基于博弈論及集對分析的邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

梁經(jīng)緯,蘇 謙,錢海嘯,賀琛方,石林川

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都 610031)

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，我國鐵路建設(shè)已取得舉世矚目的成就。截至2020年底，我國鐵路運(yùn)營總里程已達(dá)到14.6萬km。其中，高速鐵路運(yùn)營里程已達(dá)到3.79萬km，居世界首位。由于我國丘陵、山地面積占全國總面積的比例超過70%，因而，大量鐵路線必須在山區(qū)修建運(yùn)營[1]。依山修建鐵路，邊坡工程必不可少，為防止邊坡失穩(wěn)，線路兩側(cè)需大量構(gòu)筑擋墻、護(hù)坡、主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等邊坡支護(hù)工程。隨著鐵路運(yùn)營時(shí)間的延長，支護(hù)工程在氣候變化、人為活動(dòng)、施工質(zhì)量等內(nèi)外因素影響下，難免產(chǎn)生各種病害。同時(shí)，山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)多發(fā)，危巖落石、滑坡、溜坍等地質(zhì)災(zāi)害有可能造成主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)受損破壞、擋墻失穩(wěn)、護(hù)坡變形等病害，進(jìn)而對邊坡支護(hù)工程及鐵路運(yùn)營安全構(gòu)成威脅[2]。因此，開展邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究，并依此建立可行的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系尤為重要。

目前，已有學(xué)者針對邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估開展了研究。廖清勇[3]從專家評(píng)估法、可靠度方法、模糊綜合評(píng)估法開展針對重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評(píng)估技術(shù)研究；雷華陽等[4]在重力式擋土墻安全評(píng)估中，從受力狀況、材質(zhì)狀況、表觀狀況3個(gè)方面構(gòu)建安全評(píng)估指標(biāo)體系，采用層次分析法確定主觀權(quán)重，采用模糊數(shù)學(xué)進(jìn)行安全評(píng)估；牛樂樂等[5]采用層次分析法和動(dòng)態(tài)加權(quán)法對路塹護(hù)坡進(jìn)行安全評(píng)估，并將其應(yīng)用于朔黃鐵路護(hù)坡病害排查工程；郭新新[6]從重力式擋土墻技術(shù)狀態(tài)和承載狀況兩方面進(jìn)行安全評(píng)估，在技術(shù)狀態(tài)評(píng)估中設(shè)置訓(xùn)練樣本，應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估預(yù)測樣本中擋土墻安全狀態(tài)；房銳[7]針對各類邊坡支護(hù)工程，構(gòu)建了詳盡的評(píng)估體系、評(píng)估指標(biāo)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，方法簡便實(shí)用。由于現(xiàn)有研究主要以某一種邊坡支護(hù)工程為研究對象，針對擋墻、護(hù)坡、主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等多種支護(hù)措施應(yīng)用于同一處邊坡工程情況下的安全評(píng)估研究較少；同時(shí)，大范圍依賴主觀權(quán)重對評(píng)估指標(biāo)賦權(quán)的做法不能準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)；在以地質(zhì)雷達(dá)、鉆孔破檢為手段判識(shí)擋墻和護(hù)坡內(nèi)部及背后情況時(shí)，將檢測結(jié)果定量化，并融入邊坡支護(hù)工程安全評(píng)估體系的研究較少。因此，基于博弈論綜合賦權(quán)法及集對分析理論，對邊坡支護(hù)工程安全評(píng)估進(jìn)行研究，從新的角度構(gòu)建了安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

1 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)建立

影響邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)因素的種類較多，應(yīng)針對南昆線部分邊坡支護(hù)工程進(jìn)行野外勘察和檢測，并依據(jù)勘察和檢測結(jié)果確定擋墻截面形態(tài)及穩(wěn)定性，結(jié)合工程周邊自然情況，確定邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 自然環(huán)境調(diào)查

南昆線各類邊坡支護(hù)工程長期暴露在自然環(huán)境中，氣候變化、地震、地下水均會(huì)對結(jié)構(gòu)物造成不利影響。同時(shí)，周邊地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生也有可能破壞邊坡支護(hù)工程。

因此，確定安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)時(shí)，在自然環(huán)境方面，可將月平均降雨量、地震烈度、地下水情況、地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重程度作為評(píng)估指標(biāo)。

1.2 邊坡支護(hù)工程表觀病害勘察

從南昆線邊坡支護(hù)工程表觀病害勘察結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，部分擋墻或護(hù)坡表面存在外鼓、開裂、風(fēng)化情況，如圖1(a)～圖1(c)；泄水孔等排水結(jié)構(gòu)堵塞，影響排水功能，如圖1(d)；擋墻伸縮縫變形，如圖1(e)；部分工點(diǎn)為預(yù)防危巖體侵入線路而設(shè)置的主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)出現(xiàn)破損情況，如圖1(f)。

圖1 邊坡支護(hù)工程表觀病害

因此，確定安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)時(shí)，在表觀病害方面，可將擋墻或護(hù)坡外鼓、擋墻或護(hù)坡表面風(fēng)化、擋墻或護(hù)坡表面裂縫、伸縮縫變形、工程材料(砂漿、混凝土、片石)質(zhì)量、排水設(shè)施堵塞、防護(hù)網(wǎng)破損作為評(píng)估指標(biāo)。

針對擋墻或護(hù)坡外鼓、風(fēng)化、排水設(shè)施堵塞、防護(hù)網(wǎng)破損，可在查找整理既有鐵路邊坡支護(hù)工程設(shè)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，計(jì)算病害面積占結(jié)構(gòu)物表面積的百分比，根據(jù)百分比大小判斷病害嚴(yán)重程度。針對擋墻或護(hù)坡表面裂縫和伸縮縫變形，可以鐵路邊坡支護(hù)工點(diǎn)為單位，以裂縫和變形長度的最大值作為評(píng)估結(jié)果。若一處工點(diǎn)同時(shí)存在擋墻和護(hù)坡，則分別評(píng)估兩種結(jié)構(gòu)病害，以二者之中較嚴(yán)重的結(jié)果作為最終評(píng)估結(jié)果。

1.3 邊坡支護(hù)工程內(nèi)部病害檢測

為避免邊坡支護(hù)工程病害判識(shí)的局限性，還需針對擋墻和護(hù)坡內(nèi)部病害開展無損和有損檢測。

1.3.1 鉆孔破檢

在南昆線邊坡支護(hù)工程檢測中，通過在擋墻和護(hù)坡上直接鉆孔的方式，可直觀判斷結(jié)構(gòu)物厚度及內(nèi)部情況。

1.3.2 地質(zhì)雷達(dá)檢測

鉆孔破檢雖能探測結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害，但這種方法效率低下，檢測結(jié)果缺乏代表性[8]，因此，需采用無損檢測手段高效檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況。在南昆鐵路邊坡支護(hù)工程檢測中，采用SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行無損檢測。在構(gòu)筑物表面設(shè)置測線時(shí)，測線應(yīng)沿線路縱向設(shè)置，間距3 m左右，可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)增加測線數(shù)量。地質(zhì)雷達(dá)測線布置情況如圖2所示。現(xiàn)場檢測結(jié)束后，應(yīng)記錄測線長度，便于后期計(jì)算。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)測線布置(單位：m)

地質(zhì)雷達(dá)原始圖像經(jīng)過時(shí)間零點(diǎn)調(diào)整、距離歸一化等處理步驟后，即可判識(shí)病害所處位置及范圍。病害類型包括擋墻或護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松、擋墻和護(hù)坡結(jié)構(gòu)背后土體欠密實(shí)，見圖3、圖4。

圖3 擋墻或護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松

圖4 擋墻或護(hù)坡結(jié)構(gòu)背后土體欠密實(shí)

因此，確定安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)時(shí)，在內(nèi)部病害方面，可將擋墻或護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松、擋墻或護(hù)坡結(jié)構(gòu)背后土體欠密實(shí)作為評(píng)估指標(biāo)。以病害范圍占地質(zhì)雷達(dá)測線總長度的百分比作為評(píng)估結(jié)果。若一處工點(diǎn)同時(shí)存在擋墻和護(hù)坡，則分別評(píng)估兩種結(jié)構(gòu)的病害，以二者之中較嚴(yán)重的結(jié)果作為最終評(píng)估結(jié)果。

綜合破檢及地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果，可以判識(shí)擋墻或護(hù)坡實(shí)際厚度，從南昆鐵路邊坡支護(hù)工程檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，部分擋墻或護(hù)坡在不同高度的實(shí)測厚度并不相同，其中大多數(shù)工點(diǎn)存在結(jié)構(gòu)頂部厚度大、底部厚度小問題，橫截面呈倒梯形，如圖5所示。

圖5 擋墻橫截面形狀

因此，制定邊坡支護(hù)工程內(nèi)部病害評(píng)估指標(biāo)時(shí)，可將擋墻橫截面面積作為評(píng)估指標(biāo)，依據(jù)既有鐵路邊坡支護(hù)工程設(shè)計(jì)資料，以實(shí)際擋墻或護(hù)坡橫截面面積與設(shè)計(jì)橫截面面積的百分比作為評(píng)估結(jié)果。

1.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算

支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算主要針對設(shè)置擋墻的邊坡支護(hù)工程。擋墻沒有出現(xiàn)表觀和內(nèi)部病害并不代表擋墻安全[9]，因此，還需參考《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]，利用安全系數(shù)法計(jì)算抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性，以穩(wěn)定性系數(shù)作為評(píng)估結(jié)果。

同時(shí)，由于部分擋墻橫截面呈倒梯形，基底寬度減小，基礎(chǔ)更容易出現(xiàn)不均勻沉降的情況。因此，還需以基底合力偏心距作為基礎(chǔ)不均勻沉降的評(píng)估指標(biāo)，以實(shí)際偏心距e與容許偏心距[e]之比作為評(píng)估結(jié)果。

根據(jù)上述各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果，依據(jù)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，判定評(píng)估結(jié)果所處等級(jí)。邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)見表1。

在邊坡支護(hù)工程表觀病害評(píng)估指標(biāo)中，雖然擋墻或護(hù)坡外鼓、表面風(fēng)化、表面裂縫、伸縮縫變形、排水設(shè)施堵塞指標(biāo)是以百分比或長度大小作為評(píng)估結(jié)果，但受限于目前工程上常用的勘察手段，結(jié)果很難被精確測量，只能通過測量工具大致判斷病害百分比和長度大小，進(jìn)而判定指標(biāo)等級(jí)。因此，前述指標(biāo)應(yīng)歸為定性指標(biāo)。而邊坡支護(hù)工程內(nèi)部病害評(píng)估指標(biāo)中，擋墻或護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松、擋墻或護(hù)坡結(jié)構(gòu)背后土體欠密實(shí)、擋墻或護(hù)坡橫截面面積可通過地質(zhì)雷達(dá)圖像和破檢結(jié)果準(zhǔn)確計(jì)算，因此，前述指標(biāo)應(yīng)歸為定量指標(biāo)。

綜上所述，邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中，共有4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，17個(gè)二級(jí)指標(biāo)。二級(jí)指標(biāo)中，定量指標(biāo)有8個(gè)，定性指標(biāo)有9個(gè)，見表2。

表1 邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

表2 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)分類

定量指標(biāo)結(jié)果可根據(jù)實(shí)際計(jì)算確定。定性指標(biāo)可通過賦值法描述評(píng)估結(jié)果，見表3。

表3 定性指標(biāo)評(píng)估結(jié)果

2 博弈論綜合賦權(quán)-集對分析評(píng)估模型

2.1 層次分析法確定主觀權(quán)重

邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的主觀權(quán)重由層次分析法確定[11]。設(shè)有t個(gè)評(píng)估指標(biāo)，通過比較評(píng)估指標(biāo)之間的相對重要程度，得到比較矩陣

(i=1，2，…，t) (j=1，2，…，t)

(1)

將矩陣每一行元素相乘

(2)

對式(2)得到的結(jié)果開t次方

(3)

將式(3)得到的權(quán)重進(jìn)行歸一化處理

(4)

最后，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。若一致性檢驗(yàn)通過，則得到主觀權(quán)重W1。

2.2 熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的客觀權(quán)重由熵權(quán)法確定[12]。設(shè)有r個(gè)評(píng)估對象，每個(gè)對象需根據(jù)t個(gè)評(píng)估指標(biāo)確定評(píng)估結(jié)果，則得到評(píng)估矩陣

(i=1，2，…，r) (j=1，2，…，t)

(5)

將評(píng)估矩陣X中的每個(gè)元素進(jìn)行歸一化處理，得到矩陣Q。對于越大越優(yōu)型指標(biāo)，歸一化方法如下

(6)

對于越小越優(yōu)型指標(biāo)，歸一化方法如下

(7)

Q=(qij)r×t

(8)

計(jì)算第j個(gè)評(píng)估指標(biāo)熵Ej

(9)

(10)

計(jì)算評(píng)估指標(biāo)熵權(quán)ωj

(11)

W2=(ωj)1×t

(12)

2.3 博弈論確定綜合權(quán)重

采用主客觀賦權(quán)方法確定評(píng)估指標(biāo)權(quán)重后，需明確主觀權(quán)重與客觀權(quán)重在綜合權(quán)重中所占比例，從而使綜合權(quán)重能更好地反映多個(gè)評(píng)估指標(biāo)之間的重要性差異。博弈論綜合賦權(quán)法避免了人對某一種賦權(quán)方法的偏好，客觀地表現(xiàn)了多種賦權(quán)方法對綜合權(quán)重的貢獻(xiàn)程度[13]。

分別將層次分析法和熵權(quán)法計(jì)算得出的各個(gè)指標(biāo)權(quán)重組成向量，W1=(ω11，ω12，…，ω1t)為根據(jù)層次分析法得出的權(quán)重，W2=(ω21，ω22，…，ω2t)為根據(jù)熵權(quán)法得出的權(quán)重。兩種綜合權(quán)重的線性組合為

(13)

式中，α1和α2表示權(quán)重分配系數(shù)。

為找出最佳的綜合權(quán)重向量，需找出最優(yōu)權(quán)重分配系數(shù)。使W與W1、W2兩組權(quán)重向量差值的2-范數(shù)最小，即

(14)

根據(jù)正規(guī)方程組計(jì)算最優(yōu)權(quán)重系數(shù)

(15)

式中，(W1，W1)，(W1，W2)，(W2，W2)為權(quán)重向量的內(nèi)積。

將α1和α2進(jìn)行歸一化處理

(16)

最后，得到綜合權(quán)重向量

(17)

2.4 集對分析理論

集對分析最早于1989年由我國學(xué)者趙克勤提出[14]，這一理論因其能有效地分析不確定性問題，已在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用[15]。

在同一研究課題中，存在兩個(gè)分別具有N個(gè)性質(zhì)的集合U和V。當(dāng)這兩個(gè)集合具有一定聯(lián)系時(shí)，可將其構(gòu)成1個(gè)集對I=(U，V)。若要具體分析這兩個(gè)集合的聯(lián)系，則可以將每個(gè)集合所具有的N個(gè)性質(zhì)逐一對比分析，并通過同一、差異、對立3個(gè)角度評(píng)判性質(zhì)與性質(zhì)間的關(guān)系。假設(shè)在1個(gè)集對中，“同一”性質(zhì)的個(gè)數(shù)為S，“差異”性質(zhì)的個(gè)數(shù)為F，“對立”性質(zhì)的個(gè)數(shù)為P，則可以用聯(lián)系數(shù)描述這個(gè)集對的特點(diǎn)

(18)

式中，μ為集對聯(lián)系數(shù)；a，b，c分別為同一度、差異度、對立度，即“同一”性質(zhì)、“差異”性質(zhì)、“對立”性質(zhì)個(gè)數(shù)占總性質(zhì)個(gè)數(shù)的比例，a+b+c=1；i為差異度系數(shù)，j為對立度系數(shù)，i∈(-1，1)，j為-1。

若將集對分析理論進(jìn)一步推廣，則可以構(gòu)建從g個(gè)角度評(píng)判兩個(gè)集合之間關(guān)系的g元聯(lián)系數(shù)，即

(19)

式中，bl為把差異度劃分(g-2)個(gè)部分后的結(jié)果，這種對差異度進(jìn)行精確劃分的做法，能更加準(zhǔn)確地表達(dá)和衡量兩個(gè)集合之間的差異性。

2.4.1 五元聯(lián)系數(shù)計(jì)算

由表1可知，邊坡支護(hù)工程安全狀態(tài)被劃分為5個(gè)等級(jí)，因此，需針對評(píng)估指標(biāo)建立五元聯(lián)系數(shù)。

μ=a+b1i1+b2i2+b3i3+cj

(20)

在17個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，由于9個(gè)定性指標(biāo)評(píng)估結(jié)果采用賦值法確定，因此，針對定性指標(biāo)構(gòu)建的五元聯(lián)系數(shù)如下

(21)

式中，xk為第k個(gè)指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果；mk1對應(yīng)“Ⅰ”等級(jí)；mk2對應(yīng)“Ⅱ”等級(jí)；mk3對應(yīng)“Ⅲ”等級(jí)；mk4對應(yīng)“Ⅳ”等級(jí)；mk5對應(yīng)“Ⅴ”等級(jí)。

針對8個(gè)定量指標(biāo)，可根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的實(shí)際情況建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)矩陣，即

(22)

式中，mk0-mk1為第k個(gè)指標(biāo)在“Ⅰ”等級(jí)的限值；mk1-mk2為第k個(gè)指標(biāo)在“Ⅱ”等級(jí)的限值；mk4-mk5為第k個(gè)指標(biāo)在“Ⅴ”等級(jí)的限值。

針對定量指標(biāo)中的越小越優(yōu)型指標(biāo)和越大越優(yōu)型指標(biāo)，構(gòu)建的五元聯(lián)系數(shù)見式(23)、式(24)。

μ=

(23)

μ=

(24)

綜合17個(gè)二級(jí)指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)，考慮指標(biāo)權(quán)重的作用，得出用于評(píng)估邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的五元聯(lián)系數(shù)，即

(25)

2.4.2 安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

由于μ∈[-1，1]，為將邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為5級(jí)，需將[-1，1]區(qū)間5等分[16]，此時(shí)i1、i2、i3應(yīng)為

(26)

五元聯(lián)系數(shù)為

(27)

邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)被劃分為安全、欠穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極不穩(wěn)定、危險(xiǎn)5個(gè)等級(jí)，μ與安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的對應(yīng)關(guān)系見表4。

表4 安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與五元聯(lián)系數(shù)的關(guān)系

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

南昆鐵路威舍至宜良北地處云貴高原，地形險(xiǎn)峻，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，氣象環(huán)境不利[17]。路基地段長度長，需大量設(shè)置邊坡支護(hù)工程，工程難度大。邊坡支護(hù)工程在鐵路建成投入運(yùn)營一定年限后，受多種不利因素作用，各種病害逐漸顯現(xiàn)[18]。近年來，邊坡支護(hù)工程病害規(guī)模已呈多發(fā)趨勢，對鐵路安全運(yùn)營構(gòu)成威脅。因此，需針對南昆鐵路部分邊坡支護(hù)工程開展安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，從而為后續(xù)的邊坡支護(hù)工程病害整治工作提供依據(jù)[19]。

南昆鐵路K709+390～K709+470右側(cè)邊坡支護(hù)工程地處班貓?bào)渲烈肆急眳^(qū)間，屬剝蝕丘陵地貌，出露第四系殘坡積層(Qdl+el)含黏土及泥巖，下伏下第三系始新統(tǒng)路美邑組(E2l)砂巖夾礫石。區(qū)域地震烈度為8度。K709+390～K709+440段為二級(jí)坡，第一級(jí)坡為混凝土擋墻，高5 m，坡率1∶0.27，坡頂平臺(tái)寬1.8 m左右，第二級(jí)坡為漿砌片石護(hù)坡，高4.6～11.2 m，坡率1∶1，坡頂為耕地；K709+440～K709+470段為三級(jí)坡，第一級(jí)坡為漿砌片石擋墻，高5～7 m，坡率1∶0.27，坡頂平臺(tái)寬1.8 m左右，第二、三級(jí)坡為漿砌片石護(hù)坡，高3.5～5.6 m，坡率1∶1，坡頂為耕地。

從現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果看，擋墻和護(hù)坡外鼓、開裂、風(fēng)化等病害情況嚴(yán)重。坡頂耕地被黏土所覆蓋，黏土層較厚，在雨水沖刷作用下已多次發(fā)生溜坍，細(xì)顆粒土大量流失，在造成護(hù)坡背后土體欠密實(shí)的同時(shí)，也對漿砌片石護(hù)坡造成進(jìn)一步破壞。因此，以該工點(diǎn)為研究對象，對此處邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

3.2 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

層次分析法計(jì)算評(píng)估指標(biāo)主觀權(quán)重時(shí)，需分別比較一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)之間的相對重要程度，構(gòu)建比較矩陣[5，9，20-21]。由式(1)～式(4)計(jì)算每級(jí)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，將兩層權(quán)重相乘，得到各個(gè)指標(biāo)最終主觀權(quán)重。熵權(quán)法計(jì)算評(píng)估指標(biāo)客觀權(quán)重時(shí)，選取南昆鐵路威舍至宜良北沿線共11處邊坡支護(hù)工程，與待研究對象共同組成樣本庫。這12處邊坡支護(hù)工程的評(píng)估結(jié)果見表5。由式(5)～式(12)計(jì)算各指標(biāo)客觀權(quán)重。最終利用博弈論綜合賦權(quán)法，由式(13)～式(17)計(jì)算評(píng)估指標(biāo)綜合權(quán)重。

主觀權(quán)重、客觀權(quán)重、綜合權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表6～表8。

表5 邊坡支護(hù)工程各指標(biāo)評(píng)估結(jié)果

表6 主觀權(quán)重計(jì)算結(jié)果

表7 客觀權(quán)重計(jì)算結(jié)果

表8 綜合權(quán)重計(jì)算結(jié)果

3.3 五元聯(lián)系數(shù)計(jì)算及等級(jí)劃分

根據(jù)式(20)～式(27)計(jì)算K709+390～K709+470邊坡支護(hù)工程五元聯(lián)系數(shù)，結(jié)果為

(28)

由表4可知，該邊坡支護(hù)工程處于“不穩(wěn)定”狀態(tài)，需盡快對這一工點(diǎn)開展病害整治工作。這一結(jié)果與根據(jù)專家打分法得出的評(píng)定結(jié)果一致，證明了該評(píng)估體系的有效性。

4 結(jié)論

(1)針對南昆鐵路威舍至宜良北部分邊坡支護(hù)工程病害頻現(xiàn)問題，根據(jù)現(xiàn)場勘察及檢測情況，確定了對邊坡支護(hù)工程安全構(gòu)成威脅的各項(xiàng)因素，進(jìn)而建立了以自然環(huán)境、表觀病害、內(nèi)部病害、支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為一級(jí)指標(biāo)，月平均降雨量、擋墻或護(hù)坡外鼓、擋墻或護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松、擋墻抗滑穩(wěn)定性等17個(gè)指標(biāo)為二級(jí)指標(biāo)的邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。根據(jù)評(píng)估結(jié)果嚴(yán)重性，將每個(gè)評(píng)估指標(biāo)劃分為5個(gè)等級(jí)，制定了安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

(2)為全面體現(xiàn)多個(gè)評(píng)估指標(biāo)之間的重要性差異，提出采用層次分析法與熵權(quán)法確定評(píng)估指標(biāo)主客觀權(quán)重，并利用博弈論綜合賦權(quán)法確定綜合權(quán)重。針對涉及不確定性問題的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，提出以集對分析為方法計(jì)算邊坡支護(hù)工程五元聯(lián)系數(shù)。根據(jù)五元聯(lián)系數(shù)結(jié)果所在區(qū)間確定工程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

(3)根據(jù)具體工程案例，確定一邊坡支護(hù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際情況和專家意見進(jìn)行對比，驗(yàn)證評(píng)估模型可行性。結(jié)果表明，基于博弈論綜合賦權(quán)法及集對分析理論的評(píng)估模型，可準(zhǔn)確評(píng)價(jià)邊坡支護(hù)工程危險(xiǎn)性。