陳遠(yuǎn)川，陳洪凱

(重慶交通大學(xué)巖土工程研究所，重慶400074)

山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制*

陳遠(yuǎn)川，陳洪凱

(重慶交通大學(xué)巖土工程研究所，重慶400074)

根據(jù)山區(qū)沿河公路災(zāi)害的特點(diǎn)，將以巖土介質(zhì)為主的傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害類型和水沙介質(zhì)災(zāi)害類型整合，提出了“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”的概念，并以介質(zhì)組成為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了廣義地質(zhì)災(zāi)害體分類。在孕災(zāi)環(huán)境評價和致災(zāi)因子評價的基礎(chǔ)上，提出了廣義地質(zhì)災(zāi)害體的孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子異相耦合發(fā)育機(jī)理?；诠烦袨?zāi)體健康的理念，認(rèn)為公路承災(zāi)體易損性主要受控于公路結(jié)構(gòu)本身的健康性態(tài)，采取技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)措施使結(jié)構(gòu)健康復(fù)原是工程性減災(zāi)措施的目的。將公路承災(zāi)體類型分為結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體和功能性承災(zāi)體兩類。提出了公路地質(zhì)風(fēng)險的耦合對抗形成機(jī)制，即公路地質(zhì)風(fēng)險是廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性與公路承災(zāi)體易損性之間時空耦合對抗的結(jié)果。認(rèn)為地質(zhì)風(fēng)險評估是關(guān)于多因素非線性災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)的預(yù)測評價問題。根據(jù)地質(zhì)風(fēng)險形成的耦合機(jī)制，提出了采用解耦措施來逆向控制公路地質(zhì)風(fēng)險形成演化過程的減災(zāi)思路。針對山區(qū)沿河公路，給出了從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性、承災(zāi)體易損性評價到地質(zhì)風(fēng)險評估的思路與一般函數(shù)表達(dá)式。

沿河公路;地質(zhì)風(fēng)險;廣義地質(zhì)災(zāi)害體;承災(zāi)體易損性;耦合對抗機(jī)制;解耦措施;承災(zāi)體健康復(fù)原

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險是聯(lián)合國國際減災(zāi)十年之后國際社會災(zāi)害風(fēng)險研究學(xué)界的重點(diǎn)課題之一。在公路工程領(lǐng)域，開展山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險評估與減災(zāi)研究對公路災(zāi)害風(fēng)險管理學(xué)界和山區(qū)公路管理、養(yǎng)護(hù)部門都具有重要的理論參考和工程實(shí)用價值。山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險具有自然屬性和社會屬性的雙重特性［1］。自然屬性體現(xiàn)為山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害的危險性，社會屬性體現(xiàn)為山區(qū)沿河公路毀損、斷道等造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等不利后果，二者相互疊加、綜合后最終形成山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險。山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害危險性由孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子二者之間的合成、綜合作用決定，山區(qū)沿河公路承災(zāi)體的毀損及斷道等造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等不利后果受控于山區(qū)沿河公路結(jié)構(gòu)的健康性態(tài)。

地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制是開展公路地質(zhì)風(fēng)險評估與減災(zāi)研究的基礎(chǔ)。通過公路地質(zhì)風(fēng)險評估達(dá)到貫徹山區(qū)沿河公路“防治結(jié)合，以防為主，深化主動防御”的防治原則的目的。將工程性“硬”措施與非工程性“軟”措施相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)災(zāi)前以防為主，而不是等災(zāi)害發(fā)生以后再治，可有效降低公路養(yǎng)護(hù)、維修和應(yīng)急搶通等對資源的消耗量，為建設(shè)節(jié)約型社會貢獻(xiàn)力量。

迄今，國內(nèi)外許多學(xué)者都進(jìn)行了公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險相關(guān)的研究，可概括為:公路水毀災(zāi)害機(jī)理和災(zāi)害系統(tǒng)研究［2－4］、公路災(zāi)害環(huán)境評價研究［5－14］、公路崩滑 流 災(zāi) 害和路基沉陷評 價 研究［15－22］、公路邊坡和高切坡評價研究［23－24］、公路易損性和抗災(zāi)能力研究［25－26］等5個方面。從文獻(xiàn)分析可知，目前公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險研究對單災(zāi)種的評價研究較多，對多災(zāi)種綜合風(fēng)險研究較少;決定評價指標(biāo)分級量化取值和權(quán)重分配合理性的公路災(zāi)害物理力學(xué)機(jī)制研究不夠深入，未根本搞清楚災(zāi)害毀損公路的力學(xué)機(jī)制，導(dǎo)致評價標(biāo)準(zhǔn)、評價指標(biāo)量化中存在較多人為主觀因素;評價方法多是借用單一災(zāi)害點(diǎn)評價和區(qū)域評價的方法，未建立適用于公路這種線形結(jié)構(gòu)物的評價方法;對公路地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究較多，而對公路地質(zhì)災(zāi)害損失、公路承災(zāi)體健康狀況的評估研究較少。因此以公路地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制研究為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開展公路地質(zhì)風(fēng)險評估研究，構(gòu)建公路地質(zhì)風(fēng)險評估理論體系有重要意義。

本文針對山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制，從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體組成的災(zāi)害系統(tǒng)中多因素非線性相互作用的角度，基于山區(qū)沿河公路可能遭受災(zāi)害類型的實(shí)際情況，提出了“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”的概念和廣義地質(zhì)災(zāi)害體發(fā)育的孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子異相耦合機(jī)理;基于公路承災(zāi)體結(jié)構(gòu)健康的理念，對公路承災(zāi)體易損性評價進(jìn)行研究，提出了結(jié)構(gòu)健康復(fù)原的減災(zāi)思想;最后，提出了公路地質(zhì)風(fēng)險的耦合對抗形成機(jī)制和“解耦”的減災(zāi)思路。

1 山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害體研究

在公路工程中，通常意義的地質(zhì)災(zāi)害只包含崩塌、滑坡、泥石流、路基沉陷等不良地質(zhì)條件，未涉及山洪和河道洪水災(zāi)害。但是，由于山區(qū)沿河公路所處的特殊地形地貌位置、沿河水力特征和公路兩側(cè)小流域?qū)O端降雨條件的高敏感性，使得公路沿線小流域出口處的山洪和平行公路走向的河道洪水都是導(dǎo)致山區(qū)沿河公路路基、小橋、涵洞、公路支擋防護(hù)結(jié)構(gòu)、路面等承災(zāi)體毀損的重要災(zāi)害類型。因此本文將山洪災(zāi)害和河道洪水災(zāi)害一起納入影響山區(qū)沿河公路地質(zhì)安全的地質(zhì)災(zāi)害體范疇，并界定“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”的概念，以便于開展山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制研究。

本文這樣界定“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”:在與公路工程結(jié)構(gòu)地質(zhì)安全和巖土減災(zāi)相關(guān)的研究過程和工程實(shí)踐中，在傳統(tǒng)的以崩、滑、流等巖土介質(zhì)為主的地質(zhì)災(zāi)害類型基礎(chǔ)上，增加山洪災(zāi)害、河道洪水災(zāi)害等以水這種流體介質(zhì)為主的水沙災(zāi)害類型，將所有會對公路工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀損致災(zāi)作用的災(zāi)害類型統(tǒng)稱為“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”。山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制研究中，廣義地質(zhì)災(zāi)害體主要包括:傳統(tǒng)的以巖土介質(zhì)為主的地質(zhì)災(zāi)害類型，如崩、滑、流、路基沉陷等;以水沙介質(zhì)為主的山洪災(zāi)害和河道洪水災(zāi)害。

1.1 廣義地質(zhì)災(zāi)害體類型

不同的地質(zhì)災(zāi)害體對公路承災(zāi)體有不同的致災(zāi)作用，因此對廣義地質(zhì)災(zāi)害體類型進(jìn)行合理劃分，有利于山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害危險性和致災(zāi)機(jī)理的研究。

分類方案一:按災(zāi)害種類劃分為以危巖、崩塌、滾(落)石、表層滑坡、深部滑坡、坡面泥石流、溝谷泥石流、路基沉陷等為代表的傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害類型和以小流域山洪、河道洪水等為代表的水沙災(zāi)害類型(圖1)。

圖1 廣義地質(zhì)災(zāi)害體分類方案一

分類方案二:按致災(zāi)體介質(zhì)類型和復(fù)雜程度劃分為土體介質(zhì)災(zāi)害體、巖體介質(zhì)災(zāi)害體、水體介質(zhì)災(zāi)害體、巖土復(fù)合介質(zhì)災(zāi)害體、水沙混合介質(zhì)災(zāi)害體和水土石混合介質(zhì)災(zāi)害體等類型(圖2)。方案二從地質(zhì)災(zāi)害體介質(zhì)組成的角度出發(fā)，采用介質(zhì)類型和介質(zhì)復(fù)雜程度進(jìn)行廣義地質(zhì)災(zāi)害體的類型劃分，可供固液氣三相介質(zhì)耦合及相變研究、多孔介質(zhì)、裂隙介質(zhì)和復(fù)雜介質(zhì)災(zāi)變力學(xué)研究參考。

圖2 廣義地質(zhì)災(zāi)害體分類方案二

1.2 山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境評價

孕災(zāi)環(huán)境是形成廣義地質(zhì)災(zāi)害體的重要方面。在實(shí)地調(diào)研、文獻(xiàn)分析和專家咨詢的基礎(chǔ)上，綜合考慮山區(qū)沿河公路沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀(x1)、河流水力特征(x2)、河段地形(x3)、公路沿線小流域產(chǎn)匯流和產(chǎn)沙特征(x4)、工程巖土性質(zhì)(x5)、斜坡結(jié)構(gòu)(x6)、斜坡水文地質(zhì)條件(x7)、年均降雨量(x8)、植被覆蓋度(x9)、氣溫起伏度(x10)和地質(zhì)構(gòu)造條件(x11)等因素對山區(qū)沿河公路孕災(zāi)環(huán)境的影響。

在指標(biāo)體系優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對各指標(biāo)進(jìn)行分級量化、確定權(quán)重，采用合理的評價方法，得出研究區(qū)域山區(qū)沿河公路孕災(zāi)環(huán)境的評價結(jié)果。山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境條件按評價結(jié)果可分為危險區(qū)、高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)。孕災(zāi)環(huán)境評價可用式(1)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示，評價過程為一個多因素非線性的數(shù)學(xué)決策計(jì)算問題。

式中:Z為孕災(zāi)環(huán)境綜合評價值;xi為孕災(zāi)環(huán)境評價指標(biāo)，i=1，2，3，…;f為構(gòu)建的孕災(zāi)環(huán)境指標(biāo)和孕災(zāi)環(huán)境綜合評價結(jié)果之間的非線性函數(shù)映射關(guān)系。

當(dāng)山區(qū)沿河公路孕災(zāi)環(huán)境評價采用多因素綜合指數(shù)法時，計(jì)算得到的綜合指數(shù)是公路地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境的綜合量化值，孕災(zāi)環(huán)境評價公式(1)具體化為式(2)的形式，其計(jì)算公式為:

式中:Z為孕災(zāi)環(huán)境綜合指數(shù);Wi為指標(biāo)權(quán)重值;Fi為孕災(zāi)環(huán)境指標(biāo)量化值;n為指標(biāo)個數(shù)。

山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境強(qiáng)調(diào)相對靜態(tài)的公路地質(zhì)災(zāi)害體易發(fā)條件，是進(jìn)行廣義地質(zhì)災(zāi)害體發(fā)育機(jī)理研究和危險性評價的基礎(chǔ)。

1.3 山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子強(qiáng)度評價

致災(zāi)因子從廣義地質(zhì)災(zāi)害體形成的誘發(fā)、激發(fā)條件的角度出發(fā)，考慮極端降雨特征(t1)、洪水特征(t2)、地震條件(t3)和人類活動(t4)等因素進(jìn)行致災(zāi)因子對廣義地質(zhì)災(zāi)害體成因的貢獻(xiàn)率分析。山區(qū)沿河公路地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子強(qiáng)調(diào)動態(tài)的降雨、地震、人類活動等對廣義地質(zhì)災(zāi)害體形成演化的影響。區(qū)別于孕災(zāi)環(huán)境的歷年平均降雨因素，致災(zāi)因子中的降雨因素側(cè)重于考慮長歷時、高強(qiáng)度、大雨量的極端降雨條件。人類活動可用人口密度等指標(biāo)進(jìn)行量化。致災(zāi)因子強(qiáng)度評價可用式(3)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示，評價過程同樣為一個多因素非線性的數(shù)學(xué)決策計(jì)算問題。

式中:I為致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評價值;tj為致災(zāi)因子指標(biāo)，j=1，2，3，…;g為構(gòu)建的致災(zāi)因子指標(biāo)和致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評價值之間的非線性函數(shù)映射關(guān)系。

1.4 廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育機(jī)理——孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子異相耦合

廣義地質(zhì)災(zāi)害體災(zāi)害的發(fā)生受孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子兩方面的控制，孕災(zāi)環(huán)境是廣義地質(zhì)災(zāi)害體形成的宏觀背景，致災(zāi)因子是災(zāi)害發(fā)生的誘發(fā)或激發(fā)因素，因此廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育機(jī)理包括形成機(jī)理和誘發(fā)機(jī)理兩個方面。形成機(jī)理從孕災(zāi)環(huán)境角度研究廣義地質(zhì)災(zāi)害體的宏觀孕發(fā)條件，以便于從地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、氣象氣候條件等大的背景下開展減災(zāi)工作，比如孕源減災(zāi)、控源減災(zāi)等減災(zāi)理念的提出。誘發(fā)機(jī)理從致災(zāi)因子角度研究直接導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生的致災(zāi)關(guān)鍵要素，以便于研發(fā)具體的工程性減災(zāi)技術(shù)手段來切斷災(zāi)害鏈，阻斷廣義地質(zhì)災(zāi)害體的形成演化過程，提高公路工程結(jié)構(gòu)的地質(zhì)安全，減少公路地質(zhì)風(fēng)險。

廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育是孕災(zāi)環(huán)境系統(tǒng)和致災(zāi)因子集合中多因素非線性異變耦合的結(jié)果，要有效抗御其對公路承災(zāi)體的毀損致災(zāi)作用、保證公路工程結(jié)構(gòu)的地質(zhì)安全、合理有效規(guī)避公路地質(zhì)風(fēng)險，必須以各種地質(zhì)災(zāi)害體毀損相應(yīng)公路承災(zāi)體的機(jī)理研究和形成各類廣義地質(zhì)災(zāi)害體的耦合效應(yīng)研究為依據(jù)。

在廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育過程中，孕災(zāi)環(huán)境起內(nèi)因的作用，而致災(zāi)因子則起外因的作用，地震、暴雨、人類活動等致災(zāi)因子“外荷載”對孕災(zāi)環(huán)境中的潛在災(zāi)變地質(zhì)體起擾動的作用。

1.5 廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險性評價

山區(qū)沿河公路廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性由公路地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境綜合評價結(jié)果Z和致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評價結(jié)果I之間的合成、綜合作用決定。要量化廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性等級，需要構(gòu)建孕災(zāi)環(huán)境綜合評價結(jié)果、致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評價結(jié)果二者和廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性等級之間的函數(shù)映射關(guān)系。廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險性評價可用式(4)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示。

式中:H為廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性等級;Z為孕災(zāi)環(huán)境綜合指數(shù);I為致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評價結(jié)果;u為構(gòu)建的孕災(zāi)環(huán)境綜合評價結(jié)果、致災(zāi)因子綜合強(qiáng)度評價結(jié)果二者和廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性等級之間的非線性函數(shù)映射關(guān)系。

廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性評價的過程見圖3。

圖3 廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性評價過程

2 山區(qū)沿河公路承災(zāi)體研究

山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險是山區(qū)沿河公路沿線的廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性與山區(qū)沿河公路承災(zāi)體易損性耦合對抗的綜合表現(xiàn)。因此，山區(qū)沿河公路不同路段的不同類型承災(zāi)體及其抗災(zāi)能力(易損性)是核算山區(qū)沿河公路水毀災(zāi)害損失的基礎(chǔ)，是構(gòu)建山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險評估方法的重要方面。

2.1 山區(qū)沿河公路承災(zāi)體類型

不同的公路承災(zāi)體類型對可能的地質(zhì)災(zāi)害體的致災(zāi)毀損作用有不同的響應(yīng)，故對公路承災(zāi)體類型進(jìn)行合理劃分，有助于公路承災(zāi)體的易損性(脆弱性)和健康性態(tài)研究。將山區(qū)沿河公路承災(zāi)體分為結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體和功能性承災(zāi)體兩大類，其中結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體主要包括路基、小橋涵、邊坡加固及防護(hù)結(jié)構(gòu)，功能性承災(zāi)體主要包括路線和路網(wǎng)(圖4)。

圖4 山區(qū)沿河公路承災(zāi)體

2.2 山區(qū)沿河公路承災(zāi)體易損性評價

公路承災(zāi)體易損性主要取決于公路承災(zāi)體的健康狀態(tài)，在孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子相互作用形成的廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性一定的條件下，公路承災(zāi)體抗毀能力越高，越有利于抗御各種災(zāi)害，越有助于提高公路結(jié)構(gòu)的地質(zhì)安全和規(guī)避公路地質(zhì)風(fēng)險。

廣義地質(zhì)災(zāi)害體與公路承災(zāi)體的相互作用關(guān)系見圖5。將廣義地質(zhì)災(zāi)害體對公路承災(zāi)體的致災(zāi)毀損作用概化為推擠、牽拉、“沖”、“淤”、“滲”五類力學(xué)模式。公路承災(zāi)體的抗災(zāi)能力用結(jié)構(gòu)的健康性態(tài)來體現(xiàn)。山區(qū)沿河公路承災(zāi)體易損性評價是一個受多因素影響的非線性決策問題，易損性主要決定于公路承災(zāi)體結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，優(yōu)選不同類型承災(zāi)體的易損性評價指標(biāo)，選擇合理、適用、先進(jìn)的公路易損性評價方法(數(shù)學(xué)模型)進(jìn)行山區(qū)沿河公路承災(zāi)體的抗災(zāi)能力研究。

公路承災(zāi)體易損性評價可用式(5)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示，評價過程同樣為一個多因素非線性的數(shù)學(xué)決策計(jì)算問題。

式中:V為承災(zāi)體易損性評價值;uj為易損性評價指標(biāo)，j=1，2，3，…;k為構(gòu)建的易損性評價指標(biāo)和承災(zāi)體易損性評價值之間的非線性函數(shù)映射關(guān)系。

圖5 廣義地質(zhì)災(zāi)害體與公路承災(zāi)體的相互作用

(1)山區(qū)沿河路基易損性評價指標(biāo):路基填料類型(u1)，路基拔河高度(u2)，路基邊坡承沖面坡度(u3)，路基管養(yǎng)措施(u4)，路基使用年限(u5)，路基防護(hù)措施(u6)，路基處河段類型(u7)。

(2)山區(qū)沿河公路小橋涵易損性評價指標(biāo):沖刷深度(u1)，橋涵位置(u2)，迎沖部位的消能防沖措施(u3)，過流能力(u4)，進(jìn)出口形式(u5)，輸沙抗淤能力(u6)，橋涵的管養(yǎng)措施(u7)。

(3)山區(qū)沿河公路邊坡易損性評價指標(biāo):邊坡坡度(u1)，斷面形式(u2)，養(yǎng)護(hù)措施(u3)，使用年限(u4)，路基填料類型(u5)，山區(qū)沿河公路路面寬度(u6)。路基填料類型和路面寬度影響公路邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致公路斷道后的搶通速度和恢復(fù)能力。

3 山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制

公路地質(zhì)風(fēng)險具有自然屬性和社會屬性的雙重性質(zhì)。自然屬性體現(xiàn)為孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子異相耦合形成的廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險性;社會屬性體現(xiàn)為災(zāi)害體可能導(dǎo)致的公路毀損、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失等不利后果。地質(zhì)風(fēng)險的社會屬性很大程度上受公路工程結(jié)構(gòu)健康性態(tài)的影響，即公路承災(zāi)體抗御廣義地質(zhì)災(zāi)害體毀損作用的能力(易損性)是決定不利地質(zhì)風(fēng)險后果的關(guān)鍵。廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險性決定致災(zāi)“荷載”的強(qiáng)度大小，公路承災(zāi)體的易損性決定公路結(jié)構(gòu)對不利“荷載”作用的響應(yīng)特征。因此，公路地質(zhì)風(fēng)險形成是廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性和公路承災(zāi)體易損性二者之間耦合對抗作用的結(jié)果(圖6)。

山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制可用式(6)所示的一般函數(shù)表達(dá)式表示，即公路地質(zhì)風(fēng)險形成是孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體三大災(zāi)害風(fēng)險子系統(tǒng)中多因素非線性相互作用的耦合對抗過程。

式中:R為公路地質(zhì)風(fēng)險;H為廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性;V為公路承災(zāi)體易損性;c為廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性與公路承災(zāi)體易損性之間時空耦合對抗的非線性耦合映射。

圖6 公路地質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)制

公路地質(zhì)風(fēng)險研究的目的是保證公路工程結(jié)構(gòu)的地質(zhì)安全，提高公路抗御災(zāi)害的能力，并合理規(guī)避公路地質(zhì)風(fēng)險，為公路減災(zāi)決策提供依據(jù)，要實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)需要以地質(zhì)災(zāi)害毀損公路的力學(xué)機(jī)理研究和公路災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)規(guī)律研究為基礎(chǔ)，采用非線性GIS方法為手段實(shí)現(xiàn)地質(zhì)風(fēng)險自然屬性和社會屬性的疊加、綜合，合理預(yù)測并量化潛在的災(zāi)害不利后果，并以評估預(yù)測結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行合理的減災(zāi)決策(圖6)。因此，地質(zhì)風(fēng)險評估問題是一個多因素非線性的災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)預(yù)測評價問題。

公路地質(zhì)風(fēng)險是廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性和公路承災(zāi)體易損性之間時空耦合對抗、相互作用的結(jié)果，根據(jù)地質(zhì)風(fēng)險形成的耦合機(jī)制，提出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的解耦措施來反向控制公路地質(zhì)風(fēng)險的形成演化過程是公路減災(zāi)的一個思路。通過解耦措施盡力防止公路災(zāi)害發(fā)育環(huán)境的構(gòu)成，有效而適時地改造公路災(zāi)害發(fā)育環(huán)境及全過程監(jiān)測公路地質(zhì)災(zāi)害是公路減災(zāi)的有效方法。具體的解耦措施可以是宏觀地改善生態(tài)氣候、植樹造林、孕源減災(zāi)、合理引導(dǎo)人類活動等降低廣義地質(zhì)災(zāi)害體的危險性、阻斷廣義地質(zhì)災(zāi)害體形成的政策，也可以是具體地研發(fā)工程性技術(shù)措施來提高公路承災(zāi)體的健康性態(tài)和抗災(zāi)能力、使劣化的公路結(jié)構(gòu)健康復(fù)原。

4 結(jié)論

(1)山區(qū)沿河公路路線兩側(cè)各個小流域出口處的山洪和平行公路走向的河道洪水是危及山區(qū)沿河公路地質(zhì)安全的重要災(zāi)害類型。在傳統(tǒng)的以崩、滑、流等巖土介質(zhì)為主的地質(zhì)災(zāi)害類型基礎(chǔ)上，增加山洪災(zāi)害、河道洪水災(zāi)害等以水這種流體介質(zhì)為主的水沙災(zāi)害類型，將所有會對公路工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀損致災(zāi)作用的災(zāi)害類型統(tǒng)稱為“廣義地質(zhì)災(zāi)害體”。以介質(zhì)類型為標(biāo)準(zhǔn)提出廣義地質(zhì)災(zāi)害體分類便于開展山區(qū)沿河公路減災(zāi)理論研究。

(2)廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育是相對靜態(tài)的孕災(zāi)環(huán)境系統(tǒng)和動態(tài)的致災(zāi)因子集合中多因素非線性異相耦合的結(jié)果。廣義地質(zhì)災(zāi)害體的發(fā)育機(jī)理包括形成機(jī)理和誘發(fā)機(jī)理兩個方面。形成機(jī)理從孕災(zāi)環(huán)境角度研究廣義地質(zhì)災(zāi)害體的宏觀孕發(fā)條件，誘發(fā)機(jī)理從致災(zāi)因子角度研究直接激發(fā)災(zāi)害發(fā)生的致災(zāi)關(guān)鍵要素。

(3)從公路承災(zāi)體健康的理念出發(fā)，認(rèn)為公路承災(zāi)體易損性評價即為公路承災(zāi)體抗御災(zāi)害的能力和健康性態(tài)評價，提出了公路工程結(jié)構(gòu)健康復(fù)原的公路維修養(yǎng)護(hù)理念和觀點(diǎn)。公路承災(zāi)體類型可分為結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體和功能性承災(zāi)體兩類，對山區(qū)沿河公路的路基、小橋涵和邊坡3類結(jié)構(gòu)性承災(zāi)體初步給出了可供參考的易損性評價指標(biāo)。

(4)公路地質(zhì)風(fēng)險是廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性與公路承災(zāi)體易損性之間時空耦合對抗的結(jié)果，根據(jù)地質(zhì)風(fēng)險形成的耦合對抗機(jī)制，提出了采用解耦措施來逆向控制公路地質(zhì)風(fēng)險形成演化過程的減災(zāi)思路。通過解耦措施盡力防止公路災(zāi)害發(fā)育環(huán)境的構(gòu)成，有效而適時地改造公路災(zāi)害發(fā)育環(huán)境及全過程監(jiān)測公路地質(zhì)災(zāi)害是公路減災(zāi)的有效方法。

(5)孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體三者構(gòu)成災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)，認(rèn)為地質(zhì)風(fēng)險評估過程是關(guān)于多因素非線性災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)的預(yù)測、評價和數(shù)學(xué)決策計(jì)算過程，提出了孕災(zāi)環(huán)境評價、致災(zāi)因子強(qiáng)度評價、廣義地質(zhì)災(zāi)害體危險性評價、承災(zāi)體易損性評價和地質(zhì)風(fēng)險評估的思路和一般函數(shù)表達(dá)式，可為進(jìn)一步深入開展山區(qū)沿河公路地質(zhì)風(fēng)險評估提供依據(jù)。

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Formation M echanism of Geological Risk of M ountainous Highway along River

Chen Yuanchuan and Chen Hongkai
(Institute of Geotechnical Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)

According to the characteristics of mountainous riverside highway disasters，combined traditional geotechnicalmedium geological disasters and flood and sediment disasters，the authors put forward the“generalized geological disasters body”concept，and classified the generalized geological disasters body usingmedium composition for standard．Based on the evaluation of disaster-breeding environment and disaster-causing factor，the catastrophecoupling developmentmechanism of the generalized geological disasters body by interaction between disaster-breeding environment and disaster-causing factor is given．Based on the health concept of highway hazard-affected body，it is thought that vulnerability of hazard-bearing body ismainly controlled by the healthy condition of highway structure．The purpose of engineering disaster alleviationmeasures ismaking structure health recovery by taking technically feasible and economy reasonablemeasures．The highway hazard-affected bodies are divided into two types as structural and functional ones．The coupling and confrontationmechanism of highway geological risk is put forward，which indicates thathighway geological risk is the result of coupling and confrontation between hazard of generalized geological disasters body and vulnerability of highway hazard-bearing body．It is thought that geological risk assessment is about the prediction and evaluation study on themulti-factors and nonlinear disaster risk system．According to the coupling formationmechanism of geological risk，the idea for reverse control of the formation processes of highway geological risk by decoupling measures is proposed．For mountainous riverside highway，the work ideas and general function expressions for disaster-breeding environment，disaster-causing factors，hazard of generalized geological disasters body，vulnerability assessment of hazard-bearing body and geological risk assessment are given．

riverside highway;geological risk;generalized geological disasters body;hazard-bearing body vulnerability;coupling and confrontationmechanism;decouplingmeasures;health recovery of hazard-bearing body

U418.5+4;P642.2

A

1000－811X(2012)03－0006－06

2011－11－24

2012－01－10

西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2009318221035)

陳遠(yuǎn)川(1984－)，男，重慶銅梁人，博士研究生，主要從事公路地質(zhì)安全理論與減災(zāi)研究．E-mail:Geomechanics2011@gmail．com

陳洪凱(1964－)，男，重慶江津人，博士生導(dǎo)師，教授，主要從事動力地貌學(xué)、山地災(zāi)害演變、安全警報(bào)與減災(zāi)技術(shù)研究．E-mail:chenhongkairht@sina．com