山林地区边坡稳定性评价方法研究*

姜安民，董彦辰，刘 璨，杨盛旭，李 旋，周婧怡

（1.湖南城建职业技术学院管理工程系，湖南 湘潭 411100；2.中南林业科技大学土木工程学院，湖南 长沙 410004）

我国南方山林地区较多，在山林地区进行工程建设很容易出现边坡失稳的问题，进而导致滑坡、崩塌等地质灾害发生，工程安全受到严重影响。因此，采用科学的方法对边坡稳定性进行评价并采取相应措施加以应对意义重大，这也是预防边坡失稳的有效措施。

针对边坡稳定性评价问题学者们进行了很多相关研究，例如，赵军等[1]运用改进的熵权-正态云模型对边坡稳定性进行评价，该方法通过云模型正向发生器计算各指标对应评价等级的确定度，基于改进熵权法确定各指标权重，以此综合评价边坡稳定性等级，并通过实例验证了该方法的可行性；宋鑫华等[2]建立了黏聚力、内摩擦角、边坡倾角、孔隙水压力比4个影响因子综合作用下的边坡稳定性蝴蝶突变模型，并对边坡稳定性进行了分析与评价，得出使用蝴蝶突变模型判断边坡稳定性时操作简单，判断结果客观准确等相关结论；周家祥等[3]采用模糊聚类分析方法对边坡样本进行分类，根据择近原则将预测样本划归为贴近度最大的聚类模式，运用该模式对预测样本的稳定系数进行BP神经网络预测，并通过实例验证了该方法的可靠性；赵笑然等[4]建立了基于五元联系数的组合赋权-集对分析模型，从系统确定性和不确定性及其相互作用的角度评价高陡岩质边坡稳定性，并运用该模型对西南山区铁路岩质边坡的稳定性进行评价，得出评价结果与专家评价结果基本一致的结论，验证了该方法的可行性。

通过对前人的研究进行梳理，本文对山林地区边坡稳定性评价方法进行研究，主要从评价指标体系的建立、评价指标权重的确定及评价模型的构建3个方面进行，重点阐述了山林地区边坡稳定性评价指标体系建立的原则、指标权重确定的具体方法（0～6评分法）及模糊综合评价模型的操作流程。

1 山林地区边坡稳定性评价指标体系的建立

1.1 山林地区边坡稳定性评价指标体系的相关研究

对山林地区边坡稳定性产生影响的因素较多，在受到边坡自身内在因素影响的同时受外部因素影响[5]，同时，各边坡的地理环境、自然环境存在一定差异，各影响因素的重要程度也不尽相同，这直接导致了不同学者对边坡稳定性影响因素的识别存在较大差异，建立了不同的边坡稳定性评价指标体系。部分学者[1，6-8]选取岩石质量指标（Rock Quality Designation,RQD）、岩体结构特征（岩石完整性指标）、地应力、黏聚力、内摩擦角、坡高及日最大降雨量等几个影响因素建立评价指标体系作为评价基础，这些学者选取的指标数量相对较少，具有一定代表性，可操作性比较强。也有一些学者建立了相对比较复杂的多级评价指标体系，例如杨刚[9]建立的评价指标体系包括施工因素、工程地质因素、环境因素、边坡型因素4个一级指标，同时包含了坡顶加载、爆破影响度、支护程度、黏聚力、地层与边坡关系、岩体类型、内摩擦角、岩体结构、植被覆盖程度、地下水含量、年均降水量、风沙荷载、地震烈度、坡形、坡高、坡角16个二级指标；周锦涛[10]建立的指标体系包括地形地貌、地质结构、岩土性质、赋存环境4个一级指标，坡高、坡角、地面变形情况、植被覆盖率、节理发育与组合、软弱夹层状况、边坡结构类型、构造影响程度、内摩擦角、黏聚力、已有工程地质现象、岩性、大气降雨、地震烈度、河水地质作用、工程扰动16个二级指标。可以看出，这两个比较复杂的评价指标体系除选取了一些有代表性、较为重要的指标（例如黏聚力、内摩擦角）外，还结合实际情况增加了一些新的指标（例如风沙荷载、工程扰动），指标体系明显更为完善和有针对性，然而在整个评价过程中计算量也会随之增大。

1.2 山林地区边坡稳定性评价指标体系建立的原则

综合以上分析，本文整理出山林地区边坡稳定性评价指标体系建立的基本原则，具体如下。

1）应遵循科学、合理的基本原则，在文献研究的基础上充分听取专家建议，以保证所选取影响因素的代表性。

2）应结合工程实际情况及评价目标对影响因素进行增加或删减，以反映评价的目的性。

3）基于影响因素建立的评价指标体系应在保证评价需求的基础上尽可能简化，以确保评价过程简单、可操作性强。

4）应充分考虑植被覆盖情况、植被根系发育情况等方面因素对边坡稳定性的影响。

2 山林地区边坡稳定性评价模型的构建

2.1 山林地区边坡稳定性评价指标权重的确定

山林地区岩质边坡稳定性评价指标权重的计算方法较多，例如层次分析法[9]、熵权法[11]，或者组合赋权[4]。以往的权重计算方法总体较复杂，本文提出了一种相对简单的赋权方法，即0～6评分法，该方法由0～4评分法[12]改进而来，具体操作如下。

2.1.1 建立成对比较矩阵

根据指标的相对重要程度建立成对比较矩阵，见表1。

表1 0～6评分法成对比较矩阵

各指标比较过程中的具体量化规则见表2。

表2 0～6评分法量化规则

2.1.2 计算指标权重

令a12+a13+…+a1n=a1，a21+a23+…+a2n=a2，…，an1+an2+…+ann-1=an，则评价指标Xn的权重如下。

2.2 山林地区边坡稳定性评价模型的构建

边坡稳定性的数学评价方法较多，例如正态云模型[1]、蝴蝶突变模型[2]、可拓模型[7]，这些方法均存在一些优点及不足。本文给出一种基于模糊理论的综合评价模型，具体操作流程如下。

2.2.1 建立山林地区边坡稳定性评价指标体系

选取对山林地区边坡稳定性影响较大的因素作为评价指标，建立评价指标体系。指标体系的具体建立原则见前文。

2.2.2 构建山林地区边坡稳定性评语集

本文将山林地区边坡稳定性划分为5级，即稳定、较稳定、基本稳定、不稳定、极不稳定，具体见表3。

表3 山林地区边坡稳定性等级划分

2.2.3 计算山林地区边坡稳定性评价指标权重

山林地区边坡稳定性评价指标权重的计算方法较多，本文介绍了一种相对简单的赋权方法，即0～6评分法，详见2.1，由所有权重组成权重向量W。

2.2.4 确定隶属度矩阵

根据各指标对各稳定性等级的隶属情况，确定各指标对稳定性等级的隶属度，得到隶属度矩阵。

2.2.5 进行模糊综合评价

2.2.6 分析评价结果

根据最大隶属度原则确定各指标所处稳定性等级，并结合评价结果采取相应措施。

3 结论

本文对山林地区边坡稳定性评价指标体系的相关研究进行了梳理，并给出了评价指标体系建立的基本原则，具有一定的参考价值。0～6评分法在计算指标权重的过程中操作相对简单，具有一定的可靠性，可以作为指标权重计算过程中的一个备选方法；基于模糊理论的边坡稳定性评价模型可以快速地对山林地区边坡进行稳定性评价，评价结果可以作为边坡稳定性问题防治的重要依据。