基于可拓理论的边坡稳定性评价

胡金富

(首都医科大学 附属北京康复医院，北京 100144)

0 前 言

随着社会经济的发展，现代工程建设项目也随之增多，为了适应各类工程建设项目快速发展的需要，人们对现代土木建设的要求也越来越高，建设的规模越来越大，工艺越来越复杂。人们不但对工程质量的要求更高，还要求以最短的时间完成工程项目，更重要的是还要兼具极高的经济效益。而边坡失稳是现代土木工程项目中经常发生的问题，而造成边坡不稳定的原因有很多，需要在实践过程中不断深入研究，找到解决的方案。现在有很多专家提出了不同的意见，例如赵永虎[1]、王润生[2]等提出运用层次分析法确定边坡稳定性评价中的权重。刘华丽[3]、王新民[4]等研究表明：应用模糊综合评价法、可靠度分析法可以建立边坡稳定评价体系。而对于边坡稳定性的安全评价，最主要的问题就是确定科学合理的指标权重。

可拓学是一门研究事物开拓规律，发现其拓展可能性，并以此来解决问题的学科，在解决边坡不稳定问题的过程中，是从定量指标和定性指标两个方面来进行深入研究，讨论问题是不是具备拓展可能性[5]。本文用可拓物元法建立多级的可拓评价模型，避免遗漏一些以往用传统方法解决问题时，遮掩的隐藏问题，运用主观赋权法和客观赋权法，将两者进行组合，选择最有效的方式，从而确保边坡的稳定性，为边坡的治理提供科学依据和建议。

1 边坡稳定性评价体系

边坡稳定性评价体系要遵循科学性、合理性、独立性和可操作性的原则，本文从4个方面组成边坡稳定的评价体系，主要包括地形地貌、地质结构、地质环境和岩体性质，构建一级指标，再将这些指标进行分类、归总，选择边坡结构类型、软弱夹层状况、构造影响程度、地震裂度等16种因素组成评价体系的第2阶层指标，建立完善的边坡稳定评价体系。如图1所示为边坡稳定性评价指标体系。

2 赋权法确定指标权重

根据相关文献资料显示[6]，目前最常见的指标权重确定方法主要是采用主观赋权法和客观赋权法。将主观赋权法中的层次分析法(AHP)确定的权重W1i与客观赋权法中的熵值法确定的权重W2i进行优化组合，得到各级评价指标组合权重值Wi，如公式(1)所示。

Wi=kiW1i+k2W2i(i=1,2，…，n)

(1)

根据线性加权法，由组合赋权系数向量M计算而得到的第i个对象的多指标综合评价值可以表示为：

(2)

为了使计算出来的综合评价值更合理，更能展现所有评价对象之间的不同，把最佳组合的赋权问题进行转化，变成求解最优化问题，按解题的步骤，最终算出最佳组合的赋权系数。

图1 边坡稳定性评价指标体系

3 案例分析

3.1 评价边坡的稳定性

以北京某工程的滑坡现象为例，坡脚部分虽然已经建立了护坡，但现场了解到的情况是护坡已经出现了裂缝，有些地方已经出现变形，甚至有挡土墙还发生了倾倒，挡墙的上部差不多都被覆盖，已无法起到应有的作用。边坡的安全性一般可以划分为4个等级，包括：极不稳定(Ⅳ级)、不稳定(Ⅲ级)、较稳定(Ⅱ级)和稳定(Ⅰ级)，根据该分级标准建立相应的边坡稳定性评价体系，从而确定评价因子。图1中所述的16个评价指标，先选取可以进行定性分析的8个指标进行分析，如边坡结构类型、工程扰动、地面变形情况描述、已有工程地质现象、节理发育与组合、岩性、构造影响程度、软弱夹层状况等，如表1所示。其他的指标需要进行现场采样进行试验分析，才能最终确定。

因为每个评价指标都有不同的单位，数值之间的差距也很大，没有办法进行统一的计算，所以对评价的指标，要使数据标准化，进行无量纲化处理，根据公式(3)和公式(4)进行计算。

(3)

(4)

表1 定性指标量化分值和分级

本次测验是在自然条件下进行的稳定性评价，在该条件下，各个评价指标体系中的定性描述、测试结果等都按专业的打分方法确定最后的数据，然后再对指标体系中的定性、定量指标进行无量纲化处理。指标结果如表2所示。

根据经典域、节域、物元和关联度的计算公式[7]，可以计算出各个1级指标的下属2级指标对应的各边坡稳定性等级的关联度，并根据各级指标无量纲化后实际分值和数据，运用主观权重法和熵权法计算各个1级指标和其对应的2级指标的主客观权重，根据最优组合赋权法，计算各级指标主客观复合权重系数的计算结果如下：ka1=0.565，ka2=0.429，kp1=0.499，kp2=0.499，kt1=0.492，kt2=0.506，kf1=0.475，kf2=0.524。a、p、t、f分别代表1级指标中的C1、C2、C3和C4。根据上文所述的公式(1)，进行计算，可以确定1级和2级指标的符合权重系数及关联度，如表3所示。

表3 1级指标复合权重及2级指标关联度

根据相关计算公式[8]，对各评价对象的1级指标等级的关联度进行确定，其目标层可拓评价结果如果下表4所示。

结合文献[9]中相关计算公式可以得出总体级别特征值为3.62。由此可见，目标层的边坡极不稳定。

表4 目标层可拓评价结果

3.2 结果分析

从表4目标层的分析结果可知，该滑坡地段的边坡处在一种不稳定的状态中，级别特征的变量结果为3.62，也就是说边坡的稳定性在Ⅲ级和IV级之间，并且偏向IV级，所以总体稳定性等级确定为IV级，这也与前面所述的评价结果基本一致，从而说明该边坡需要及时的进行治理。上文只有C2的总体水平相对稳定，其他3个类别都极不稳定，与当地的实际情况基本一致。根据表3中的数据可以看出:坡高C11和地面变形情况C13的评价等级是Ⅲ级，在边坡稳定性要素中是属于一种不稳定的状态，在后期进行整治的时候，一定要注意坡高和地面变形的状态。

4 结 语

以北京某工程的边坡实际情况为例，总结了该边坡的稳定性影响因素，并构建了多级可拓模型的边坡稳定性评价体系，从而减少了过去因为评价体系标准不统一，导致各种评价因素难以分析的现象，在评价的时候可以更好的加以区分。在计算评价指标的复合权重时应用最优组合赋权的方法，将熵值法计算分析出来的客观权重数据与用层次分析法得出的主观权重数值进行最佳组合，从而获取影响边坡稳定性要素的复合权重数据并在重视主观经验的同时，也考虑了客观性评价对边坡稳定性的影响。