基于可拓理論的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

胡金富

(首都醫(yī)科大學(xué) 附屬北京康復(fù)醫(yī)院，北京 100144)

0 前 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代工程建設(shè)項(xiàng)目也隨之增多，為了適應(yīng)各類工程建設(shè)項(xiàng)目快速發(fā)展的需要，人們對現(xiàn)代土木建設(shè)的要求也越來越高，建設(shè)的規(guī)模越來越大，工藝越來越復(fù)雜。人們不但對工程質(zhì)量的要求更高，還要求以最短的時(shí)間完成工程項(xiàng)目，更重要的是還要兼具極高的經(jīng)濟(jì)效益。而邊坡失穩(wěn)是現(xiàn)代土木工程項(xiàng)目中經(jīng)常發(fā)生的問題，而造成邊坡不穩(wěn)定的原因有很多，需要在實(shí)踐過程中不斷深入研究，找到解決的方案?，F(xiàn)在有很多專家提出了不同的意見，例如趙永虎[1]、王潤生[2]等提出運(yùn)用層次分析法確定邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的權(quán)重。劉華麗[3]、王新民[4]等研究表明：應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法、可靠度分析法可以建立邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)體系。而對于邊坡穩(wěn)定性的安全評(píng)價(jià)，最主要的問題就是確定科學(xué)合理的指標(biāo)權(quán)重。

可拓學(xué)是一門研究事物開拓規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其拓展可能性，并以此來解決問題的學(xué)科，在解決邊坡不穩(wěn)定問題的過程中，是從定量指標(biāo)和定性指標(biāo)兩個(gè)方面來進(jìn)行深入研究，討論問題是不是具備拓展可能性[5]。本文用可拓物元法建立多級(jí)的可拓評(píng)價(jià)模型，避免遺漏一些以往用傳統(tǒng)方法解決問題時(shí)，遮掩的隱藏問題，運(yùn)用主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，將兩者進(jìn)行組合，選擇最有效的方式，從而確保邊坡的穩(wěn)定性，為邊坡的治理提供科學(xué)依據(jù)和建議。

1 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系

邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系要遵循科學(xué)性、合理性、獨(dú)立性和可操作性的原則，本文從4個(gè)方面組成邊坡穩(wěn)定的評(píng)價(jià)體系，主要包括地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)環(huán)境和巖體性質(zhì)，構(gòu)建一級(jí)指標(biāo)，再將這些指標(biāo)進(jìn)行分類、歸總，選擇邊坡結(jié)構(gòu)類型、軟弱夾層狀況、構(gòu)造影響程度、地震裂度等16種因素組成評(píng)價(jià)體系的第2階層指標(biāo)，建立完善的邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)體系。如圖1所示為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2 賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料顯示[6]，目前最常見的指標(biāo)權(quán)重確定方法主要是采用主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。將主觀賦權(quán)法中的層次分析法(AHP)確定的權(quán)重W1i與客觀賦權(quán)法中的熵值法確定的權(quán)重W2i進(jìn)行優(yōu)化組合，得到各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)組合權(quán)重值Wi，如公式(1)所示。

Wi=kiW1i+k2W2i(i=1,2，…，n)

(1)

根據(jù)線性加權(quán)法，由組合賦權(quán)系數(shù)向量M計(jì)算而得到的第i個(gè)對象的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)值可以表示為：

(2)

為了使計(jì)算出來的綜合評(píng)價(jià)值更合理，更能展現(xiàn)所有評(píng)價(jià)對象之間的不同，把最佳組合的賦權(quán)問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，變成求解最優(yōu)化問題，按解題的步驟，最終算出最佳組合的賦權(quán)系數(shù)。

圖1 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 案例分析

3.1 評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性

以北京某工程的滑坡現(xiàn)象為例，坡腳部分雖然已經(jīng)建立了護(hù)坡，但現(xiàn)場了解到的情況是護(hù)坡已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫，有些地方已經(jīng)出現(xiàn)變形，甚至有擋土墻還發(fā)生了傾倒，擋墻的上部差不多都被覆蓋，已無法起到應(yīng)有的作用。邊坡的安全性一般可以劃分為4個(gè)等級(jí)，包括：極不穩(wěn)定(Ⅳ級(jí))、不穩(wěn)定(Ⅲ級(jí))、較穩(wěn)定(Ⅱ級(jí))和穩(wěn)定(Ⅰ級(jí))，根據(jù)該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立相應(yīng)的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系，從而確定評(píng)價(jià)因子。圖1中所述的16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，先選取可以進(jìn)行定性分析的8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，如邊坡結(jié)構(gòu)類型、工程擾動(dòng)、地面變形情況描述、已有工程地質(zhì)現(xiàn)象、節(jié)理發(fā)育與組合、巖性、構(gòu)造影響程度、軟弱夾層狀況等，如表1所示。其他的指標(biāo)需要進(jìn)行現(xiàn)場采樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，才能最終確定。

因?yàn)槊總€(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)都有不同的單位，數(shù)值之間的差距也很大，沒有辦法進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算，所以對評(píng)價(jià)的指標(biāo)，要使數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行無量綱化處理，根據(jù)公式(3)和公式(4)進(jìn)行計(jì)算。

(3)

(4)

表1 定性指標(biāo)量化分值和分級(jí)

本次測驗(yàn)是在自然條件下進(jìn)行的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，在該條件下，各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的定性描述、測試結(jié)果等都按專業(yè)的打分方法確定最后的數(shù)據(jù)，然后再對指標(biāo)體系中的定性、定量指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理。指標(biāo)結(jié)果如表2所示。

根據(jù)經(jīng)典域、節(jié)域、物元和關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式[7]，可以計(jì)算出各個(gè)1級(jí)指標(biāo)的下屬2級(jí)指標(biāo)對應(yīng)的各邊坡穩(wěn)定性等級(jí)的關(guān)聯(lián)度，并根據(jù)各級(jí)指標(biāo)無量綱化后實(shí)際分值和數(shù)據(jù)，運(yùn)用主觀權(quán)重法和熵權(quán)法計(jì)算各個(gè)1級(jí)指標(biāo)和其對應(yīng)的2級(jí)指標(biāo)的主客觀權(quán)重，根據(jù)最優(yōu)組合賦權(quán)法，計(jì)算各級(jí)指標(biāo)主客觀復(fù)合權(quán)重系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如下：ka1=0.565，ka2=0.429，kp1=0.499，kp2=0.499，kt1=0.492，kt2=0.506，kf1=0.475，kf2=0.524。a、p、t、f分別代表1級(jí)指標(biāo)中的C1、C2、C3和C4。根據(jù)上文所述的公式(1)，進(jìn)行計(jì)算，可以確定1級(jí)和2級(jí)指標(biāo)的符合權(quán)重系數(shù)及關(guān)聯(lián)度，如表3所示。

表3 1級(jí)指標(biāo)復(fù)合權(quán)重及2級(jí)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式[8]，對各評(píng)價(jià)對象的1級(jí)指標(biāo)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行確定，其目標(biāo)層可拓評(píng)價(jià)結(jié)果如果下表4所示。

結(jié)合文獻(xiàn)[9]中相關(guān)計(jì)算公式可以得出總體級(jí)別特征值為3.62。由此可見，目標(biāo)層的邊坡極不穩(wěn)定。

表4 目標(biāo)層可拓評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2 結(jié)果分析

從表4目標(biāo)層的分析結(jié)果可知，該滑坡地段的邊坡處在一種不穩(wěn)定的狀態(tài)中，級(jí)別特征的變量結(jié)果為3.62，也就是說邊坡的穩(wěn)定性在Ⅲ級(jí)和IV級(jí)之間，并且偏向IV級(jí)，所以總體穩(wěn)定性等級(jí)確定為IV級(jí)，這也與前面所述的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，從而說明該邊坡需要及時(shí)的進(jìn)行治理。上文只有C2的總體水平相對穩(wěn)定，其他3個(gè)類別都極不穩(wěn)定，與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況基本一致。根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)可以看出:坡高C11和地面變形情況C13的評(píng)價(jià)等級(jí)是Ⅲ級(jí)，在邊坡穩(wěn)定性要素中是屬于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，在后期進(jìn)行整治的時(shí)候，一定要注意坡高和地面變形的狀態(tài)。

4 結(jié) 語

以北京某工程的邊坡實(shí)際情況為例，總結(jié)了該邊坡的穩(wěn)定性影響因素，并構(gòu)建了多級(jí)可拓模型的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系，從而減少了過去因?yàn)樵u(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致各種評(píng)價(jià)因素難以分析的現(xiàn)象，在評(píng)價(jià)的時(shí)候可以更好的加以區(qū)分。在計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的復(fù)合權(quán)重時(shí)應(yīng)用最優(yōu)組合賦權(quán)的方法，將熵值法計(jì)算分析出來的客觀權(quán)重?cái)?shù)據(jù)與用層次分析法得出的主觀權(quán)重?cái)?shù)值進(jìn)行最佳組合，從而獲取影響邊坡穩(wěn)定性要素的復(fù)合權(quán)重?cái)?shù)據(jù)并在重視主觀經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也考慮了客觀性評(píng)價(jià)對邊坡穩(wěn)定性的影響。