蓄水区地质灾害勘察治理集成技术系统研发

邓正宇， 汪 凯， 周其健， 薛文坤， 陶 啸

(中建西南勘察设计研究院有限公司, 四川成都 610031)

我国幅员辽阔，拥有众多的山区河流地区，在这些地区由水库运行和城镇搬迁建设而引发的地质灾害问题也应重视。近几十年来，我国对山区河流地质灾害进行了大规模的勘察治理，积累了十分丰富的经验，掌握了大量详实且经过实际工程验证的治理工程资料。目前，面对大量的地质灾害勘察治理经验和相关资料，如何将这些经验和资料进行系统深入的研究归纳总结，是目前各大生产单位及科研院校迫切期望研究的重点和热点。中建西南勘察设计研究院根据西南地区大量山区河流地质灾害治理研究、勘察、设计、施工工作成果，以地质灾害勘察治理技术集成为指导思想，充分利用现代数据处理和计算机技术，开发编制了一套蓄水区地质灾害数据系统。该系统以地质灾害数据为基础，具有数据查询、治理工程辅助设计和方案估计决策分析等功能，可服务于地质灾害的勘察治理工作。该系统可以将长期以来各个单位对山区河流地质灾害的工程勘察和治理积累的大量成果信息资料，建成集中管理和高效共享地质灾害全面系统的信息，为地质灾害的勘察治理提供决策性帮助。同时，通过集成在系统中的应用模块，可以集成运用已有的成果和技术，对地质灾害的勘察和治理做出快速决策。

1 地质灾害勘察治理技术集成

地质灾害勘察治理集成技术即是把相对独立的勘察或治理技术整合到一起，提出相应的系统模式和技术解决方案，以系统的高度为地质灾害的勘察治理需求提供帮助。蓄水区地质灾害数据系统(以下称为TGGD系统)正是一套基于Windows平台开发，选用Visual FoxPro、Map Objects和Visual Basic程序作为空间数据库开发组件的地质灾害勘察治理集成技术系统，能够为勘察治理提供系统的辅助决策。

1.1 系统组成

系统主要由数据存储设备、数据输出设备、软件和数据四部分组成，可运行于Windows XP及以上的系统。TGGD系统数据来源多种多样，涉及基础地理地质图件、地质灾害点的勘察、治理和监测资料等。其系统信息界面如图1所示，界面中主要包括查询栏、图表栏、信息栏、图片(数据)栏和文档栏。

图1 系统信息界面

1.2 系统功能

TGGD系统是将灾害点的空间数据和属性数据以一定的格式输入、存储、查询显示和综合分析应用的系统，主要具有以下功能。

1.2.1 数据管理功能

数据库的管理功能是其基本功能之一，利用数据库管理系统功能实现对数据的管理，包括从数据库中检索满足条件的数据、向数据库中添加数据、删除数据库中的数据、修改数据库中的数据和修改表结构。

1.2.2 查询功能

系统提供的查询方式包括以下几种：按灾害点名称查询、按行政区查询、按WGS84坐标查询、按地质灾害类型查询和自由查询。

1.2.3 模拟计算与估计功能

模拟计算和估计分别是对已勘察灾害点和未勘察灾害点进行稳定性分析和治理措施选择。模拟计算的主要功能是分析灾害点敏感性因子、评价灾害点治理措施的合理性；估计功能则是在已知少量必须数据的条件下，对灾害点稳定性和治理措施选择进行估计。

1.2.4 统计与辅助设计功能

分为分类统计、分布统计、自定义统计、按工程类型统计和按物质组成统计五类。

夏小春看着她，似乎明白了什么。两年过去了，温简也终于明白当初顾青为什么那么轻易地和她分手了。因为他不想拖累她，他对自己充满了怀疑，觉得自己给不了温简想要的幸福。那个时候，他弟正需要大把的钱，他借了很多的钱，包括夏小春的。那次温简见到夏小春和顾青在一起，其实是夏小春送钱来给顾青。

1.2.5 报表与档案功能

系统提供灾害点信息输出功能，将灾害点信息输出到电子表格里，可以实现打印功能。将灾害点勘察、设计、监测资料按照要求加工后存储在硬盘中，实现系统的档案功能。

2 地质灾害信息查询功能

地质灾害的勘察应在充分搜集以往地质资料的基础上，熟悉所调查地区的有关地质资料，根据需要进行勘察工作。根据地质灾害空间分布性和其自身的特点，系统设置了按灾害点名称查询、按行政区查询、按WGS84坐标查询、按灾害类型查询等几种方式。另外，根据不同整治工程类型的特点，设置了自由查询功能。

地质灾害点分布范围广，具有空间性，按照行政区划查询灾害点可以快速了解不同区域范围内的灾害点分布特点，准确定位查询某一地区的灾害点。系统采用国家标准行政区划编号，设定区县、乡镇、村三级地名。按行政区划查询方法适用于已知目标地区，例如查询目标地区是奉节县永安镇金盆村，则查询结果如图2所示。

图2 按行政区查询示例

同样，根据地质灾害点具有空间分布的特点，系统设置了按经纬度查询，该查询适用于已知灾害点具体地理坐标的情况，经纬度可准确地定位地质灾害点具体地理位置，对待勘察灾害点的资料收集工作有很大的帮助。通过此功能，能快速确定本地区一定范围内已勘察点的信息，有助于对待勘察点的估算和分析。按经纬度查询时可按输入坐标点距离由近及远变换查询范围，搜索范围内的地质灾害点，选定灾害点后在基本信息界面显示其详细信息。例如某勘察灾害点坐标经度为109.516°，纬度为31.067°，以这一经纬度为原点，查询结果如图3所示(中心坐标1 km范围内工点)。

图3 按经纬度查询结果示例

目前系统中大类的地质灾害有滑坡、塌岸、边坡、危岩四大类，其中每一类又可以细分为更多种，如滑坡又可分为土质滑坡、顺层滑坡和切层滑坡等。因此还设置了按地质灾害类型查询功能，查询时先选择地质灾害类别，然后选择次级分类，选择满足条件的灾害点，查看灾害点详细信息。对于某种地质灾害来说，按地质灾害类型查询灾害点更具有针对性，例如按滑移型塌岸查找的灾害点结果如图4所示。

图4 按地质灾害类型查找结果示例

图5 自由查询结果示例

3 模拟计算与估计功能

系统灾害点的稳定性模拟计算分别采用极限平衡法和工程类比法分析已知灾害点的稳定性。采用极限平衡法计算时可分析灾害点参数敏感性，从而为参数取值和治理措施的合理选择提供参考。采用工程类比法分析时，可验证灾害点的稳定性和治理措施的合理性。模拟计算功能为参数取值、灾害点稳定性分析和治理工程决策提供参考，使参数取值更准确，稳定性分析更可靠，治理工程的选择更具有针对性，以最少的投资取得最佳的工程效果。图6为采用极限平衡法分析滑坡稳定性的主界面。

图6 滑坡模拟计算(极限平衡法)

极限平衡法是分析滑坡稳定性的定量方法，工程类比法则是定性分析滑坡稳定性，将二者结合起来使得滑坡稳定性分析更可靠。

采用工程类比法对某滑坡稳定性进行分析。图7为数据库中采用工程类比法分析水井湾滑坡稳定性主界面，界面上显示了和本滑坡相似滑坡的信息和本滑坡稳定性的结论。点击主界面上的参数页框，在参数页框里显示了相似滑坡类比因素和本滑坡对应因素间的距离，距离越小，表明本滑坡和相似滑坡在此种因素上最类似。例如，和本滑坡最类似的南桥头滑坡，类比因素的滑体物质和滑带物质与本滑坡的距离是0，表明南桥头滑坡的滑体物质和滑带物质与本滑坡完全一致(图8)。

图7 滑坡工程类比分析主界面

图8 相似滑坡各类比因素和本滑坡对应因素的距离

另外，岩质边坡(危岩)稳定性估计时要求获取的野外数据为：坡高、坡度、坡向、岩类、块宽、地面坡度、风化程度、地震烈度、地下水情况、层理的产状、层理延伸长度、层理间距、节理产状(不超过3组)、节理延伸长度、节理间距、后缘裂隙深度、后缘裂隙至边坡坡肩点的宽度、裂隙内水深。按照要求填写野外获取的数据后，系统给出岩质边坡的赤平投影图，根据赤平投影图可初步判定边坡的破坏模式和稳定状况。据图9的赤平投影图，可初步判断边坡处于基本稳定状态，但可能产生块体崩落现象。

根据边坡可能产生的破坏模式分析边坡的稳定性。采用极限平衡法分析边坡稳定性时，采用的岩土体物理力学参数以数据库中同种类岩土体的统计数据为依据，剩余推力以三种破坏模式中稳定系数最小的破坏对应的剩余推力为准，可知此边坡为平面破坏，目前稳定。在图9中，虚线为推荐的边坡坡度设计线。另外，采用工程类比方法定性分析岩质边坡的稳定性，工程类比结果如图10所示，和此边坡相似度最高的边坡目前处于基本稳定状态，可采取的治理措施为锚固。

图9 极限平衡法计算结果

图10 工程类比结果

4 统计与设计辅助功能

系统对大量分散的地质灾害数据进行统计分析，得到灾害点分布特征、岩土参数统计值等，为灾害点的勘察和治理工作提供支持。

分布统计是对灾害体的数值型条件做统计，得到其分布特征。统计项目包括地灾的几何特征和不同结构类型的设计参数。在试验的基础上对岩土体物理力学参数进行统计，得到近似的概率分布模型，对其规律性的认识可为区域内的某一灾害点的小样本岩土参数的检验和优化奠定基础。例如，统计数据库中黏土的饱和重度，得到图11所示的分布频度直方图，可知黏土的饱和重度近似呈正态分布，而且具有变异系数很小的特点，变异系数仅为0.002 1。因此土的容重参数取值时可取频度最大的样本所对应的值。

图11 分布统计示例

分类统计是对描述型条件做统计，得到描述型条件的分布扇形图。统计项目包括各地灾类型的规模、物性、地层、破坏类型、整治工程类型等。例如，对研究区的危岩破坏模式进行统计，统计结果如图11所示，共计376个样本，倾倒式169个占总数的44 %，坠落式121个占总数的32 %，滑移式79个占总数的21 %，混合式7个占总数的1 %。通过对统计结果的分析，可推断研究区的危岩以倾倒式破坏居多，其次是坠落式和滑移式，混合式的破坏模式最少。

根据不同的地灾类型特点，系统设置了自定义统计功能，用户可以选择统计方法、统计项目、项目属性，构建范围表达式，对同一种地灾类型实现描述型参数和数值型参数的共同统计。例如，统计万州区抗滑桩的桩距值，结果如图12所示，可知万州区的抗滑桩桩距有5 m、6 m和7 m，其中以6 m为最多。

图12 自定义统计示例

专题统计专门为灾害点的稳定性分析和整治工程设计提供参数取值支持，可满足稳定性分析和整治工程设计时对岩土参数的查询取值要求，起到强大的辅助设计功能。根据地质灾害治理流程，首先分析灾害点稳定性，利用按物质组成统计功能统计稳定性计算时所需的岩土参数值；分析完灾害点稳定性后，如灾害点不稳定则需采取治理措施，此时利用按工程类型统计功能为治理工程选择和治理工程设计参数选择提供服务。

例如，研究区某滑坡滑体物质和滑带物质均为黏土，滑体为泥岩。在按物质统计界面上选择黏土，统计得到黏土的重度、粘聚力值、内摩擦角和渗透系数的分布频度直方图和范围值，如图13所示，取值时可参考这些参数的统计值。

如滑坡不稳定，则需选择治理措施治理滑坡。假设选择抗滑桩作为治理此滑坡的措施，在按工程类型统计界面工程类型选为抗滑桩，岩土类别选为泥岩，统计结果如图14所示。统计得到泥岩的重度、岩体粘聚力值、岩体内摩擦角值、地基系数、泥岩与锚固体的粘结强度、抗滑桩设在泥岩中的桩长、桩距、最大桩界面宽度、锚固深度等抗滑桩设计时所需的全部岩土参数。在进行抗滑桩设计时可参考系统的统计结果，例如，在泥岩地层中设置抗滑桩时，桩距最小值为4 m，最大值为6.5 m，平均值为5.42 m，设计抗滑桩时可考虑将桩距设置为5 m或6 m；泥岩与锚固体的粘结强度最小值为150 kPa，最大值为600 kPa，分布频度直方图显示选用375 kPa为粘结强度值较多，根据统计得出的结果，可根据常用的设计方案和参数进行计算。

图13 按物质组成统计功能示例

图14 泥岩与锚固体的粘结强度统计结果

5 体会与结论

通过使用蓄水区地质灾害勘察治理数据系统可以发现，该系统实现了地质灾害信息地统一管理与信息资源地共享，利用软件能完成地质灾害信息地检索与查询、数据统计、空间分析以及输出等各种管理目标，为地质灾害防治、城市建设、资源评价、生态环境治理地决策分析提供技术支持。在实际地质灾害勘察治理过程中，可以采用集成技术辅助勘察设计人员的一般工作，利用查询功能能够得到周边地质灾害的特性，在未到达现场之前既能掌握现场的大致情况，又利用对比估算系统大致估算出地质灾害规模，并根据类比分析在设计工作中寻找类似的工程，根据已有的成功案例辅助新灾害的治理工作。极大的方便了勘察设计人员的工作，并为工程的设计施工也提供了更广泛便利的参考方法。