南门湾滑移式危岩体风险评价研究

李 漪，晏鄂川，胡显明，杨建国

南门湾滑移式危岩体风险评价研究

李 漪1，晏鄂川1，胡显明1，杨建国2

（1．中国地质大学（武汉）工程学院，武汉 430074；2．重庆地质矿产研究院，重庆 400042）

位于巫溪县的南门湾危岩带曾发生多次破坏，共造成百余人死亡，严重制约了当地的社会经济发展。在前人研究成果的基础上，选择危岩带中4个滑移式危岩体为研究对象，根据蒙特卡洛模拟法计算出它们在天然和暴雨工况下的破坏概率，并结合实际情况分析了危岩体的威胁对象及其易损性，最后根据以上数据计算得出：自然工况下人员伤亡风险为0．30人，经济损失风险为15．16万元；暴雨工况下人员伤亡风险为0．65人，经济损失风险为31．91万元。评价结果可为防灾减灾服务。

危岩体；破坏概率；威胁对象；易损性；风险评价

1 概 述

危岩作为一种重要的地质灾害在我国广泛分布，随着工程建设的开展和生态环境的破坏，我国危岩防治形势日趋严重，而进行风险评价则可对灾害可能产生的损失做出预测，从而提高防治工程的针对性。位于巫溪县的南门湾危岩带，在历史上发生过多次破坏，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，至今仍严重威胁当地人民生命财产安全，对其进行风险评价方面的研究，对防灾减灾具有重要意义。

目前针对滑坡的风险评价研究较多，而针对危岩体的风险评价则较少，许强等［1］在危岩失稳概率和落石运动轨迹分析的基础上对危岩单体的风险评价方法做了系统的研究；张路青等［2，3］在对川藏公路南线（八宿至林芝段）滚石发生频率估计的基础上，对公路沿线行人遭遇滚石的风险做了理论和实践方面的研究。根据危岩体的破坏形式，可将其分为坠落式、倾倒式和滑移式3类。滑移式破坏的危岩体稳定性计算涉及到的岩体强度参数c和φ值，其概率分布特征易于通过实验获得，进而可以分析危岩体的稳定概率，因此本文选择南门湾4个滑移式危岩体作为研究对象，利用蒙特卡洛模拟法计算它们在自然工况和暴雨工况下的破坏概率，并根据当地社会经济情况、危岩带破坏历史和各危岩体沿公路方向单位影响长度的方量及最大落差分析了各危岩体的威胁对象及其易损性，从而定量计算出了各种情况下的人员伤亡风险和经济损失风险。对防灾减灾具有参考意义。

2 南门湾危岩带概况

南门湾危岩带位于重庆市巫溪县新老县城之间，自1987年以来，先后发生多次破坏，累计造成百余人死亡。该危岩带对巫溪通往奉节、云阳、万县的主要干道构成了极大威胁，严重制约了巫溪县的社会经济发展。

危岩带主要由三叠系嘉陵江组白云质角砾状石灰岩组成，由北到南沿180°－130°方向呈弧形展布，全长630 m，北高南低。北段高程315～335．1 m；南段高程258～320 m。危岩带顶部坡角10°左右，中部坡角80°左右，下部某些部位形成深度1 m左右的凹岩腔。岩体风化严重，溶蚀现象发育，加之独特的岩性特点，导致该危岩带掉块现象频繁发生。危岩带裂隙较发育，原生层面不明显，裂隙由卸荷、重力、溶蚀和风化等作用产生，主要发育于斜坡表部0．0～6．0 m内，其中走向为130°～150°和170°～180°的两组裂隙最发育，该两组裂隙基本与斜坡走向一致；走向为50°～60°和70°～80°的两组裂隙次之，该两组裂隙与前两组裂隙走向近于垂直。这两个方向上的裂隙控制了危岩体的结构及其稳定性。该危岩带可分为W1至W20共20个危岩单体。其中W1至W5，W16，W19，W20已经治理，W17和W18稳定性较好，故本次研究限定于W6至W15这10个危岩体，如图1所示。根据现场勘察资料可判断W7，W9，W11，W12，W14为坠落式破坏，W8为倾倒式破坏，W6，W10，W13，W15为滑移式破坏。

图1 W 6至W 15立面图Fig．1 Elevation view of W 6－W 15

3 滑移式危岩单体风险评价

3．1 破坏概率

目前通常采用蒙特卡洛模拟法研究斜坡破坏概率［4，5］，该方法通过随机模拟和统计试验得到斜坡破坏概率。其基本原理是根据已有数据的概率分布特征（平均值、标准差等）生成满足统计分析要求个数（一般认为2 000组就可以满足要求［4，5］）的随机模拟数据，并根据生成的随机数据进行统计试验就可得到较精确的概率值。这种方法精度高，避免了大数量采样而且易于利用计算机程序实现，所以得到了广泛应用。

影响危岩体稳定性的因素众多，大致可分为内在因素如岩体强度、岩体组构、地形地貌等，外在因素如坡脚开挖、降雨、地震等。一般而言，岩土体的强度对危岩体稳定性起控制作用，且受取样情况和实验条件等多种因素影响，强度参数具有较大的不确定性。所以本文拟根据强度参数的概率分布特征分析危岩体的破坏概率。坠落式破坏和倾倒式破坏的危岩体稳定性与岩体抗拉强度密切相关，而岩体抗拉强度的概率分布特征较难获取，目前工程实践中通常采用岩石抗拉强度的折减来近似代替岩体抗拉强度，因此本文只对南门湾危岩带中的滑移式危岩体，即W6，W10，W13，W15进行研究。

区域内地震基本烈度为Ⅵ度，可不考虑地震作用，因此本文仅分析天然工况和暴雨工况下各危岩体的稳定性，稳定性计算采用《地质灾害防治工程勘察规范》（DB50／143－2003）中的相应公式。

对危岩体结构面和岩石试验参数加权求和，可得到危岩体裂隙的c和φ值并计算出它们的平均值、标准差，然后用蒙特卡洛模拟法进行随机模拟。首先产生2 000组在（0，1）平均分布的随机数ai，再利用以下公式产生2 000组c和φ值。

式中：μc和δc分别为c的平均值和标准差；μφ和δφ分别为φ的平均值和标准差。将以上产生的2 000组c和φ值进行统计试验，代入《地质灾害防治工程勘察规范》中相应公式就可生成各危岩体的2 000个稳定性系数FS模拟值。根据伯努利大数定理，危岩体的破坏概率为

P＝N／2 000 ，

式中N为FS＜1的个数。由此得到各滑移式危岩体的破坏概率如表1所示。

表1 各危岩体破坏概率Table 1 Failure probability of dangerous rock masses under different conditions

各滑移式危岩体模拟稳定系数的分布密度如图2所示。

图2 危岩体稳定系数分布图Fig．2 Distribution of the stability coefficients of dangerous rock masses

3．2 威胁对象及其易损性

危岩体的威胁对象E可分为人和经济对象，要视其影响范围而定。假设影响范围的面积集合为A，而可能存在威胁对象的面积集合为B，那么灾害真正能威胁到的范围（可以定义为有效威胁范围）只能是A和B的交集。根据估算并结合危岩体破坏历史可以知道，南门湾危岩体影响范围明显包括且大于其下方的公路，而公路以外并没有人和经济对象，这样就可以认为各危岩体的有效威胁范围为其下方相应影响长度的公路。

调查显示，南门湾危岩带下方公路的平均人流量大约为2 000人次／d。假定危岩体破坏与人在其下方行走为两个相互独立事件，即当人流量一定时，其在空间及时间上的分布变化对危岩失稳造成的人员伤亡数目和伤亡程度没有影响，则可假定公路上的行人在空间及时间上是平均分布的，危岩体威胁的人员对象就是人在危岩体下方的时间占一天总时间T的比值与一天的人流量乘积，有

式中：Ep为危岩体失稳威胁的人员对象；V0为人的步行速度，取1．4 m／s；L为危岩体破坏时沿公路方向的影响长度，取危岩体沿公路方向长度的2倍，具体如表2所示。

受此滑移式危岩体威胁的经济对象包括其下方的公路、公路沿线埋设的管道、公路上行驶的车辆等。考虑到此路段车辆大多绕道而行，车流量很小，本文对公路上车辆遭受的风险不做考虑。即受滑移式危岩体威胁的经济对象为各滑移式危岩体下方相应影响长度内的公路E1及公路两侧的供水管道E2和污水管道E3，经实际情况分析后，对其价值估计如表2所示。

易损性V的定义为灾害现象发生时对受威胁对象所造成的损失程度。易损性可以用0～1来表示，0表示无损失、1表示完全损失。

危岩体失稳时，其下方人的易损性受人的年龄、性别、受教育程度、体能条件以及失稳危岩体规模大小、冲击能量等因素影响，要得出精确的理论值比较困难，本文根据南门湾危岩带历史曾经发生的规模大于500 m3的危岩体失稳造成行人伤亡的情况，并结合各危岩体沿公路方向单位影响长度的方量和最大落差对人的易损性进行分析。南门湾方量大于500 m3的危岩体失稳造成行人伤亡的情况，有记录的只有1998年8月发生的规模为1 100m3的破坏，造成8个行人受伤。各危岩体沿公路方向单位影响长度方量F和最大落差HL如表2所示，假定V主要由F和HL决定，可对各种情况下人的易损性V进行估计，结果如表2所示。

表2 人员伤亡风险Table 2 The risk of casualties

该危岩体下方污水管道、供水管道、公路在危岩体失稳时的易损性受失稳危岩的规模大小、冲击能量大小、受威胁对象的位置与质量等因素影响，采用和人的易损性估计相似的方法对各经济对象在各种情况下的易损性进行估计取值，具体如表3所示。

3．3 风险计算

风险的定义为特定灾害现象对生命、财产、经济活动等可能造成的损失，风险评价即在灾害发生前对这种可能的损失做出定量的计算分析，本文对危岩体失稳造成的人员损失和经济损失风险分别计算。根据风险的计算公式

式中：R为危岩体的人员伤亡或经济损失的风险；P为危岩体失稳概率；V为危岩体失稳时人或经济对象的易损性；E为危岩威胁的人员或经济对象。各滑移式危岩体失稳造成的人员伤亡风险Rp和经济损失风险RE计算结果分别如表2、表3所示。

由表可知，天然工况下4个滑移式危岩体的人员伤亡风险为0．30人，经济损失风险为15．16万元，暴雨工况下人员伤亡风险为0．65人，经济损失风险为31．91万元。

表3 经济损失风险Table 3 The risk of econom ic loss

以上分析得出的人员伤亡风险比一般危岩体失稳计算出的人员伤亡风险小，这是由于本文研究的危岩体威胁的人员对象是公路上的行人，具有流动性，即当危岩失稳时威胁人员在其下方的概率较小，而危岩体的威胁人员为民房内居住人员的情况，危岩失稳时人员对象在其下方的概率要大得多。

4 结 论

（1）利用蒙特卡洛模拟法得到了南门湾4个滑移式危岩体在自然工况和暴雨工况下的失稳概率，根据实际情况分析了各危岩体的威胁对象及其易损性。

（2）在各危岩体失稳概率、威胁对象及其易损性分析结果的基础上，计算出各滑移式危岩体在2种工况下的人员伤亡风险和经济损失风险：天然工况下为0．3人，15．16万元，暴雨工况下为0．65人，31．91万元。南门湾滑移式危岩体人员伤亡风险评价结果较小，这是由于其威胁的人员为流动的行人。

（3）危岩体的稳定概率计算主要基于强度参数的概率分布特征，而坠落式和倾倒式危岩稳定性与岩体抗拉强度密切相关，目前实际应用中岩体抗拉强度通常由岩石抗拉强度通过折减代替，所以坠落式和倾倒式危岩体稳定性概率及其风险评价有待进一步研究。而且本危岩带时常发生的掉块导致的风险也有待进一步研究。

［1］ 许 强，陈 伟．单体危岩崩塌灾害风险评价方法——以四川省丹巴县危岩崩塌体为例［J］．地质通报，2009，28（8）：1039－1046．（XU Qiang，CHEN Wei．Risk As-sessment Method for Single Rock Collapse Geo-Disaster：a Case Study on the Rock Collapse in Danba County，Si-chuan，China［J］．Geological Bulletin of China，2009，28（8）：1039－1046．（in Chinese））

［2］ 张路青，杨志法．公路沿线遭遇滚石的风险分析——案例研究［J］．岩石力学与工程学报，2004，23（21）：3700－3708．（ZHANG Lu-qing，YANG Zhi-fa．Risk Analysis of Encountering Rock Fall Along Highway——a Case Study［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering．2004，23（21）：3700－3708．（in Chinese））

［3］ 张路青，杨志法，张英俊．公路沿线遭遇滚石的风险分析——方法研究［J］．岩石力学与工程学报，2004，24（增2）：5543－5548．（ZHANG Lu-qing，YANG Zhi-fa，ZHANG Ying-jun．Risk Analysis of Encountering Rock Fall Along Highway——Method Study［J］．Chinese Jour-nal of Rock Mechanics and Engineering．2004，24（S2）：5543－5548．（in Chinese））

［4］ 谢全敏，朱瑞赓，池秀文．危岩块体稳定性分析的蒙特卡罗边界法［J］．灾害学，1998，13（2）：37－41．（XIE Quan-min，ZHU Rui-geng，CHI Xiu-wen．Monte-Carlo Boundary Method in Stability Analysis of Dangerous Rock Masses［J］．Journal of Catastrophology，1998，13（2）：37－41．（in Chinese））

［5］ 罗文强，晏同珍．斜坡稳定系数的概率分析［J］．地球科学，1996，21（6）：653－655．（LUOWen-qiang，YAN Tong-zhen．Probability Analysis of Stability Coefficient of Slope［J］．Earth Science，1996，21（6）：653－655．（in Chi-nese） ）

（编辑：曾小汉）

Risk Assessment for Nanmenwan Sliding Dangerous Rock M asses

LIYi1，YAN E-chuan1，HU Xian-ming1，YANG Jian-guo2
（1．Engineering Faculty，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China；2．Chongqing Institute of Geology＆Mineral Resources，Chongqing 400042，China）

Located in Wuxi county，Nanmenwan dangerous rock zone has encountered failure formany timeswhich caused deaths ofmore than 100 people and restricted local social and economic development．On the basis of previ-ous researches，four sliding dangerous rock masses from the zone were chosen as research objects，and their failure probability in normal and rainstorm conditionswere calculated by Monte Carlo simulation．The elementat risk of the rock masses aswell as their vulnerabilitywere also analyzed based on the actual situation．Finally，according to the computation of the above data，the authors concluded that under normal condition，the casualty risk was0．30 per-son，and the economic loss risk was 151，600 yuan；while under rainstorm condition，the casualty risk was 0．65 person，and the economic loss risk was319，100 yuan．Risk assessment results can be used as reference for disaster prevention and reduction．

sliding dangerous rock；failure probability；element at risk；vulnerability；risk assessment

P642

A

1001－5485（2011）05－0014－04

2010-05-26

教育部新世纪“优秀人才支持计划”资助项目（NCET－07－0775）

李 漪（1987-），男，土家族，湖北神农架人，硕士研究生，主要从事地质灾害防治研究，（电话）15337129517（电子信箱）ly77401＠163．com。