模糊綜合評判法在某工區地質穩定性評價中的應用

葛 寶，朱麗麗，杜 勇 (地球探測與信息技術教育部重點實驗室(成都理工大學)，四川 成都 610059)

模糊綜合評判法在某工區地質穩定性評價中的應用

葛 寶，朱麗麗，杜 勇 (地球探測與信息技術教育部重點實驗室(成都理工大學)，四川 成都 610059)

某工區位于廣元地區，處于5.12汶川特大地震帶的北東端。為了工區內設施的安全，在地質災害發生之前，有必要對影響工區內重要設施安全的滑坡、泥石流、危巖等地質災害因素進行調查和分析。運用模糊綜合評價的方法對工區進行安全性評估，使安全管理部門對工區內各分區的安全穩定性有明確認識，從而提高災害防范意識。

滑坡;泥石流;危巖;地質災害;模糊綜合評價;安全性評估

該工區位于廣元地區，處于5.12汶川特大地震帶的北東端，其出露地層為龍馬溪組四、五段(S1lm4、S1lm5)，巖性為泥質砂巖、粉砂質頁巖和粉砂質泥巖，巖層產狀320～344∠56～68°，地貌屬低山，高程520～750m，相對高差100～220m，坡向134～215°，平均坡度36～43°，中部山脊平緩，坡角45～60°，發育4組裂隙(Ⅰ：265∠36°；Ⅱ：310∠45°；Ⅲ：154∠50°；Ⅳ：39∠31°)，發育有3個淺層滑坡和一個小型泥石流，受人類活動影響，這些地質災害有復活的跡象，因此在區內開展地質調查工作并對其作穩定性進行評價具有十分重要的意義。

在地質穩定性評價中模糊性現象很多，如地質條件、地形地貌、災害點的危害程度等[1]。同時地質災害的發生是意外事件，其形成和發生是多種因素共同作用的結果。由于安全程度的大小涉及到諸多方面，由多項指標決定，因而必須對多種因素和指標進行綜合分析，才能得出較為客觀的結果[2]。模糊綜合評判法是應用模糊變換原理和模糊數學的基本理論-隸屬度或隸屬函數來描述中介過渡的模糊信息，考慮與評價事物相關的各個因素，浮動地選擇因素閥值，作比較合理的劃分，再利用傳統的數學方法進行處理，從而科學的得出評價結論[3-4]。下面，筆者利用模糊綜合評判法對某工區地質穩定性進行了評價。

1 建立數學模型

模糊數學中多級模糊評價理論和方法的基本原理是模糊變換原理和最大隸屬度原則[5-6]。其具體步驟為：①確定各評價因子及其權重，建立評價模型；②按二級評價的賦值標準確定出二級模糊向量，進行二級模糊運算，計算出一級模糊向量，可表示為B1、B2、B3、B4、B5；③按二級模糊評價的結果和一級因子權重，進行一級評判，從而求得質量評價結果向量B，按照模糊數學隸屬度最大原則，確定質量等級。④對評價結果的合理性進行分析，若合理則可確定工區的危險度等級，不合理則需重新評價。

1.1建立模糊綜合評價集

就該工區而言，影響其安全性的因素比較多且隨時變化，在綜合考慮地質、水文、地形地貌、區內災害點作用情況、人為活動因素5個方面的條件后，再對相關因子進行優篩，初步選取17項因素作為二級評價因子，如坡高、坡向、溝谷切割深度、溝谷切割密度、巖性、巖層產狀、背斜軸部等構造的影響程度等。在評價對象及因素選擇的基礎上，根據模糊數學方法[7]建立分層次的指標框架分析模型(見圖1)。

1.2危險度等級的劃分及建立評判集

根據該研究區的實際情況制定相應的工區危險度等級的劃分標準(見表1)及工區災害危險度參評因素等級標準(見表2)。

圖1 分層次的指標框架分析模型

表1 工區危險度分級標準表

表2 工區災害危險度參評因素等級劃分標準

1.3確定指標因素的權重及隸屬函數

1)因素權重的確定 權重的確定方法中有專家評判法，其中包括直接評判法、0～1兩兩對比法、0～4兩兩對比法和判斷矩陣法等。筆者根據表3，通過構造兩兩比較矩陣來確定各因素的權重(即判斷矩陣法)。因素權重的確定分別如表4～表7所示。

表3 因素重要程度的判斷值

表4 A-B判斷矩陣(一級評判矩陣)

表5 B-C1判斷矩陣(二級評判矩陣)

表6 B-C2判斷矩陣(二級評判矩陣)

表7 B-C3判斷矩陣(二級評判矩陣)

對于地下水和其他因素這2個二級因子的權重，由于二級因子較少，所以不必用構造矩陣的方法給出權重值，可通過直接評判法給出其權重。

利用以上面比較矩陣，可以算出各因子的權重值，其結果如表8所示。

2)隸屬函數rij的確定 對于隸屬函數的選擇問題，筆者采用柯西偏大型函數作為隸屬函數[6]，然后根據表1和表2對工區的參評因素進行模糊量化。下面以該工區的B區為例,對該區各參評因素進行模糊量化后的隸屬度值如表9所示。

2 地質穩定性模糊綜合評價

以該工區的B區為例，根據表9進行如下運算：

Ⅱ級評判:

B1=(0.4651，0.2620，0.144，0.0845，0.0444)·(0.464，0.7，0.464，0.869，0.869)T=0.5602

同理可得：

B2=0.633B3=0.8764B4= 0.7676B5= 0.7

Ⅰ級評判:

B=(0.129，0.5128，0.2615，0.0634，0.0333)·(0.5602，0.633，0.8764，0.7676，0.7)T=0.698

根據表2的評級標準，可以得出該工區B區地質穩定性模糊評判結果：B區危險性一般，危險等級Ⅲ級。根據上述評判結果，建議對該區部分不穩定邊坡采取安全預警監測和進行加固治理的措施，以消除安全隱患。

3 結 語

利用模糊數學綜合評判方法對工區設施周邊的地質環境進行穩定性評價，將各個影響工區地質穩定性的抽象化地質因素轉化成為可用數學形式表達的隸屬度值，降低人為因素或不確定因素對判斷結果的影響。運用模糊數學評判的方法對工區進行穩定性評價需建立在一定的勘察工作基礎之上，且最終評價精度與信息量是否充足和人為對界限值的設定是否合理有關。基于模糊綜合評判理論構建的B區穩定性評價模型，對影響區內地質穩定性的因素進行了綜合考慮，最后通過建立危險度等級評價表，給出了該區B區的危險度評價等級，并提出了相關建議。

表8 工區主要構成因素權值統計表

表9 B區各參評因素隸屬度值

[1]王新民,段瑜,彭欣.采空區災害危險度的模糊綜合評[J].礦業研究與開發, 2005,25(2):83-85.

[2]劉薇,曹升樂,任立良.模糊綜合模型在干旱等級評價中的應用[J].水電能源科學, 2008,26(2):100-102,155.

[3]楊揚,馮乃琦,余珍友,等.基于層次分析和模糊數學的采空區穩定性綜合評價[J].有色金屬(礦山部分), 2008,60(5):37-42.

[4]程曄,曹文貴,趙明華.高速公路下伏巖溶頂板穩定性二級模糊綜合評判[J].中國公路學報, 2003, 16(4):21-24.

[5]肖位樞.模糊數學基礎及應用[M].北京:航空工業出版社, 1992.

[6]陳守煜.工程模糊集理論與應用[M].北京:國防工業出版社, 1998.

[7]王新民,趙彬,張欽禮.基于層次分析和模糊數學的采礦方法選擇[J].中南大學學報(自然科學版), 2008,39(5):875-879.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.021

P631.3

A

1673-1409(2012)04-N064-04

2012-02-27

葛寶(1984-)，男，2008年大學畢業，碩士生，現主要從事地球物理探測與地質災害勘查方面的研究工作。