地下空间工程地质适宜性灰色评估

彭苗枝,包海玲,刘道彬,于利刚

(1.桂林理工大学土木工程系, 广西桂林市 541004;2.安徽省地质调查院, 安徽合肥 230001)

地下空间工程地质适宜性灰色评估

彭苗枝1,包海玲2,刘道彬2,于利刚1

(1.桂林理工大学土木工程系, 广西桂林市 541004;2.安徽省地质调查院, 安徽合肥 230001)

地下空间开发利用的工程地质条件适宜性评价是一个受多种因素影响的复杂的系统工程问题,对于这样一个部分信息确知、部分信息不确知的多因子共同作用的综合评价问题,由于统计数据十分有限,且数据灰度比较大,用基于MAPGIS的灰色评估法进行评价比较适宜。以合肥市滨湖新区浅层地下空间为例,在对浅层地下岩土体工程地质性质和发育分布特征分析的基础上,运用灰色评估法,对影响地下空间开发利用最基本的因素——工程地质条件进行了4因子评价。并以此为依据,借助MAPGIS软件,对评价结果进行分区,科学反映和度量了地下空间开发利用工程地质条件的优劣,为滨湖新区地下空间综合利用规划提供了基础数据和科学依据。

地下空间;工程地质条件;灰色评估

地下空间是一种宝贵的资源,是城市空间资源的重要组成部分。近年来,随着国民经济的高速发展,我国城市地下空间的利用有了很大的发展。

城市地下空间以岩土体为介质和环境,与以空气为介质的地面空间存在根本差别,因此,城市工程地质条件直接控制地下空间开发的难易程度。

城市地下空间开发利用的工程地质条件适宜性评价是一个综合性的岩土工程问题,其中既有确定性的指标因素,如岩土体的地基承载力,又包含非确定性的指标因素,如膨胀土的影响等。由于它包含的影响因素很多,而且信息不甚确切,不甚完全,属于灰色系统问题,评价难度较大,因而,如何更加科学、准确地评价地下空间开发区域的工程地质适宜程度是一个十分有意义的课题。本文针对这一灰色问题,以滨湖新区浅层地下空间为例,运用灰色评估法,综合考虑各确定性和非确定性因素,从而得到一个定量的综合评估值,用以评价区域地下空间开发的工程地质适宜程度。

1 地下空间工程地质条件灰色评估步骤

由于城市岩土体条件在横向和竖向空间的差异性很大,在评价时,根据地下空间与地表的距离关系,以及地下空间开发利用性质和功能,可以对地下空间资源竖向分层进行评价。首先获取评价区域范围的各类原始资料,对所有与地下空间资源评价指标相关的图形、文字和统计数据等资料,按类型、对象范围进行整理,统一计量单位;对一些综合性指标进行综合标准化处理;然后对相关的专题要素按照国家标准属性类型或数据分级进行地理编码,建立GIS图形数据库和属性数据库;最后划分评价单元,确定评价指标体系标准,选取评价因子进行评价。

1.1 评价因子的选择

地下空间受各种自然条件的影响。自然条件不同的区域其地下空间资源情况是不同的。工程地质适宜性评价要素是指对地下空间开发利用有显著效应的影响因素,不同空间域其影响因素各不相同。影响和制约地下空间开发利用的因素很多,最主要的就是地下岩土体的物理力学性质、岩性特征及地下空间开发施工中的难易程度。根据影响岩土体工程特性的因素,对不同空间域分别选择不同的单要素作为工作区的工程地质评价因子,如岩性组合、软土厚度等评价因子。地下空间工程地质条件评价的客观性在于正确认识其影响因子,选取适当的评价标准。为了能够充分反映地下空间工程地质条件的实际情况,将工作区每个空间域用MAPGIS软件网格剖分,然后再由专家对剖分后的每个格网按一定的标准进行打分。

1.2 评价因子权重的确立

在选定了地下空间资源工程地质条件评价因子以后,想要知道哪些因子的影响大、影响程度等问题,就必须考虑评价因子的权重问题。由于地下空间工程地质条件的复杂性,用精确的数学模型确定评价因子的权重难度较大。如果对整个MAPGIS系统分析不够透彻,过分相信数学定权模型,会使权值不尽合理。因此可以建立评价指标体系,运用层次分析法确定每个因子的权重;也可以根据每个评价因子对地下空间开发影响程度的大小,同时依据资料的详尽性、实用性,采用专家打分的方法对研究区不同空间域地下空间开发利用工程地质评价要素给出合理的权值。

1.3 灰色评估数学表达式

在对评价因子及其权重分析的基础上,每个单元格的评估值按式(1)进行计算:

式中:I——综合评估值;

αi——第i因素权重;

Wi——第i因素的评分。

1.4 工程地质适宜性灰色综合评估

根据(1)式计算得到评价区域的评估值,在MAPGIS软件中对每个网格进行插值从而得到每个空间域的工程地质条件评价结果分区图。

2 灰色评估的实例分析

下面以合肥市滨湖新区浅层地下空间工程地质条件适宜性评价为例,介绍该方法的具体应用。

滨湖新区浅层地下空间主要处在第四纪松散堆积层或风化层中。整体来说地下空间工程地质条件都较好,但河谷平原地区工程地质条件复杂,软土、松散砂土等不仅给地下工程建设带来许多难题,且容易产生灾难性的环境岩土工程问题,如边坡失稳、突涌、地面塌陷和不均匀沉降等。根据该地区岩土地质特征,结合近年来各类工程事故突发原因和防治经验,可确定影响合肥市滨湖新区浅层地下空间开发利用的主要工程地质因素是第四系一般土体的工程性质、特殊岩土体的性质及其发育分布特征。

2.1 评价因子的选择及评分标准的确立

根据该区工程地质特性,所选择的因子及分级标准见表1。

表1 浅层地下空间开发利用工程地质条件分级标准

在该区浅层地下空间的评价因子的分值按等级由优到差分别为4,3,2,1分。

2.2 评价因子权重的确立

此次评价依据资料的详尽性、实用性,采用专家打分的方法确定各评价因子的权重(见表2)。

表2 评价要素权值分配

2.3 浅层地下空间开发利用工程地质条件评价

按(1)式进行评价,得出每个单元格的综合评估值。该空间域可得评估值为1～1.5,1.5～2.5,2.5～3.5,3.5～4,其资源质量等级分别评定为:差、中等、良好、优。

2.4 浅层地下空间开发利用工程地质适宜性分区

根据上述评价方法,在网格中进行插值,从而得到地下空间工程地质条件评价结果(见图1)。

图1 评价结果A—工程地质条件优区 B—工程地质条件良区C—工程地质条件中等区 D—工程地质条件差区

A区:分布范围较广,约占工作区面积的2/3左右,主要分布于滨湖新区的西北部,南部地区在刘河乡与清萍乡东部靠近巢湖一带;以粘性土为主,无软土分布,只是在局部地区有中等膨胀潜势的膨胀土分布,围岩整体稳固。地下工程施工技术难度简单,基坑可采用一般的明挖法施工,在局部膨胀土地区注意保持含水量大致不变就不会遭受由膨胀引起的破坏,在地面建筑稀疏地区,可采用自然放坡明挖法,施工成本相对较低。

B区:分布范围小,以条带状形式分散分布于滨湖新区北部中部的一些地区;以粘性土为主,局部夹粉土或粉砂;砂(粉)土埋藏厚度小于1.0m,围岩整体较稳固;地下工程施工技术难度较简单,基坑可采用一般的明挖法施工,但在有少量粉(砂)土分布的地区需采取相应的排水措施。

C区:分布范围较小,面积约40km2。沿南肥河从北向南呈长条状分布,在西南角靠近巢湖一带呈片状分布,以砂(粉)土为主,局部夹少量粘性土;有软土分布,软土厚度均不超过3m,工程地质条件相比而言复杂,围岩整体稳固性一般;地下工程施工可采用明挖法施工,但为防止软土带来的工程地质灾害,需采取一定的技术手段进行软土地基处理。

D区:分布范围很小,面积约20km2。主要分布于滨湖新区东部桥头集镇的西程、桥头集村一带,主要为淤泥质粉质粘土,软土厚度大于5m,工程地质条件复杂,围岩整体稳固性差;对软土厚度较大土层需采取专门的处理措施,在强风化岩体地区,为防止坍塌等地质灾害,需采用专门特殊的地下施工技术。

3 结 论

地下空间资源质量评估是一项对于城市地下空间资源规划、开发、投资、效益回报分析等诸方面十分重要的工作。工程地质条件作为影响地下空间资源开发利用最基本的因素,对地下空间资源的优劣起关键性的决定作用,因此对其进行分析评估非常必要。基于MAPGIS的灰色评估克服了资源质量等级人为划分的缺陷,本文以合肥市滨湖新区浅层地下空间资源的工程地质条件评价为例,初次实现了用模糊方法对影响地下空间资源质量的某一单一要素进行评估,从而能更准确的评价地下空间资源质量。

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2009-10-13)

彭苗枝(1984-),女,安徽安庆人,硕士研究生,主要从事水文地质与工程地质研究,Email:kanyim@163.com。