基于破壞指數(shù)法的邊坡穩(wěn)定性評價研究

張 舒，裴 磊，宋 剛

（1.中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北 邯鄲 056031；2.遼寧工程技術(shù)大學，遼寧 阜新 123000）

基于破壞指數(shù)法的邊坡穩(wěn)定性評價研究

張 舒1，裴 磊2，宋 剛1

（1.中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北 邯鄲 056031；2.遼寧工程技術(shù)大學，遼寧 阜新 123000）

破壞指數(shù)法是評價邊坡穩(wěn)定性的有效方法，優(yōu)點在于利用實地調(diào)查的巖坡是否已破壞，來評估各項因子所造成破壞的機率，并確立各因子間的相對重要程度，計算出其整體邊坡破壞指數(shù)可以作為巖坡穩(wěn)定程度的指標。依誤判率來顯示其分析的有效性。文章對福建漳龍高速的邊坡進行評價，得到了較好的評價結(jié)果。

邊坡穩(wěn)定性；破壞指數(shù)；權(quán)重值；誤判率

1 概述

邊坡失穩(wěn)（滑坡）是地質(zhì)災害的一個主要類型，己成為研究的熱點。對邊坡穩(wěn)定性的評價是對邊坡失穩(wěn)研究的重要方面。破壞指數(shù)法是多變量分析方法的一種，原理是以統(tǒng)計觀點，在一個相對的關(guān)系下，提出一個破壞指數(shù)值（DT）描述該邊坡在整個區(qū)域發(fā)生邊坡破壞的風險度，DT值較高代表發(fā)生邊坡破壞的可能性較大，反之則較小[1]。

采用破壞指數(shù)法進行分析，是將邊坡穩(wěn)定性與各影響因子分級進行迭合分析，以量化各邊坡失穩(wěn)影響因子與邊坡失穩(wěn)的關(guān)系。分析步驟包括：因子選擇、因子分級、因子評分、因子權(quán)重、破壞指數(shù)值的迭加。

2 破壞指數(shù)法評價過程

2.1 因子選擇

對邊坡穩(wěn)定性分析時，分析結(jié)果往往取決于影響因子的選擇?；仡櫼酝鶎W者文獻的邊坡穩(wěn)定性分析中，所選因子分為潛因與誘因；潛因是指邊坡的本身具有潛在造成滑坡的因素，誘因是指直接引發(fā)滑坡的環(huán)境因素。

2.2 因子分級與評分

因子評分利用各因子破壞比來做衡量的基準，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查各因子的規(guī)模范圍予以分級，求出各影響因子分級破壞比后，再依式（1）進行正規(guī)化處理，將各分級之崩壞比對應至1～10之間，即可求得各因子分級評分值D。

式中：Xi為各因子分級的破壞率，10≥Di≥1；Xmax、Xmin分別為該因子分級中破壞率的最大值及最小值。

2.3 因子破壞權(quán)重

選擇因子間的權(quán)重，對邊坡穩(wěn)定性分析有直接的影響；在選取權(quán)重時要以最能體現(xiàn)破壞情況的組合做為首選[2]。因為各個因子均有其特定含義，并顯示其存在的獨立性，故不宜在未經(jīng)處理的狀況下直接分析比較，所以采用各因子分類和分級的破壞百分比所得的變異系數(shù)，作為反應各因子在分類分級上對邊坡破壞影響的靈敏度。其計算如表1所示。

表1 多元分析計算表

2.4 破壞指數(shù)值的迭加

確定了各因子分類量化的破壞指數(shù)（Di）和破壞率權(quán)重值（Wi）后，還需對已完成統(tǒng)計的邊坡數(shù)據(jù)作處理，所處理的模式稱為邊坡破壞指數(shù)（DT），即為邊坡發(fā)生破壞的可能性；該指數(shù)越大，表示研究區(qū)內(nèi)未破壞的巖石邊坡發(fā)生破壞的機會越大[3]。邊坡整體破壞指數(shù)：

3 評價實例

3.1 數(shù)據(jù)處理

漳龍高速公路漳州至龍巖段的長度為84 km，本文以其沿線共96處邊坡為評價對象，選用66個邊坡建立評價模型，對剩下的36個邊坡的穩(wěn)定性進行評價。依據(jù)前人研究的影響因子及現(xiàn)場調(diào)查的資料，由于考慮到有些因子的性質(zhì)可能相近,整理出坡度、坡向、高程、坡高、巖土特性、距斷層、距褶皺軸、距道路中線、降雨強度等9項因子，并根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查各因子的規(guī)模范圍予以分級（如表2所示）；并以表3顯示各因子評分和因子破壞權(quán)重結(jié)果。由計算出各因子的權(quán)重值（Wi）和因子各級破壞指數(shù)（Di）代入公式（3），分別計算出所調(diào)查的66處巖石邊坡各自的整體邊坡破壞指數(shù)（DT）。

表2 因子分級表

3.2 評價結(jié)果及分析

對于66個邊坡數(shù)據(jù)，經(jīng)由公式處理，建立非線性破壞風險機率評估數(shù)學模式，逐次依9個變量因子的分級級序，權(quán)重值與評分值轉(zhuǎn)換，并針對所調(diào)查的有效調(diào)查件數(shù)（96件）中的66件逐一作單件的穩(wěn)定性風險評估檢測，進而求算該單件工作的穩(wěn)定性風險率（DT值）。在66件有效調(diào)查樣本數(shù)中，依據(jù)實地勘查的工程穩(wěn)定性現(xiàn)狀，進行破壞指數(shù)分析后顯示其DT（見圖1）值介于1.0～8.1間，取三類結(jié)果上下限的平均值作為邊坡穩(wěn)定性判定依據(jù)，即DT＞4.85 為邊坡不穩(wěn)定判定依據(jù)，4.85＞DT＞4 為邊坡較穩(wěn)定判定依據(jù)，當DT≤4時邊坡穩(wěn)定判定依據(jù)。

圖1 模型DT計算結(jié)果散點圖

圖2 評判DT計算結(jié)果散點圖

表3 多元分析運算9因子權(quán)重分析統(tǒng)計表

以實地調(diào)查邊坡災害點中的30處作為驗證案例，將其各因子代入受損風險率模式中運算,可得DT值（見圖2），將運算結(jié)果與實地調(diào)查結(jié)果進行比對得知，可以發(fā)現(xiàn)其中67號、68號、85號、95號等4處，經(jīng)由模式評估與實地調(diào)查結(jié)果仍有一定差距，約占全調(diào)查數(shù)96件的4.2%，據(jù)此可知破壞指數(shù)法對于評價邊坡穩(wěn)定性是一種有效方法，其正確率大于95%，可以滿足工程需求。

4 結(jié)論

（1）破壞指數(shù)法可客觀求得因子對邊坡穩(wěn)定性影響的靈敏度和邊坡失穩(wěn)的風險度。本文實例得到的各因子靈敏度由高到低的排序為降雨強度、距褶皺軸、高程、距路中線、坡度、巖土特性、距斷層、坡高、坡向。

（2）由本文研究可發(fā)現(xiàn)，對漳龍高速研究區(qū)而言，破壞指數(shù)法得到的各因子權(quán)重合理結(jié)果正確率高，是一種行之有效的方法。

（3）使用多元破壞指數(shù)分析法的優(yōu)點在于：利用實地調(diào)查的巖坡是否已破壞，來評估各項因子所造成破壞的機率，并確立各因子間的相對重要程度，而且計算出其整體邊坡破壞指數(shù)，可以作為巖坡穩(wěn)定程度的指標，并依誤判率來顯示其分析的有效性。

（4）所完成的調(diào)查樣本數(shù)僅96件，樣本數(shù)量相對統(tǒng)計學研究來說仍顯較少，后續(xù)研究中可擴大研究區(qū)域和研究樣本的數(shù)量，以利于該模式取得更多案例驗證，并使此分析研究具有普遍意義。

（5）所推導出的評估模式，其所涵括的因子可能仍有遺漏，有必要再作因子的擴大考慮與補遺，并于后續(xù)研究再進行各因子的統(tǒng)計檢定，例如：因子、獨立性、融合性、相依性、一致性的因子交互檢定后，進行模式的實例驗證與檢測修正，則可減少該模式推估誤判率（4.2%）。

［1］陳正昌.多變量分析方法—統(tǒng)計軟件應用[M].北京:中國稅務出版社,2000.

［2］Hillel Daniel.Fundamental of soil physics.John Willey&Sons Inc,1982：21-37,57-104.

［3］Shu-Yi Lin,C.T.Lee,Linkou Tableland with the Assistance of Principal Component Analysis，Institute of Applied Geology,National Central University，1999.

Abstract:Slope failure,as a kind of geohazards,has become a hot research topic,and research key lies in the evaluation of slope stability.Its effective way is the failure index method that field investigation is used to evaluate the damage probability caused by different factors,then these factors'relative importance is established,and finally the integral slope failure index as the index of slope stability is calculated.The analysis validity is indicated by the rate of error.The article evaluated the slope of Zhanglong highway in Fujian and achieved ideal results.

Key words:slope stability;failure index;weight value;error rate

編輯：徐樹文

Evaluation of Slope Stability Based on Failure Index Method

ZHANG Shu1,PEI Lei2,SONG Gang1
（1.Handan Design Engineering Co.of China National Coal Group,Handan Hebei 056031,China;2.Liaoning Technical University,Fuxin,Liaoning 123000,China）

U416.1+4

A

1672-5050（2010）09-0039-03

2010-06-11

張 舒（1983—），女，遼寧鐵嶺人，大學本科，助理工程師，從事巖土工程研究工作。