淺談模糊數學法評價邊坡穩定性及其發展趨勢

摘 要：由于路基邊坡分析中存在復雜性和不確定性，傳統的確定分析方法理論用于邊坡分析結果不十分理想。文章結合多種分析方法的優劣勢，討論模糊數學法用于評價邊坡穩定性的重要性和未來發展。

關鍵詞：路基邊坡；分析方法；模糊數學法

1 前言

巖土工程在實際施工中存在一個普遍性的問題，即邊坡穩定性的失穩。其評價最終數據的正確性與整個工程的效果呈現正比關系。目前，我國的巖土工程發展日臻純熟與深入。巖土邊坡的施工在深度上已經逾百米，特別是在巖石性質的邊坡工程中。其中以我國馳名海外的三峽工程為例。伴隨著研究的深入，現今對于工程穩定性的分析手段越來越豐富，但是同樣由于工程所需要面臨的困難也呈現多發性，因此，巖土邊坡工程的特點呈現復雜以及不穩定性。我國以往的傳統的極限平衡法對于此類問題的即邊坡分析的效果十分的不理想，但是，由此可以看出，無論是使用確定的分析方式還是使用不確定的分析方式。在邊坡分析問題上各個理論方法都存在有一定的偏差，而不能精確的將邊坡的穩定性準確而實際的情況評價出來。

本文結合多種分析方法的利弊，討論模糊數學法評價邊坡穩定性的可行性和最終發展趨勢。

2 國內外研究狀況

2.1 有限元方法

有限元單元法是數值模擬法中最早運用在評價邊坡穩定性上的，目前也是運用的最廣泛的一種數值方法。它最大的優點就是部分考慮了巖體邊坡的非均質和不連續性，也部分的考慮了土質邊坡的內部應力-應變關系，但實際上在破畫面或滑動面上的斜率大部分位移，而有限元分析得到的數值往往要比可能產生的最大切向應力要大，顯然與實際不符。總的來說，有限元方法能較為接近的對邊坡變形機制從巖土體的本構關系角度進行分析，對結構不穩定的部位以及需要進行首先考慮加固的地方進行分析且效果差強人意，但是對于大變形求解、巖體中不連續面、無限域和應力集中等問題的求解還不甚理想。

2.2 極限平衡法

極限平衡法是工程實踐中使用最為廣泛的一種方法。這種方法主要是通過分析作用于不穩定土體的靜力平衡，根據摩爾-庫侖強度準則判斷邊坡的穩定性最為常見的極限平衡法是條分法。與其他強度理論相比，摩爾-庫侖強度理論與試驗結果的符合性是比較好的。雖然極限平衡法在邊坡穩定分析中應用極為廣泛，求解過程是一種解析方法，但在求解過程中往往要作出各種假定來解決超靜定問題。

2.3 結合神經網絡延伸的分析方法

所謂的神經網絡計算系統以及信息處理方式是通過仿生學的原理模仿人類大腦結構所延伸出來的新型信息處理體系，在對巖土的邊坡工程進行分析工作領域中使用這種神經網絡可以最大限度的對于邊緣可影響地質邊坡穩定的非穩定因素進行變量分析，且優勢明顯，通過變量的輸入，可以對周遭的因素量同邊坡的安全系數以及邊坡形變量之間的關系建立線性模型，用以對安全系數進行評定以及預測。由于預測邊坡的模型中的因素與實際影響存在很多差異，神經網絡分析方法具有一定的局限性，只能評價一些無法用精確算法驗算出來的邊坡的穩定性，可行性有待提升。

2.4 度法分析

通過實際的分析以及操作，往往在巖質邊坡的工程實施中，對于穩定性和安全性造成影響的因素都不確定，是毫無規律的，具有隨機性的因素，但是，即便如此這種變量也是具有分布概率的。我國著名的地質學家祝玉學就把這種邊坡對于穩定性保持的概率稱為可靠度。通過可靠度對于邊坡的穩定性進行分析可以得到對其產生影響的多方因素樣本，而分析的前提就是對于信息以及數據的整合統計，這就要求對各個樣本出現的概率以及其分布特征進行參數的整合，然后再通過有效的可靠度的分析方式對邊坡穩定性破壞的概率進行計算，即對可靠度進行計算。但是這種方法的缺點就是在于數據以及信息獲取較為困難，另外，其計算通常也較一般的極限平衡方法顯得困難和復雜。

3 模糊數學法

上述方法對于邊坡的分析都存在著或多或少的不足，雖然無論是從定性的，定量的或者不確定的方式分析方法都有其特有獨特點，下面本文詳細介紹運用模糊數學對邊坡穩定性進行評價測評的方法，并對其優勢以及不足之處進行討論。

嚴格決定論是哲學上一個重要的思想，在自然界中，一切事物都是一個單獨存在的個體同時又相互存在著千絲萬縷的聯系，而事物的產生也都有著一定的隨機性，同時也存在著必然性，并通過某種因果或是聯系組成了一個更加復雜的集合體。在傳統的科學體系中，由于本身研究條件的限制，只能對其中的一個片面進行著重研究，這就是嚴格決定論。簡單說來就是忽略小的影響。而協同論、耗散結構論、突變論在現代社會的出現以及傳播以新型三論的形式同復雜性的現代理論一起對人們的思維進行了革新和解放。

巖土工程在實際施工存在一個普遍性的問題，即邊坡穩定性的失穩。其評價最終數據的正確性與整個工程的效果呈現正比關系。目前，我國的巖土工程發展日臻純熟與深入。巖土邊坡的施工在深度上已經逾百米，特別是在巖石性質的邊坡工程中。近些年來，滑坡研究特點已經由過去的單個滑坡現象的描述，分類治理，發展到現在以定性描述為基礎的定量預測預報研究。在早期的邊坡穩定性分析、評價、預測中，盡管方法多種多樣，但其總體理論指導是剛體極限平衡理論或改進的極限平衡理論，而且對滑坡的邊界條件進行了很大程度的簡化，計算中選用的種種參數被認為是確定的或線性變化的。簡單處理復雜現象雖然在操作上較為便捷并且效率很高，但是在實際應用中由于操作產生的不周全現象將此缺陷顯現出來。滑坡體在實際中的各種參數實際上是隨機以及不確定的，而歸根到底，不僅滑坡體的種種計算參數是不確定和隨機的，而且斜坡系統本身就是一個不平衡、不穩定、充滿復雜性的復雜系統，其與外界環境有著不斷的物質、能量、信息的交換，具有不可長期確定性和短期統計失效的復雜特點。

邊坡工程中的很多問題都是“亦此亦彼”的，例如：認為邊坡屬“基本”穩定，滑體結構面“比較”發育，滑床“一般”順層，C值“基本”為零等等含糊不清的術語，用經典的數學手段是難以描述的，更談不上據此作復雜運算。在模糊數學中提出了“隸屬度”的概念，用從0-1來描述由“肯定”到“否定”的過渡，這樣，任何一個不是完全“肯定”但也不是完全“否定”的量都可以用隸屬度來度量，使這些模糊的尺度可用定量的數學方法來描述。

考慮邊坡穩定性分析是不確定性問題，由于路基邊坡分析中存在復雜性和不確定性，傳統的確定分析方法理論用于邊坡分析結果不十分理想。本文結合多種分析方法的優劣勢，討論模糊數學法用于評價邊坡穩定性的重要性和未來發展。伴隨著研究的深入，現今對于工程穩定性的分析手段越來越豐富，但是同樣由于工程所需要面臨的困難也呈現多發性，因此，巖土邊坡工程的特點呈現復雜以及不穩定性。本文詳細介紹運用模糊數學對邊坡穩定性進行評價測評的方法，并對其優勢以及不足之處進行討論。通過研究分析將模糊數學的思想理論中推論以及最大隸屬度兩種基本思想運用到邊坡分析中。

參考文獻

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