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公路危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析

文檔作者：肖盈文檔來源：廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月26日
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公路交通技術(shù) 2010年8月 第4期Technology of Highway and Transport Aug．2010 No．4
公路危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析
肖 盈
(廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司，廣州510635)
摘要：從影響危巖穩(wěn)定性的指標(biāo)著手，找出7類對(duì)危巖穩(wěn)定性影響比較重要的因素，并利用模糊層次分析法對(duì)危
巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)體工程運(yùn)用中得出的結(jié)果與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出的情況基本吻合，證明本方法對(duì)危巖穩(wěn)定性進(jìn)行
評(píng)價(jià)是可行的。
關(guān)鍵詞：危巖；模型；模糊評(píng)判分析法；穩(wěn)定性；評(píng)價(jià)
文章編號(hào)：1009—6477(2010)04—0023—05 中圖分類號(hào)：U416．1"4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Evaluation and Analysis for Stability of Dangerous Rocks
XIAO Ying
Abstract：Starting from the indices influencing stability of dangerous rocks，this paper finds out 7 kinds
of important factors influencing stability of dangerous rocks，and evaluates it by means of the fuzzy ana—
lytical hierarchy process (FAHP)．The results acquired from practical projects are basically consistent
with those from actual experiences SO as to prove the feasibility of the FAHP for evaluating stability of
dangerous rocks．
Key words：dangerous rock；model；fuzzy evaluation and analytical process；stability；evaluation
1 危巖評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型
邊坡穩(wěn)定性宏觀評(píng)價(jià)是一種包含統(tǒng)計(jì)、類比思
想的分析方法，由于它以定性描述和分析為主，因
而應(yīng)用起來或多或少存在隨意陛和不確定性，難以
建立統(tǒng)一的評(píng)判準(zhǔn)則、標(biāo)準(zhǔn)。目前用于邊坡宏觀穩(wěn)
定性評(píng)價(jià)的主要數(shù)學(xué)模型有邏輯信息法、判別分析
法、信息量法、模糊綜合評(píng)判法、專家評(píng)分法、綜
合評(píng)價(jià)法、變形破壞指數(shù)法、危險(xiǎn)概率分析法和模
糊可靠度分析法等。筆者通過對(duì)這些方法的適用條
件、可操作性、數(shù)據(jù)的可獲取性、分析結(jié)果的可靠
性等多方面進(jìn)行綜合比較分析，選定層次模糊綜合
評(píng)價(jià)方法作為本次研究的基本數(shù)學(xué)模型。
2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系選取
分析公路危巖的基本特點(diǎn)，提出以下幾個(gè)影響
邊坡穩(wěn)定性的主要因素。
2．1 巖組類型
巖組類型是指在層狀巖體組成的邊坡中，由邊
坡坡面、巖層產(chǎn)狀、公路走向三者之間特定的組合
方式?jīng)Q定的邊坡形態(tài)；對(duì)于均質(zhì)坡或是土坡，則不
存在邊坡結(jié)構(gòu)的概念。
收稿日期：2009—11—1O
作者簡(jiǎn)介：肖盈(1974一)，女，廣東省梅州市人，本科，工程師
邊坡結(jié)構(gòu)類型對(duì)邊坡的穩(wěn)定性也起著很重要的
控制作用。大量的野外邊坡調(diào)查資料表明，在公路
兩側(cè)，邊坡結(jié)構(gòu)類型不同，邊坡變形發(fā)展直至最終
破壞，其形式是截然不同的。
2．2 坡度
地形坡度對(duì)危巖的穩(wěn)定性起著明顯的控制作
用。不同的坡度，在很大程度上確定了危巖對(duì)構(gòu)造
物的破壞程度。因?yàn)槠露鹊淖兓瘯?huì)使應(yīng)力分布發(fā)生
變化。隨著邊坡變陡，張應(yīng)力值和其分布范圍隨之
加大，坡腳最大剪應(yīng)力值隨之加大。崩塌數(shù)與坡度
呈泊松分布，一般崩塌坡度在35。一55。，最容易
發(fā)生崩塌的坡度為35?！?0。。
2．3 坡高
對(duì)于一個(gè)邊坡而言，評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性時(shí)，坡高是
重點(diǎn)考慮的因素之一。盡管邊坡高度的變化不改變
應(yīng)力等值線的圖像(對(duì)均勻、彈性介質(zhì))，但其數(shù)值
均隨坡高增加而呈線性增大； 同時(shí)，坡面因垂直
沖蝕或挖方而增加坡高，將增強(qiáng)側(cè)方應(yīng)力的解壓而
導(dǎo)致坡面巖石的松動(dòng)與平行于坡面裂隙的形成，增
加徑流水的穿透機(jī)會(huì)，不利于坡面之穩(wěn)定。
2．4 歷史災(zāi)害
歷史災(zāi)害主要是指已經(jīng)發(fā)生了的崩塌、滑坡等
公路交通技術(shù) 2010血
地質(zhì)災(zāi)害。在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性宏觀穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，
要考慮已經(jīng)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害。這是因?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害往
往具有群發(fā)性、災(zāi)害鏈等特點(diǎn)，在已經(jīng)發(fā)生了災(zāi)害
的局部區(qū)域及其附近往往就很可能產(chǎn)生新的災(zāi)害或
轉(zhuǎn)化為其它類型的地質(zhì)災(zāi)害。
2．5 巖石風(fēng)化
風(fēng)化作用會(huì)使巖石破碎，加速裂隙的發(fā)育擴(kuò)
展，使裂隙結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度降低。大氣中的氧和水溶
液不僅使巖石破碎，而且使巖石的礦物成分和化學(xué)
成分發(fā)生變化，在地表?xiàng)l件下由穩(wěn)定的原生礦物變
為不穩(wěn)定的次生礦物，并隨著裂隙水逐漸流失，形
成巖腔。
2．6 裂隙水發(fā)育程度和結(jié)構(gòu)面組合
邊坡內(nèi)部的結(jié)構(gòu)面在特定的組合方式下，往往
控制著整個(gè)邊坡內(nèi)滑動(dòng)面的發(fā)展，同時(shí)結(jié)構(gòu)面的存
在還給地下水的活動(dòng)提供了通道，間接削弱邊坡的
穩(wěn)定性。所以，對(duì)于研究程度高的地區(qū)，加入整個(gè)
評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)結(jié)果將更為可靠。
2．7 人類工程活動(dòng)
隨著人類工程技術(shù)水平的提高，人類工程活動(dòng)
對(duì)自然的改造強(qiáng)度和頻度比以往任何時(shí)候都大，甚
至在局部范圍內(nèi)人類工程活動(dòng)的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自
然力的影響。這些活動(dòng)往往成為導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的最
活躍、最重要的誘發(fā)因素之一。
用影響“較大”、“很大”，斜坡穩(wěn)定性“較危險(xiǎn)”、
“危險(xiǎn)”等具有一定模糊性的語(yǔ)言信息來表述，而
此種表達(dá)方式正反映了客觀現(xiàn)象存在的對(duì)象“亦此
亦彼”的模糊性。這種模糊現(xiàn)象很難用經(jīng)典的二維
邏輯(1為真，0為假)來描述，而需要用能表達(dá)某
元素從”不隸屬”到“隸屬”逐漸過渡現(xiàn)象的連續(xù)
值邏輯表達(dá)，常用[0，1]區(qū)間的連續(xù)值(或多值)邏
輯來描述。
層次分析法是20世紀(jì)70年代美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家
T·L·Saaty教授提出的一種系統(tǒng)分析方法。其基本
原理是把復(fù)雜系統(tǒng)分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層
等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的決策。
它把人的決策思維過程層次化、數(shù)量化、模型化，
并用數(shù)學(xué)手段為分析決策提供定量依據(jù)，是一種對(duì)
非定量事件進(jìn)行定量分析的有效方法，特別是在目
標(biāo)因素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺少必要的數(shù)據(jù)的情況下，需要
將決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷定量化時(shí)該方法非常實(shí)用。
3．2 建立模糊數(shù)學(xué)模型
1)確定因素集和評(píng)價(jià)集。
根據(jù)影響因素的重要性，選取了7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)
U={U ，U ，?，U }，分別為：U={巖組類型，坡
高，坡度，歷史災(zāi)害發(fā)育，巖體風(fēng)化程度，裂隙水
發(fā)育程度，人類工程活動(dòng)1。評(píng)價(jià)集為 {v，，’，2，
v ，v }={危險(xiǎn)性高，危險(xiǎn)性較高，危險(xiǎn)性中等，
危險(xiǎn)性較低}={I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}。
3 利用模糊評(píng)判分析法分析危巖穩(wěn)定性 2)評(píng)價(jià)因素等級(jí)劃分。
3．1 模糊綜合評(píng)判方法的基本原理 本文評(píng)價(jià)因素的等級(jí)劃分是以水麻路為例進(jìn)行
危巖邊坡系統(tǒng)是一個(gè)具有復(fù)雜特征的系統(tǒng)，其 的。水麻路位于云南省西北部昭通地區(qū)境內(nèi)，全長(zhǎng)
滑塌的危險(xiǎn)l生受諸多因素影響，且各因素對(duì)危巖邊 135 km，其中48％里程是橋隧。通過對(duì)路線經(jīng)過
坡的危險(xiǎn)I生影響程度及斜坡穩(wěn)定狀況很難用一個(gè)肯 危巖帶隋況的了解，并對(duì)影響水麻路危巖的各個(gè)因
定的“非此即彼”的結(jié)論來表達(dá)。在實(shí)際生產(chǎn)中常 素進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)其劃分如下，見表1。
表1 水麻路危巖評(píng)價(jià)因素等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)
等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)
危險(xiǎn)性中等Ⅲ 危險(xiǎn)性較高Ⅱ 危險(xiǎn)性高I
巖組類型 皇 巖體整塊組成’ 嘉蒿署 耋磊 襞藻簍備
坡度，(。)
坡高，m
歷史災(zāi)害發(fā)育程度
巖石風(fēng)化程度
裂隙水發(fā)育程度
人類活動(dòng)程度
≤ 45
≤ 30
無
弱
無
無
45～65
30～6O
較少次數(shù)發(fā)生
較弱
較弱
較弱
堅(jiān)硬巖體夾軟弱巖體，
且有較多節(jié)理裂隙發(fā)育，
有少量突出的孤石
65～8O
6O～ 12O
較多次數(shù)發(fā)生，且有再
次發(fā)生的趨勢(shì)
較強(qiáng)
較強(qiáng)
較強(qiáng)
堅(jiān)硬巖體與軟弱巖體互層，
有大量突出的孤石，常有
少量碎裂小石墜落。同時(shí)
大量節(jié)理裂隙深度發(fā)育
>80
> 120
頻發(fā)發(fā)生，或其發(fā)生有
其周期性
強(qiáng)
強(qiáng)
強(qiáng)
2010年 第4期 肖 盈：公路危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析
表2 危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)定量指標(biāo)隸屬度取值
3)隸屬度確定。
如前所述，評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)其數(shù)據(jù)特征可分為定
量因素和定性因素。本文認(rèn)為定量因素的數(shù)據(jù)特征
為實(shí)數(shù)，定性因素的數(shù)據(jù)特征為特征狀態(tài)。對(duì)于實(shí)
數(shù)性定量因素，采用梯形型一直線性隸屬函數(shù)來
確定評(píng)價(jià)因素對(duì)危巖危險(xiǎn)I生的隸屬度；對(duì)于特征狀
態(tài)型的定性因素，采用經(jīng)驗(yàn)法確定評(píng)價(jià)因素對(duì)危巖
危險(xiǎn)性等級(jí)的隸屬度。
定量指標(biāo)的隸屬度(坡度、坡高)按“降半梯
形”分布的現(xiàn)象函數(shù)(圖1)取值，危巖穩(wěn)定性等級(jí)
分為4級(jí)，表達(dá)式為：
1
=
隸屬度函數(shù)示意
≤ S1
1< ≤ ．
X >
≤ Sl，X>S3
S1< ≤ 82
，
S2< ≤ S3
3
≤ S2， X>
S2< 1
S3≤ < 。
≥
(3)
(4)
式中， 、 、 ，、 為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于危巖危險(xiǎn)性
等級(jí)的分級(jí)閥值；X是實(shí)測(cè)值。
得出隸屬度取值，見表2。
而定性指標(biāo)的隸屬度取值，則根據(jù)其對(duì)危巖危
險(xiǎn)性的影響程度，利用經(jīng)驗(yàn)法構(gòu)建定性指標(biāo)的隸屬
度。因此，得出隸屬度取值，見表3。
3．3 確立各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)間的權(quán)重
1)確立權(quán)重值。
對(duì)于上述確立的7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)的判
斷矩陣標(biāo)度(表4)兩兩比較得出判斷矩陣，見表5。
通過求出判斷矩陣表的特征值來計(jì)算確定各個(gè)
表3 危巖評(píng)價(jià)定性指標(biāo)隸屬度取值
。
硒一 一 。 一
公路交通技術(shù) 2010生
表4 指標(biāo)的判斷矩陣標(biāo)度
標(biāo)度 含義
1
3
5
9
2， 4，6， 8
1． 1，2? 1，9
表示2個(gè)指標(biāo)相比，具有同等重要
表示2個(gè)指標(biāo)相比，一個(gè)因素比另一個(gè)指標(biāo)稍微重要
表示2個(gè)指標(biāo)相比，一個(gè)因素比另一個(gè)指標(biāo)明顯重要
表示2個(gè)指標(biāo)相比，一個(gè)因素比另一個(gè)指標(biāo)更為重要
表示2個(gè)指標(biāo)相比，一個(gè)因素比另一個(gè)指標(biāo)極端重要
上述兩相鄰判斷之中值，表示重要性判斷之間的過渡性
因素i與 比較得到判斷b ，則指標(biāo)J與i比較得判斷bj,=l／b
表5 判斷矩陣
表6 各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值
指標(biāo)的權(quán)值。
假定有一同階正則向量A，且使得Ax：入。 礎(chǔ)A
成立，則 為矩陣x的最大特征值，A為對(duì)應(yīng)于
入 的特征向量。解其特征方程得A，經(jīng)正規(guī)化后，
其各分量即為所對(duì)應(yīng)的xI，x2，? ， 的權(quán)值。
理論上講，方程是可以解出的，但本文中因?yàn)樵u(píng)價(jià)
因子過多，計(jì)算十分復(fù)雜，很難解出。因此采用求
和法來計(jì)算特征向量的近似解。求和的計(jì)算方法如
下。
首先將判斷矩陣按列歸一化：
b =} i， ：1，2，3，?，，z， (5)
Σ
i= 1
然后安裝判斷矩陣行求和：
oJi= Σb i， =1，2，3，?，，l， (6)
f： 1
此∞=(∞ ， ，? ， )即是判斷矩陣的優(yōu)先
級(jí)系數(shù)，以及各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，然后對(duì)其進(jìn)行歸
一化：
= 一f，‘『=1，2，3，?，n， (7)
Σ∞
即求出特征值：
入一：
i， =1，2，3，?，n， (8)
因此，通過上面權(quán)值公式帶入矩陣數(shù)據(jù)可得出
各個(gè)指標(biāo)的權(quán)值，見表6。
2)一致性檢驗(yàn)。
雖然上面得出了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，但需要對(duì)
其進(jìn)行一致}生檢驗(yàn)。根據(jù)上面公式求出判斷矩陣的特
征值A(chǔ)=(7．801，7．367，7．347，7．109，8．49，7．343，
3
R， 0．58
9 l0 11
1．46 1．49 1．52
2010年 第4期 肖 盈：公路危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析 27
7．385)，根據(jù)一致眭指數(shù)C，公式：
CI= ( -n J， (9)
可得到一致性指數(shù)CI=0．091，再由一致性指
標(biāo)公式(10)計(jì)算一致性指標(biāo)CR。
CR=CI／RI。 (10)
其中肼值是任意一個(gè)成對(duì)比矩陣的一致性指
數(shù)，其大小取決于該矩陣行數(shù)，具體取值查表7得
出。當(dāng)n=7，RI取值為1．32，算出CR=0．069，
根據(jù)一致性要求，小于或等于0．1O的一致性是可
以接受的，因此可以得出結(jié)論：表7的指標(biāo)權(quán)重值
是符合要求的。
4 工程示例分析
現(xiàn)以水富一麻柳灣國(guó)道K0+220～420危巖帶
為例進(jìn)行分析。用表8所列危巖體實(shí)測(cè)資料，根據(jù)
表2和表3先計(jì)算出單因素評(píng)價(jià)矩陣。
根據(jù)表8得出該危巖的單因素評(píng)價(jià)矩陣：
R =
0．25 0．45 0．25 0．05
0 0 0．75 0．25
0 2／3 1／3 0
0．O5 0．1 0．35 0．5
0．05 0．25 0．45 0．25
0．05 0．1 0．35 0．5
0．5 0．35 0．1 0．05
7個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值W={W ，W ，? ，W7)=
I
{0231，0．128，0．121，0．046，0．365，0．070，0．039}，
因此，該危巖的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為B=A·R：f0．101，
0．301，0．403，0．195}，其中0．101，0．301，0．403，
0．195對(duì)應(yīng)I、II、III、1V危巖的穩(wěn)定級(jí)別。其中
0．403數(shù)值最大，根據(jù)最大隸屬度要求得出該危巖
的穩(wěn)定級(jí)別為III級(jí)危巖。對(duì)該結(jié)果經(jīng)過分析后，
發(fā)現(xiàn)略微保守，但對(duì)于邊坡這樣長(zhǎng)期存在安全隱患
的結(jié)構(gòu)物來說是適宜的，該方法用于邊坡危巖穩(wěn)定
性評(píng)價(jià)是可行的。
5 結(jié)語(yǔ)
本文較為詳細(xì)地介紹了影響公路危巖穩(wěn)定性的
評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用模糊數(shù)學(xué)理論建立了評(píng)價(jià)公路危巖
穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)模型，并以水麻路K0+220—420危
巖帶為例進(jìn)行分析，與實(shí)際情況對(duì)比其對(duì)危險(xiǎn)性的
評(píng)價(jià)較為符合。但有些評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取主觀性較
強(qiáng)，因此不同的人運(yùn)用該方法會(huì)得出不同的結(jié)果，
因此如何避免主觀因素的影響有待于進(jìn)一步研究，
使其結(jié)果能夠進(jìn)一步與實(shí)際情況吻合。
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