模糊綜合評判決策多層次模型評價滑坡穩定性

田海濤 候恩慧 史保堂

1 概述

滑坡穩定性評價是一項較為復雜的綜合性工作，傳統的分析滑坡穩定性方法有極限平衡法、有限單元法、瑞典法、畢肖普簡化法等，這些方法只是針對滑坡體本身的結構特點，從力的角度定量分析，往往忽略滑坡體本身以外別的因素，比如人為、水文氣象等。大量工程實踐表明，影響邊坡的穩定性因素較多又復雜，并且影響的重要程度不同，進而使綜合識別和判斷邊坡穩定性等級的界限具有不確定性和模糊性，然而模糊評判決策多層次模型綜合考慮了多個因素及權重分配，并按照給定的條件應用模糊變換原理和最大隸屬度原則進行等級判別。本文應用模糊評判決策多層次模型對新房村滑坡的穩定性進行了綜合評價，其結果較好地反映了該滑坡的實際穩定程度。

2 新房村17社滑坡的基本特征［1］

新房村17社滑坡位于四川省江油市敬元鄉政府所在地新房村，該滑坡為一老滑坡，在5·12地震影響下滑坡復活，發生了明顯滑動。滑坡平面整體呈四邊形狀，滑坡沿北西南東向展布，滑動方向147°，滑坡后緣高程1 015 m，前緣最低高程795 m，相對高差220 m。該滑坡北面和東面為山脊，西面為一小山梁，滑坡地處一山間凹槽，整體地勢北高南低，滑坡整體坡度呈中上部陡，中下部相對緩，坡度20°～50°。滑坡縱向長373 m，橫向寬327 m，滑坡體厚度在0．5 m～49．88 m，滑體平均厚約22 m，滑體為第四系殘坡積物，滑坡體從上到下主要由粉質粘土和碎石土組成，滑坡體積約268×104m3，屬大型推移式滑坡。

目前，通過變形監測，滑坡正在發生微小的蠕動變形，一旦滑坡體整體發生滑動，滑坡體會堵塞敬家河河道，形成堰塞湖，引發泥石流等地質災害，直接威脅到鄉政府所在地的人民生命和財產安全，包括學校、鄉政府、醫院、居民住房、商店等。由此可見對該滑坡穩定性進行綜合評價不僅意義重大，而且迫在眉睫。

3 建立模糊評判決策多層次模型

斜坡穩定性程度的劃分在國內外皆有不同，根據斜坡穩定程度，將斜坡是否穩定劃分為四個等級:穩定、基本穩定、次不穩定、不穩定。穩定斜坡——斜坡在近期內不會發生變形和破壞;基本穩定斜坡——斜坡可能有些松動，但在近期內不會發生大的變形和破壞;次不穩定斜坡——斜坡穩定性差，坡體上各種松動的裂隙發育，在一定條件下可能發生嚴重變形和破壞;不穩定斜坡——斜坡正在蠕動變形，隨時都有可能發生大的破壞，尤其是在雨季更容易發生［2］。根據對新房村滑坡的工程地質勘查和研究程度，確定了兩個層次主要影響因素，可選擇作為進行模糊綜合評判的評價因子，如表1所示。由確定的影響滑坡穩定性的兩個層次因素，本次多層次模型采用二級模型。

多層次模型采用二級模型建立步驟如下［3］:

1)將因素集 U={u1，u2，…，un}分成若干組 U={U1，U2，…，為第一級因素集。設

2)設評判集 V={v1，v2，…，vm}，先對第二級因素集 Ui=個因素集進行單因素評判，建立模糊映射，可得單因素評判矩陣為:

3)再對第一級因素集U={U1，U2，…，Uk}作綜合評價。設U={U1，U2，…，Uk}的權重為 Ai=(a1，a2，…，ak)，總評價矩陣為:

4 單因素評判矩陣及權重的確定

1)單因素評判矩陣。本文在新房村滑坡穩定性評判中，采用了專家評定法和公式法兩種方式。對于表1中的離散型變量，因其各因素指標的離散化，取值則采用專家評定法確定，如表2所示。對于表1中各因素的對應關系比較明顯，在區間上為線性函數，對于連續變量可建立代表隸屬度和指標數值之間的函數關系，即隸屬函數，其隸屬度可通過代入實測值計算得到。隸屬函數的種類很多，本文綜合各因子數據的分布特征，采用“降半梯形”分布，其公式為:

根據本次勘查和綿陽市西北地質工程勘查院巖土測試中心提供的試驗成果(見表1)，得到判斷矩陣:

2)權重的確定。確定權重的方法有多種，如專家估計法、層次分析法等，不管采用哪種方法，權重確定的合理與否主要取決于對滑坡賦存環境調查了解的詳細程度和專家的經驗［4］。本文在野外詳細勘查的基礎上，依據各影響因素在引起滑坡滑動時所起的作用和重要程度的不同，采用專家估計法來確定權重，確定出了各影響因素的各級權重，見表3。

表1 評價因子及分級標準

表3 各影響因素兩級權重分配表

5 新房村模糊綜合評判

1)一級綜合評價。分別對地質結構、地形地貌、氣象條件和其他因素中各因子進行一級模糊綜合評價，根據式(1)，地質結構一級模糊綜合評判:

表2 離散型指標隸屬度取值表

2)二級綜合評價。將地質結構、地形地貌、水文地質條件和其他因素作為單個因子進行二級模糊綜合評價，根據式(2):

(0 0 0．15 0．25)。

3)評價結果。根據上述對敬元村滑坡進行的兩級模糊綜合評判可知，其穩定性各級的隸屬度分別為:0，0，0．15，0．25。依據模糊評價中的最大隸屬度原則，該滑坡穩定性是屬于不穩定等級，即該滑坡目前處于不穩定狀態，這與目前滑坡勘查的實際情況完全相符，這也證明該方法能應用于滑坡勘查，能根據已知滑坡的各影響因素，綜合評價滑坡處于的狀態。

6 結語

1)邊坡穩定性影響因素眾多，其本身就具有模糊性，采用模糊評判多層次模型，評價結論與勘查實際相符。該模型從側面印證了敬元鄉滑坡勘查結果的正確性，避免了單方面從力的角度定量分析計算，誤判滑坡的穩定程度，特別是驗證大型滑坡的穩定性，故該模型值得在滑坡勘查中推廣。2)本次采用的模糊評判決策多層次模型僅是二級模型。如果二級因素又有其他因素的影響，可以采用三級模型，以此類推，模型級別越高，預測結果越精確。

［1］ 河南省地質礦產勘查開發局第一地質調查隊．四川省江油市敬元鄉新房村17社滑坡應急勘查報告［R］．2010．

［2］ 靳澤先．模糊數學方法在邊坡穩定性評價中的應用［J］．水文地質工程地質，1987(6):85-86．

［3］ 謝季堅，劉承平．模糊數學方法及其應用［M］．第2版．武漢:華中科技大學出版社，2005．

［4］ 霍張麗，梁收運．模糊數學方法在滑坡穩定性評價中的應用［J］．西北地震學報，2007(1):35-39．