综合模糊评价在高速公路边坡稳定分析中的应用__墨水学术,论文发

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:110

副标题#e#[摘要]边坡工程是高速公路建设中一个复杂的研究重点，它对公路的建设和运营起至关作用，因此研究边坡稳定性有其实际和理论意义。本文运用模糊综合评价的方法，分析各种影响因素，将边坡稳定性的不确定性量化，对边坡安全进行评价。最后选取案例进行分析，结果与实际情况基本符合，这对高速公路建设甚至对其他工程建设都有积极的指导意义。
　　[关键词]高速公路边坡工程稳定性评价模糊综合评价
　　ComprehensiveFuzzyEvaluationonthehighwayslopestabilityanalysis
　　Xialiqiao[1],Xiexiaoxiao[2]
　　1.引言
　　在复杂的工程地质条件下产生的边坡稳定性问题与崩滑灾害是常见并且多发的，由于高速公路等级高、路面宽、开挖量大，出现了大量高边坡，同时也发生了高边坡的破坏。这些不稳定的边坡将威胁施工安全，影响施工进度，甚至还给高速公路运营中行车安全埋下隐患，工程投资浪费巨大。边坡稳定性问题已成为工程建设的主要研究和整治对象之一。但是要准确的评价边坡稳定性状态，并提出科学合理的整治方案，仍然是一个十分严峻的问题[1]。
　　边坡的稳定性受诸多因素的综合影响，存在许多外延模糊的力学概念和一系列不确定性因素，通过模糊数学可以将这些因素量化，将不确定性转变为确定变量，故本文将采用模糊综合评判为工具对边坡稳定性进行评价[4]。
　　2.边坡稳定性分析
　　2.1边坡稳定性评价指标体系建立原则
　　要对高速公路的稳定性进行分析，首先要确定其主要的影响因素，建立边坡稳定性评价指标体系主要是为了技术工作人员等可根据其指标体系确定各因素的影响程度，另外有效指导野外地质人员有目的地进行地质调查工作，所以在选取指标的过程中应满足以下原则：
　　1.整体性原则。边坡稳定性评价是一项系统工程，影响因素多而且复杂，其中有客观因素也有人为的主观因素，且相互联系、相互影响，他们构成一个有机整体。具体的说，指标体系应具有足够的涵盖面，各个指标有一定的内在联系，又互相区别，能反映各个影响因素的作用。
　　2.代表性原则。在边坡稳定性中影响因素诸多，不可能每一个因素都成为评价指标，所以在选择过程中应该抓住问题的实质和主要矛盾，哪些起控制性的作用，哪些可以忽略，从而使指标体系简单实用，并且能准确反映边坡稳定性状况，具有代表性。
　　3.可操作性原则。评价指标体系是为边坡稳定性快速评价服务，因此，指标体系便于技术人员野外调查时收集相关资料，并尽可能的现场赋值量化。
　　2.2边坡稳定性评价指标体系
　　根据上列选取评价指标原则，工地实地考察情况以及以往经验，边坡稳定性评价指标如下[2][3]：
　　1.地质因素：包括结构面发育度、坡体结构、岩土类型、结构面倾向与坡向关系、岩土抗水性、岩土剪切性
　　2.工程因素：坡面形态、坡高、坡角、切割程度
　　3.气候条件：年平均降雨量、洪水冲刷、积水条件、岩土风化作用
　　4.其他因素：植物覆盖率、地震烈度、工程防护影响
　　2.2模糊综合评判原理
　　模糊综合评价的原理是模糊变换原理和最大隶属度原则。本文将高速公路边坡稳定性因素指标集合设为
　　U={U1，U2，U3，U4}
　　其中：U1一地质因素；U2一工程因素；
　　U3一气象条件；U4一其他因素。
　　各单项指标的评语集合为：
　　V={V1(稳定性好)，V2(稳定性较好)，V3(稳定性较差)，V4(稳定性差)}
　　而第i个指标单因素的评价为bi={bi1，bi2，bi3，bi4}
　　其中bi表示V上的一个模糊子集，bij表示第i个指标评价对j个等级的隶属度。
　　第i类因素的模糊关系可用矩阵表示为：
　　Ri=
　　第Ui类上的权向量可以表示为：
　　Ai=（a1，a2.....aj）其中aj≥0
　　本文的权重通过对比法确定各因子的值，而模糊综合评判结果bi是第i类的评判结果，其中#p#副标题#e#bi=Ai*Ri。
　　在本文中拟采用二级模糊评价模型，B=（b1，b2，b3，b4），而D=B*C，C为U上的权重分配向量，经计算之后，根据最大隶属度原则，则D的最大值对应的等级为所评价问题所属的等级。
　　3.算例分析
　　根据高速公路实地考察情况，以及各种实践分析，按上述四个稳定性级别，确定各影响因子的分级标准如下表1：
　　表1边坡稳定性评判等级划分表
　　因素级别    稳定    基本稳定    稳定性较差    不稳定
　　地质
　　因素    岩土类型    坚硬岩石    胶结好的半坚硬岩石    胶结差的半坚硬岩石    松散岩石
　　    坡体结构    均质    块状    层状    松散
　　    结构面发育度（%）    不发育（<10）    较不发育（10-30）    较发育（30-50）    发育（>50）
　　    结构面倾向与坡向关系    逆向坡    横交坡    斜交坡    顺向坡
　　    岩土抗水性（软化系数）    弱（>0.9）    较弱（0.7-0.9）    较强（0.5-0.7）    强（<0.5）
　　    岩土剪切性(内摩擦系数)    强(>0.6)    较强（0.5-0.6）    较弱（0.2-0.5）    弱（<0.2）
　　工程
　　因素    坡面形态    凸形坡    直行坡    凹形坡    S形坡
　　    坡高（m）    低（<50）    较低（50-100）    中等（100-150）    高（>150）
　　    坡度（。）    平缓（<15）    缓倾（15-30）    中等倾（30-45）    陡峭（>45）
　　    切割程度（%）    弱（<5）    较弱（5-15）    较强（15-45）    强（>45）
　　气候
　　条件    年平均降雨量（mm）    小（<500）    较小(500-1000)    较大(1000-1500)    大(>1500)
　　    雨水冲刷    弱    较弱    较强    强
　　    积水条件    差    较差    较好    好
　　    风化作用（%）    未风化（<5）    微风化(5-10)    中等风化(10-30)   &nb#p#副标题#e#sp;强烈风化(>30)
　　其他
　　因素    植物覆盖率(%)    很好(>30)    较好(30-15)    较差(15-5)    差(<5)
　　    地震烈度(。)    小（<3）    较小(3-5)    较大(5-8)    大(>8)
　　    工程防护影响    大    较大    较小    小
　　某高速边坡位于丘陵地区，地形起伏较大，山体原始自然坡度为20度，坡体上是胶结差的半坚硬的岩石，坡体结构为块状结构，岩土抗水性较弱，抗剪性较好，山丘上有蕨类、杉树等植物类发育，软弱面与边坡临空面为斜交关系，坡面为直行坡，高度约为40m，坡角15—20，冲沟发育与切割程度为30%左右，年平均降雨量为1400mm左右，雨水冲刷较厉害，积水条件较好，有一部分风化作用，植物覆盖率较好，边坡所在地区地震基本烈度约为4度，属于弱地震区。工程防护影响大。
　　1.各评价因素的隶属度确定。通过实际情况考察和多年经验分析，对离散变量采用专家评分法对各因素赋以一定的权值，对连续变量采用降半梯形分布的公式进行计算[6]，确定各影响因子的权重如下表2：
　　表2各评价因素权值表
　　目标    二级因素及评判权重    一级指标因素    一级评判权重值
　　边坡稳定性评价    地质因素
　　（0.35）    岩土类型    0.25
　　        坡体结构    0.15
　　        结构面发育度（%）    0.20
　　        结构面倾向与坡向关系    0.20
　　        岩土抗水性（软化系数）    0.10
　　        岩土剪切性(内摩擦系数)    0.10
　　    工程因素
　　（0.25）    坡面形态    0.25
　　        坡高（m）    0.30
　　        坡度（。）    0.30
　　        切割程度（%）    0.15
　　    气候条件
　　（0.2）    年平均降雨量（mm）    0.30
　　        雨水冲刷    0.25
　　        积水条件    0.25
　　        风化作用（%）    0.20
　　    其他因素
　　（0.2）    植物覆盖率(%)    0.35
　　        地震烈度(。)    0.3
　　        工程防护影响    0.35
　　2.一#p#副标题#e#级模糊评判
　　经过实测以及经验分析，然后再进行检验和调整，得出地质因素、工程因素、气候条件、其他因素其模糊关系矩阵分别为R1，R2，R3，R4：
　　R1=R2=
　　R3=R4=
　　而A1=（0.25，0.15，0.2，0.2，0.1，0.1）T
　　A2=（0.25，0.3，0.3，0.15）T
　　A3=（0.3，0.25，0.25，0.2）T
　　A4=（0.35，0.3，0.35）T
　　根据模糊综合评判的计算原则bi=Ri*Ai其中i=1，2，3，4
　　3.二级模糊评判
　　B=（b1，b2，b3，b4）C=（0.350.250.20.2）T
　　故D=BC=*=
　　由以上计算结果表明，高速公路此处的边坡稳定性好的概率是17.95%，稳定性较好的概率为38.375%，处于稳定性较差的概率为35.8%，稳定性差的概率为7.875%。根据最大隶属度原则，该边坡应属于基本稳定状态。根据实地考察情况，与评价结果吻合。
　　4.结论
　　模糊综合评判对处理边坡稳定性具有一定的优越性，因为稳定性本身是个模糊的概念，利用分析方法可以将不确定性转化为确定性，将其以量化，从而实现边坡稳定性评价由定性描述向定量计算的转变。这样，可以对我国高速的各地区滑坡安全进行预测，及时采取相应的防治措施，减灾防灾，对维护我国工程建设的可持续发展具有理论和实践意义。
　　
　　参考文献：
　　[1]张宇春，高燕希等.二级模糊综合评判在公路边坡稳定性分析的应用[J].公路工程.2008(10)
　　[2]吴茂明.边坡失稳灾害的模糊综合评估技术及其应用[D].福州：2005：48～56
　　[3]许江，李克钢.模糊理论在公路边坡稳定性分析的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2006（6）
　　[4]刘舒燕.交通运输系统工程[M].北京：人民交通出版社，1997：134～137
　　[5]孙江涛.高速公路边坡稳定性的二级模糊综合评判[J].山西建筑.2009(1)
　　[6]李建林，王乐华等.岩石边坡工程[M].北京：中国水利水电出版社，2006：212～215