摘 要:依据模糊综合评价原理,充分考虑工程实际经验,建立了适用于三峡库区的Fuzzy综合评判模型。根据不同的稳定状态,将边坡划分为五个等级;并分析了影响边坡稳定的各种作用因素,由层次分析法确定了相对权重;最后结合巴东县城赵树岭滑坡进行了分析,得出了符合实际情况的结论。
关键词:模糊评价FUZZY 层次分析法AHP 三峡库区 滑坡稳定性 影响因素
中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-023-03
1引言
岩土质边坡是一种自然体,由于用以描述岩土物理力学性质的容重、内聚力、内摩擦角等参数不是唯一确定的,故而边坡稳定性分析是不确定性问题,具有相当的模糊性。传统的分析方法多为定值分析法,并不能反映分析对象真实的安全性和可靠性。本文试图将模糊层次综合评价方法引入边坡稳定性分析中,建立评价模型,并结合三峡库区的实际情况选择了主要关联因数、构造了新的隶属函数,进而对赵树岭滑坡进行了稳定性评价。
2滑坡模糊综合评价的数学模型
模糊综合评价是应用模糊变换原理和最大隶属度原则,综合考虑被评价的相关因数及其权重,进而进行等级或类别评价。评价时所着眼的m个关联因数的集合为,n个评语的集合为 。若用rij表示第i个因数对第j种评语的隶属度,则关联因数论域与评论域之间的模糊关系可用评价矩阵:
来表示,其中;表示隶属函数关系,i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n。
各关联因数对于所评价的事物或其属性具有不同的重要程度,可用模糊子集A表示:
其中,0≤ai≤1,i=1,2,…,m;aj为vi对A~的隶属度,且。
将A~与R~的合成B~看作对被评价对象的最终评价,则模糊综合评价的数学模型为:
式中“o”表示广义模糊运算符。对此运算符的定义不同,则对应不同的模糊综合评价模型。根据前人的研究成果,为了避免出现失真和失效,并提高精度,以选取加权平均型 为最佳。
根据“最大隶属度判别准则”,可对滑坡的稳定性状态进行分类。依照“贴近度”原则,可进一步细分滑坡。
3滑坡稳定性模糊综合评价物理模型
在斜坡稳定性评价中,评语集合可取为V={v1,v2,v3,v4,v5}={稳定,基本稳定,欠稳定,临界失稳,失稳}。
根据国家标准规范,前人在三峡库区的工程实践,选定与斜坡稳定性相关联的主要因素为9个,其等级划分见表1。
表1 关联因素等级表
由于表1的等级评定标准是“一刀切”的确定性标准,没有考虑等级间的边界模糊性,而Fuzzy综合评判法的优势即在于此,它通过取隶属函数,充分考虑等级间的中间过渡状态。根据工程实践拟合隶属函数如下:
对表1中的定量指标,采用岭形隶属函数。
重要程度模糊子集A,通过层次分析法(AHP)得到。根据统计数据和专家意见,采用1~9标度法所得判断矩阵见表2:
表2层次分析法判断矩阵
通过特征向量法(EM)得到重要程度模糊子集为(即权重向量):
A={0.0556,0.1944,0.1111,0.083,0.0278,0.2222,0.167,0.0178}
由(4-8)、(4-9)各式得到各元素rij,归一化处理后便得到评价矩阵R,进而根据(4-7)式按模型,计算即可得到终评子集B,最后按最大隶属度原则选取即可。
4工程实例
赵树岭滑坡位于巴东新城区云沱赵树岭一带,地形总体为东西向展布的南高北低,向北东、北西呈扇形展布的斜坡,总体坡度较缓,大体上陡、中缓、临江陡。地层主要为上部第四系松散堆积(包括残坡积层、崩坡积层、滑坡堆积层等),其下基岩为中三叠统巴东组泥质灰岩和泥质粉砂或粉砂质泥岩构成的互层。区域地质构造主要受赵树岭东侧F6断层和西侧F7断层,对滑坡影响较大。赵树岭地区地下水不太丰富,主要包括,第四系松散堆积层孔隙水和碎屑岩裂隙水,对滑坡的整体稳定性的影响较小,一般只对局部斜坡稳定性造成一定的影响。
根据赵树岭滑坡的工程地质条件及滑动机理分析,滑坡可能因失稳而导致整体变形破坏,因此选择赵树岭滑坡主剖面来评价滑坡的整体稳定性。如图所示:
图1滑坡剖面潜在滑动面及条块剖分图
考虑到赵树岭滑坡在三峡库区水库蓄水后可能遇到的情况,对主剖面,选择以下计算工况:
(1)175米水位;
(2)175米水位+地震力(Ⅵ度);
(3)175米水位+地震力(Ⅶ度);
(4)175米水位骤降到135米水位;
(5)175米水位骤降到135米水位+地震力(Ⅵ度);
(6)175米水位骤降到135米水位+地震力(Ⅶ度)。
经资料收集和实地勘查,主要关联因素实测值见表3。
表3 关联因素实测值
如前述,将表3的值输入自编的MATLAB模糊分析软件子系统,即可得到模糊综合评价结果(表4):
表4模糊综合评价结果表
根据模糊数学“最大隶属度判别准则”,将表4的计算结果转化为定性结论,并与PUSH法的计算结果进行对比如下:
表5 模糊数学(FUZZY)与剩余推力(PUSH)计算结果对比表从以上的对比中可以看出:
(1)若以稳定性系数1.30、1.20、1.10、1.00分别对应滑坡稳定、基本稳定、欠稳定、临界失稳、失稳的分界点,则对主滑面(pm1)的评价两种结果基本一致,即:赵树岭滑坡整体比较稳定,单独的地震或水位骤降都不会对其稳定性造成较大的影响,只有当两者叠加的时候,滑坡才接近临界失稳状态。
(2)模糊综合评价作为一种有待完善的评价手段,其在主滑面稳定性的评价上与经典理论剩余推力法的评价结果基本一致说明:剩余推理法作为经典理论,其结论是经得起考验的,而模糊综合评价作为一种考虑主要滑动因素的不确定性的分析方法,在大型滑坡的稳定性分析中存在优势。
5结论与建议
(1)岩土质边坡是一种自然地质体,其稳定性在很大程度上是不确定性问题,具有模糊性,因而模糊数学分析是边坡稳定性分析的有效途径之一,值得推广运用。
(2)本文仅讨论影响边坡稳定性的8个主要关联因素,这些因素都是边坡稳定性调查研究的基本对象,其值便于确定,一般情况下,已能较好地刻划边坡稳定性状况。对于十分特殊的问题,可适当增加考虑的关联因素,扩展边界值矩阵,即可进行模糊综合分析。
(3)针对赵树岭滑坡的实例分析基本结论为:赵树岭滑坡整体比较稳定,单独的地震或水位骤降都不会对其稳定性造成较大的影响,只有当两者叠加的时候,滑坡才接近临界失稳状态。因此对赵树岭滑坡除常规预防措施外,还应加强库区水位变化期间的变形监测。
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