5 变形破坏历史
调查地质灾害过去发生史。

人类文明史中的挖方、填方；地表水、地下水径流状态的改变；坡面农垦、植被变化；水库边岸库水位动荡冲刷；明显的地形或植被移位（如醉汉林、马刀树等）；不同时期多时相航、卫片特征对比判断等。

应特别强调历史文献调查和现场访问。

文献调查不仅指地方志的查阅和辩伪，同时也包括近代对该地区的各种调查研究报告和论文，并对其可靠性进行再证实。

现场访问是一种非常有效的方法，大部分老滑坡和—部分新滑坡或正在发生的滑坡，能够通过访问了解到，通过访问往往能获得关于运动状况和滑坡发生时的气象情况等宝贵资料。

如灾害发生的时间、灾害发生前的征兆、发生时的日降雨量、运动状况、滑动速度、地质环境、过去发生滑坡及灾害记录及其周围滑坡情况。

4.6 地震
地震对滑坡的影响可分为两个方面，一是地震活动与相应地区的滑坡发生具有长周期的相关性（刘传正，1990）；二是伴随一次地震发生，会直接引起岩土体崩滑或形成泥石流。

统计资料说明，在Ⅷ度区以下的地震影响区内，山体崩滑或泥石流并非肯定出现，而在Ⅷ度及其
以上的地震影响区内，山体崩滑或泥石流则伴随出现。

这个统计规律对于高地震烈度区地质灾害防治工程的设防标准的合理确定是很有价值的，既要避免冒险，也要避免保守，造成无意义的加大投资。

4.7 人为作用分析
人为活动是滑坡产生的原因之一，包括开挖、堆填、爆破和人为引起的地表或地下水径流系统变化。

斜坡下部受切和修筑人工边坡，最易引起滑坡的产生。

在日本狭小的国土面积内，短时间内修筑了许多铁路和公路，尤以高速公路和铁路建设，要求布置平缓的坡道和平滑的曲线，因而要修筑深路堑和高路堤。

由于大量的开挖，使斜坡失去稳定性。

由于城市居民集中，因而在山坡上修筑住宅，常常因坡脚开挖和搬运土方而在暴雨时期引起天然斜坡和人工边坡发生滑动。

由于修筑水坝而在上游蓄水诱发斜坡滑动的实例相当多。

浸水岸坡因水位急速下降，斜坡内产生指向坡外的动水压力，致使岩体抗剪强度降低，从而破坏了岸坡的稳定而发生滑坡。

实际上，浸水斜坡因水库水位的动态变化而诱发滑坡的机理研究，是一个困难的问题。

详细研究鉴定员的日志、工程管理人员的日报、爆破钻孔的钻进和用药量记录及承包商的日志，将会提供有关实际工程状况的线索。

有时，这些记录包含有已被路堤覆盖的泉的资料、偶然放入填方中的不适当的材料的资料，及因为抢时间赶工程进度而被忘记了的超限爆破和位移的形迹。

通过人们互相访问补充的成文记录，常常提供了触发滑坡滑动的各种因素的最佳线索。

4.8 生态系统与滑坡的相互作用
生态环境在滑坡的性状上起着重要作用（尽管一般很小）。

例如，良好的植被覆盖促使降雨的渗透、减小地表径流和局部冲刷，渗透作用使局部地下水增大的影响一般不如局部冲刷的影响严重。

但是，有时植被也促进了地表水向地下渗流的转化，在持续暴雨期间诱发区域性滑。