基于模糊綜合評(píng)判的路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估?

何忠明1，2，鄧喜2，胡慶國(guó)2

（1.廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530022；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004）

基于模糊綜合評(píng)判的路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估?

何忠明1，2，鄧喜2，胡慶國(guó)2

（1.廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530022；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004）

為分析湖南省某高速公路K30+830—980路塹高邊坡的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，采用模糊綜合評(píng)判方法，根據(jù)邊坡實(shí)際工程地質(zhì)情況及邊坡所處地區(qū)環(huán)境，建立了邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析模糊綜合評(píng)判體系，確定了邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)的模糊關(guān)系矩陣，并利用指標(biāo)體系法確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。結(jié)果表明，根據(jù)該評(píng)價(jià)模型計(jì)算得到的邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析結(jié)果一致，可用于實(shí)際工程。

工程管理；公路；模糊綜合評(píng)判；路塹高邊坡；施工安全風(fēng)險(xiǎn)

為推進(jìn)城鄉(xiāng)一體化發(fā)展，公路建設(shè)由城市向邊遠(yuǎn)山區(qū)展開。因邊遠(yuǎn)地區(qū)特殊的地形環(huán)境，公路路基開挖建設(shè)過程中勢(shì)必產(chǎn)生大量路塹高邊坡。而路塹高邊坡施工過程中可能發(fā)生滑坡等事故，進(jìn)而影響整個(gè)工程進(jìn)度、施工人員的生命安全及工程成本。因此，在進(jìn)行公路工程邊坡開挖前，需對(duì)路塹邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估分析。目前邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)研究中采用的方法有模糊綜合評(píng)判、指標(biāo)體系法等，其基本步驟是根據(jù)工程實(shí)際情況確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析方法→確定評(píng)估指標(biāo)及其權(quán)重系數(shù)→計(jì)算評(píng)估對(duì)象的評(píng)估分?jǐn)?shù)，確定其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。該文采用指標(biāo)體系法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判方法建立評(píng)價(jià)分析模型，對(duì)湖南省某高速公路K30+830—980路塹高邊坡的施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

1　工程概況

某高速公路路塹邊坡為巖質(zhì)邊坡，高度為20 m，單級(jí)高度為10m。邊坡的地層巖性主要為強(qiáng)風(fēng)化基巖；坡體結(jié)構(gòu)中存在其他方向結(jié)構(gòu)面，邊坡開挖坡度約為60°；邊坡內(nèi)部地下水主要存在于中下部，主要為裂隙和土層孔隙潛水；當(dāng)?shù)啬昃涤炅考s1100mm。該邊坡在雨季施工，施工期處于自然災(zāi)害多發(fā)季節(jié)；工程防護(hù)措施為框架梁；坡頂開挖線以外1.5H（H為邊坡高度）、路基下方2H內(nèi)有居民建筑物。該邊坡工點(diǎn)至少有一個(gè)勘察斷面，每個(gè)斷面有2個(gè)勘探點(diǎn)，巖土計(jì)算參數(shù)選取依據(jù)充分；每個(gè)邊坡都有一圖一說明圖，且均較完整。

2　高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1構(gòu)建模糊綜合評(píng)判指標(biāo)體系

根據(jù)該邊坡的工程概況，采用模糊綜合評(píng)判對(duì)其施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。影響邊坡施工安全的因素很多，包括技術(shù)因素和非技術(shù)因素，據(jù)此建立反映邊坡安全生產(chǎn)的階梯層次結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由目標(biāo)層、制約因素層和基本因素層組成。其中：邊坡安全評(píng)估為目標(biāo)層；邊坡的建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性為制約因素層，即一級(jí)子指標(biāo)；邊坡高度、坡形坡率、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、地下水、地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)文件等為基本因素層，即二級(jí)子指標(biāo)。指標(biāo)體系及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　K30+830—980邊坡模糊評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表1

2.2建立模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型

模糊綜合評(píng)判是應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，綜合考慮邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)因素確定邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。首先確定兩個(gè)模糊子集，即模糊綜合評(píng)價(jià)等級(jí)決策評(píng)價(jià)集合V（邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)）=｛低度風(fēng)險(xiǎn)，中度風(fēng)險(xiǎn)，高度風(fēng)險(xiǎn)，極度風(fēng)險(xiǎn)｝和評(píng)價(jià)對(duì)象的關(guān)聯(lián)因素集U=｛U1，U2，…，Ui｝。

根據(jù)邊坡工程的勘察數(shù)據(jù)，采用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的“降半梯形”分布和Delphi方法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定量計(jì)算和評(píng)價(jià)，得出各子集Ui中單因素的評(píng)價(jià)決策模糊關(guān)系矩陣Ri。其中：邊坡建設(shè)規(guī)模特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R1；邊坡地質(zhì)條件特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R2；邊坡誘發(fā)條件特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R3；邊坡施工環(huán)境特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R4；邊坡資料完整性特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R5。

2.3權(quán)重的確定

按各評(píng)估指標(biāo)對(duì)邊坡施工安全的重要性大小對(duì)其排序，采用權(quán)重系數(shù)對(duì)各評(píng)估指標(biāo)重要性進(jìn)行區(qū)分。權(quán)重系數(shù)計(jì)算公式為：

式中：γ為權(quán)重系數(shù)；n為評(píng)估指標(biāo)（重要指標(biāo)）項(xiàng)數(shù)；m為重要性排序號(hào)，m≤n。

根據(jù)文獻(xiàn)［12］，權(quán)重系數(shù)的確立與其相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性有關(guān)。上述二級(jí)評(píng)估指標(biāo)對(duì)邊坡施工安全重要性大小的排序?yàn)槠滦纹侣剩镜貙訋r性＞年均降雨量＞工程措施＞周邊環(huán)境＞坡體結(jié)構(gòu)＞邊坡高度＞自然災(zāi)害＞地下水高度＞地質(zhì)資料＞設(shè)計(jì)文件，據(jù)此按式（1）計(jì)算得到各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)如表2所示。

表2　評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)

續(xù)表2

根據(jù)表2得模糊評(píng)判各指標(biāo)的一級(jí)權(quán)重陣列：

利用上述一級(jí)模糊關(guān)系矩陣R和一級(jí)權(quán)重矩陣A進(jìn)行一級(jí)評(píng)判，求出影響邊坡穩(wěn)定性的各因素的分級(jí)模糊向量Bi（i=1，2，3，4，5）：B1=R1A1，B2=R2A2，B3=R3A3，B4=R4A4，B5=R5A5。

B0為二級(jí)模糊評(píng)判，以由B1、B2、B3、B4、B5組成的階矩陣作為二級(jí)評(píng)判的模糊關(guān)系矩陣R0，其對(duì)應(yīng)的權(quán)重陣列為A0，即：

矩陣中的最大值為0.423，由此判定該邊坡的施工安全風(fēng)險(xiǎn)為中度風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，該邊坡工程切坡大、坡率大、地質(zhì)條件較差、巖體較破碎、易滑落，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大。評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際調(diào)研結(jié)果較為一致，驗(yàn)證了上述評(píng)估模型的可靠性和實(shí)用性。為確保邊坡施工安全，需對(duì)該高邊坡采取掛網(wǎng)防護(hù)等工程措施。

3　結(jié)語

該文根據(jù)某高速公路路塹高邊坡的工程實(shí)際情況，構(gòu)建施工安全風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)判體系，其中邊坡的建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性為制約因素層，即一級(jí)子指標(biāo)；邊坡高度、坡形坡率、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、地下水高度、地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)文件等為基本因素層，即二級(jí)子指標(biāo)。利用指標(biāo)體系法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重陣列，然后根據(jù)邊坡模糊評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)確定邊坡的模糊關(guān)系矩陣，計(jì)算分析邊坡的施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。該邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果為中度風(fēng)險(xiǎn)，與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果基本一致，說明該模型具有實(shí)用性和可靠性。

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U415.1

A

1671-2668（2016）04-0284-03

2016-05-18