多重多元回归分析在既有铁路沿线地质灾害评价中的应用——以集通线通辽段为例

王 明 郑启明 陈 雨

(锦州铁道勘察设计院有限公司， 辽宁锦州 121000)

在各类工程建设中,铁路是遇到地质灾害最严重的工程建筑之一。一条铁路的修建常常需要跨越不同的地质单元,会遇到各种各样复杂的地质环境以及地质灾害发育地段,如崩塌、滑坡、泥石流、岩溶等特殊的地质灾害。随着我国经济快速发展,为满足经济发展的要求,近年来我国铁路建设的规模、等级以及对路基的承载力和稳定性要求不断提高,随之而来的是在铁路工程建设和使用过程中产生地质灾害的频率和规模逐年增加,对地质灾害的预防及治理的费用占工程造价的比例也越来越高。本文以集通线为实例,以多重多元回归分析为基础,建立一个适合既有铁路沿线地质灾害危险性评价的模型,进而对不良地质地段进行防治。

1 集通线沿线自然地理及地质概况

1.1 自然地理概况

本段主要位于通辽市境内，处于西辽河平原中部,地势高但起伏较缓,海拔在180～272 m间,地表植被覆盖率高,一般在85%以上,以天然牧草为主，地形呈波状起伏,以平沙地为主,间夹沙丘，局部为河床、漫滩,地势略有起伏。测区为温带季风型大陆性气候，其特点四季分明,冬季漫长而寒冷,最大冻土深度可达1.9 m,而夏季短促而雨量集中,春秋两季气温变化剧烈,冻土层的冻结以及融化交替进行会不断破坏路基的稳定性。光照充足,积温有效率高,但全年降水偏少,干旱多风。

1.2 地层、地质构造及水文地质特征

(1)地层岩性

沿线所经地区地层出露较齐全,古生界、中生界、新生界均有分布,其中主要包括第四系全新统人工堆积层、第四系全新统、冲积层风积、风冲积层等。

(2)地质构造

线路所经大地构造单元以商都—康保—围场—赤峰之大断裂为界,北部为内蒙—兴安华力西褶皱带,南部为中朝准地台。受构造单元控制,沿线发育的褶皱和断裂以东西向和北东向形迹为主。天山镇—鲁北镇复背斜,该褶皱走向均为北东向或北北东走向,不仅控制了后期侏罗系酸性喷出岩和燕山期花岗岩侵入体的展布,而且由于褶皱运动,使本区石炭系和二叠系地层发生褶曲倾向,并伴有次一级的褶皱发生,从而使两翼节理发育,岩体破碎。测区第四系覆盖层较厚,新构造运动迹象不明显,构造运动隐伏于巨厚层的第四系覆盖层下,地质构造对线路无显著影响。

(3)水文地质特征

地下水在勘察区内普遍分布,类型主要为第四系孔隙潜水,水量丰富。水位埋深3.0～10.0 m,主要含水层为细、中砂层,水位变化受季节影响明显,主要靠大气降水和地表水补给,地下水水位变化幅度为2～4 m,地下水的排泄多以蒸发排泄、人工开采为主。依据水分析资料,K926+000～K930+000地下水对混凝土结构具有二氧化碳侵蚀性,环境作用等级为H1。

2 多重多元回归分析

下面给出多元多重线性回归模型。

设有m个自变量(即本文的判别因子)xi1xi2xi3,…，xim,对应p个因变量yi1yi2…，yip,(i=1,2，…，n),用矩阵表示他们之间的关系式为

(1)

记为：Y=Xβ+ε,其中β为未知参数,ε是随机误差项,服从多元正态分布。

3 实例分析

本文将研究区地质灾害危险性划分为高、中、低三个等级,记为Y=(yi1,yi2,yi3)(p=3),危险性等级高、中、低依次记为Y1=(1,0,0),Y2=(0,1,0),Y3=(0,0,1)。实际情况中,影响地质灾害评价的因子较多,包括：地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水、植被覆盖率、降水量等。本文根据研究区的实际情况,共选取m=6个评价因子:包括软土及松软土深度xi1、二氧化碳侵蚀性地下水等级xi2、风沙路基长度xi3、软土及松软土厚度xi4、路基最大季节冻土深度xi5、路基冒浆长度xi6。由于研究区的地势平坦,构造简单,所以地质地貌、地层岩性、地下水等对评价结果影响可忽略不计。本文以铁路轴线两侧2 000 m的范围作为研究区,在划分该铁路沿线地质评价单元时,以1 000 m×1 000 m的正方形为评价单元,正方形的边垂直于直角坐标系坐标轴线,将铁路沿线划分为412个评价单元。本文共选取21个评价因子特征突出、危险性等级明显并且具有代表性的单元，用于计算评价因子系数β(见表1)。

(2)

表2 部分单元的计算结果

图1 K902～K926地质灾害危险性评价评判分区

4 结论

K850～K905为危险性中等地段,主要发育有风沙路基以及天然冻土层,对路基稳定性影响较大,产生该病害的主要原因是该段线路两侧防护林带较少,仅线路右侧由少量防护林,且林地覆盖率较少,加之沿线居民在线路两侧开垦大量土地,破坏了地表植被,所以在冬季收割农作物后,地表植被稀少,且收割后无固沙措施,导致大风、少雨时节容易发生风吹沙起,掩埋铁路的情况。主要的整治措施应该以防护为主,在线路两侧铁路用地限界范围内严禁居民砍树耕地,且线路两侧应加大防护林的种植,增加地表植被覆盖率。若风沙情况严重,可考虑设置挡沙墙。

K905～K923为危险性低的地段,发育有风沙路基、软土及松软土,且具有翻浆冒泥现象,但这些影响因素发育都较弱,且规模较小,因此对路基稳定性影响不大。

K923～K935为危险性高的地段,发育有软土及松软土,翻泥冒浆现象比较严重,且部分地段地下水具有二氧化碳侵蚀,对混凝土结构具有侵蚀性。因此,有必要加大对该区地质灾害的治理,提高该区路基的稳定性。

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