敏感因子模型正是在定性分析的基础上,首先将所有评价单元依据敏感因子(状态)的“一票否决权”加以区别,再对具有可比性的评价单元采用统一的评价模型进行评价,从而实现定性定量相结合的评价方法。......
2023-11-03
城市地质环境安全评价过程及指标体系构建
【摘要】：(一)评价指标体系构建1.评价指标选取1)区域地壳稳定性区域地壳稳定性评价按范围由大至小可依次划分为区域构造稳定性评价、区域地表稳定性评价。由此选择地形地貌、高程、岩性、地质构造和降雨量为评价指标。
(一)评价指标选取
评价指标的合理选取对于地下空间开发的地质环境适宜性评价至关重要。根据研究区各层地下空间开发过程中和地质环境的相互制约关系,将评价指标选取为对地下空间开发的地质环境适宜性有决定性制约作用的敏感因子以及影响较大的重要因子。
对于敏感因子的选取主要为活动断裂及水库区,重要因子可以归纳为地形地貌、水文地质条件、工程地质条件、地质环境问题4个方面。
1.地形地貌
地形地貌往往决定着城市建设的选址与格局,而城市建设的选址与格局又会决定大部分的地下空间建设。此外,地形地貌对地下空间出、入口的选择有一定的影响。
(1)地面标高。
地面标高对地下空间开发的影响较小,但对于降雨较多、易发洪水的地方地面标高的影响不容忽视。对于地下空间来说,洪水一旦发生,将会由地下建筑物入口处灌入,涉及到整个相连通的空间,甚至影响多层地下空间的最深层(浦伟庆,2008)。
(2)地形坡度。
地形坡度对地下空间开发的影响主要体现在开发成本上。坡度过陡时,建筑物的稳定性会降低,且施工过程中的危险性也会增加。此外,地形坡度过陡也会增加一些地质灾害的易发性,例如滑坡、崩塌等。
2.水文地质条件
(1)潜水埋深。
潜水对地下空间开发的施工及运营都有影响。潜水位过低,对地下建筑结构而言,地下水对地下结构具有很大的托浮作用,如防水措施或抗浮措施不到位,可能引发结构破坏,影响其安全施工和运营(廖建三等,2006)。
(2)含水层富水性。
含水层的富水性通常通过某一口径井的最大涌水量表示。含水层的富水性主要决定地下空间开挖过程中的突水量问题。含水层的含水量比较大时,地下工作中很可能会遇到严重的突水问题,对其施工成本及运营都有影响。
(3)承压顶板埋深。
在工程建设过程中承压含水层的隔水顶板处最容易发生突涌,当地下空间开发涉及到承压含水层隔水顶板,减小其厚度或者揭穿承压含水层时,会造成突涌或管涌(官善友等,2008)。
(4)地下水腐蚀性。
地下水腐蚀性主要是因为具有侵蚀性的离子对地下工程设施的腐蚀破坏比较明显。所以对于地下空间工程来说,不管是工程稳定性还是运营的时间长短,地下水腐蚀性对其都会有较大的影响。
3.工程地质条件
(1)土质均匀性。
土质均匀性主要影响的是地下空间开发利用时的难易程度,土质越均匀,其物理力学性质相近,施工难度越低,而且土质越均匀,施工时岩土体所受的应力越简单,其结构也越稳定,也不易产生裂缝等现象,所以工程治理成本也会越低。
(2)岩土体承载力。
岩土体承载力主要影响地下工程的稳定性,岩土体承载力越大则施工过程中支护结构越简单,地下工程结构也越稳定,同时对于岩体来说,其强度过大,开挖难度也会相应的增加,施工成本也会相应增加。所以岩土体承载力过高及过低都不利于地下空间的开发。
(3)场地稳定性。
地震、活动断裂等都会影响场地稳定性,从而影响工程地质的稳定性,在活动断裂发育的地方,场地稳定性也会越差。
4.地质环境问题
(1)海水入侵。
海水入侵在沿海地区较为严重,一方面,海水入侵会改变入侵区的地质条件,不利于建筑物的建设(张德君等,2014);另一方面,会造成地下水中的Cl-及SO2-4 含量增大,从而使其对于工程设施的腐蚀性增大。
(2)地质灾害易发性据。
城市地质灾害类型主要包括崩塌和滑坡等。地质灾害作为一种破坏性的地质环境问题,对地下工程的稳定和安全构成一定程度的威胁。
(二)敏感因子评价
对于某区域地下空间的开发极为敏感,或是对地下空间的开发有着决定性的制约作用的地质环境影响因子可划分为敏感因子,考虑到研究区实际地质环境条件,选取水库、活动断裂为敏感因子(图10-52)。
图10-52 研究区敏感因子分布图
(三)重要因子评价
1.指标分级及标准化
关于评价指标的等级划分目前没有统一标准,参考国内外相关研究和研究区的实际情况将各指标分为Ⅰ(优)、Ⅱ(良)、Ⅲ(一般)、Ⅳ(差)4个等级。为了便于后面的评价工作,需要进一步对其进行标准化处理并赋值,按照评价指标等级的划分将Ⅰ(优)、Ⅱ(良)、Ⅲ(一般)、Ⅳ(差)分别赋值为0.9、0.6、0.3、0.1。
2.指标权重确定
层次分析法广泛应用于复杂多目标的决策问题,该方法原理简单且具有扎实的理论基础,大量的实践案例也证实层次分析法对于解决复杂的多目标问题非常实用有效(蔡鹤生等,1998;杨澍等,2005),专家调查法利用专家们丰富的理论知识及实践经验则能得到更为实际的效果。权重具体计算如下:
(1)构造判断矩阵。
判断矩阵是为了对层次结构模型中的各主题层及指标层进行相对重要性的判断,并以此得出各指标权重。对重要性的划分采用1～9标度法(表10-44)。
表10-44 判断矩阵标度及含义
(www.chuimin.cn)
根据表10-44判断影响因素的相对重要程度,构造判断矩阵[式(10-7)]:
(2)计算权重向量。
权重向量的计算采用几何平均法,先计算判断矩阵A的各个行向量几何平均,之后经过归一化[式(10-8)]得到权重向量。
(3)检验判断矩阵一致性。
首先计算一致性指标CI[式(10-9)]:
根据表10-45查找平均随机一致性指标RI并计算随机一致性比例CI。
表10-45 随机一致性指标
当
时,认为此判断矩阵满足一致性要求;当CR≥0.1时,应重新修改判断矩阵。
根据地下空间开发深度的不同,各评价指标在不同的深度其相对重要性不同,比如随着深度的增加,地形地貌及崩塌、滑坡地质灾害对地下空间开发的影响会变小,相应的权重会变小,所以不同深度的地质环境,各评价指标的最终权重也会有所不同。本书基于层次分析法将研究区地下空间开发的地质环境适宜性评价分为目标层、主题层、指标层,并结合专家调查法首先构造主题层的判断矩阵,然后再构造各主题层内的指标层相应的判断矩阵,最终根据判断矩阵得出主题层及指标层的权重(表10-46)。
表10-46 研究区地下空间分层开发的地质环境适宜性评价指标体系及权重
3.计算及单元划分
对于重要因子的评价采用层次分析-综合指数模型,利用MapGIS对指标层各指标进行图层矢量化,然后进行属性赋值及空间叠加分析,即可得到若干不规则封闭空间,并作为评价单元分析,计算每一个评价单元的综合指数[式(10-10)],通过综合指数来表示每一个评价单元的地质环境适宜性,最后按照综合指数等级划分标准通过单元划分得出适宜性分区图,等级划分的标准采用非等距划分法(表10-47)。
式中:E——地质环境适宜性综合指数;
Ai——第i个评价指标的标准化分值;
Bi——第i个评价指标的权重;
Cj——第j个主题的权重。
表10-47 综合指数等级划分标准
(四)综合评价
在重要因子评价得出的地质环境适宜性分区图的基础上继续叠加敏感因子,将敏感因子存在的区域直接划分为地质环境不适宜区,得出最终的评价结果。
1.浅层评价结果
浅层地下空间开发大部分地区为地质环境适宜区,西部冠头岭、北部垄状丘陵地区、河流阶地及沿海地带为地质环境较适宜区;南康河、福成河等河流入海处的河流阶地两侧为地质环境较不适宜区;沿海地带及活动断裂、水库及其周边地区为地质环境不适宜区(图10-53)。
图10-53 研究区地下空间开发的浅层地质环境适宜性分区图
2.中层评价结果
相比浅层,中层南康河、福成河等河流处的地下空间开发为地质环境适宜区,主要是因为地下空间开发到中层时,地层为第三系南康组黏土、粉质黏土与砂砾互层,土质均匀,岩土体承载力强,工程地质条件良好,适宜地下空间开发利用;同时,由于中层地下空间的开发会涉及到承压顶板埋深较浅的地方,因此由于承压含水层的影响,在这些地方为较适宜区。此外,北部丘陵、沿海一带、南康河入海处也为地质环境较适宜区。不适宜区主要为活动断裂、水库周边地区及沿海地带(图10-54)。
图10-54 研究区地下空间开发的中层地质环境适宜性分区图
3.深层评价结果
深层大面积为地质环境适宜区,较之浅层,沿海一带海水入侵及地下水咸化区地质环境适宜性有所改善,但仍为地质环境较不适宜性区且有小部分地区为地质环境不适宜区,不利于地下空间的开发(图10-55)。
图10-55 研究区地下空间开发的深层地质环境适宜性分区图
比较不同层地下空间的地质环境适宜性分区面积(表10-48),随着深度的增加,地下空间开发的地质环境适宜区及较适宜区面积增大,意味着更适宜地下空间的开发。结合适宜性分区图可以看出:各层的地质环境较不适宜、不适宜区主要分布于沿海一带,主要是因为沿海一带地质环境条件较差,地质环境问题较多且易发,因此对于地下空间的开发应加强对地质环境方面的重视。
表10-48 地质环境适宜性分区面积统计表
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