模糊綜合評判決策多層次模型評價滑坡穩(wěn)定性

田海濤 候恩慧 史保堂

1 概述

滑坡穩(wěn)定性評價是一項(xiàng)較為復(fù)雜的綜合性工作，傳統(tǒng)的分析滑坡穩(wěn)定性方法有極限平衡法、有限單元法、瑞典法、畢肖普簡化法等，這些方法只是針對滑坡體本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從力的角度定量分析，往往忽略滑坡體本身以外別的因素，比如人為、水文氣象等。大量工程實(shí)踐表明，影響邊坡的穩(wěn)定性因素較多又復(fù)雜，并且影響的重要程度不同，進(jìn)而使綜合識別和判斷邊坡穩(wěn)定性等級的界限具有不確定性和模糊性，然而模糊評判決策多層次模型綜合考慮了多個因素及權(quán)重分配，并按照給定的條件應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則進(jìn)行等級判別。本文應(yīng)用模糊評判決策多層次模型對新房村滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了綜合評價，其結(jié)果較好地反映了該滑坡的實(shí)際穩(wěn)定程度。

2 新房村17社滑坡的基本特征［1］

新房村17社滑坡位于四川省江油市敬元鄉(xiāng)政府所在地新房村，該滑坡為一老滑坡，在5·12地震影響下滑坡復(fù)活，發(fā)生了明顯滑動?；缕矫嬲w呈四邊形狀，滑坡沿北西南東向展布，滑動方向147°，滑坡后緣高程1 015 m，前緣最低高程795 m，相對高差220 m。該滑坡北面和東面為山脊，西面為一小山梁，滑坡地處一山間凹槽，整體地勢北高南低，滑坡整體坡度呈中上部陡，中下部相對緩，坡度20°～50°?；驴v向長373 m，橫向?qū)?27 m，滑坡體厚度在0．5 m～49．88 m，滑體平均厚約22 m，滑體為第四系殘坡積物，滑坡體從上到下主要由粉質(zhì)粘土和碎石土組成，滑坡體積約268×104m3，屬大型推移式滑坡。

目前，通過變形監(jiān)測，滑坡正在發(fā)生微小的蠕動變形，一旦滑坡體整體發(fā)生滑動，滑坡體會堵塞敬家河河道，形成堰塞湖，引發(fā)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，直接威脅到鄉(xiāng)政府所在地的人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，包括學(xué)校、鄉(xiāng)政府、醫(yī)院、居民住房、商店等。由此可見對該滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價不僅意義重大，而且迫在眉睫。

3 建立模糊評判決策多層次模型

斜坡穩(wěn)定性程度的劃分在國內(nèi)外皆有不同，根據(jù)斜坡穩(wěn)定程度，將斜坡是否穩(wěn)定劃分為四個等級:穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、次不穩(wěn)定、不穩(wěn)定。穩(wěn)定斜坡——斜坡在近期內(nèi)不會發(fā)生變形和破壞;基本穩(wěn)定斜坡——斜坡可能有些松動，但在近期內(nèi)不會發(fā)生大的變形和破壞;次不穩(wěn)定斜坡——斜坡穩(wěn)定性差，坡體上各種松動的裂隙發(fā)育，在一定條件下可能發(fā)生嚴(yán)重變形和破壞;不穩(wěn)定斜坡——斜坡正在蠕動變形，隨時都有可能發(fā)生大的破壞，尤其是在雨季更容易發(fā)生［2］。根據(jù)對新房村滑坡的工程地質(zhì)勘查和研究程度，確定了兩個層次主要影響因素，可選擇作為進(jìn)行模糊綜合評判的評價因子，如表1所示。由確定的影響滑坡穩(wěn)定性的兩個層次因素，本次多層次模型采用二級模型。

多層次模型采用二級模型建立步驟如下［3］:

1)將因素集 U={u1，u2，…，un}分成若干組 U={U1，U2，…，為第一級因素集。設(shè)

2)設(shè)評判集 V={v1，v2，…，vm}，先對第二級因素集 Ui=個因素集進(jìn)行單因素評判，建立模糊映射，可得單因素評判矩陣為:

3)再對第一級因素集U={U1，U2，…，Uk}作綜合評價。設(shè)U={U1，U2，…，Uk}的權(quán)重為 Ai=(a1，a2，…，ak)，總評價矩陣為:

4 單因素評判矩陣及權(quán)重的確定

1)單因素評判矩陣。本文在新房村滑坡穩(wěn)定性評判中，采用了專家評定法和公式法兩種方式。對于表1中的離散型變量，因其各因素指標(biāo)的離散化，取值則采用專家評定法確定，如表2所示。對于表1中各因素的對應(yīng)關(guān)系比較明顯，在區(qū)間上為線性函數(shù)，對于連續(xù)變量可建立代表隸屬度和指標(biāo)數(shù)值之間的函數(shù)關(guān)系，即隸屬函數(shù)，其隸屬度可通過代入實(shí)測值計(jì)算得到。隸屬函數(shù)的種類很多，本文綜合各因子數(shù)據(jù)的分布特征，采用“降半梯形”分布，其公式為:

根據(jù)本次勘查和綿陽市西北地質(zhì)工程勘查院巖土測試中心提供的試驗(yàn)成果(見表1)，得到判斷矩陣:

2)權(quán)重的確定。確定權(quán)重的方法有多種，如專家估計(jì)法、層次分析法等，不管采用哪種方法，權(quán)重確定的合理與否主要取決于對滑坡賦存環(huán)境調(diào)查了解的詳細(xì)程度和專家的經(jīng)驗(yàn)［4］。本文在野外詳細(xì)勘查的基礎(chǔ)上，依據(jù)各影響因素在引起滑坡滑動時所起的作用和重要程度的不同，采用專家估計(jì)法來確定權(quán)重，確定出了各影響因素的各級權(quán)重，見表3。

表1 評價因子及分級標(biāo)準(zhǔn)

表3 各影響因素兩級權(quán)重分配表

5 新房村模糊綜合評判

1)一級綜合評價。分別對地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌、氣象條件和其他因素中各因子進(jìn)行一級模糊綜合評價，根據(jù)式(1)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)一級模糊綜合評判:

表2 離散型指標(biāo)隸屬度取值表

2)二級綜合評價。將地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌、水文地質(zhì)條件和其他因素作為單個因子進(jìn)行二級模糊綜合評價，根據(jù)式(2):

(0 0 0．15 0．25)。

3)評價結(jié)果。根據(jù)上述對敬元村滑坡進(jìn)行的兩級模糊綜合評判可知，其穩(wěn)定性各級的隸屬度分別為:0，0，0．15，0．25。依據(jù)模糊評價中的最大隸屬度原則，該滑坡穩(wěn)定性是屬于不穩(wěn)定等級，即該滑坡目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這與目前滑坡勘查的實(shí)際情況完全相符，這也證明該方法能應(yīng)用于滑坡勘查，能根據(jù)已知滑坡的各影響因素，綜合評價滑坡處于的狀態(tài)。

6 結(jié)語

1)邊坡穩(wěn)定性影響因素眾多，其本身就具有模糊性，采用模糊評判多層次模型，評價結(jié)論與勘查實(shí)際相符。該模型從側(cè)面印證了敬元鄉(xiāng)滑坡勘查結(jié)果的正確性，避免了單方面從力的角度定量分析計(jì)算，誤判滑坡的穩(wěn)定程度，特別是驗(yàn)證大型滑坡的穩(wěn)定性，故該模型值得在滑坡勘查中推廣。2)本次采用的模糊評判決策多層次模型僅是二級模型。如果二級因素又有其他因素的影響，可以采用三級模型，以此類推，模型級別越高，預(yù)測結(jié)果越精確。

［1］ 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)調(diào)查隊(duì)．四川省江油市敬元鄉(xiāng)新房村17社滑坡應(yīng)急勘查報(bào)告［R］．2010．

［2］ 靳澤先．模糊數(shù)學(xué)方法在邊坡穩(wěn)定性評價中的應(yīng)用［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1987(6):85-86．

［3］ 謝季堅(jiān)，劉承平．模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用［M］．第2版．武漢:華中科技大學(xué)出版社，2005．

［4］ 霍張麗，梁收運(yùn)．模糊數(shù)學(xué)方法在滑坡穩(wěn)定性評價中的應(yīng)用［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2007(1):35-39．