基于破壞指數(shù)法的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究

張 舒，裴 磊，宋 剛

（1.中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

基于破壞指數(shù)法的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究

張 舒1，裴 磊2，宋 剛1

（1.中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

破壞指數(shù)法是評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的有效方法，優(yōu)點(diǎn)在于利用實(shí)地調(diào)查的巖坡是否已破壞，來(lái)評(píng)估各項(xiàng)因子所造成破壞的機(jī)率，并確立各因子間的相對(duì)重要程度，計(jì)算出其整體邊坡破壞指數(shù)可以作為巖坡穩(wěn)定程度的指標(biāo)。依誤判率來(lái)顯示其分析的有效性。文章對(duì)福建漳龍高速的邊坡進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到了較好的評(píng)價(jià)結(jié)果。

邊坡穩(wěn)定性；破壞指數(shù)；權(quán)重值；誤判率

1 概述

邊坡失穩(wěn)（滑坡）是地質(zhì)災(zāi)害的一個(gè)主要類型，己成為研究的熱點(diǎn)。對(duì)邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)是對(duì)邊坡失穩(wěn)研究的重要方面。破壞指數(shù)法是多變量分析方法的一種，原理是以統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)，在一個(gè)相對(duì)的關(guān)系下，提出一個(gè)破壞指數(shù)值（DT）描述該邊坡在整個(gè)區(qū)域發(fā)生邊坡破壞的風(fēng)險(xiǎn)度，DT值較高代表發(fā)生邊坡破壞的可能性較大，反之則較小[1]。

采用破壞指數(shù)法進(jìn)行分析，是將邊坡穩(wěn)定性與各影響因子分級(jí)進(jìn)行迭合分析，以量化各邊坡失穩(wěn)影響因子與邊坡失穩(wěn)的關(guān)系。分析步驟包括：因子選擇、因子分級(jí)、因子評(píng)分、因子權(quán)重、破壞指數(shù)值的迭加。

2 破壞指數(shù)法評(píng)價(jià)過(guò)程

2.1 因子選擇

對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，分析結(jié)果往往取決于影響因子的選擇。回顧以往學(xué)者文獻(xiàn)的邊坡穩(wěn)定性分析中，所選因子分為潛因與誘因；潛因是指邊坡的本身具有潛在造成滑坡的因素，誘因是指直接引發(fā)滑坡的環(huán)境因素。

2.2 因子分級(jí)與評(píng)分

因子評(píng)分利用各因子破壞比來(lái)做衡量的基準(zhǔn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查各因子的規(guī)模范圍予以分級(jí)，求出各影響因子分級(jí)破壞比后，再依式（1）進(jìn)行正規(guī)化處理，將各分級(jí)之崩壞比對(duì)應(yīng)至1～10之間，即可求得各因子分級(jí)評(píng)分值D。

式中：Xi為各因子分級(jí)的破壞率，10≥Di≥1；Xmax、Xmin分別為該因子分級(jí)中破壞率的最大值及最小值。

2.3 因子破壞權(quán)重

選擇因子間的權(quán)重，對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析有直接的影響；在選取權(quán)重時(shí)要以最能體現(xiàn)破壞情況的組合做為首選[2]。因?yàn)楦鱾€(gè)因子均有其特定含義，并顯示其存在的獨(dú)立性，故不宜在未經(jīng)處理的狀況下直接分析比較，所以采用各因子分類和分級(jí)的破壞百分比所得的變異系數(shù)，作為反應(yīng)各因子在分類分級(jí)上對(duì)邊坡破壞影響的靈敏度。其計(jì)算如表1所示。

表1 多元分析計(jì)算表

2.4 破壞指數(shù)值的迭加

確定了各因子分類量化的破壞指數(shù)（Di）和破壞率權(quán)重值（Wi）后，還需對(duì)已完成統(tǒng)計(jì)的邊坡數(shù)據(jù)作處理，所處理的模式稱為邊坡破壞指數(shù)（DT），即為邊坡發(fā)生破壞的可能性；該指數(shù)越大，表示研究區(qū)內(nèi)未破壞的巖石邊坡發(fā)生破壞的機(jī)會(huì)越大[3]。邊坡整體破壞指數(shù)：

3 評(píng)價(jià)實(shí)例

3.1 數(shù)據(jù)處理

漳龍高速公路漳州至龍巖段的長(zhǎng)度為84 km，本文以其沿線共96處邊坡為評(píng)價(jià)對(duì)象，選用66個(gè)邊坡建立評(píng)價(jià)模型，對(duì)剩下的36個(gè)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。依據(jù)前人研究的影響因子及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的資料，由于考慮到有些因子的性質(zhì)可能相近,整理出坡度、坡向、高程、坡高、巖土特性、距斷層、距褶皺軸、距道路中線、降雨強(qiáng)度等9項(xiàng)因子，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查各因子的規(guī)模范圍予以分級(jí)（如表2所示）；并以表3顯示各因子評(píng)分和因子破壞權(quán)重結(jié)果。由計(jì)算出各因子的權(quán)重值（Wi）和因子各級(jí)破壞指數(shù)（Di）代入公式（3），分別計(jì)算出所調(diào)查的66處巖石邊坡各自的整體邊坡破壞指數(shù)（DT）。

表2 因子分級(jí)表

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

對(duì)于66個(gè)邊坡數(shù)據(jù)，經(jīng)由公式處理，建立非線性破壞風(fēng)險(xiǎn)機(jī)率評(píng)估數(shù)學(xué)模式，逐次依9個(gè)變量因子的分級(jí)級(jí)序，權(quán)重值與評(píng)分值轉(zhuǎn)換，并針對(duì)所調(diào)查的有效調(diào)查件數(shù)（96件）中的66件逐一作單件的穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估檢測(cè)，進(jìn)而求算該單件工作的穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)率（DT值）。在66件有效調(diào)查樣本數(shù)中，依據(jù)實(shí)地勘查的工程穩(wěn)定性現(xiàn)狀，進(jìn)行破壞指數(shù)分析后顯示其DT（見(jiàn)圖1）值介于1.0～8.1間，取三類結(jié)果上下限的平均值作為邊坡穩(wěn)定性判定依據(jù)，即DT＞4.85 為邊坡不穩(wěn)定判定依據(jù)，4.85＞DT＞4 為邊坡較穩(wěn)定判定依據(jù)，當(dāng)DT≤4時(shí)邊坡穩(wěn)定判定依據(jù)。

圖1 模型DT計(jì)算結(jié)果散點(diǎn)圖

圖2 評(píng)判DT計(jì)算結(jié)果散點(diǎn)圖

表3 多元分析運(yùn)算9因子權(quán)重分析統(tǒng)計(jì)表

以實(shí)地調(diào)查邊坡災(zāi)害點(diǎn)中的30處作為驗(yàn)證案例，將其各因子代入受損風(fēng)險(xiǎn)率模式中運(yùn)算,可得DT值（見(jiàn)圖2），將運(yùn)算結(jié)果與實(shí)地調(diào)查結(jié)果進(jìn)行比對(duì)得知，可以發(fā)現(xiàn)其中67號(hào)、68號(hào)、85號(hào)、95號(hào)等4處，經(jīng)由模式評(píng)估與實(shí)地調(diào)查結(jié)果仍有一定差距，約占全調(diào)查數(shù)96件的4.2%，據(jù)此可知破壞指數(shù)法對(duì)于評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性是一種有效方法，其正確率大于95%，可以滿足工程需求。

4 結(jié)論

（1）破壞指數(shù)法可客觀求得因子對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的靈敏度和邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)度。本文實(shí)例得到的各因子靈敏度由高到低的排序?yàn)榻涤陱?qiáng)度、距褶皺軸、高程、距路中線、坡度、巖土特性、距斷層、坡高、坡向。

（2）由本文研究可發(fā)現(xiàn)，對(duì)漳龍高速研究區(qū)而言，破壞指數(shù)法得到的各因子權(quán)重合理結(jié)果正確率高，是一種行之有效的方法。

（3）使用多元破壞指數(shù)分析法的優(yōu)點(diǎn)在于：利用實(shí)地調(diào)查的巖坡是否已破壞，來(lái)評(píng)估各項(xiàng)因子所造成破壞的機(jī)率，并確立各因子間的相對(duì)重要程度，而且計(jì)算出其整體邊坡破壞指數(shù)，可以作為巖坡穩(wěn)定程度的指標(biāo)，并依誤判率來(lái)顯示其分析的有效性。

（4）所完成的調(diào)查樣本數(shù)僅96件，樣本數(shù)量相對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)研究來(lái)說(shuō)仍顯較少，后續(xù)研究中可擴(kuò)大研究區(qū)域和研究樣本的數(shù)量，以利于該模式取得更多案例驗(yàn)證，并使此分析研究具有普遍意義。

（5）所推導(dǎo)出的評(píng)估模式，其所涵括的因子可能仍有遺漏，有必要再作因子的擴(kuò)大考慮與補(bǔ)遺，并于后續(xù)研究再進(jìn)行各因子的統(tǒng)計(jì)檢定，例如：因子、獨(dú)立性、融合性、相依性、一致性的因子交互檢定后，進(jìn)行模式的實(shí)例驗(yàn)證與檢測(cè)修正，則可減少該模式推估誤判率（4.2%）。

［1］陳正昌.多變量分析方法—統(tǒng)計(jì)軟件應(yīng)用[M].北京:中國(guó)稅務(wù)出版社,2000.

［2］Hillel Daniel.Fundamental of soil physics.John Willey&Sons Inc,1982：21-37,57-104.

［3］Shu-Yi Lin,C.T.Lee,Linkou Tableland with the Assistance of Principal Component Analysis，Institute of Applied Geology,National Central University，1999.

Abstract:Slope failure,as a kind of geohazards,has become a hot research topic,and research key lies in the evaluation of slope stability.Its effective way is the failure index method that field investigation is used to evaluate the damage probability caused by different factors,then these factors'relative importance is established,and finally the integral slope failure index as the index of slope stability is calculated.The analysis validity is indicated by the rate of error.The article evaluated the slope of Zhanglong highway in Fujian and achieved ideal results.

Key words:slope stability;failure index;weight value;error rate

編輯：徐樹(shù)文

Evaluation of Slope Stability Based on Failure Index Method

ZHANG Shu1,PEI Lei2,SONG Gang1
（1.Handan Design Engineering Co.of China National Coal Group,Handan Hebei 056031,China;2.Liaoning Technical University,Fuxin,Liaoning 123000,China）

U416.1+4

A

1672-5050（2010）09-0039-03

2010-06-11

張 舒（1983—），女，遼寧鐵嶺人，大學(xué)本科，助理工程師，從事巖土工程研究工作。