基于組合賦權-未確知測度岸坡穩定性評價

付 婷

(江西豐城市水利局，江西 豐城 331100)

岸坡工程建設可以有效保障汛期城鎮安全，防止洪水泛濫。岸坡工程穩定性是保證人民安全的關鍵因素。目前針對岸坡穩定性，較多的學者進行了相應研究。肖瑤等[1]考慮環境造成巖土體強度降低對岸坡穩定性產生的影響。當巖土體強度降低幅度達到30%時，岸坡將處于臨界破壞的狀態。陳將宏等[2]選取了巖土體強度參數、水位升降、降水、容重四個因素作為評價岸坡穩定性的影響因素并確定其權重。魯志強、羅紅星等[3～4]通過力學計算的方法獲取金雞達旦河某段岸坡的穩定性情況，結果表明，岸坡形狀的突然劇烈變化將會導致穩定性的急劇變化。鄧華鋒等[5]通過室內力學強度實驗，研究了岸坡巖土體在干濕循環作用下力學強度的變化規律，得到巖土體強度變化對岸坡穩定性的影響。王鵬[6]通過現場調查，查明金沙江特大橋的工程地質條件，使用sarma法計算碎裂巖土體岸坡的穩定性情況，用有限元數值模擬方法對岸坡的應力、位移進行數值計算分析岸坡變形發展趨勢。

但是，近期暴雨頻發，岸坡工程正經歷嚴峻的考驗。早期的岸坡工程久遠失修，其所處的工程條件已發生明顯變化，如水位、荷載變化，人類工程活動和河流沖刷導致岸坡變陡等。環境因素的突然變化，岸坡穩定性必然發生改變，對岸坡穩定性進行快速評價具有重要的研究意義。因此，采用組合賦權-未確知測度的方法對岸坡穩定性等級進行評價。

1 確定評價指標和岸坡穩定性等級

影響岸坡工程穩定性的因素多樣，其中工程所處的環境是最為重要的影響因素。此外，人類工程活動、降雨等也是影響工程穩定性的因素。在現場調查和前人研究成果[7～8]的基礎上，選取土體強度（X1粘聚力，X2內摩擦角），邊界因素（X3坡比，X4坡高，X5坡外水位，X6坡內水位，X7荷載）等7個指標作為岸坡穩定性評價的影響因素。穩定性等級分為3級，Ⅰ級-Ⅲ級表示穩定性等級逐漸變高，評價指標可根據試驗和計算獲得，見表 1、圖 1。

圖1 評價指標體系

表1 指標評價等級

2 未確知測度-組合賦權穩定性評價

2.1 未確知測度理論

假設有n個待評價岸坡穩定性，用空間向量集R表示：R={R1，R2，R3，…，Rn}。對于每個待評價岸坡有 m 個評價指標：：X={X1，X2，X3，…，Xm}。Xij代表岸坡 Ri的第 j個評價指標的實測值。則岸坡 Ri的穩定性為：Ri={Ri1，Ri2，Ri3，…，Rim}。Xij的穩定性等級評價向量為：U={C1，C2，C3，…，CP}，設 Ck為第 k 級評價指標且 Ck>Ck+1。若 C1>C2>C3，…，>CP則{C1，C2，C3，…，CP}為一個有序分割類[9]。

2.2 單指標測度評價矩陣

設 μijk=μ（Xij∈Ck）表示指標 Xij隸屬于第 k 個評價指標，Ck的程度滿足可加性和歸一性。則稱μ為未確知測度。單指標評價矩陣為：

2.3 多指標測度評價矩陣

設μijk=μ(Ri∈Ck)表示岸坡Ri屬于第k級評價指標Ck的程度。

2.4 置信度識別準則

2.5 組合賦權

（1）Roughset理論優化層次分析法

上世紀70年代Satty[10]提出層次分析法（AHP），應用于確定不同層次的指標權重。該方法簡便，但認為影響較大沒存在誤差。為此，使用Roughset理論[11]對層次分析法進行改進，使得選取的權重結果更加客觀。

計算方法如下：

（2）熵值法

岸坡穩定性具有多變性，時間、地點不同穩定性也可能不同。使用熵值法構建矩陣，減小了賦權過程中人為主觀影響。

式中：yji為各指標值，p為指標個數。綜上所述，可采用（3）(4)求出各指標權重。

（3）評價方法

采用組合賦權的方法，對選取的定性定量指標賦予權重。設Roughset理論改進層次分析法得到權重為wi′，使用熵值法獲得的權重為wi″,設層次分析法和熵值法權重滿足距離函數為d(wi′,wi″)，其表達式為:

表2 評價指標權重

3 工程應用

為了對本文使用的方法進行驗證，選取某段岸坡（P1）為例。經過現場調查和室內試驗獲取該地區各影響因素取值和巖土體力學參數。粘聚力為15 kPa，內摩擦角為15°，坡比為2.1，坡高5 m，坡外水位3 m，坡內水位1 m，荷載5 kPa。

建立各個指標的測度函數，見圖2。

圖2 各指標測度函數

結合測度矩陣和式（2）獲取岸坡P1的多指標評價向量。同理可獲取其他岸坡的評價向量。使用置信度準則判斷岸坡P1的穩定性等級。取λ=0.5。則判斷岸坡P1的穩定性情況，從小到大為：0.2186+0.4123=0.6309＞0.5，從大到小為0.3691+0.4123=0.7814＞0.5。兩種方法判定岸坡P1的穩定性均為 C2。

由表3可知，P1～P5的穩定性等級依次為，Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ、Ⅰ、Ⅲ；本文方法分析結果與工程地質評價結果相吻合，表明運用本文方法對岸坡穩定性進行評價是可靠的。

表3 評價結果對比

4 結論

（1）通過資料收集，選取了7個評價指標。使用組合賦權的方法獲取各指標權重。粘聚力和內摩擦角對岸坡穩定性影響最大。

（2）使用未確知測度對岸坡P1～P5進行穩定性評價，穩定性等級依次為：Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ、Ⅰ、Ⅲ，與實際工程調查較為符合。

（3）該方法對岸坡穩定性等級評價具有較好的適用性，可以較為快速的獲取岸坡工程的穩定性等級。以下方面仍需繼續改進，以達到更好的評價效果：更好選取影響岸坡穩定性等級的因素；全面客觀的獲得評價指標權重；各評價指標間的相互影響關系；樣本的普適性。