重慶市干線公路順層邊坡危險(xiǎn)性模糊綜合評(píng)判★

趙寶云 張照秀 董 倩

(1.重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 401331; 2.重慶市市政設(shè)計(jì)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(shì)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(duì)象之一，而其中以順層邊坡災(zāi)害最為嚴(yán)重。截止2010年12月，重慶市公路總里程達(dá)到110 950.467 km，其中，干線公路邊坡災(zāi)害每年對(duì)重慶市造成數(shù)億元的經(jīng)濟(jì)損失，并有人員傷亡。特別是近年來(lái)，隨著重慶市基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，道路邊坡帶來(lái)的災(zāi)害損失也越來(lái)越嚴(yán)重，已成為阻礙重慶一些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要因子之一。目前，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者針對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)[1-4]，然而，對(duì)順層邊坡的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)相對(duì)較少。就順層邊坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)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(dá)，模糊性很強(qiáng)，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(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系，并對(duì)重慶市某干線公路典型順層邊坡進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，旨在為同類邊坡的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。

1 綜合評(píng)判指標(biāo)體系

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

表1 重慶市干線公路順層邊坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)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(biāo)體系時(shí)考慮了三個(gè)層次，并相應(yīng)地建立了三級(jí)模糊綜合數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，見式(1)。

其中，A為權(quán)重系統(tǒng);R為指標(biāo)集隸屬度構(gòu)成的評(píng)價(jià)矩陣;B為綜合評(píng)價(jià)結(jié)果行向量;“·”為模糊關(guān)系合成運(yùn)算符號(hào)。

就模糊關(guān)系合成運(yùn)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(diǎn)的基礎(chǔ)上，選用第5類模型(即加權(quán)平均模型)進(jìn)行評(píng)價(jià)，這是因?yàn)榇祟惸Ｐ筒粌H考慮了所有因子的影響，而且在評(píng)價(jià)過程中保留每一個(gè)因子評(píng)價(jià)的全部信息，雖然該模型在運(yùn)算過程中要求必須對(duì)權(quán)值進(jìn)行歸一化處理，但是在運(yùn)算期間對(duì)權(quán)值和隸屬度無(wú)上限限制。

在借鑒國(guó)內(nèi)外邊坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，本文劃分了5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，其評(píng)價(jià)結(jié)果如下:

那么基于最大隸屬度原則，評(píng)價(jià)等級(jí)即為k。

3 邊坡危險(xiǎn)性評(píng)估

3.1 層次分析法

層次分析法(Analytic Hirerarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP)是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家撒汀(T.L.Saaty)等人于20世紀(jì)70年代提出的對(duì)復(fù)雜問題作出決策的一種簡(jiǎn)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(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各評(píng)價(jià)因子的基礎(chǔ)上，將所包含的因子劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層等三個(gè)不同的層次，層與層之間的關(guān)系用框圖形式說(shuō)明[7]。在具體實(shí)施過程中首先建立邊坡危險(xiǎn)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(duì)于目標(biāo)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(píng)價(jià)分5個(gè)等級(jí)，即評(píng)價(jià)集={安全，較安全，較危險(xiǎn)，危險(xiǎn)，極度危險(xiǎn)}，對(duì)應(yīng)的評(píng)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(duì)方案層評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)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(biāo)度方法，從方案層到標(biāo)準(zhǔn)層到目標(biāo)層逐層計(jì)算每一個(gè)判斷矩陣的最大特征值與對(duì)應(yīng)特征向量，并對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，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(shí)例研究

為檢驗(yàn)?zāi)：C合評(píng)判方法的可靠性，本文特地聘請(qǐng)從事地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的工程師和專家對(duì)重慶319國(guó)道彭水段石灰?guī)r高陡邊坡的危險(xiǎn)性按照表1中危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)并排序，由最大隸屬度法和式(2)，計(jì)算得到該邊坡的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果為k=23.6，根據(jù)對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)區(qū)間的該干線公路危險(xiǎn)性等級(jí)為極度危險(xiǎn)。而該邊坡于2007年4月6日發(fā)生垮塌，這說(shuō)明基于層次分析法和模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，可很好的應(yīng)用于重慶市干線公路順層邊坡的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)當(dāng)中，且該法具有較高的可靠性和工程應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

本文采用改進(jìn)的層次分析法和模糊綜合評(píng)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(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建了模糊綜合評(píng)價(jià)模型，并對(duì)典型順層邊坡危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

研究表明，將層次分析法和模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合的方法對(duì)重慶市干線公路順層邊坡災(zāi)害的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是行之有效的，通過實(shí)際的工程驗(yàn)證，證明了該評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)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(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供較好的借鑒。

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