山区斜坡病害对高速公路危害评价的系统分析

2020-11-08魏安辉邵江牟琦李永江蔡玮彬

工程建设与设计 2020年20期

魏安辉，邵江，牟琦，3，李永江，蔡玮彬

（1.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都 610041；2.四川雅西高速公路有限责任公司，成都 610031；3.四川省通川岩土工程技术开发有限责任公司，成都 610041）

1 引言

对于修建在山区斜坡坡表的高速公路,在营运通车后，山区斜坡病害会逐渐持续出现，病害主要形式以浅表层的滑坡为主，其余包括路基变形、危岩、滚石和泥石流等。对于各种类型的地质病害发育程度如何，对高速公路会造成何种程度的危害，需要依据病害产生的特征、发育程度、危害程度等对灾害点进行危险性评价，并提出更具科学性和合理性的管养措施。

2 高速公路边坡的影响因素分析

2.1 主要影响因素

高速公路边坡的主要影响因素有：斜坡的岩土体结构、斜坡的坡形和坡高、斜坡的病害特征、已有斜坡的防护措施、斜坡的区域气象水文环境、人工对斜坡的改造程度[1]。

2.2 各因素权重分析

结合已建高速公路边坡的影响因素，根据各影响因素的属性不同，可以分为2级。一级影响因素为斜坡变形特征、斜坡体的地质结构特征、已有的斜坡防护措施、斜坡所处的气象水文环境以及斜坡整体的地形特征等。

各一级影响因素根据相应的种类存在不同的二级影响因素，如对于斜坡变形特征，其相应的二级影响因素为变形的规模、变形的发展趋势和变形的位置。结合一级、二级影响因素特征和影响程度可以建立公路斜坡病害影响因素分级标准。

3 评价方法

根据各种影响因素的影响程度进行分级，对不同分级进行赋值，并综合考虑各种影响因素叠加产生的影响进行评价，其中，对斜坡的综合影响评价用斜坡病害影响系数 K 表征。

斜坡病害影响系数 K 按以下公式进行：

式中，Xi为各不同因素的相应影响值。

式中，δi为各一级指标权重；δij为各一级指标下的二级指标权重；Uij为各二级指标分值。

各影响因素的权重如何确定，主要采用层次分析法。其一般步骤为：首先，按照某种标准，对影响目标的元素进行分类，以建立一个多层次结构；其次，比较同一层次中各元素关于上一层次中某一准则的相对重要性，并构造出成对比较矩阵；然后，在符合一致性检验的前提下，通过计算成对比较矩阵的特征值与特征向量确定每个元素对该准则的权重；最后，计算各层元素对于系统目标的总排序权重。

根据前述影响因素层次和相应，可建立如下一级指标的判断矩阵：

矩阵中 aij为判断矩阵标度，表明两两指标相对研究系统目标的重要性，其取值：a12=1，表明斜坡变形破坏特征 U1和地质结构特征 U2两个指标同等重要；a13=1/3，表明指标斜坡防护措施 U3比较指标斜坡变形破坏特征 U1明显不重要，反之，a13=3，表明指标斜坡变形破坏特征 U1比较指标斜坡防护措施U3明显重要。

然后，按式（3）将判断矩阵的每一列向量进行归一化，根据式（4）对归一化后的矩阵按行求和，再根据式（5）将归一化的向量归一化，最后得到 W=[W1，W2，W3，W4]向量即为所要求取的权重向量[2]，计算结果如表1所示。

式中，n 为一级指标数，下同。

表1 各一级指标权重计算结果表

最后要同样的方法，对分别对二级指标建立判断矩阵，最终求出各二级指标的权重，最终结果如表2所示。

表2 各级指标权重分配综合表

在确定权重的基础上，可以计算各边坡的评价指标并进行危险性程度分级，危害性等级可分为5级：极严重（＞110），严重（110～80），大（79～60），中（59～40），小（＜39）。

根据建立的评价方法，在现场调查的基础上，对某山区高速公路位于斜坡段病害进行分析评价，可以得到该高速公路的斜坡病害的危害程度。在调查的201个边坡中，没有危险性等级极严重的边坡，其中危险性等级严重的边坡11个，危险性等级大的有21个，危险性等级中等的44个，危险性等级小的125个，根据相应危险性等级的划分进行了相应的管养处置建议。