重庆市干线公路顺层边坡危险性模糊综合评判★

2012-08-01赵宝云张照秀

山西建筑 2012年29期

赵宝云张照秀董倩

(1.重庆科技学院建筑工程学院，重庆 401331; 2.重庆市市政设计研究院，重庆 400020)

0 引言

重庆市地处西南丘陵山区，其最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，受限于区域地貌，重庆市干线公路路线多沿江开辟，使得干线公路边坡灾害成为重庆市地质灾害防治的主要对象之一，而其中以顺层边坡灾害最为严重。截止2010年12月，重庆市公路总里程达到110 950.467 km，其中，干线公路边坡灾害每年对重庆市造成数亿元的经济损失，并有人员伤亡。特别是近年来，随着重庆市基础建设的不断发展，道路边坡带来的灾害损失也越来越严重，已成为阻碍重庆一些地区的经济发展、危害人民生命财产安全的重要因子之一。目前，国内外不少学者针对边坡的稳定性进行了评价[1-4]，然而，对顺层边坡的危险性评价相对较少。就顺层边坡危险性评价而言，要涉及边坡坡角、层厚、层间距等影响因子的影响。而这些因子很难用数字表达，模糊性很强，为此，本文将层次分析法与模糊综合理论相结合建立了顺层边坡危险性评价体系，并对重庆市某干线公路典型顺层边坡进行危险性评价，旨在为同类边坡的危险性评价提供参考依据。

1 综合评判指标体系

构建评价体系是应用模糊综合评判方法对边坡危险性进行评价最为重要的工作之一[5，6]。但是，影响顺层边坡危险性的因子如边坡坡角、层厚、层间距等众多，指标体系的构建是一个复杂的系统工程。论文在现场踏勘以及深入研究目前国内外最为先进的边坡危险性评价方法的基础上，采用理论分析法并充分结合工程实际确定指标，并建立了重庆市干线公路顺层边坡灾害危险性评价指标体系(见表1)。

表1 重庆市干线公路顺层边坡危险性评价指标体系

2 模糊综合评判数学模型的构建

如前所述，影响干线公路顺层边坡稳定性的因子较多，论文在建立指标体系时考虑了三个层次，并相应地建立了三级模糊综合数学评价模型，见式(1)。

其中，A为权重系统;R为指标集隶属度构成的评价矩阵;B为综合评价结果行向量;“·”为模糊关系合成运算符号。

就模糊关系合成运算而言，通常可选用的模型有M(∧，∨)，M(·，∨)，M(∧，⊕)，M(·，⊕)，M(·，+)5 类。在综合充分考虑各类模型优缺点的基础上，选用第5类模型(即加权平均模型)进行评价，这是因为此类模型不仅考虑了所有因子的影响，而且在评价过程中保留每一个因子评价的全部信息，虽然该模型在运算过程中要求必须对权值进行归一化处理，但是在运算期间对权值和隶属度无上限限制。

在借鉴国内外边坡危险性评价的基础上，本文划分了5个评价等级，其评价结果如下:

那么基于最大隶属度原则，评价等级即为k。

3 边坡危险性评估

3.1 层次分析法

层次分析法(Analytic Hirerarchy Process，简称AHP)是美国运筹学家撒汀(T.L.Saaty)等人于20世纪70年代提出的对复杂问题作出决策的一种简明有效的新方法[2]，该法具有明显的层次性。在深入分析表1重庆市干线公路顺层边坡危险性评价指标体系各评价因子的基础上，将所包含的因子划分为目标层、准则层、方案层等三个不同的层次，层与层之间的关系用框图形式说明[7]。在具体实施过程中首先建立边坡危险性递阶层次模型，基于方案层中各因子之间两两比较的方法，自下而上确定方案层中各因子P1，P2，…，Pn相对于目标层的重要性，以得到比较满意的决策。各层之间的关系见图1。

图1 层次分析法结构图

3.2 确定权重

评价分5个等级，即评价集={安全，较安全，较危险，危险，极度危险}，对应的评分区间分别为[90，100]，[70，90]，[50，70]，[30，50]，[10，30]，由从事干线公路地质灾害防治工程师与专家对方案层评价指标进行重要性排序，根据各因子之间的隶属关系一般采用1～9及其倒数的标度方法，从方案层到标准层到目标层逐层计算每一个判断矩阵的最大特征值与对应特征向量，并对矩阵进行一致性检验，如果不通过，则判断矩阵需要重新构造直到通过为止。

4 实例研究

为检验模糊综合评判方法的可靠性，本文特地聘请从事地质灾害危险性评价的工程师和专家对重庆319国道彭水段石灰岩高陡边坡的危险性按照表1中危险性评价指标体系进行评价并排序，由最大隶属度法和式(2)，计算得到该边坡的危险性评价结果为k=23.6，根据对应评价区间的该干线公路危险性等级为极度危险。而该边坡于2007年4月6日发生垮塌，这说明基于层次分析法和模糊综合评判法相结合的评价方法，可很好的应用于重庆市干线公路顺层边坡的危险性评价当中，且该法具有较高的可靠性和工程应用价值。