山區(qū)公路路基邊坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

董瀟陽 唐勝剛 章秀芳 茍萬婷

摘 要：通過查閱資料和實(shí)地考察歸納路基邊坡破壞的影響因素；應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)和層次分析合理選擇邊坡破壞的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定各致災(zāi)因子相對(duì)權(quán)重，建立模糊關(guān)系矩陣，利用二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法確定研究路段的危險(xiǎn)性等級(jí)。研究成果對(duì)于山區(qū)道路邊坡的危險(xiǎn)性分析和評(píng)價(jià)有重要意義。

關(guān)鍵字：路基邊坡；模糊數(shù)學(xué)；層次分析；危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）12-0058-02

Abstract： By consulting the data and investigating on the spot， the influencing factors of subgrade slope failure are concluded， the risk evaluation index of slope failure is reasonably selected by fuzzy mathematics and hierarchical analysis， the relative weight of each disaster factor is determined， and the fuzzy relation matrix is established. The secondary fuzzy comprehensive evaluation method is used to determine the dangerous degree of the section for study. The research results are of great significance to the risk analysis and evaluation of mountain road slope.

Keywords： subgrade slope； fuzzy mathematics； analytic hierarchy process； risk assessment

引言

我國西部山區(qū)公路比例較大，公路客貨運(yùn)總量增加使得公路的承載量日益加大，導(dǎo)致路基邊坡失穩(wěn)；另一方面，環(huán)境因素（地質(zhì)構(gòu)造，水文地質(zhì)，巖土性質(zhì)等）也會(huì)導(dǎo)致路基邊坡破壞。路基邊坡破壞造成路面斷裂和塌陷，威脅行車和生命財(cái)產(chǎn)安全。因此對(duì)邊坡進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和防治措施的研究格外重要。

1 路基邊坡破壞影響因素

影響公路邊坡穩(wěn)定性的因素有很多，參考李朋麗[1]《基于智能算法的陜西省公路邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)》將主要因素大致分為四類，第一類為地形地貌因素，包括邊坡形態(tài)、坡率、坡高及地表破碎程度；第二類為地質(zhì)條件因素，包括巖土類型、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化作用及巖體結(jié)構(gòu)；第三類為誘發(fā)因素，包括降雨和地震；第四類為其他因素，包括植被和水文地質(zhì)。

2 建立多層次模糊綜合評(píng)價(jià)模型

2.1 模糊集合的建立

2.1.1 建立因素集

遵循分主次和分層次原則，把對(duì)路基邊坡危害性大的因素分離出來，確立影響邊坡安全的上層因素，根據(jù)每一個(gè)因素的特點(diǎn)并在上層因素集的基礎(chǔ)上建立每個(gè)因素的底層因素集，建立一套全面而系統(tǒng)且能夠從各方面反映邊坡危險(xiǎn)性程度的兩層因素集[2]。U={地形地貌u1，地質(zhì)條件u2，誘發(fā)因素u3，其它因素u4}，u1={邊坡形態(tài)u11，坡率u12，坡高u13，地表破碎程度u14}，u2={巖土類型u21，地質(zhì)構(gòu)造u22，風(fēng)化作用u23，巖體結(jié)構(gòu)u24}，u3={降雨u31，地震u32}，u4={植被u41，水文地質(zhì)u42}。

2.1.2 建立評(píng)價(jià)集

針對(duì)各個(gè)致災(zāi)因子對(duì)公路路基邊坡破壞影響的程度不同，參考方玉樹[3]《邊坡工程安全等級(jí)的劃分及應(yīng)用》建立致災(zāi)因子評(píng)判集，即V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}（Ⅰ為危險(xiǎn)性極高，Ⅱ?yàn)槲ｋU(xiǎn)性高，Ⅲ為危險(xiǎn)性中等，Ⅳ為危險(xiǎn)性小）。

2.2 利用層次分析法確立各因素的權(quán)重

每個(gè)因素對(duì)邊坡危險(xiǎn)性及上層因素的影響程度各有不同。在邊坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)過程中每個(gè)因素與之相對(duì)應(yīng)的子因素都會(huì)得到各自相匹配的權(quán)重系數(shù)，只有確定出恰當(dāng)?shù)臋?quán)重才能根據(jù)不同因素的重要性得出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。本文利用層次分析法確定所有因素的權(quán)值，建立一套與每個(gè)因素相對(duì)應(yīng)的兩層權(quán)重集。

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型采用1-9標(biāo)度法逐項(xiàng)比較，同時(shí)結(jié)合專家，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后確定危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子的權(quán)向量W。

Wu=[0.5426 0.2770 0.1271 0.0533]T

Wu1=[0.5177 0.2590 0.1535 0.0699]T

Wu2=[0.4005 0.4005 0.0676 0.1314]T

Wu3=[0.8333 0.1667]T

Wu4=[0.75 0.25]T

2.3 建立危險(xiǎn)性因子評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及等級(jí)量化標(biāo)準(zhǔn)

查閱論文資料，參考行業(yè)規(guī)范對(duì)危險(xiǎn)性指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，建立分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及危險(xiǎn)性等級(jí)量化標(biāo)準(zhǔn)如表1、2。

2.4 建立合適的隸屬函數(shù)

目前對(duì)隸屬函數(shù)的選取通常有模糊統(tǒng)計(jì)法、主觀經(jīng)驗(yàn)法、典型函數(shù)法、分析推理法等。

本文考慮在各類型隸屬函數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果具有等效性的情況下[4]，采用三角形隸屬函數(shù)，通過隸屬函數(shù)可得各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度，公式如下：（1）～（4）。

2.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)隸屬函數(shù)，對(duì)每一個(gè)因素集進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)所建立的子因素集ui和與之對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)集V，建立模糊評(píng)價(jià)的單因素評(píng)價(jià)矩陣；按模糊綜合評(píng)價(jià)中權(quán)重集與單因素評(píng)價(jià)矩陣的合成法則從底層指標(biāo)進(jìn)行模糊合成，逐步完成整個(gè)目標(biāo)的模糊合成，按Bi=Wi·Ri，B=W·R進(jìn)行。最終得出目標(biāo)不同危險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度，并根據(jù)隸屬度最大原則對(duì)危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行識(shí)別。

3 工程實(shí)例

3.1工程概況

研究路段為陜西省漢中市略陽縣由八渡河開始，沿河上溯，S306線K57+150～600，斜坡地形，邊坡高度30m，總體坡度30°，植被覆蓋率為40%，有小型斷裂構(gòu)造，出露巖石以千枚巖為主，由于該地季節(jié)降雨不均，降雨量大時(shí)，巖土吸水松軟，作為路基邊坡巖土，容易發(fā)生滑坍，地震烈度為6度。

3.2 評(píng)價(jià)矩陣的建立

根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ藤Y料，采用線性內(nèi)插法計(jì)算各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)危險(xiǎn)性評(píng)分見表3，將評(píng)分值帶入隸屬函數(shù)（1）～（4）計(jì)算評(píng)價(jià)向量并組成評(píng)價(jià)矩陣Ri。

3.3 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)理論計(jì)算出的評(píng)價(jià)矩陣以及由層次分析法確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，按照公式Bi=Wi·Ri B=W·R對(duì)路基邊坡危險(xiǎn)性等級(jí)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。

B1=[0.3883 0.3004 0.3113 0]

B2=[0.3332 0.6668 0 0]

B3=[0 0.6250 0.2917 0.0833]

B4=[0.125 0.875 0 0]

B=[0.3096 0.4738 0.2060 0.0106]

根據(jù)模糊評(píng)價(jià)的結(jié)果可知，該路段邊坡危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅱ級(jí)的隸屬度為0.4738，大于其他等級(jí)的隸屬度。按照隸屬度最大原則，該路段邊坡的危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，即危險(xiǎn)性等級(jí)高。

4 結(jié)束語

本文通過歸納路基邊坡破壞影響因素，合理選擇邊坡破壞的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立兩層評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)研究路段進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為所研究路段的危險(xiǎn)性程度等級(jí)為Ⅱ級(jí)。研究結(jié)果為山區(qū)公路路基邊坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供了一種合理、可靠的量化方法，具有一定工程應(yīng)用價(jià)值。

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