基于模糊物元的山區公路邊坡穩定性綜合評價

普荃　范旭　周創　蔣中明　何艷

摘要 山區公路的邊坡穩定性分析研究一直是山區公路建設的重點和難點，文章以鳳云高速公路為依托實例，建立模糊物元模型進行公路邊坡綜合風險性等級評價，得出較為客觀合理的邊坡等級后采取針對性的有效養護管理措施，希望能為同類地形公路高填深挖的邊坡穩定性研究及科學合理的預防不良地質災害，保障道路安全及通暢提供有價值的參考。

關鍵詞 物元模糊綜合評價；邊坡；穩定性

中圖分類號 U491文獻標識碼A文章編號 2096-8949（2023）16-0056-04

0 引言

我國分布著約有70%左右的山區地形，生態環境脆弱，特別是云南省，再加上氣候多變，受限于地形地勢的山區公路在修建中多采取高填深挖路基邊坡形式，其邊坡穩定性成為備受關注的焦點。一方面，因路線等級高、路面寬、施工開挖量和填方量比較大，造成大量的高填深挖的路塹和路堤邊坡；另一方面，高填深挖的路堤、路塹邊坡極容易引發滑坡和泥石流等地質災害，甚至造成一些嚴重的坍方滑坡事件，對整個工程的施工進度、工程造價甚至是施工人員的生命安全都會帶來極大影響，十分迫切地需要尋找科學合理地評價高填深挖路基邊坡穩定性的分析方法，再結合評定出來的邊坡等級進行科學養管和防治。

模糊物元綜合評價法，充分利用物元分析理論和模糊數學作為基礎，在進行定性與定量有機結合分析的過程中，結合經實地采集樣本數據建立模糊綜合評價關聯因素邊界值綜合矩陣模型，計算得出高填深挖邊坡的穩定性等級評判，最終為道路施工及養護管理提出行之有效的管養處治措施。

該文現通過云南省鳳云高速公路中K2+650～K7+160試驗段內的5處典型高填深挖邊坡穩定性進行模糊物元建模綜合分析評價，以期為同類型地質條件的山區公路高填深挖邊坡穩定性分析提供有價值的參考。

1 模糊物元綜合評價法

1.1 模糊物元綜合評價基本理論

1.1.1 模糊評價理念

模糊評價法通過確定評價對象，選定參與評價的基本元素和評價集，為每一個因素匹配權重和隸屬度函數，形成一個模糊評價法的評判矩陣，借助數學中的隸屬度理論進行運算，最后得出模糊綜合評價的結果，是一種將定性分析與定量分析進行有機結合的評價方法[1]。與專家打分法及最大的不同是它是對整個研究對象進行的多層次目標評價，可以充分綜合所有的層次里包含到的信息，較好地避免了由專家打分法產生的受專家個人意見和喜好影響的主觀因素得分較高，成果判定不太客觀的弊端[2]。

1.1.2 物元分析

物元，即任何一個事物都可以分為目標和條件兩個部分。物元分析其實就是將事物當成物元來研究其變化的規律，用于解決現實世界中不相容問題，其核心思想是把事物都用“事物”“特征”“量值”三個要素來描述，如果其中的量值具有模糊性，就是模糊物元[3-4]。對具有這樣要素的事物進行分析、歸納、總結出其中的相關規律就是在進行模糊物元分析。

1.1.3 模糊物元綜合評價

模糊物元綜合評價就是有機地結合模糊數學和物元分析，讓具有復雜多維因素的事物在評價時能交叉滲透影響事物的眾多因素，又融合提煉這些因素間的不相容性，整合起來后對事物得出評價結果，解決了現實中受多種不確定、不單一因素影響的事物功能或現象的總體評定[5]。

1.2 建立模糊物元評價體系

2 實例分析

2.1 依托項目概況

鳳云高速公路位于云南省臨滄市云縣、鳳慶縣境內，全長52.25 km，是國家高速公路網G5615和云南省“五縱五橫一邊兩環二十聯”高速公路規劃網的第五縱的重要組成部分。項目所在區域總體地形北高南低、中間高兩端低，地質構造復雜，路線相對高差大（達694 m），導致沿線地層巖性復雜，巖層節理裂隙發育，抗風化能力弱，還加上路線所在區域內沿線地表水、地下水較多，是容易出現多種地質災害的復雜地區。項目所在區域的氣候特征是干濕季分明的亞熱帶氣候，雨季多集中在6—9月，年平均降雨量達1 500 mm以上，構成了特別容易形成崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的不利條件。經統計，項目中超過20 m的高邊坡路段共有28處，地形地勢復雜，又處于氣候復雜多變地區，高填深挖的路基邊坡數目較多，其邊坡的穩定性和安全性是啻待解決的重要問題。

2.2 建立模糊物元綜合評價模型并提出對應處治措施

3 結語

山區高填深挖的邊坡穩定性分析研究目前通常采用到的方法有專家打分法、灰色系統評價法等。這些方法有的是定量分析，有的是定性分析，有的評價結果幾乎是以專家的個人看法和經驗為主進行評定，客觀性不足。采用模糊物元綜合評價進行邊坡穩定性分析，則綜合考慮了諸多指標對邊坡穩定性產生的影響，既有定性分析方面的指標又結合了定量分析方面的因素，有效消除了大部分由人為因素帶來的偏差，評價結果是較為科學、客觀、合理的[5]。模糊物元綜合評價方法也因其是通過建立多元化的數學模型，推進了非線性工程地質相關問題的研究進展，日后也會更加重視理論向實際應用轉化，從一定程度上為公路邊坡防護決策者提供了更符合客觀實際情況的分析結果，對于解決實際中指標之間不相容和變異性問題的評價來說該方法不失為一種較好的方法[6]。

當然，在對邊坡穩定性的眾多評價中，利用突變理論的觀點來進行研究前景較為廣闊，但涉及海量的數據要進行收集和整理，工作量較大；在評判中包含的潛在信息很多（比如施工后路基的壓實度質量越高對邊坡的穩定性越好；路基填料選用透水性好，強度高的填料邊坡穩定性增強；地下水位的高低對邊坡穩定性的影響、臨時排水設施及邊坡防護工程的質量等因素都對邊坡穩定性產生影響），計算過程難免復雜，計算步驟繁多，建模后要進行調整指標等工作量巨大，而鳳云高速公路選取的幾處邊坡評價，限于人力物力，不是特別全面，比如在其他因素方面僅考慮了周邊在建工程的影響因素、所在區的地震強度、工后植被的覆蓋率這3個層級因素稍顯不夠全面，還有通車后重型車輛荷載經過震動產生的影響及項目所在區域周邊地下水開采對高邊坡穩定性的影響等因素沒有考慮，有待和大家進一步研究和完善。如果還能將有限元、概率論、灰色系統分析理論、層次分析法等數理統計的經典方法結合現代計算機數值模擬手段技術并充分考慮加入突變理論和遠程監控的實時數據分析，對邊坡穩定性進行動態化推演就能得到更為客觀的評價結論，為高速公路的安全運營提供保障。

參考文獻

[1]張怡， 鄒春浪， 劉廷君， 等. 基于AHP-模糊評價的工程項目管理效果評價研究[J]. 價值工程， 2020（6）： 10-13.

[2]丁麗宏， 馬強. 基于組合權重的模糊物元模型在邊坡穩定性評價中的應用[J]. 地震工程學報， 2017（5）： 946-950+980.

[3]康虔， 王新民， 蒲浩， 等. 基于變權-未確知測度理論的巖溶路基穩定性分析[J]. 東北大學學報（自然科學版）， 2016（3）： 435-439.

[4]付君宜， 楊光玉. 基于模糊綜合評判的邊坡穩定性評價[J]. 建材與裝飾， 2017（16）： 212-213.

[5]交通運輸部安全與質量監督管理司. 高速公路路塹高邊坡工程施工安全風險評估指南（試行）[Z]. 2014.

[6]李克鋼， 許江， 李樹春， 等. 基于可拓理論的邊坡穩定性評價研究[J]. 重慶建筑大學學報， 2007（4）： 75-78.