王鳳山戎全兵朱萬紅張宏軍

（①解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院 南京 210007）

（②解放軍理工大學(xué)指揮信息系統(tǒng)學(xué)院 南京 210007）

地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)要素體系研究*

王鳳山①戎全兵②朱萬紅①張宏軍②

（①解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院 南京 210007）

（②解放軍理工大學(xué)指揮信息系統(tǒng)學(xué)院 南京 210007）

辨識(shí)地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)元素是工程抗震安全性評(píng)價(jià)與科學(xué)防治的基礎(chǔ)。應(yīng)用系統(tǒng)論方法進(jìn)行地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)體系的結(jié)構(gòu)化分解和元素集成，建立任務(wù)、事件、要素的地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)三元支持結(jié)構(gòu)形式化描述，全面考量多重震害風(fēng)險(xiǎn)要素；從地質(zhì)條件、地形地貌、工程作用、環(huán)境條件、監(jiān)測(cè)表現(xiàn)等角度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)元素的解譯，探究地下工程震害致災(zāi)元素和承災(zāi)元素之間的邏輯關(guān)聯(lián)和作用機(jī)理，構(gòu)建地震作用下地下工程風(fēng)險(xiǎn)分析科學(xué)的概念體系和方法論框架，為探索地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)致因、地下工程震害系統(tǒng)分析與評(píng)估的綜合集成提供了依據(jù)。

地下工程 地震災(zāi)害 綜合風(fēng)險(xiǎn) 要素

0 引 言

地下結(jié)構(gòu)震害機(jī)理是近年來國(guó)內(nèi)外地震工程界和巖土工程界研究的熱點(diǎn)問題（Wang et al.，2013；王鳳山等，2014）。全面認(rèn)識(shí)和科學(xué)評(píng)價(jià)地下工程抗震耦合風(fēng)險(xiǎn)是巖土工程等科學(xué)研究關(guān)注的現(xiàn)實(shí)課題（Zhang et al.，2013；崔光耀等，2013；崔臻等，2015），其主要任務(wù)是圍繞致險(xiǎn)因素、孕險(xiǎn)環(huán)境、風(fēng)險(xiǎn)介質(zhì)、控制機(jī)制及承險(xiǎn)體等元素的相互作用、交互、影響，探究和揭示風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生機(jī)理，提供問題域的系統(tǒng)表達(dá)和科學(xué)解譯，如探究地震慣性力、洞門墻結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理以及洞口所處位置是影響口部結(jié)構(gòu)震害的重要因素（崔光耀等，2013）。

區(qū)別地下工程與地面工程所處的不同環(huán)境，徐龍軍等（2008）通過總結(jié)典型地下工程震害特征，認(rèn)為地震動(dòng)位移特征是造成地下結(jié)構(gòu)破壞的主要因素；李天斌（2008）通過汶川地震的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、資料收集與分析，認(rèn)為發(fā)震斷裂的次級(jí)斷層、基覆界面、洞口不穩(wěn)定斜坡、高地應(yīng)力環(huán)境下的軟弱圍巖對(duì)隧道型地下結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈震害具有控制作用；賈超等（2013）應(yīng)用離散元軟件探索含節(jié)理巖體地下洞室的地震動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律，分析節(jié)理傾角、地應(yīng)力特征、地震波振幅、頻率等因素的關(guān)聯(lián)和作用機(jī)理；Jiang et al.（2014）總結(jié)出不同埋深山嶺隧道的地震效應(yīng)和震害影響因素。

研究成果表明（李天斌，2008；徐龍軍等，2008；賈超等，2013；Zhang et al.，2013），地下工程區(qū)域地質(zhì)巖土體組成物質(zhì)的多元復(fù)雜性以及地震動(dòng)耦合衍化效應(yīng)的復(fù)雜多變性和時(shí)效性，導(dǎo)致地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系模糊、機(jī)理復(fù)雜、結(jié)構(gòu)變異，導(dǎo)致不確定因素和信息充斥地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)分析領(lǐng)域，如李天斌（2008）和賈超等（2013）研究的震害因素具有很大的差異性。要素是研究任何事物的基礎(chǔ)，如何確認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生最有利的要素組合，掌握關(guān)鍵性風(fēng)險(xiǎn)特征要素，分析敏感性參數(shù)，進(jìn)而預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性，判別承險(xiǎn)體的穩(wěn)定性（張碩等，2015），進(jìn)而預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性，是區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)理論指導(dǎo)地下工程震害科學(xué)研究與工程實(shí)踐的必然要求。因此，統(tǒng)一地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)元素，探究地下工程震害致災(zāi)因子和承災(zāi)因子之間的邏輯關(guān)聯(lián)和作用機(jī)理，掌握地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)體系及其內(nèi)在典型風(fēng)險(xiǎn)事件的演化機(jī)理，有利于研究的理論方法推廣應(yīng)用于地下工程震害評(píng)估及應(yīng)急措施的實(shí)踐。

1 地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)描述

為系統(tǒng)、全面地認(rèn)識(shí)地震災(zāi)害及其影響，徐玖平等（2009）從災(zāi)害系統(tǒng)工程、狀態(tài)衍變工程、風(fēng)險(xiǎn)變異工程的視角，識(shí)別和分解地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要素體系，形成風(fēng)險(xiǎn)可能性要素集合及后果性要素集合，并指出防震減災(zāi)的關(guān)鍵在于控制其后果性要素。孕險(xiǎn)致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體是孕育和形成地下工程震害復(fù)雜狀態(tài)不可或缺的3個(gè)方面，構(gòu)成地下工程震害異變系統(tǒng)，即地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)體系。其中，“孕險(xiǎn)致災(zāi)因子”是科學(xué)認(rèn)識(shí)和解決地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)的根本，必須厘清風(fēng)險(xiǎn)要素及其之間的關(guān)系。

以國(guó)防工程為對(duì)象，王鳳山等（2014）闡述震害的系統(tǒng)特征及其直接、間接、衍化作用的地下工程成災(zāi)機(jī)制，從系統(tǒng)視角歸納、解析、討論坑道主體、口部構(gòu)件、進(jìn)出道路、區(qū)域環(huán)境等方面地下工程震害的概念、動(dòng)力特性、破壞形態(tài)、影響因素及過程機(jī)理，但缺少地震作用下地下工程區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)元素的梳理和提煉，即需要解決“地震后效應(yīng)”的地下工程綜合風(fēng)險(xiǎn)元素系統(tǒng)分析問題，為工程作用風(fēng)險(xiǎn)、地質(zhì)災(zāi)害次生風(fēng)險(xiǎn)等評(píng)估任務(wù)提供變量準(zhǔn)備。

因此，辨析地震作用下地下工程損毀狀態(tài)及其風(fēng)險(xiǎn)衍化機(jī)理，把握地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)所要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，應(yīng)用復(fù)雜系統(tǒng)脆性崩潰的解譯原理，立足風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)、風(fēng)險(xiǎn)事件、風(fēng)險(xiǎn)要素，全面考量地震作用下地下工程區(qū)域孕險(xiǎn)環(huán)境、地震破壞及其次生災(zāi)害衍化風(fēng)險(xiǎn)事件、地震災(zāi)害及其衍化致險(xiǎn)特征、地下工程承險(xiǎn)特征、風(fēng)險(xiǎn)敏感度及其損毀可能度等多重風(fēng)險(xiǎn)要素（圖1）。

其中，地質(zhì)條件、地形地貌、工程作用、環(huán)境條件、監(jiān)測(cè)表現(xiàn)是國(guó)內(nèi)地震屢發(fā)地區(qū)地下結(jié)構(gòu)震害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)研和研判重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。解析“任務(wù)、事件、要素”的結(jié)構(gòu)支持與系統(tǒng)衍化，通過概念規(guī)范、元素提取、關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等步驟，創(chuàng)建地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)的三維體系，即基于“任務(wù)－事件－要素”的地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)體系，表達(dá)“任務(wù)－事件”、“任務(wù)－要素”、“要素－事件”等之間的科學(xué)內(nèi)涵和關(guān)聯(lián)；地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)三元支持結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)與影響指標(biāo)的系列映射，主要包含工程區(qū)域地震調(diào)查與評(píng)估、震害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、地下工程震害物理評(píng)價(jià)、地震作用下地下工程區(qū)域環(huán)境孕險(xiǎn)評(píng)估、地下工程搶修進(jìn)程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，其核心是解決地震作用下地下工程損毀是否具備搶修搶建的價(jià)值，解決搶修搶建過程中的各種風(fēng)險(xiǎn)控制問題。

地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)三元支持結(jié)構(gòu)形式化描述，概念層次回答了任務(wù)、事件、要素之間的關(guān)聯(lián)，初步構(gòu)建了基于“任務(wù)－事件－要素”的地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，概念層面指導(dǎo)地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)要素的提取和規(guī)范，適應(yīng)各種復(fù)雜情況下地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)的籌劃和關(guān)鍵特征辨識(shí)，為科學(xué)描述地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)體系的結(jié)構(gòu)、功能、特征等普遍規(guī)律提供了概念模型支持。

圖1 地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)三元支持結(jié)構(gòu)形式化描述Fig.1 Three supportting formal structure description about earthquake risk to underground engineering

2 地質(zhì)條件要素

區(qū)域地質(zhì)環(huán)境是地下工程地理位置的母體，其條件特征是影響地下工程穩(wěn)定及其抗震風(fēng)險(xiǎn)的重要要素，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究區(qū)域地震風(fēng)險(xiǎn)問題所關(guān)注的重點(diǎn)，如魯文妍等（2012）統(tǒng)籌地質(zhì)因素及其制約關(guān)系，建立大型地下洞室群的三維地質(zhì)模型，分析空間曲面斷層、地層等復(fù)雜地質(zhì)要素，進(jìn)行圍巖應(yīng)力場(chǎng)、洞周位移場(chǎng)、塑性區(qū)及應(yīng)變能的地震動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值仿真，有效驗(yàn)證了復(fù)雜區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造是地下洞室群地震失穩(wěn)時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)。

在掌握汶川地震、玉樹地震等震區(qū)地下工程損毀資料基礎(chǔ)上，梳理各類目標(biāo)區(qū)域地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的地質(zhì)條件要素，主要從目標(biāo)區(qū)域地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)勘察狀況、水文地質(zhì)、覆蓋層條件方面，建立地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)條件要素辨識(shí)體系，（表1）。

其中，地質(zhì)構(gòu)造是地震能量釋放和震損風(fēng)險(xiǎn)的能量源。例如汶川地震，主要是印度板塊和歐亞板塊的碰撞、擠壓，致使構(gòu)造應(yīng)力長(zhǎng)期積累，使青藏高原東部邊界的龍門山構(gòu)造帶向東擠壓，同時(shí)受到四川盆地的阻擋，進(jìn)而促使長(zhǎng)期積累的巨大能量在龍門山推覆構(gòu)造帶映秀—北川地帶突然釋放，爆發(fā)汶川地震（陳曉利等，2011）；而玉樹地震發(fā)震斷層為甘孜—玉樹斷裂，本質(zhì)是高阻走滑斷裂的錯(cuò)動(dòng)，發(fā)震斷層為北東傾向的高角度左旋走滑斷層（劉巧霞等，2012）。

辨識(shí)和規(guī)范地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)條件要素，解釋和論證多維風(fēng)險(xiǎn)要素對(duì)地下工程地震災(zāi)害的影響及衍化效應(yīng)，需要結(jié)合典型區(qū)域特征，精選、簡(jiǎn)化或增添影響地下工程地震災(zāi)害地質(zhì)條件要素，構(gòu)建震害地質(zhì)條件因素的核心指標(biāo)體系，并結(jié)合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）》等標(biāo)準(zhǔn)予以實(shí)踐（李彥寶，2008；Wang et al.，2015）。以地層巖性為例，按工程地質(zhì)劃分為極軟巖組、軟巖組、較軟巖組、較堅(jiān)硬巖組、堅(jiān)硬巖組，若地下工程區(qū)域均為硬巖，則表明該目標(biāo)區(qū)域工程地質(zhì)狀況良好，可以弱化考慮、甚至不考慮地層巖性各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)地下工程區(qū)域地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)的影響；若地下工程區(qū)域?yàn)榛規(guī)r、白云巖為主、局部碎屑巖、軟巖隱現(xiàn)等狀態(tài)，則該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性為復(fù)雜多變特征，需要多點(diǎn)勘察各類地質(zhì)條件要素，進(jìn)而認(rèn)識(shí)地質(zhì)條件對(duì)地下工程震害孕育的影響與科學(xué)判斷。

表1 地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)條件因素辨識(shí)Table 1 Risk element discrimination form the earthquake geological conditions on underground engineering

3 地形地貌要素

在一定的巖性和地質(zhì)構(gòu)造條件下，地形地貌是影響地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的另一重要自然條件，主要包括地貌類型、地形坡度、地形起伏、地表相對(duì)高程、絕對(duì)高程等。祁生文等（2010）研究認(rèn)為極大起伏極高山、小起伏極高山、中起伏極高山的地形地貌類型條件下的區(qū)域工程地質(zhì)極差、風(fēng)險(xiǎn)較高；而高海拔平原、中海拔平原的極小起伏地形地貌類型條件下的區(qū)域工程地質(zhì)良好、風(fēng)險(xiǎn)較低。

汶川震區(qū)不到50km的范圍內(nèi)，地形高差達(dá)到5km以上，形成龍門山深切峽谷、大量高陡斜坡的地貌類型，為滾石、塌方、泥石流、崩滑等典型地質(zhì)災(zāi)害提供了發(fā)育條件。程強(qiáng)（2011）進(jìn)行了汶川震區(qū)地貌分區(qū)與巖性特征的科學(xué)統(tǒng)計(jì)，量化分析震災(zāi)害發(fā)育與區(qū)域地形地貌之間的關(guān)系，地貌分區(qū)圖表表明：深切河谷、高階斜坡等地形高差顯著情況下，災(zāi)害的發(fā)育密度、規(guī)模情況較為明顯。

地貌對(duì)地震作用下地下工程區(qū)域滑坡等災(zāi)害規(guī)模、類型、原因具有直接作用。地形地貌要素稱為區(qū)域地震風(fēng)險(xiǎn)的局部因素，地形可使加速度峰值增大30％～50％（Reimer et al.，1973），不規(guī)則地形的頂部地震動(dòng)效應(yīng)大于底部的地震動(dòng)效應(yīng)，形態(tài)急劇變化的部位相對(duì)緩慢漸變的地震動(dòng)效應(yīng)明顯。因此，非巖性的陡坡、條狀突出的山嘴、急劇變化的地形邊緣等為地下工程建筑抗震的不利地段（薄景山等，2003），且極易導(dǎo)致地震滑坡的衍生災(zāi)害（王濤等，2015）。地下工程口部區(qū)域滑坡發(fā)生或者變形過程中，最顯著的變化就是地形地貌的變化，表現(xiàn)在坡度降低、四周出現(xiàn)裂縫、坡體分解為巖塊等方面。王亞閣（2010）認(rèn)為：不同地貌形態(tài)的變化反映不同的滑坡穩(wěn)定狀態(tài)，陡峭的坡度不利于滑坡穩(wěn)定，平緩的坡度有利于滑坡穩(wěn)定。

4 工程作用要素

同一地震烈度區(qū)不同場(chǎng)地條件下，建筑物受到的地震作用和震害程度完全相異。不同圍巖體中修建的地下工程受到的地震作用差別較大，若地下工程位于圍巖級(jí)別較好的硬地層中，則工程襯砌結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)小于周邊地層剛度；地震動(dòng)力響應(yīng)下，地下工程襯砌結(jié)構(gòu)具有柔性，屈服于周邊地層運(yùn)動(dòng)，僅受到自身地震慣性力的影響，其洞室結(jié)構(gòu)具有安全性。

若位于圍巖級(jí)別較差的軟弱破碎地層，且圍巖的錨固作用，致使地下工程襯砌結(jié)構(gòu)剛度較大于周邊地層剛度，因而地震作用下地下工程襯砌結(jié)構(gòu)與周邊地層發(fā)生振動(dòng)不協(xié)調(diào)的相互作用，其震害嚴(yán)重。因此，須重視區(qū)域支護(hù)狀況、地面開挖量、地下開挖量、地下空間結(jié)構(gòu)、圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比、圍巖錨固、圍巖最大地應(yīng)力等地下工程的工程作用要素，辨識(shí)高應(yīng)變材料的強(qiáng)化特性和循環(huán)載荷作用下地下工程圍巖、洞室的損傷特性，如夏晨等（2015）論證地震作用下地鐵車站橫截面變形的不同結(jié)構(gòu)剛度、接觸面摩擦系數(shù)以及地震波等因素。

地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)的工程作用要素，不僅包括地下工程自身工程特性，還包括地震作用之后工程搶修搶建施工的開挖方式、支護(hù)、加固、地下水處理、預(yù)留變形量、施工組織管理等風(fēng)險(xiǎn)要素（表2）。

表2 地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)工程作用要素辨識(shí)Table 2 Risk element discrimination from the earthquake engineering effects on underground engineering

5 環(huán)境條件要素

地震區(qū)域地貌變化、建筑物倒塌、地表破壞、山體震裂、供水設(shè)施破壞和中斷、碎屑堆積、山河改道、路面扭曲及滑塌等破壞現(xiàn)象，致使地下工程區(qū)域環(huán)境條件變得惡劣、脆弱。如何及時(shí)、高效、有序控制震區(qū)地下工程的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，有效協(xié)調(diào)震后應(yīng)急施工作業(yè)環(huán)境，考慮各環(huán)境要素的相似性與差異性，進(jìn)而科學(xué)發(fā)現(xiàn)和掌握地震作用下地下工程區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征和演化規(guī)律，對(duì)災(zāi)害重建和防災(zāi)減災(zāi)具有重要價(jià)值。

地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境條件，主要包括3個(gè)方面：（1）地震作用下地質(zhì)環(huán)境的變異要素；（2）自然環(huán)境條件；（3）搶修搶建施工作業(yè)環(huán)境（圖2），即風(fēng)險(xiǎn)源與工程結(jié)構(gòu)施工相互影響，共同構(gòu)成工程環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)有機(jī)體。

圖2 地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境要素辨識(shí)Fig.2 Risk element discrimination from the earthquake environmental conditions on underground engineering

辨識(shí)震后斜坡演化特性、地表環(huán)境變異特征，研究地震、強(qiáng)降雨、工程活動(dòng)等外界要素影響，總結(jié)環(huán)境變遷過程中地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布特征，根本目的是掌握震區(qū)地質(zhì)環(huán)境演化過程，得出崩塌、滑坡、泥石流、突水等地質(zhì)災(zāi)害轉(zhuǎn)化關(guān)系，防范次生地質(zhì)災(zāi)害和應(yīng)急搶修施工進(jìn)程中的風(fēng)險(xiǎn)事故。

本質(zhì)上，地震及其余震的反復(fù)沖擊破壞、外界載荷的瞬間疊加，致使地震作用下地質(zhì)環(huán)境、工程環(huán)境、水環(huán)境等變遷加劇，各種地表斜坡、洞室裂縫、圍巖滲流等破壞演化對(duì)外界要素處于高度敏感時(shí)期，呈現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)頻發(fā)、多發(fā)、突發(fā)狀態(tài)，且災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)缺乏精確化的災(zāi)害鏈，難以簡(jiǎn)單層次化的選擇地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境要素，構(gòu)建地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境影響體系。

6 監(jiān)測(cè)表現(xiàn)要素

地震荷載的直接作用及衍化效應(yīng)，導(dǎo)致工程損毀風(fēng)險(xiǎn)事件呈現(xiàn)復(fù)雜性狀，而且口部滑塌、圍巖崩塌、地質(zhì)沉降等典型風(fēng)險(xiǎn)事件的誘發(fā)因素差異顯著，致使很難確定“風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)—風(fēng)險(xiǎn)事件—風(fēng)險(xiǎn)要素”之間的相互影響、相互聯(lián)系和相互制約關(guān)系，難以建立典型風(fēng)險(xiǎn)事件研判的顯式描述和數(shù)學(xué)模型。因此，震區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查、監(jiān)測(cè)、資料統(tǒng)計(jì)顯得尤為重要，尤其對(duì)于原始統(tǒng)計(jì)資料缺乏的地震區(qū)域，從而精確把握震區(qū)地質(zhì)環(huán)境、工程環(huán)境變異和突發(fā)變遷發(fā)展態(tài)勢(shì)。

利用遙感等監(jiān)測(cè)手段，收集和統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，跟蹤已識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)、監(jiān)視殘余風(fēng)險(xiǎn)、識(shí)別新衍化風(fēng)險(xiǎn)，比對(duì)測(cè)量值和風(fēng)險(xiǎn)閥值，分析風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目指標(biāo)是否在可控變化范圍內(nèi)，成為震區(qū)地下工程綜合風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵手段。因此，正確的監(jiān)測(cè)設(shè)備、合理的監(jiān)測(cè)指標(biāo)及其監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，是科學(xué)計(jì)算和判決地下工程區(qū)域地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度及其穩(wěn)定性的必要條件。

地震動(dòng)作用是地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)的主因，主要包括地震水平加速度、地震動(dòng)位移、地震波頻譜特性、地震動(dòng)裂縫錯(cuò)動(dòng)等；其次，監(jiān)測(cè)表現(xiàn)要素是對(duì)工程地質(zhì)、地形地貌、工程作用、環(huán)境條件等狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、研判，如水平位移監(jiān)測(cè)是對(duì)地質(zhì)條件下水文地質(zhì)的度量、地下水位升降檢測(cè)是對(duì)環(huán)境條件的地下水滲流量辨識(shí)的體現(xiàn)；同時(shí)，監(jiān)測(cè)條件還包含量測(cè)器材及布置、工程施工監(jiān)控量測(cè)、監(jiān)測(cè)信息處理及有效性、現(xiàn)場(chǎng)安全管理等內(nèi)涵。

7 風(fēng)險(xiǎn)體系復(fù)雜性分析

通過地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)三元支持結(jié)構(gòu)形式化描述，辨識(shí)和解讀地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的地質(zhì)條件、地形地貌、工程作用、環(huán)境條件、監(jiān)測(cè)表現(xiàn)要素，從概念層次梳理、理解地震作用下地下工程區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)要素，既包含工程地質(zhì)、地層巖性、工程結(jié)構(gòu)等內(nèi)在本質(zhì)要素，還包括降雨、地下水滲流等外在要素。

顯然，地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)各層次要素存在交叉，如環(huán)境條件要素的“地質(zhì)結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度變異”、地質(zhì)條件要素的“巖體結(jié)構(gòu)面”、監(jiān)測(cè)表現(xiàn)要素的“水平位移監(jiān)測(cè)”是不同視角對(duì)巖體特征的分析和指標(biāo)設(shè)計(jì)，工程作用要素的“注漿堵水措施”、環(huán)境條件要素的“巖體含水量”、“孔隙水壓力”是不同角度對(duì)地下工程巖體滲水特征的研判和指標(biāo)設(shè)計(jì)；同時(shí)，不僅不同類型風(fēng)險(xiǎn)事件的影響要素存在差異性，而且同類型的風(fēng)險(xiǎn)事件在不同地點(diǎn)、不同演化時(shí)間的影響要素存在相異性。

因此，地震作用下地下工程風(fēng)險(xiǎn)要素、結(jié)構(gòu)、環(huán)境，擁有整體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、邊界、特性、行為、功能特征，其核心是信息流、能量流、物質(zhì)流的轉(zhuǎn)移和交換，并導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)要素狀態(tài)的更新（朱萬紅等，2007）；狀態(tài)描述了某一特定時(shí)刻地下工程區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)的靜態(tài)特征，風(fēng)險(xiǎn)演化的內(nèi)外作用促使地下工程區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)進(jìn)行不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，體現(xiàn)地震作用下地下工程風(fēng)險(xiǎn)體系演化的動(dòng)態(tài)特征。

應(yīng)用系統(tǒng)工程的理論與方法，規(guī)范、設(shè)計(jì)、表達(dá)地震作用下地下工程風(fēng)險(xiǎn)體系的結(jié)構(gòu)、功能、特性等規(guī)律性知識(shí)，實(shí)現(xiàn)地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)體系的模型化，包含風(fēng)險(xiǎn)的消亡與方法、風(fēng)險(xiǎn)的組份與集成等眾多方面，科學(xué)構(gòu)建地震作用下地下工程風(fēng)險(xiǎn)分析科學(xué)的概念體系和方法論框架（圖3）。

系統(tǒng)工程的突出特點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)體系的整體性，強(qiáng)調(diào)以破壞效應(yīng)為內(nèi)核的災(zāi)害狀態(tài)系統(tǒng)功能（朱萬紅等，2007）。地震作用下地下工程風(fēng)險(xiǎn)要素構(gòu)成及綜合體系，屬于“非加和性整體”，其風(fēng)險(xiǎn)衍化特征與涌現(xiàn)性，突出驗(yàn)證系統(tǒng)科學(xué)的“涌現(xiàn)性”機(jī)理。地震作用下地下工程風(fēng)險(xiǎn)體系立足“風(fēng)險(xiǎn)孕育與系統(tǒng)損毀”這一工程實(shí)踐與科學(xué)視角，應(yīng)用模型化機(jī)制，將信息論、控制論、突變論等模型和方法應(yīng)用到地下工程震害風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)論證和評(píng)價(jià)工作，掌握和科學(xué)詮釋“風(fēng)險(xiǎn)實(shí)質(zhì)”，包括工程風(fēng)險(xiǎn)體系的拓?fù)?、信息、能量、轉(zhuǎn)型演化、風(fēng)險(xiǎn)集成分析等系統(tǒng)、信息、控制規(guī)律。

圖3 地下工程震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)模型化機(jī)制Fig.3 Risk system modelingmechanism about the earthquake-damaged underground engineering

8 結(jié) 論

為系統(tǒng)、全面地認(rèn)識(shí)地震災(zāi)害及其影響，從災(zāi)害系統(tǒng)工程、狀態(tài)衍變工程、脆性崩潰模式、風(fēng)險(xiǎn)變異工程視角，全面梳理、剖析、解讀、考量孕險(xiǎn)環(huán)境、風(fēng)險(xiǎn)衍化、致險(xiǎn)特征、承險(xiǎn)特征、風(fēng)險(xiǎn)敏感度及其損毀可能度等多重風(fēng)險(xiǎn)要素，厘清和科學(xué)詮釋地震作用下地下工程風(fēng)險(xiǎn)要素的內(nèi)涵、外延，指導(dǎo)地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)要素的提取、規(guī)范、合并、約簡(jiǎn)、組合與應(yīng)用，適應(yīng)各種復(fù)雜情況下地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)的籌劃和關(guān)鍵特征辨識(shí)。

在“以防為主”的地下工程地震災(zāi)害防治工作中，多源風(fēng)險(xiǎn)要素呈現(xiàn)典型的復(fù)雜現(xiàn)象和特征。應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)管理基本原理，以區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，結(jié)構(gòu)化分解和集成表達(dá)地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)要素體系，為掌握地下工程地震災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)體系的復(fù)雜性、構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)模型提供了概念體系。但是，如何無偏差地選擇指標(biāo)，全面表達(dá)具體工程震害問題的科學(xué)內(nèi)涵，建立具體案例的地下工程地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，直接影響工程震害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判的精度和可信度，須與具體工程實(shí)踐和監(jiān)測(cè)表現(xiàn)相適應(yīng)，構(gòu)建整體優(yōu)化的指標(biāo)體系。

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COMPREHENSIVE EARTHQUAKE RISK ELEMENT SYSTEM ON UNDERGROUND ENGINEERING

WANG Fengshan①RONG Quanbing②ZHUWanhong①ZHANG Hongjun②
（①College of Field Engineering，PLAUniversity of Science＆Technology，Nanjing 210007）
（②College of Command Information Systems，PLAUniversity of Science＆Technology，Nanjing 210007）

Identifying such earthquake-damaged risk elements is the foundation to the safety evaluation and scientific prevention for underground engineering.With the application of system theory，the comprehensive risk system was carried into structure decomposition and element integration for earthquake-damaged underground engineering，which erected the three supportting formal structure description with task，event and element，and took themulti risk elements into all consideration.From the geological conditions，topography and geomorphology，engineering effect，environmental conditions，monitoring performance and other point of view，the risk elementwas respectively interpretted；the risk logical association and mechanism was explored between the disaster causing elements and the hazard bearing elements for earthquake-damaged underground engineering.Finally，the concept system andmethodological framework was erected for earthquake-damaged risk analysis science，which provides the basis for exploring the essential elements of the earthquake-damaged risk system，and carrying on the comprehensive integrated system analysis and assessment for underground engineering.

Underground engineering，Earthquake，Comprehensive risk，Element

TP181；E95

：A

10.13544／j.cnki.jeg.2016.06.004

2015－09－11；

2016－01－27.

國(guó)家自然科學(xué)基金（51308541），江蘇省自然科學(xué)基金（BK20130066）資助.

王鳳山（1978－），男，博士后，副教授，主要從事地下工程損毀風(fēng)險(xiǎn)分析與防護(hù)方面研究工作.Email：WFS919＠126.com