山區(qū)公路路基邊坡危險性評價

董瀟陽 唐勝剛 章秀芳 茍萬婷

摘 要：通過查閱資料和實地考察歸納路基邊坡破壞的影響因素；應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)和層次分析合理選擇邊坡破壞的危險性評價指標(biāo)，確定各致災(zāi)因子相對權(quán)重，建立模糊關(guān)系矩陣，利用二級模糊綜合評價法確定研究路段的危險性等級。研究成果對于山區(qū)道路邊坡的危險性分析和評價有重要意義。

關(guān)鍵字：路基邊坡；模糊數(shù)學(xué)；層次分析；危險性評價

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）12-0058-02

Abstract： By consulting the data and investigating on the spot， the influencing factors of subgrade slope failure are concluded， the risk evaluation index of slope failure is reasonably selected by fuzzy mathematics and hierarchical analysis， the relative weight of each disaster factor is determined， and the fuzzy relation matrix is established. The secondary fuzzy comprehensive evaluation method is used to determine the dangerous degree of the section for study. The research results are of great significance to the risk analysis and evaluation of mountain road slope.

Keywords： subgrade slope； fuzzy mathematics； analytic hierarchy process； risk assessment

引言

我國西部山區(qū)公路比例較大，公路客貨運總量增加使得公路的承載量日益加大，導(dǎo)致路基邊坡失穩(wěn)；另一方面，環(huán)境因素（地質(zhì)構(gòu)造，水文地質(zhì)，巖土性質(zhì)等）也會導(dǎo)致路基邊坡破壞。路基邊坡破壞造成路面斷裂和塌陷，威脅行車和生命財產(chǎn)安全。因此對邊坡進(jìn)行危險性評價和防治措施的研究格外重要。

1 路基邊坡破壞影響因素

影響公路邊坡穩(wěn)定性的因素有很多，參考李朋麗[1]《基于智能算法的陜西省公路邊坡穩(wěn)定性評價》將主要因素大致分為四類，第一類為地形地貌因素，包括邊坡形態(tài)、坡率、坡高及地表破碎程度；第二類為地質(zhì)條件因素，包括巖土類型、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化作用及巖體結(jié)構(gòu)；第三類為誘發(fā)因素，包括降雨和地震；第四類為其他因素，包括植被和水文地質(zhì)。

2 建立多層次模糊綜合評價模型

2.1 模糊集合的建立

2.1.1 建立因素集

遵循分主次和分層次原則，把對路基邊坡危害性大的因素分離出來，確立影響邊坡安全的上層因素，根據(jù)每一個因素的特點并在上層因素集的基礎(chǔ)上建立每個因素的底層因素集，建立一套全面而系統(tǒng)且能夠從各方面反映邊坡危險性程度的兩層因素集[2]。U={地形地貌u1，地質(zhì)條件u2，誘發(fā)因素u3，其它因素u4}，u1={邊坡形態(tài)u11，坡率u12，坡高u13，地表破碎程度u14}，u2={巖土類型u21，地質(zhì)構(gòu)造u22，風(fēng)化作用u23，巖體結(jié)構(gòu)u24}，u3={降雨u31，地震u32}，u4={植被u41，水文地質(zhì)u42}。

2.1.2 建立評價集

針對各個致災(zāi)因子對公路路基邊坡破壞影響的程度不同，參考方玉樹[3]《邊坡工程安全等級的劃分及應(yīng)用》建立致災(zāi)因子評判集，即V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}（Ⅰ為危險性極高，Ⅱ為危險性高，Ⅲ為危險性中等，Ⅳ為危險性小）。

2.2 利用層次分析法確立各因素的權(quán)重

每個因素對邊坡危險性及上層因素的影響程度各有不同。在邊坡危險性評價過程中每個因素與之相對應(yīng)的子因素都會得到各自相匹配的權(quán)重系數(shù)，只有確定出恰當(dāng)?shù)臋?quán)重才能根據(jù)不同因素的重要性得出準(zhǔn)確的評價結(jié)果。本文利用層次分析法確定所有因素的權(quán)值，建立一套與每個因素相對應(yīng)的兩層權(quán)重集。

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型采用1-9標(biāo)度法逐項比較，同時結(jié)合專家，并進(jìn)行一致性檢驗后確定危險性評價因子的權(quán)向量W。

Wu=[0.5426 0.2770 0.1271 0.0533]T

Wu1=[0.5177 0.2590 0.1535 0.0699]T

Wu2=[0.4005 0.4005 0.0676 0.1314]T

Wu3=[0.8333 0.1667]T

Wu4=[0.75 0.25]T

2.3 建立危險性因子評價準(zhǔn)則及等級量化標(biāo)準(zhǔn)

查閱論文資料，參考行業(yè)規(guī)范對危險性指標(biāo)進(jìn)行分級，建立分級標(biāo)準(zhǔn)及危險性等級量化標(biāo)準(zhǔn)如表1、2。

2.4 建立合適的隸屬函數(shù)

目前對隸屬函數(shù)的選取通常有模糊統(tǒng)計法、主觀經(jīng)驗法、典型函數(shù)法、分析推理法等。

本文考慮在各類型隸屬函數(shù)對評價結(jié)果具有等效性的情況下[4]，采用三角形隸屬函數(shù)，通過隸屬函數(shù)可得各項評價指標(biāo)的隸屬度，公式如下：（1）～（4）。

2.5 模糊綜合評價

根據(jù)隸屬函數(shù)，對每一個因素集進(jìn)行評價。根據(jù)所建立的子因素集ui和與之對應(yīng)的評價集V，建立模糊評價的單因素評價矩陣；按模糊綜合評價中權(quán)重集與單因素評價矩陣的合成法則從底層指標(biāo)進(jìn)行模糊合成，逐步完成整個目標(biāo)的模糊合成，按Bi=Wi·Ri，B=W·R進(jìn)行。最終得出目標(biāo)不同危險等級的隸屬度，并根據(jù)隸屬度最大原則對危險等級進(jìn)行識別。

3 工程實例

3.1工程概況

研究路段為陜西省漢中市略陽縣由八渡河開始，沿河上溯，S306線K57+150～600，斜坡地形，邊坡高度30m，總體坡度30°，植被覆蓋率為40%，有小型斷裂構(gòu)造，出露巖石以千枚巖為主，由于該地季節(jié)降雨不均，降雨量大時，巖土吸水松軟，作為路基邊坡巖土，容易發(fā)生滑坍，地震烈度為6度。

3.2 評價矩陣的建立

根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ藤Y料，采用線性內(nèi)插法計算各級評價指標(biāo)危險性評分見表3，將評分值帶入隸屬函數(shù)（1）～（4）計算評價向量并組成評價矩陣Ri。

3.3 綜合評價

根據(jù)理論計算出的評價矩陣以及由層次分析法確定的評價指標(biāo)權(quán)重，按照公式Bi=Wi·Ri B=W·R對路基邊坡危險性等級進(jìn)行模糊綜合評價。

B1=[0.3883 0.3004 0.3113 0]

B2=[0.3332 0.6668 0 0]

B3=[0 0.6250 0.2917 0.0833]

B4=[0.125 0.875 0 0]

B=[0.3096 0.4738 0.2060 0.0106]

根據(jù)模糊評價的結(jié)果可知，該路段邊坡危險性等級為Ⅱ級的隸屬度為0.4738，大于其他等級的隸屬度。按照隸屬度最大原則，該路段邊坡的危險性等級為Ⅱ級，即危險性等級高。

4 結(jié)束語

本文通過歸納路基邊坡破壞影響因素，合理選擇邊坡破壞的危險性評價指標(biāo)，建立兩層評價體系，運用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，利用模糊綜合評價法對研究路段進(jìn)行危險性評價，評價結(jié)果為所研究路段的危險性程度等級為Ⅱ級。研究結(jié)果為山區(qū)公路路基邊坡危險性評價提供了一種合理、可靠的量化方法，具有一定工程應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李朋麗.基于智能算法的陜西省公路邊坡穩(wěn)定性評價[D].西安：長安大學(xué)，2015.

[2]李士勇.工程模糊數(shù)學(xué)及應(yīng)用[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3]方玉樹.邊坡工程安全等級劃分及應(yīng)用[J].重慶建筑，2015.

[4]蘇永華，何滿潮，孫曉明.巖體模糊分類中隸屬函數(shù)的等效性[J].北京科技大學(xué)學(xué)報，2007.

[5]李陽洋.公路路基設(shè)計中的邊坡防護(hù)問題分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（32）：124+127.

[6]張慰偉.公路路基邊坡防護(hù)相關(guān)問題探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（19）：195.

[7]高春.淺談高速公路路基邊坡的防護(hù)策略[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（10）：236.