河北省地质灾害已治理工程可靠性评价方法研究

魏莹莹 崔 阳 魏国振

(1.河北省地质资源环境监测与保护重点实验室 石家庄 050021；2.河北省地质环境监测院 石家庄 050021；3.河北省地质矿产勘查开发局 石家庄 050000)

工程结构的可靠性是指工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。工程结构的可靠度是指工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。河北省地质灾害已治理工程的可靠性评价是在统计河北省地质灾害已治理工程数据，搜集勘查设计施工监理验收资料、气象水文资料、地质环境资料、人类工程经济活动资料及地质灾害防治效果资料的基础上，利用建筑结构可靠度计算模型，进行可靠度评价，确定评价指标，初步建立地质灾害已治理工程可靠性评价体系，为地质灾害已治理工程评价工作提供经验。

1 河北省地质灾害已治理工程概况

2021年，河北省累计完成地质灾害治理工程(包含正规治理工程和应急治理工程)283处，按地市分类：石家庄26处、唐山26处、秦皇岛16处、邯郸15处、邢台2处、保定60处、张家口24处、承德111处、衡水1处、廊坊2处、沧州市0处，雄安新区0处。其中，承德市地质灾害已治理工程数量最多，占全省总数的39.22%；按灾害种类分类：崩塌120处、滑坡42处、泥石流110处、地面塌陷7处、地裂缝4处。其中，崩塌、泥石流治理工程数量较多，分别占全省总数的42.40%、38.87%(表1)。

表1 河北省地质灾害已治理工程分布

河北省崩塌地质灾害已治理工程中主动治理措施(锚固、挂主动网、清理危岩、修筑截排水沟)52处，被动治理措施(修筑被动网、拦石(土)墙)22处，综合治理(主动治理措施+被动治理措施)46处；滑坡地质灾害已治理工程中主动治理措施(削方减载、坡面绿化修复、抗滑桩、锚固和截排水沟)10处，被动(修筑重力式挡墙、桩板墙)2处，综合防治(主动治理措施+被动治理措施)30处；泥石流地质灾害已治理工程中固定物源措施(植树造林、种植草皮、修筑拦挡墙)10处，拦挡治理措施(修筑谷坊坝、栅格坝)19处，排导治理措施(修建导流槽、防护堤)21处，综合防治(固源+拦挡、固源+拦挡+排导、固源+排导、拦挡+排导)60处；地面塌陷地质灾害已治理工程主要采取地表排水、防渗和回填注浆等综合治理措施；地裂缝地质灾害已治理工程主要采取回填、压实和防渗的综合治理措施。因此，河北省地质灾害治理工程以综合治理措施为主(图1)。

图1 河北省各灾种地质灾害治理措施分类

2 河北省地质灾害已治理工程可靠性评价

2.1 地质灾害已治理工程结构可靠度计算模型的建立

河北省地质灾害已治理工程结构可靠度计算模型的建立是在统计地质灾害已治理工程数据(搜集勘查设计施工监理验收资料、气象水文资料、地质环境资料、人类工程经济活动资料及地质灾害防治效果资料)基础上，利用建筑结构可靠度计算模型进行评价。工程结构的可靠性是指工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。工程结构的可靠度是指工程结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。失效概率pf为结构不能完成预定功能的概率。可靠度指标β为度量结构可靠度的数值指标。可靠度指标β与失效概率pf的关系为β=-φ-1(Pf)，其中φ-1(·)为标准正态分布函数的反函数。既有结构指已经存在的各类工程结构。地质灾害已治理工程可靠性评价按既有结构的可靠度性进行评价。

(1)结构的极限状态方程

结构的极限状态可采用下列极限状态方程描述：

g(X1,X2,…，Xn)=0

式中：g(·)—结构的功能函数；

Xi(1,2,…,n)—基本变量，指结构上的各种作用和环境影响、材料和岩土的性能及几何参数等；在进行可靠度分析时，基本变量应作为随机变量。

(2)结构可靠度计算值计算模型

地质灾害治理工程按多个非正态相关的基本变量且极限状态方程为式g(X1,X2,…，Xn)=0时，用下面的公式替换后进行迭代计算，从而确定各评价因子的权重值及可靠度计算值β。

式中：g(·)—结构或构件的功能函数，包括计算模式的不定性；

Xi(i=1,2,…，n)—基本变量；

fxi(·)、Fxi(·)—基本变量Xi的概率密度函数和概率分布函数；

ΡXiXjφ(·)、φ(·)φ-1(·)—标准正态随机变量的概率密度函数、概率分布函数和概率分布函数的反函数；

2.2 河北省地质灾害已治理工程可靠度评价因子的确定

(1)评价指标的确定

采用层次分析法建立滑坡防治效果评价模型，一级指标分为地质环境条件因子、地质灾害本体因子、防治工程技术指标因子和社会影响评价指标因子；在一级指标的基础上，分列14个二级指标。

(2)评价指标权重的确定

根据建筑结构可靠度计算的要求，对专家打分进行均化处理，构造相关判断矩阵。经过计算，地质环境条件因子(A1)、地质灾害本体因子(A2)、防治工程技术指标因子(A3)和社会影响评价指标因子(A4)的权重分别为0.20、0.3、0.40和0.10。在此基础上，对二级指标进行建筑结构可靠度分析计算，分别得到地形地貌、岩土质量及地震烈度等二级评价指标权重(表2)。三级单因素指标权重值划分采用经验方法，如地灾体复杂程度指标中:极复杂的权重值为0.04、复杂的权重值为0.05、中等为0.08、简单为0.10，该因素权值越大，越有利于地质灾害治理，其防治效果也越好，地质灾害防治工程可靠度越高。

(3)评价结果

根据河北省地质灾害已治理工程野外调查和室内资料分析，可靠度高的为258处，占总数的91.17%，可靠度中等的为13处，占总数的4.60%，可靠度低的为12处，占总数的4.23%(表3)。

表3 河北省地质灾害已治理工程评价成果表

3 结论和建议

地质灾害具有复杂性、隐蔽性、突发性和不可预见性等特点，部分地质灾害防治工程竣工后常出现不同程度的失稳破坏现象。因此，开展防治工程的运行效果评价，及时总结经验教训和反馈有效信息具有重要的理论和实际意义。本文在河北省地质灾害已治理工程专项调查和分析的基础上，开展防治工程运行效果评价研究，获得一些主要认识。

结合地质灾害特点、建筑结构可靠度评价模型及地质灾害防治经验，提出了地质灾害防治效果评价的指标体系，包括地质环境条件因子、地质灾害本体因子、防治工程技术指标因子和社会影响评价指标因子4个一级评价指标和14个二级评价指标。建议将地质灾害已治理工程可靠度(β)划分为3个等级:高(β>0.75)、中(0.50≤β≤0.75)、低(失败)(β<0.5)。

通过对河北省地质灾害已治理工程整体分析，治理效果比较明显，运维现状较好，可靠度高等级的已治理工程为258处，占总数的91.17%。

采用建筑结构可靠度计算法对河北省地质灾害已治理工程可靠度进行综合评价表明，河北省内地质灾害已治理工程中，仍存在安全隐患，建议加强监测，及时采取修缮加固措施，将安全隐患消除在萌芽之时。由于河北省内地质灾害的发育分布特征和形成机理具有复杂性，开展地质灾害已治理工程可靠度评价还是一个探索的过程，有待于在今后实践过程中进一步修正。