山林地區邊坡穩定性評價方法研究*

姜安民，董彥辰，劉 璨，楊盛旭，李 旋，周婧怡

（1.湖南城建職業技術學院管理工程系，湖南 湘潭 411100；2.中南林業科技大學土木工程學院，湖南 長沙 410004）

我國南方山林地區較多，在山林地區進行工程建設很容易出現邊坡失穩的問題，進而導致滑坡、崩塌等地質災害發生，工程安全受到嚴重影響。因此，采用科學的方法對邊坡穩定性進行評價并采取相應措施加以應對意義重大，這也是預防邊坡失穩的有效措施。

針對邊坡穩定性評價問題學者們進行了很多相關研究，例如，趙軍等[1]運用改進的熵權-正態云模型對邊坡穩定性進行評價，該方法通過云模型正向發生器計算各指標對應評價等級的確定度，基于改進熵權法確定各指標權重，以此綜合評價邊坡穩定性等級，并通過實例驗證了該方法的可行性；宋鑫華等[2]建立了黏聚力、內摩擦角、邊坡傾角、孔隙水壓力比4個影響因子綜合作用下的邊坡穩定性蝴蝶突變模型，并對邊坡穩定性進行了分析與評價，得出使用蝴蝶突變模型判斷邊坡穩定性時操作簡單，判斷結果客觀準確等相關結論；周家祥等[3]采用模糊聚類分析方法對邊坡樣本進行分類，根據擇近原則將預測樣本劃歸為貼近度最大的聚類模式，運用該模式對預測樣本的穩定系數進行BP神經網絡預測，并通過實例驗證了該方法的可靠性；趙笑然等[4]建立了基于五元聯系數的組合賦權-集對分析模型，從系統確定性和不確定性及其相互作用的角度評價高陡巖質邊坡穩定性，并運用該模型對西南山區鐵路巖質邊坡的穩定性進行評價，得出評價結果與專家評價結果基本一致的結論，驗證了該方法的可行性。

通過對前人的研究進行梳理，本文對山林地區邊坡穩定性評價方法進行研究，主要從評價指標體系的建立、評價指標權重的確定及評價模型的構建3個方面進行，重點闡述了山林地區邊坡穩定性評價指標體系建立的原則、指標權重確定的具體方法（0～6評分法）及模糊綜合評價模型的操作流程。

1 山林地區邊坡穩定性評價指標體系的建立

1.1 山林地區邊坡穩定性評價指標體系的相關研究

對山林地區邊坡穩定性產生影響的因素較多，在受到邊坡自身內在因素影響的同時受外部因素影響[5]，同時，各邊坡的地理環境、自然環境存在一定差異，各影響因素的重要程度也不盡相同，這直接導致了不同學者對邊坡穩定性影響因素的識別存在較大差異，建立了不同的邊坡穩定性評價指標體系。部分學者[1，6-8]選取巖石質量指標（Rock Quality Designation,RQD）、巖體結構特征（巖石完整性指標）、地應力、黏聚力、內摩擦角、坡高及日最大降雨量等幾個影響因素建立評價指標體系作為評價基礎，這些學者選取的指標數量相對較少，具有一定代表性，可操作性比較強。也有一些學者建立了相對比較復雜的多級評價指標體系，例如楊剛[9]建立的評價指標體系包括施工因素、工程地質因素、環境因素、邊坡型因素4個一級指標，同時包含了坡頂加載、爆破影響度、支護程度、黏聚力、地層與邊坡關系、巖體類型、內摩擦角、巖體結構、植被覆蓋程度、地下水含量、年均降水量、風沙荷載、地震烈度、坡形、坡高、坡角16個二級指標；周錦濤[10]建立的指標體系包括地形地貌、地質結構、巖土性質、賦存環境4個一級指標，坡高、坡角、地面變形情況、植被覆蓋率、節理發育與組合、軟弱夾層狀況、邊坡結構類型、構造影響程度、內摩擦角、黏聚力、已有工程地質現象、巖性、大氣降雨、地震烈度、河水地質作用、工程擾動16個二級指標。可以看出，這兩個比較復雜的評價指標體系除選取了一些有代表性、較為重要的指標（例如黏聚力、內摩擦角）外，還結合實際情況增加了一些新的指標（例如風沙荷載、工程擾動），指標體系明顯更為完善和有針對性，然而在整個評價過程中計算量也會隨之增大。

1.2 山林地區邊坡穩定性評價指標體系建立的原則

綜合以上分析，本文整理出山林地區邊坡穩定性評價指標體系建立的基本原則，具體如下。

1）應遵循科學、合理的基本原則，在文獻研究的基礎上充分聽取專家建議，以保證所選取影響因素的代表性。

2）應結合工程實際情況及評價目標對影響因素進行增加或刪減，以反映評價的目的性。

3）基于影響因素建立的評價指標體系應在保證評價需求的基礎上盡可能簡化，以確保評價過程簡單、可操作性強。

4）應充分考慮植被覆蓋情況、植被根系發育情況等方面因素對邊坡穩定性的影響。

2 山林地區邊坡穩定性評價模型的構建

2.1 山林地區邊坡穩定性評價指標權重的確定

山林地區巖質邊坡穩定性評價指標權重的計算方法較多，例如層次分析法[9]、熵權法[11]，或者組合賦權[4]。以往的權重計算方法總體較復雜，本文提出了一種相對簡單的賦權方法，即0～6評分法，該方法由0～4評分法[12]改進而來，具體操作如下。

2.1.1 建立成對比較矩陣

根據指標的相對重要程度建立成對比較矩陣，見表1。

表1 0～6評分法成對比較矩陣

各指標比較過程中的具體量化規則見表2。

表2 0～6評分法量化規則

2.1.2 計算指標權重

令a12+a13+…+a1n=a1，a21+a23+…+a2n=a2，…，an1+an2+…+ann-1=an，則評價指標Xn的權重如下。

2.2 山林地區邊坡穩定性評價模型的構建

邊坡穩定性的數學評價方法較多，例如正態云模型[1]、蝴蝶突變模型[2]、可拓模型[7]，這些方法均存在一些優點及不足。本文給出一種基于模糊理論的綜合評價模型，具體操作流程如下。

2.2.1 建立山林地區邊坡穩定性評價指標體系

選取對山林地區邊坡穩定性影響較大的因素作為評價指標，建立評價指標體系。指標體系的具體建立原則見前文。

2.2.2 構建山林地區邊坡穩定性評語集

本文將山林地區邊坡穩定性劃分為5級，即穩定、較穩定、基本穩定、不穩定、極不穩定，具體見表3。

表3 山林地區邊坡穩定性等級劃分

2.2.3 計算山林地區邊坡穩定性評價指標權重

山林地區邊坡穩定性評價指標權重的計算方法較多，本文介紹了一種相對簡單的賦權方法，即0～6評分法，詳見2.1，由所有權重組成權重向量W。

2.2.4 確定隸屬度矩陣

根據各指標對各穩定性等級的隸屬情況，確定各指標對穩定性等級的隸屬度，得到隸屬度矩陣。

2.2.5 進行模糊綜合評價

2.2.6 分析評價結果

根據最大隸屬度原則確定各指標所處穩定性等級，并結合評價結果采取相應措施。

3 結論

本文對山林地區邊坡穩定性評價指標體系的相關研究進行了梳理，并給出了評價指標體系建立的基本原則，具有一定的參考價值。0～6評分法在計算指標權重的過程中操作相對簡單，具有一定的可靠性，可以作為指標權重計算過程中的一個備選方法；基于模糊理論的邊坡穩定性評價模型可以快速地對山林地區邊坡進行穩定性評價，評價結果可以作為邊坡穩定性問題防治的重要依據。