川藏公路巴塘至拉萨段典型地质灾害危险性分析_曹亮.pdf

摘要：川藏公路巴塘至拉萨段沿线边坡地质灾害较为严重根据多年来采集的边坡灾害数据，利用地理信息系统（GIS）综合插值等多种方法分析了该段公路沿线典型边坡地质灾害的危险性.研究表明：低度、中度、高度危险区占总里程的 789，总长度 1 008 km，其中高度达到 3028，而基本无危险区里程为 270 km，占总里程的 211.通过野外复核，该分析结果较为合理可靠.关键词：公路边坡；地质灾害；危险性评价；川藏公路川藏公路巴塘至拉萨段典型地质灾害危险性分析曹亮1，叶唐进2，3，陶伟11 西藏大学工学院，西藏 拉萨 850000；2 四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000；3 大连理工大学 建设工程学部，辽宁 大连 116024收稿日期：20211025；修回日期：20220119 编辑：张哲基金项目：国家自然科学基金项目“G318 西藏境内溜砂坡流水作用下失稳与运动机理”（No.41662020）.作者简介：曹亮（1993），男，硕士，主要从事岩土工程及地质灾害研究，通信地址 西藏自治区拉萨市城关区藏大路东段 10 号，E-mail/通信作者：叶唐进（1981），男，副教授，在站博士后，主要从事高原工程地质与灾害地质的研究，通信地址 四川省德阳市嘉陵江西路 4 号，E-mail/RISK ANALYSIS OF TYPICAL GEOLOGICAL HAZARDS IN BATANG-LHASASECTION OF SICHUAN-TIBET HIGHWAYCAO Liang1，YE Tang-jin2，3，TAO Wei11 College of Engineering，Tibet University，Lhasa 850000，China；2 Sichuan College of Architectural Technology，Deyang 618000，Sichuan Province，China；3 Department of Construction Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，Liaoning Province，ChinaAbstract：The slope geohazard along Batang-Lhasa section of Sichuan-Tibet Highway is serious Based on the slopedisaster data collected over the years，the risk of typical slope geohazard along the section is analyzed by using severalinterpolation methods of geographical information system（GIS）The results show that the low，medium and high riskzones account for 789 of the total distance，with the whole distance of 1008 km，among which the high risk zonereaches 3028，and the distance of basically no risk zone is 270 km，making up 211 The analysis results arereasonable and reliable through field verificationKey words：highwayslope；geologicalhazard；riskevaluation；Sichuan-TibetHighway0引言川藏公路沿线进入雨季地质灾害频发.由于新构造运动，该地区岩层破碎，河流深切，地壳抬升强烈，地震活动频繁，极易形成陡边坡，为崩塌、滑坡、泥石流创造条件.大规模、高频度发生的地质灾害常常阻碍川藏公路的运输.经有关部门调查，川藏公路沿线各类地质灾害共 3 422 处，其中泥石流 1 036 处，滑坡419 处，崩塌 1 525 处，其他灾害 45 处，造成诸多交通不便、人员伤亡和财产损失1.前人针对公路边坡地质灾害做了大量研究：王勇2文章编号：1671-1947（2023）01-0113-07中图分类号：P642.2开放科学标志码（OSID）：DOI：1013686/jcnkidzyzy202301014文献标志码：A地质与资源GEOLOGY AND RESOURCES第 32 卷第 1 期2023 年 2 月Vol.32 No.1Feb.2023对公路边坡的灾害进行了详细的调查分析，并对技术难点提出了见解；刘祥3介绍了公路边坡如何维护的众多措施；Yin 等4利用地面激光扫描技术（TLS）对边坡灾害进行风险性评估；Lee 等5通过构建三维可视化系统来治理危险边坡；Jeong 等6探讨了公路边坡上观测到的地质构造的地质价值，并对滑坡问题的治理方法进行了研究.在对边坡危险性分级方面，王佳运等7开展了黄土高原城镇边坡地质灾害风险分级系统的研究，并建立了分级矩阵表用来确定边坡的风险级别；刘洪博等8对 S303 公路边坡进行了等级分析，为今后的治理提出了相应的建议与参考；闫丽雯9以白云山某边坡为例，采用经验公式对公路边坡进行稳定分析；泮俊10利用动态与信息化方法对边坡灾害进行分析，并借助 GEOSLOPE 软件进行数值模拟；Aslam 等11提出灾害潜力评估算法；Lan 等12基于混合贝叶斯网络建模对风险进行评估；Zhao 等13基于空间案例利用推理方法进行灾害评估；邹强等14通过GIS 划分了 G318 沿线地质灾害的危险性等级；陈洪凯等15利用 GIS 对灾害情况建库，将危险划分等级.虽然众多学者对公路边坡地质灾害危险性进行了大量研究，但是大多存在方法过于复杂化使得效率降低并且准确性不高的问题，其方法仍须改进与完善.巴塘至拉萨公路位于川藏公路东段，是进藏的重要路线，具有经济发展、国防建设的重要使命，因此对该地区公路边坡的危险性预测有非常大的研究意义.传统的公路边坡危险性评价要通过野外实测才能采集到数据，然而有些地方人力与现代技术无法收集到准确的数据16.利用 GIS 软件的插值分析法成为解决这一难题的有效方法，针对以往操作复杂且准确率不高的情况，可建立一套适用性强、效果好的方案.此方案以 GIS 为主要工具，通过野外详细调查准确获取巴塘拉萨地区 266 个典型公路边坡的特征及空间坐标，以插值原理作为理论验证，将多种插值方法的数据拟合成最终结果，提高实际工程的准确性和操作效率，为巴塘至拉萨公路边坡危险性分级提供参考17.1边坡概况及数据来源巴塘至拉萨公路位于川藏公路东段，本研究起自巴塘终至拉萨段，途径芒康、左贡、邦达、八宿、然乌、波密、通麦、林芝、工布江达.该段公路自西向东跨越三大山系，跨过四大水系18-19.其中巴塘至邦达 332 km，邦达至波密 313 km，波密至巴河 311 km，巴河至拉萨322 km20，总里程 1 278 km.巴塘至拉萨属于川藏南线，各地降雨量有所偏差，海拔不等，环境较为复杂.这些因素决定了该地区灾害频发.其中通麦一带山体较为疏松，极易发生泥石流和塌方.玉普乡到然乌镇、八宿县到邦达镇、芒康县部分地区为灾害多发区.自 2015 年以来，对 266 个典型公路边坡多次进行现场实测，其中包括滑坡、碎屑坡、崩塌和泥石流（图1）.将采集土样进行室内土工实验，得出其中 53 个公路边坡为稳定边坡，213 个公路边坡为不稳定边坡（图2）.图 1公路边坡灾害分布图Fig 1Distribution map of highway slope disasters1滑 坡（landslide）；2崩 塌（collapse）；3碎 屑 坡（debris slope）；4泥 石 流（debris flow）；5行 政 中 心（administration center）；6国 道（national highway）地质与资源2023 年114图 2公路边坡灾害稳定性分布图Fig 2Distribution map of highway slope stability1稳定滑坡（stable landslide）；2稳定崩塌（stable collapse）；3稳定泥石流（stable debris flow）；4稳定碎屑坡（stable debris slope）；5不稳定滑坡（unstable landslide）；6不稳定崩塌（unstable collapse）；7不稳定泥石流（unstable debris flow）；8不稳定碎屑坡（unstable debris slope）；9行政中心（administration center）；10国道（national highway）2公路边坡稳定性危险性分析21插值预测原理插值预测原理应用广泛，以下介绍其最典型的 3种方法.1）反距离权重插值（IDW）IDW 以距离为权重进行加权平均，已知坐标值为Xi，Yi，Zi（i1，2，n），根据离散点的值，通过距离加权值求 Z 值16.Z=ni=1Zidi2 ni=11di2（1）其中：di=（X-Xi）2+（Y-Yi）2（2）2）克里金插值（Kriging）Kriging 可以简单地表达为：Z（）=（）+（）（3）其中，Z（）为 点处的变量值，（）为确定趋势值，（）为随机误差21.对于 （）可以为一个常量，也可以是空间坐标线性函数，其表达式为：（）=b0+b1x+b2y+b3x2+b4y2+b5xy（4）3）趋势面法插值（Trend）Trend 可简单表达为：Wi=W?i+（i=1，2，m）（5）其中W?i表示地理要素的宏观分布规律，属于确定性因素作用的结果；表示微观区域，被认为是随机因素影响的结果.Trend 法的形式为一个拟合的非线性函数.常用的二维与三维表达式如下：W?1=a0+a1X+a2Y（6）W?2=a0+a1X+a2Y+a3x2+a4XY+a5Y2（7）W?3=a0+a1X+a2Y+a3X2+a4XY+a5Y2+a6X3+a7X2Y+a8XY2+a9Y3（8）22过程及方法221分析方法1）根据野外调查，对典型的公路边坡进行统计分析，利用 GIS 技术将地质条件信息转换为 SHP 数据，再对 SHP 数据经行处理；2）将 SHP 数据导入 GIS 插值模块，用 IDW、Kriging 及 Trend 同时分析，得出影响稳定性的各指标图层；3）根据插值原理在理论上验证可行性22-23；4）将得出的 3 种结果进行拟合，提高准确率，得出最优分级.222数据处理与分析过程对巴塘至拉萨段 1 278 km 公路的边坡调查共采集了 266 个数据，涵盖了所有类型，通过对研究区获取的地质资料所判断的滑坡、泥石流、崩塌和碎屑坡等主要灾害类型，采用 GIS 中的插值与图像处理技术进行研究.将 266 个边坡的空间坐标都转换成经纬度的形式，将所有数据用 Excel 列成表格，用 ArcGIS“添加数据”功能添加该表格，将数据转换成 SHP 格式.打开SHP 数据的“打开属性表”功能，创建字段设置成文本第 1 期曹亮等：川藏公路巴塘至拉萨段典型地质灾害危险性分析115图 4克里金插值Fig 4Kriging interpolation1基本无危险区（basically no risk area）；2低度危险区（low-risk area）；3中度危险区（medium-risk area）；4高度危险区（high-risk area）；5行政中心（administration center）；6国道（national highway）型，任意命名（要求英文），稳定的设为 0，不稳定的设为 1.反距离权重插值的操作：在工具盒子中选择“特殊分析”，在下拉菜单中选“IDW