山区公路路基边坡危险性评价

2022-03-21 09:50:29 | 浏览次数：

摘要：通过查阅资料和实地考察归纳路基边坡破坏的影响因素；应用模糊数学和层次分析合理选择边坡破坏的危险性评价指标，确定各致灾因子相对权重，建立模糊关系矩阵，利用二级模糊综合评价法确定研究路段的危险性等级。研究成果对于山区道路边坡的危险性分析和评价有重要意义。

关键字：路基边坡；模糊数学；层次分析；危险性评价

中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：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

我國西部山区公路比例较大，公路客货运总量增加使得公路的承载量日益加大，导致路基边坡失稳；另一方面，环境因素（地质构造，水文地质，岩土性质等）也会导致路基边坡破坏。路基边坡破坏造成路面断裂和塌陷，威胁行车和生命财产安全。因此对边坡进行危险性评价和防治措施的研究格外重要。

1 路基边坡破坏影响因素

影响公路边坡稳定性的因素有很多，参考李朋丽[1]《基于智能算法的陕西省公路边坡稳定性评价》将主要因素大致分为四类，第一类为地形地貌因素，包括边坡形态、坡率、坡高及地表破碎程度；第二类为地质条件因素，包括岩土类型、地质构造、风化作用及岩体结构；第三类为诱发因素，包括降雨和地震；第四类为其他因素，包括植被和水文地质。

2 建立多层次模糊综合评价模型

2.1 模糊集合的建立

2.1.1 建立因素集

遵循分主次和分层次原则，把对路基边坡危害性大的因素分离出来，确立影响边坡安全的上层因素，根据每一个因素的特点并在上层因素集的基础上建立每个因素的底层因素集，建立一套全面而系统且能够从各方面反映边坡危险性程度的两层因素集[2]。U={地形地貌u1，地质条件u2，诱发因素u3，其它因素u4}，u1={边坡形态u11，坡率u12，坡高u13，地表破碎程度u14}，u2={岩土类型u21，地质构造u22，风化作用u23，岩体结构u24}，u3={降雨u31，地震u32}，u4={植被u41，水文地质u42}。

2.1.2 建立评价集

针对各个致灾因子对公路路基边坡破坏影响的程度不同，参考方玉树[3]《边坡工程安全等级的划分及应用》建立致灾因子评判集，即V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}（Ⅰ为危险性极高，Ⅱ为危险性高，Ⅲ为危险性中等，Ⅳ为危险性小）。

2.2 利用层次分析法确立各因素的权重

每个因素对边坡危险性及上层因素的影响程度各有不同。在边坡危险性评价过程中每个因素与之相对应的子因素都会得到各自相匹配的权重系数，只有确定出恰当的权重才能根据不同因素的重要性得出准确的评价结果。本文利用层次分析法确定所有因素的权值，建立一套与每个因素相对应的两层权重集。

根据层次结构模型采用1-9标度法逐项比较，同时结合专家，并进行一致性检验后确定危险性评价因子的权向量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 建立危险性因子评价准则及等级量化标准

查阅论文资料，参考行业规范对危险性指标进行分级，建立分级标准及危险性等级量化标准如表1、2。

2.4 建立合适的隶属函数

目前对隶属函数的选取通常有模糊统计法、主观经验法、典型函数法、分析推理法等。

本文考虑在各类型隶属函数对评价结果具有等效性的情况下[4]，采用三角形隶属函数，通过隶属函数可得各项评价指标的隶属度，公式如下：（1）～（4）。

2.5 模糊综合评价

根据隶属函数，对每一个因素集进行评价。根据所建立的子因素集ui和与之对应的评价集V，建立模糊评价的单因素评价矩阵；按模糊综合评价中权重集与单因素评价矩阵的合成法则从底层指标进行模糊合成，逐步完成整个目标的模糊合成，按Bi=Wi·Ri，B=W·R进行。最终得出目标不同危险等级的隶属度，并根据隶属度最大原则对危险等级进行识别。

3 工程实例

3.1工程概况

研究路段为陕西省汉中市略阳县由八渡河开始，沿河上溯，S306线K57+150～600，斜坡地形，邊坡高度30m，总体坡度30°，植被覆盖率为40%，有小型断裂构造，出露岩石以千枚岩为主，由于该地季节降雨不均，降雨量大时，岩土吸水松软，作为路基边坡岩土，容易发生滑坍，地震烈度为6度。

3.2 评价矩阵的建立

根据当地工程资料，采用线性内插法计算各级评价指标危险性评分见表3，将评分值带入隶属函数（1）～（4）计算评价向量并组成评价矩阵Ri。

3.3 综合评价

根据理论计算出的评价矩阵以及由层次分析法确定的评价指标权重，按照公式Bi=Wi·Ri B=W·R对路基边坡危险性等级进行模糊综合评价。

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]