重慶市干線公路順層邊坡危險性模糊綜合評判★

趙寶云 張照秀 董 倩

(1.重慶科技學院建筑工程學院，重慶 401331; 2.重慶市市政設(shè)計研究院，重慶 400020)

0 引言

重慶市地處西南丘陵山區(qū)，其最基本的地形地貌特征就是山體眾多，山勢陡峻，受限于區(qū)域地貌，重慶市干線公路路線多沿江開辟，使得干線公路邊坡災(zāi)害成為重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治的主要對象之一，而其中以順層邊坡災(zāi)害最為嚴重。截止2010年12月，重慶市公路總里程達到110 950.467 km，其中，干線公路邊坡災(zāi)害每年對重慶市造成數(shù)億元的經(jīng)濟損失，并有人員傷亡。特別是近年來，隨著重慶市基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，道路邊坡帶來的災(zāi)害損失也越來越嚴重，已成為阻礙重慶一些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、危害人民生命財產(chǎn)安全的重要因子之一。目前，國內(nèi)外不少學者針對邊坡的穩(wěn)定性進行了評價[1-4]，然而，對順層邊坡的危險性評價相對較少。就順層邊坡危險性評價而言，要涉及邊坡坡角、層厚、層間距等影響因子的影響。而這些因子很難用數(shù)字表達，模糊性很強，為此，本文將層次分析法與模糊綜合理論相結(jié)合建立了順層邊坡危險性評價體系，并對重慶市某干線公路典型順層邊坡進行危險性評價，旨在為同類邊坡的危險性評價提供參考依據(jù)。

1 綜合評判指標體系

構(gòu)建評價體系是應(yīng)用模糊綜合評判方法對邊坡危險性進行評價最為重要的工作之一[5，6]。但是，影響順層邊坡危險性的因子如邊坡坡角、層厚、層間距等眾多，指標體系的構(gòu)建是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。論文在現(xiàn)場踏勘以及深入研究目前國內(nèi)外最為先進的邊坡危險性評價方法的基礎(chǔ)上，采用理論分析法并充分結(jié)合工程實際確定指標，并建立了重慶市干線公路順層邊坡災(zāi)害危險性評價指標體系(見表1)。

表1 重慶市干線公路順層邊坡危險性評價指標體系

2 模糊綜合評判數(shù)學模型的構(gòu)建

如前所述，影響干線公路順層邊坡穩(wěn)定性的因子較多，論文在建立指標體系時考慮了三個層次，并相應(yīng)地建立了三級模糊綜合數(shù)學評價模型，見式(1)。

其中，A為權(quán)重系統(tǒng);R為指標集隸屬度構(gòu)成的評價矩陣;B為綜合評價結(jié)果行向量;“·”為模糊關(guān)系合成運算符號。

就模糊關(guān)系合成運算而言，通常可選用的模型有M(∧，∨)，M(·，∨)，M(∧，⊕)，M(·，⊕)，M(·，+)5 類。在綜合充分考慮各類模型優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，選用第5類模型(即加權(quán)平均模型)進行評價，這是因為此類模型不僅考慮了所有因子的影響，而且在評價過程中保留每一個因子評價的全部信息，雖然該模型在運算過程中要求必須對權(quán)值進行歸一化處理，但是在運算期間對權(quán)值和隸屬度無上限限制。

在借鑒國內(nèi)外邊坡危險性評價的基礎(chǔ)上，本文劃分了5個評價等級，其評價結(jié)果如下:

那么基于最大隸屬度原則，評價等級即為k。

3 邊坡危險性評估

3.1 層次分析法

層次分析法(Analytic Hirerarchy Process，簡稱AHP)是美國運籌學家撒汀(T.L.Saaty)等人于20世紀70年代提出的對復(fù)雜問題作出決策的一種簡明有效的新方法[2]，該法具有明顯的層次性。在深入分析表1重慶市干線公路順層邊坡危險性評價指標體系各評價因子的基礎(chǔ)上，將所包含的因子劃分為目標層、準則層、方案層等三個不同的層次，層與層之間的關(guān)系用框圖形式說明[7]。在具體實施過程中首先建立邊坡危險性遞階層次模型，基于方案層中各因子之間兩兩比較的方法，自下而上確定方案層中各因子P1，P2，…，Pn相對于目標層的重要性，以得到比較滿意的決策。各層之間的關(guān)系見圖1。

圖1 層次分析法結(jié)構(gòu)圖

3.2 確定權(quán)重

評價分5個等級，即評價集={安全，較安全，較危險，危險，極度危險}，對應(yīng)的評分區(qū)間分別為[90，100]，[70，90]，[50，70]，[30，50]，[10，30]，由從事干線公路地質(zhì)災(zāi)害防治工程師與專家對方案層評價指標進行重要性排序，根據(jù)各因子之間的隸屬關(guān)系一般采用1～9及其倒數(shù)的標度方法，從方案層到標準層到目標層逐層計算每一個判斷矩陣的最大特征值與對應(yīng)特征向量，并對矩陣進行一致性檢驗，如果不通過，則判斷矩陣需要重新構(gòu)造直到通過為止。

4 實例研究

為檢驗?zāi)：C合評判方法的可靠性，本文特地聘請從事地質(zhì)災(zāi)害危險性評價的工程師和專家對重慶319國道彭水段石灰?guī)r高陡邊坡的危險性按照表1中危險性評價指標體系進行評價并排序，由最大隸屬度法和式(2)，計算得到該邊坡的危險性評價結(jié)果為k=23.6，根據(jù)對應(yīng)評價區(qū)間的該干線公路危險性等級為極度危險。而該邊坡于2007年4月6日發(fā)生垮塌，這說明基于層次分析法和模糊綜合評判法相結(jié)合的評價方法，可很好的應(yīng)用于重慶市干線公路順層邊坡的危險性評價當中，且該法具有較高的可靠性和工程應(yīng)用價值。

5 結(jié)語

本文采用改進的層次分析法和模糊綜合評判法相結(jié)合的方法，建立了重慶市干線公路順層邊坡的危險性評價體系，構(gòu)建了模糊綜合評價模型，并對典型順層邊坡危險性進行了評價。

研究表明，將層次分析法和模糊綜合評判法相結(jié)合的方法對重慶市干線公路順層邊坡災(zāi)害的危險性評價是行之有效的，通過實際的工程驗證，證明了該評價方法評價結(jié)果適用、合理。研究結(jié)果可作為干線公路同類順層邊坡的危險性評價提供較好的借鑒。

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