山區(qū)斜坡病害對高速公路危害評價的系統(tǒng)分析

魏安輝 ，邵江 ，牟琦 ，3，李永江 ，蔡瑋彬

（1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，成都 610041；2.四川雅西高速公路有限責(zé)任公司，成都 610031；3.四川省通川巖土工程技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司，成都 610041）

1 引言

對于修建在山區(qū)斜坡坡表的高速公路,在營運通車后，山區(qū)斜坡病害會逐漸持續(xù)出現(xiàn)，病害主要形式以淺表層的滑坡為主，其余包括路基變形、危巖、滾石和泥石流等。對于各種類型的地質(zhì)病害發(fā)育程度如何，對高速公路會造成何種程度的危害，需要依據(jù)病害產(chǎn)生的特征、發(fā)育程度、危害程度等對災(zāi)害點進行危險性評價，并提出更具科學(xué)性和合理性的管養(yǎng)措施。

2 高速公路邊坡的影響因素分析

2.1 主要影響因素

高速公路邊坡的主要影響因素有：斜坡的巖土體結(jié)構(gòu)、斜坡的坡形和坡高、斜坡的病害特征、已有斜坡的防護措施、斜坡的區(qū)域氣象水文環(huán)境、人工對斜坡的改造程度[1]。

2.2 各因素權(quán)重分析

結(jié)合已建高速公路邊坡的影響因素，根據(jù)各影響因素的屬性不同，可以分為2級。一級影響因素為斜坡變形特征、斜坡體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、已有的斜坡防護措施、斜坡所處的氣象水文環(huán)境以及斜坡整體的地形特征等。

各一級影響因素根據(jù)相應(yīng)的種類存在不同的二級影響因素，如對于斜坡變形特征，其相應(yīng)的二級影響因素為變形的規(guī)模、變形的發(fā)展趨勢和變形的位置。結(jié)合一級、二級影響因素特征和影響程度可以建立公路斜坡病害影響因素分級標(biāo)準(zhǔn)。

3 評價方法

根據(jù)各種影響因素的影響程度進行分級，對不同分級進行賦值，并綜合考慮各種影響因素疊加產(chǎn)生的影響進行評價，其中，對斜坡的綜合影響評價用斜坡病害影響系數(shù) K 表征。

斜坡病害影響系數(shù) K 按以下公式進行：

式中，Xi為各不同因素的相應(yīng)影響值。

式中，δi為各一級指標(biāo)權(quán)重；δij為各一級指標(biāo)下的二級指標(biāo)權(quán)重；Uij為各二級指標(biāo)分值。

各影響因素的權(quán)重如何確定，主要采用層次分析法。其一般步驟為：首先，按照某種標(biāo)準(zhǔn)，對影響目標(biāo)的元素進行分類，以建立一個多層次結(jié)構(gòu)；其次，比較同一層次中各元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的相對重要性，并構(gòu)造出成對比較矩陣；然后，在符合一致性檢驗的前提下，通過計算成對比較矩陣的特征值與特征向量確定每個元素對該準(zhǔn)則的權(quán)重；最后，計算各層元素對于系統(tǒng)目標(biāo)的總排序權(quán)重。

根據(jù)前述影響因素層次和相應(yīng)，可建立如下一級指標(biāo)的判斷矩陣：

矩陣中 aij為判斷矩陣標(biāo)度，表明兩兩指標(biāo)相對研究系統(tǒng)目標(biāo)的重要性，其取值：a12=1，表明斜坡變形破壞特征 U1和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征 U2兩個指標(biāo)同等重要；a13=1/3，表明指標(biāo)斜坡防護措施 U3比較指標(biāo)斜坡變形破壞特征 U1明顯不重要，反之，a13=3，表明指標(biāo)斜坡變形破壞特征 U1比較指標(biāo)斜坡防護措施U3明顯重要。

然后，按式（3）將判斷矩陣的每一列向量進行歸一化，根據(jù)式（4）對歸一化后的矩陣按行求和，再根據(jù)式（5）將歸一化的向量歸一化，最后得到 W=[W1，W2，W3，W4]向量即為所要求取的權(quán)重向量[2]，計算結(jié)果如表1所示。

式中，n 為一級指標(biāo)數(shù)，下同。

表1 各一級指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果表

最后要同樣的方法，對分別對二級指標(biāo)建立判斷矩陣，最終求出各二級指標(biāo)的權(quán)重，最終結(jié)果如表2所示。

表2 各級指標(biāo)權(quán)重分配綜合表

在確定權(quán)重的基礎(chǔ)上，可以計算各邊坡的評價指標(biāo)并進行危險性程度分級，危害性等級可分為5級：極嚴(yán)重（＞110），嚴(yán)重（110～80），大（79～60），中（59～40），?。ǎ?9）。

根據(jù)建立的評價方法，在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，對某山區(qū)高速公路位于斜坡段病害進行分析評價，可以得到該高速公路的斜坡病害的危害程度。在調(diào)查的201個邊坡中，沒有危險性等級極嚴(yán)重的邊坡，其中危險性等級嚴(yán)重的邊坡11個，危險性等級大的有21個，危險性等級中等的44個，危險性等級小的125個，根據(jù)相應(yīng)危險性等級的劃分進行了相應(yīng)的管養(yǎng)處置建議。

4 結(jié)語

通過前述分析可以得出如下結(jié)論：

1）營運期間的高速公路地質(zhì)病害評價，因項目呈“線”狀展布，結(jié)構(gòu)物類型眾多，穿越不同的地質(zhì)環(huán)境，需要具有針對性的災(zāi)害評價方法用于山區(qū)高速公路的日常管養(yǎng)。

2）山區(qū)高速公路斜坡病害主要受斜坡的巖土體結(jié)構(gòu)、斜坡的坡形和坡高、斜坡的坡面病害特征、已有斜坡的防護措施、斜坡位于區(qū)域的水文氣象環(huán)境以及人工對斜坡的改造程度等，通過各種因素影響的綜合疊加可以對斜坡的病害危險性進行評價。

3）對于山區(qū)斜坡的地質(zhì)病害評價由于復(fù)雜的環(huán)境因素，以及地質(zhì)體的演變影響，需要在一定周期變化內(nèi)，結(jié)合監(jiān)測和檢測定期進行。