粗糙集理论在边坡稳定性影响因素中的应用

张 丽 孔祥睿

(1.吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林 长春 130118； 2.吉林省勘查地球物理研究院，吉林 长春 130012)

粗糙集理论在边坡稳定性影响因素中的应用

张 丽1孔祥睿2

(1.吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林 长春 130118； 2.吉林省勘查地球物理研究院，吉林 长春 130012)

为了找出影响边坡稳定性的主要因素，应用粗糙集理论，通过属性约简，得到了5个影响老渔山边坡稳定性的主要因素，为后期稳定性评价模型的建立提供了最优评价指标集。

粗糙集理论，矿山边坡，稳定性评价

边坡稳定性评价结果的准确性取决于其影响因素的选取。近年来，随着新技术新方法的应用人们对边坡稳定性影响因素的研究更加深入，并取得很大成果。对某个边坡进行稳定性评价时，有些影响因素对其基本没有影响，却被选取，甚至有些影响因素会被重复选取，为了使评价结果最为合理，就应该找出影响边坡稳定性的主要因素，除去冗余。粗糙集理论具有强大的数据挖掘和知识发现能力，通过属性约简，可以找到关键的属性。具体过程为首先对影响边坡稳定性的各因素进行分类，然后根据条件属性、决策属性和分析样本构建决策信息表，进而应用粗糙集理论进行属性约简，删除冗余属性。

蓟县老渔山的开采形成了大量不稳定边坡，要想成功对其稳定性进行评价，需要选取出真正主要的影响因素。

1 影响因素分析及量化

岩质边坡的稳定性不仅受到岩体内部地质结构，地质作用和地形地貌的影响，而且受气候因素和其他外部环境因素的影响。根据前人的研究成果及国家规范标准，本文选出影响老渔山边坡稳定性的10个作用因素：边坡高度，边坡角，坡面与主要结构面产状关系，岩石单轴抗压强度，内聚力，内摩擦角，风化程度，岩体完整性指数，地震烈度，人为因素[5,6]。按照岩土工程中对各影响因子的划分等级来对各影响因素进行量化(见表1)。

表1 边坡稳定性影响因素量化表

2 决策表的构建

决策表的构建包括行和列，行表示被评价的边坡对象，列表示各个属性。通过对老渔山边坡稳定性影响因素的分析构建的决策表有11列，包括10个条件属性和1个决策属性。条件属性即边坡稳定性影响因素，决策属性即边坡稳定性等级。本文将边坡稳定性划分为四个等级：稳定、较稳定、不稳定和极不稳定，分别表示为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ，对应的取值为1，2，3，4。为了表示方便，条件属性分别用代号T1，T2，…，T10来表示，决策属性用D来表示。

而决策表的行即分析样本的构建对约简结果至关重要，本文选取蓟县大顶山的边坡构建样本，共31个，每个边坡的影响因素属性值原始数据见表2，对数据进行量化后，得到边坡稳定性评价决策信息表(见表3)。

表2 边坡稳定性影响因素原始数据

表3 基于粗糙集的边坡稳定性评价决策信息表

构建好决策表之后，利用粗糙集权威软件ROSETTA对其进行属性约简，计算时采用基于遗传算法的属性约简改进算法，该算法快速准确。经程序运行计算后得到8组约简(见表4)。

表4 边坡稳定性影响因素约简结果

3 结果分析

经过粗糙集约简后得到8组约简集合，但要最终选出最适合的一个，需要从专业和实际角度进行分析。

首先对于内聚力T5和内摩擦角T6而言，它们是影响边坡稳定性的重要因素，但是整个研究区内岩体的φ=25°～32°，C=0.12 MPa～0.07 MPa，其对应的等级是2～3,对各边坡稳定性影响效果基本一致，因此这两个影响因素对研究区而言属于冗余的属性，可以从决策表中删除。

另外，岩石风化T7也是影响边坡稳定性的重要因素，对于工程岩体而言风化作用的影响在于两方面，一是岩石经风化后变得疏软以至松散，从而物理力学性质变坏；二是岩体风化后裂隙增多。而岩石坚硬程度和岩体完整程度已完全可以反映出这些影响，所以，岩石风化这一影响因素对于研究区边坡而言，也是冗余的属性，可以从决策表中删除。

约简结果表明地震烈度T9这个因素不在其中，因为虽然地震烈度对边坡稳定性影响较大，但是对于所有样本边坡而言，取值都一样，其对各边坡的影响也就一样，所以属性约简过程中将其约简掉是合理的。

综合分析后选择出第2组约简，即影响大顶山边坡稳定性有5个因素：边坡角，坡面与主要结构面产状关系，岩石单轴抗压强度，岩体完整性指数和人为因素。根据实际调查资料，老渔山与大顶山地理位置很近，而且工程地质条件非常相似，所以该边坡稳定性影响因素的约简结果，完全适用于老渔山边坡。

4 结语

1)为了使边坡稳定性评价模型计算结果最为合理，更接近真实的稳定情况，就应该把影响边坡稳定性的主要因素找出来，把那些基本上没有影响的因素剔除。

2)粗糙集理论具有强大的数据挖掘和知识发现能力，通过属性约简的思想可以从条件属性集中找出关键属性，去除冗余属性。

3)将粗糙集理论应用于老渔边坡影响因素的分析中，得到约简结果，并进行分析选取，为后续的稳定性评价模型提供最精简的评价因素集。

[1] 李克钢.岩质边坡稳定性分析及变形预测研究[D].重庆：重庆大学博士学位论文,2006.

[2] 唐廷宇,陈福民.影响露天矿边坡稳定的主要因素及防范措施[J].矿业工程，2008,6(2):14-15.

[3] 邱 平,张喜中.露天采石场边坡稳定因素浅析[J].中国安全科学学报,2006,16(7):133-139.

[4] 刘成钢.基于粗糙集理论的不确定决策问题的研究与应用[D].南京：南京航空航天大学硕士学位论文,2003.

[5] 纪 赢.露天矿高陡边坡稳定性分析[D].北京：北京科技大学硕士学位论文,2002.

[6] 张 丽.蓟县老虎顶采石矿复垦工程地质评价[D].重庆：重庆大学博士学位论文,2006.

[7] 陈剑平,王 清，阙金声,等.天津蓟县小渔山矿山复垦岩质边坡工程地质稳定性评价研究[Z].2006.

[8] J. Komorowski, A. Øhrn, A.Skowron.The ROSETTA Rough Set Software System, In Handbook of Data Mining and Knowledge Discovery, W. Klösgen and J. Zytkow (eds.), ch. D.2.3, Oxford University Press. ISBN 0-19-511831-6.2002.

Applying rough set theory on influence factors of slope’s stability

Zhang Li1Kong Xiangrui2

(1.CollegeofMapping&SurveyEngineering,JilinUniversityofBuilding,Changchun130118,China;2.JilinAcademyofSurveyGeophysical,Changchun130012,China)

In order to find out major factors influencing slope stability, the paper applies rough set theory, finds out five major factors influencing Laoyu slope stability through attribute reduction, which has provided optimal evaluation indicators set for post establishing stability evaluating model.

rough set theory, mine slope, stability evaluation

1009-6825(2015)28-0071-02

2015-07-27

张 丽(1979- )，女，博士，讲师； 孔祥睿(1980- )，男，工程师

TU413.62

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