何丹，劉超

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都610065）

0 前言

土石壩是一種最常見的壩型，已建水庫中絕大多數(shù)是土石壩[1]。汶川地震中，四川省6678座水庫中有1997座水庫出現(xiàn)險(xiǎn)情，其中震損土石壩1897座。震害險(xiǎn)情以大壩裂縫（1425座）、滲漏（428座）和滑坡（354座）為主，分別占71.4%、21.4%、17.7%[2]。

建立土石壩震害預(yù)測模型可以有效減少因地震造成的土石壩損失。采用綿陽市100座震損土石壩的基本資料，以統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS13.0為基礎(chǔ)，采用逐步線性回歸分析的方法，建立土石壩裂縫、滲漏、滑坡等震害等級(jí)預(yù)測模型，供確定性震害評(píng)估使用。

1 分析目的及分析方法

分析的目的是建立土石壩裂縫、滲漏、滑坡的震害等級(jí)預(yù)測模型，在險(xiǎn)情未發(fā)生或新建土石壩之前提供預(yù)警功能，避免不必要的損失。

采用SPSS中的強(qiáng)迫剔除線性回歸法（step?wise），通過對變量及參數(shù)的控制做逐步回歸，自動(dòng)剔除與因變量關(guān)系較弱的自變量，建立一個(gè)最優(yōu)的回歸模型。在每次引入變量時(shí)，F(xiàn)值最小的變量將被引入回歸方程，F(xiàn)值大于設(shè)定值的變量將被踢出回歸方程，當(dāng)無變量被剔除時(shí)，終止回歸過程。通過方差分析，判斷模型的效果；通過對參數(shù)的選擇以及方程的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)分析，可判斷回歸模型是否達(dá)到要求。

2 影響因素

根據(jù)綿陽市100座水庫土壩的震害資料，影響裂縫、滲漏、滑坡的因素有地震動(dòng)峰值加速度、水深比、壩基土類別、排水效果、上下游平均壩坡比、庫容、壩高、壩頂寬、壩長[4，5]。

2.1 地震動(dòng)峰值加速度（X1）

對本次統(tǒng)計(jì)分析的震損水庫，地震動(dòng)峰值加速度采用汶川地震時(shí)的實(shí)際值。根據(jù)地震局繪制的汶川8.0級(jí)地震烈度分布圖中的地震烈度，得到各水庫的地震動(dòng)峰值加速度。

2.2 水深比（X2）

水庫水位與震害之間有明顯的關(guān)系，水深比是地震時(shí)壩前水深與壩高之比。水深比大，表明土壩壩體所占的飽水部分也較大，即強(qiáng)度降低部分的比例也越大。地震發(fā)生之后，地震慣性力、靜孔隙水壓力所造成的超孔隙水壓力也會(huì)增加[3]。由于震損時(shí)的水深比未準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，采用正常蓄水位與壩高之比代替[4]。

2.3 壩基土類別（X3）

實(shí)際工程中，在其它影響因素不變的情況下，地基越軟，滲漏震害越嚴(yán)重。根據(jù)震損水庫資料，可以把地基條件分為3級(jí)：Ⅰ級(jí)為巖石或是硬粘土；Ⅱ級(jí)為除Ⅰ、Ⅲ級(jí)土以外的地基土；Ⅲ級(jí)為透水性強(qiáng)、地震時(shí)可能液化或震陷的中細(xì)砂或軟粘土[4]。

2.4 排水效果（X4）

排水效果的好壞可以直接影響浸潤線的高度，從而影響震害的嚴(yán)重性。根據(jù)震損水庫資料，可以把排水效果分為3級(jí)：Ⅰ級(jí)為排水狀態(tài)好；Ⅱ級(jí)為有一定的排水能力；Ⅲ級(jí)為完全喪失了排水能力。

2.5 上下游平均壩坡比（X5）

壩坡的坡比對壩體抗滑穩(wěn)定安全性的影響較大，與滑坡震害之間有著較大的聯(lián)系。

2.6 其它因素

土石壩的庫容（X6）、壩高（X7）、壩頂寬（X8）、壩長（X9）與震害之間也有著一定的關(guān)系。

3 震害險(xiǎn)情指標(biāo)

3.1 裂縫（Y1）

裂縫是土石壩最明顯的震害形態(tài)之一。根據(jù)裂縫性質(zhì)、分布、規(guī)模、數(shù)量和危害程度，將裂縫震害情況分為3級(jí)。

表1 裂縫評(píng)級(jí)表Table 1:Grading of cracks

3.2 滲漏（Y2）

滲漏險(xiǎn)情也是土石壩的震害形態(tài)之一。根據(jù)壩體、壩基、壩肩滲漏的性質(zhì)、范圍和程度，將其分為3級(jí)。

3.3 滑坡（Y3）

滑坡將會(huì)對壩體的整體穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響。根據(jù)壩體滑坡的性質(zhì)、位置、規(guī)模和危害程度等，將其分為3級(jí)。

4 結(jié)果分析

以綿陽市的100座水庫為例進(jìn)行分析（水庫資料見表4），采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，分別以裂縫級(jí)別、滑坡級(jí)別、滲漏級(jí)別為因變量，以地震動(dòng)峰值加速度、水深比、壩基條件、排水情況、上下游平均坡比、壩高、總庫容、壩頂寬、壩頂長等為自變量進(jìn)行線性回歸分析。采用逐步線性回歸方法對主要影響因素進(jìn)行篩選，得到確定性的關(guān)系表達(dá)式。

表2 滲漏評(píng)級(jí)表[5]Table 2:Grading of leakage

表3 滑坡評(píng)級(jí)表[5]Table 3:Grading of landslide

表4 100座震損水庫資料統(tǒng)計(jì)表及震害預(yù)測值Table 4:Statistics of 100 earthquake damaged reservoirs and predicted values

續(xù)表4

表5 裂縫震害（Y1）評(píng)估經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式Table 5:Empirical expressions for crack evaluation in seismic damage

表6 滲漏震害（Y2）評(píng)估經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式Table 6:Empirical expressions for leakage evaluation in seismic damage

表7 滑坡震害(Y3)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式Table 7:Empirical expressions for landslide evaluation in seismic damage

（1）由震害評(píng)估分析表5～7可以看出，篩選后的因素均滿足5%概率的F檢驗(yàn)，表明自變量與因變量之間存在著較為明顯的線性關(guān)系。篩選出的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型的相關(guān)系數(shù)均大于0.349[6（]除滑坡震害的第一個(gè)表達(dá)式外），滿足相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)（顯著性水平α=0.05）。同時(shí)F的概率值為0.00，表明在α=0.05的顯著性水平下，各震害等級(jí)與篩選出的變量之間有顯著的線性關(guān)系。采用相關(guān)系數(shù)最大的表達(dá)式作為推薦公式來對3種震害進(jìn)行速評(píng)。

（2）由表5可以看出，影響裂縫震害的主要因素有壩頂長度、地震動(dòng)峰值加速度及庫容；由表6可以看出，影響滲漏震害的主要因素有排水條件、地基條件、上下游平均壩坡比、壩頂長度、壩高及壩頂寬；由表7可以看出，影響滑坡震害的主要因素有地震動(dòng)峰值加速度、壩頂長、壩高、上下游平均壩坡比、水深比、排水條件。

（3）采用推薦表達(dá)式計(jì)算的結(jié)果與期望值進(jìn)行對比，兩者相對誤差小于20%的土石壩分別為81座、82座和86座，表明采用SPSS線性回歸模型的合格率大于80%，可以作為一種速評(píng)方法對水庫的震害險(xiǎn)情進(jìn)行預(yù)測。

5 結(jié)語

采用SPSS軟件對裂縫、滲漏、滑坡震害進(jìn)行快速預(yù)測。以綿陽市100座震損水庫為例，篩選出影響震害的主要因素，得到震害等級(jí)與主要影響因素之間的線性經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，預(yù)測值與實(shí)際值的比較表明，采用SPSS進(jìn)行速評(píng)是一種簡單可行的方法?！?/p>

參考資料：

[1]顧淦臣，束一鳴，沈長松.土石壩工程經(jīng)驗(yàn)與創(chuàng)新[M].北京：中國水利水電出版社.2003.

[2]劉華.汶川特大地震震損水庫特點(diǎn)及恢復(fù)重建的思考[J].水利水電工程建設(shè)與管理，2008，22.

[3]常寶琦，梁紀(jì)彬.土壩的地震易損性和震害速評(píng)[J].華南地震，1994，14（3）.

[4]黃鐘莉.四川震損水庫應(yīng)急除險(xiǎn)措施及震害問題預(yù)測研究[D].四川大學(xué)碩士學(xué)位論文.2009.

[5]羅株蓮.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的土石壩震損病害的預(yù)測研究[D].四川大學(xué)碩士學(xué)位論文.2010.

[6]劉曉石，陳鴻建，何臘梅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社.2003.