CN104951615A - 一种路堑边坡模糊层次风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：确定评价对象；步骤S2：评价模型指标体系；步骤S3：创建路堑边坡安全评语集；步骤S4：计算权重向量；步骤S5：隶属度分配；步骤S6：单因素评价；步骤S7：多因素综合评价；步骤S8：模糊层次评价结果分析。本发明的评估方法评价指标因素契合风险定义所涵盖的特征，具有广适性，评价易取，本发明的评价模型多层次框架体系组织结构、类别清晰。在本发明一具体实施例中，可将该方法开发成一款交互式软件，提高了整个评估过程的紧凑性和系统性，规避了繁杂的人工计算量，确保准确性的同时提高了评估工作效率，为工程措施的比选决策争取机动时间。

Description

一种路堑边坡模糊层次风险评估方法

技术领域

本发明属于工程地质技术领域，具体涉及一种路堑边坡模糊层次风险评估方法。

背景技术

随着高速公路通车里程不断增加和运营时间的延长，边坡的运营安全问题日益突出。路堑边坡病害已经成为高速公路建设亟待解决的工程问题，据初步统计，伴随公路工程建设的逐年推进，我国公路边坡以累计长度每年2000～5000公里的速度递增。路堑边坡因其具有体积规模巨大、地质条件复杂、构造发育破碎、水系丰富多变、环境状况恶劣、影响因素众多等特点而导向相当程度的复杂性，往往难以为边坡工程建设人员所认识，在信息不充分的条件下，对路堑边坡采取的工程措施不得力，最终造成边坡变形失稳产生滑坡，继而演变形成的滑坡体便继承路堑边坡的内禀复杂性，进一步增加了工程治理的难度。

需要对路堑边坡风险进行评估以便界定风险大小及危险程度，并将其用于指导经济合理的工程措施。路堑边坡风险评估在公路的建设和长期安全运营期起着相当重要的作用。

国内外运用模糊综合理论及层次分析法针对某个或某类边坡建立评价指标体系进行风险评估的工作已经有所开展，但评价对象为路堑边坡，同时所构建的指标体系，指标特征状态，风险评语集等评估内容及计算算法能被业界普遍接受的评估系统模型尚未形成。

同时，影响路堑风险大小的因素繁多且评估过程复杂，步骤较多，算法不一，使得对路堑边坡风险评估步骤及评估过程进行算法优化设计，从而提高效率的研究工作显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一套系统合理具有较高可行性并能够被专业领域所认可的方法体系，实现对路堑边坡进行有效的风险值计算及评价，指导工程措施的决策过程。

本发明采用以下技术方案实现：一种路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：确定评价对象；步骤S2：建立评价模型指标体系，所述评价模型指标体系包括一级指标及从属于各一级指标类别的二级子指标，令一级指标为：U＝(u₁,u₂,u₃,u₄,u₅)，令从属于第i个一级指标的二级指标为Uⁱ＝(u_i1,u_i2,u_i3,u_i4)…(i＝1～5)；步骤S3：将路堑边坡模糊层次风险评估安全评语集为：V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)＝(安全,基本安全,欠安全,不安全)；步骤S4：计算权重向量，令一级指标权重向量为W＝(w₁,w₂,w₃,w₄,w₅)，令从属于第i个一级指标的二级指标权重向量为：Wⁱ＝(w_i1,w_i2,w_i3,w_i4)…(i＝1～5)；步骤S5：，令Uⁱ对应的隶属度评价矩阵r(4×4)为： $\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}& r_{14}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}& r_{24}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}& r_{34}\\ r_{41}& r_{42}& r_{43}& r_{44}\end{array}\right];$ 步骤S6：第i个一级指标在安全评语集下隶属度计算结果为：Rⁱ＝(R_i1,R_i2,R_i3,R_i4)…(i＝1～5)，由第i个一级指标对应二级子指标权重向量Wⁱ与隶属度评价矩阵r(4×4)的矩阵运算得Rⁱ： $R^i=(w_{i1},w_{i2},w_{i3},w_{i4})\×\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}& r_{14}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}& r_{24}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}& r_{34}\\ r_{41}& r_{42}& r_{43}& r_{44}\end{array}\right];$ 步骤S7：模糊综合所有一级指标计算得出评价对象在安全评语集下的隶属度大小分布，令最终计算结果隶属度为:N＝(n₁,n₂,n₃,n₄)，由一级指标权重向量W＝(w₁,w₂,w₃,w₄,w₅)与各单因素评价结果隶属度矩阵R经矩阵运算计算得 $M:M=(w_1,w_2,w_3,w_4,w_5)\×\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& R_{13}& R_{14}\\ R_{21}& R_{22}& R_{23}& R_{24}\\ R_{31}& R_{32}& R_{33}& R_{34}\\ R_{41}& R_{42}& R_{43}& R_{44}\\ R_{51}& R_{52}& R_{53}& R_{54}\end{array}\right];$ 步骤S8：若最终隶属度向量中n₂数值最大，即判断对应路堑边坡在评价模型建立期间的风险描述状态为基本安全；由n₃+n₄隶属度之和确定该路堑边坡处于不理想状态下的概率范围，将其作为工程措施决策的度量依据，所述不理想状态为欠安全及不安全状态。

在本发明一实施例中，所述一级指标包括地形条件、地质条件、环境条件、应力调整及变形控制；从属于地形条件的二级子指标包括开挖高度、开挖宽度、开挖坡度、及后山形态；从属于地质条件的二级子指标包括岩性条件、风化分带、节理裂缝及构造断裂；从属于环境条件的二级子指标包括降雨条件、坡表径流、渗流条件及植被覆盖；从属于应力调整条件的二级子指标包括开挖松弛、周边震动、锚固效应及抗滑作用；从属于变形控制的二级子指标包括既有滑体、牵引滑动、局部变形及整体滑动。

在本发明一实施例中，所述开挖高度表示边坡总高及滑坡各变形块体的相对高度；所述开挖宽度表示开挖揭示边坡与滑坡体宽度及其立面过渡形态；所述开挖坡度表示开挖揭示边坡总体坡度、过渡特征及台阶分布形态；所述后山形态表示开挖揭示边坡坡顶以上至自然山坡坡顶高差范围内的自然山坡地形地貌特征；所述岩性条件表示场区岩土体种类、成因及其物理力学性质；所述风化风带表示场区岩土体风化分带层序与厚度及边坡坡体结构；所述节理裂缝表示场区岩体结构面与坡表裂缝的分布、产状、特性及其组合关系；所述构造断裂表示褶皱、断层及其他地质构造作用对边坡的影响及重力地质作用；所述降雨条件表示场区降雨周期、降雨强度及其与滑坡治理过程和公路正常运营之间的时间对应关系；所述坡表径流表示边坡坡表水的流动路径与排水组织状况；所述渗流条件表示场区地下水高度及其浮动状态、地下水渗流特征及补给排泄通道；所述植被覆盖表示边坡植被覆盖特征、固土效应、抗风化效应、抗入渗效应、抗冲刷能力；所述开挖松弛表示路堑挖方位置、开挖方量、开挖速率及其诱发的岩土体卸荷松弛效应，及其伴生的边坡塑性变形破坏、以及塑性区分布特征和剪切带形成过程；所述周边震动表示周边场区爆破震动、工程振动及交通荷载对边坡的扰动；所述锚固效应表示是否采用锚固工程调整边坡应力状态，以及采用锚固结构类型，并实施不同强度的锚固措施改善边坡应力场的综合锚固效应；所述抗滑作用表示是否采用抗滑工程提供抗滑反力，以及采用支挡结构类型，并实施不同强度的抗滑措施改善边坡应力场的综合抗滑作用；既有滑体表示对边坡已有滑坡体破坏范围的变形控制措施及其控制效果；所述牵引滑体表示边坡已有滑坡体往上部牵引变形的可能、牵引变形的控制措施及其控制效果；所述局部变形表示边坡产生局部坍塌、坡表流石流泥、局部楔形体破坏的可能及其工程控制措施与效果；所述整体滑动表示边坡连带既有滑体与牵引滑体发生整体式滑动的趋势、整体式滑动的控制措施及其控制效果。

在本发明一实施例中，开挖高度的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与开挖高度<30m、开挖高度在30～50m间、开挖高度在50～65m间、开挖高度大于65m一一对应；开挖宽度的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与开挖宽度<1.25H、开挖宽度在1.25H～1.5H间、开挖宽度在1.5H～1.75H、开挖宽度大于1.75H一一对应，其中H为坡高；开挖坡度评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与开挖坡度<35°、开挖坡度在35°～45°、开挖坡度在45°～55°、开挖坡度大于55°一一对应；后山形态的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与反坡、平坡、缓坡、陡坡一一对应；岩性条件的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与硬岩、较硬岩、软岩、松散体一一对应；风化分带的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与主体为微风化或新鲜基岩风化不强烈、主体为中等风化总体风化均匀、主体为强风化总体风化不均匀、主体为全风化或残积土总体强烈风化不均匀一一对应；节理裂缝的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与节理间距>150mm、节理间距50-150mm、节理间距10-50mm、节理间距<10mm一一对应；构造断裂评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与无构造断裂发育、构造断裂为发育局部构造或小型断裂、构造断裂为发育多组结构面或断裂带、构造断裂为多组结构面交叉或发育构造破碎蚀变带一一对应；降雨条件的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与年降雨量<1000mm、年年降雨量1000～1400mm、年年降雨量1000～1800mm、年年降雨量大于1800mm一一对应；坡表径流的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与设置截排水系统、砌筑截水沟并设置平台排水沟或临时排水系统、仅设置临时截水沟或临时排水系统、未设置截水沟平台或地表水显著下渗一一对应；渗流条件评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与岩土密实且基岩不透水或透水极好且未见稳定地下水位且开挖面干燥、岩土层过渡均匀且渗透系数大且地下水埋藏深开挖面潮湿、岩土层间杂隔水层且渗透系数小且下水位高开挖面局部渗水、岩体松散且下伏隔水层且地下水位极高开挖面渗水严重一一对应；植被覆盖评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与乔木草灌发育茂盛根系发达且无裸土、乔木覆盖少且草灌发育一般且局部见裸土、植被稀疏且部分坡面覆盖杂草且部分为片状裸土局部见冲刷痕迹、坡面无植被覆盖仅零星长草且基本为裸土且冲刷严重一一对应；开发松弛评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与边坡未开挖或已通过工程措施恢复至开挖前应力状态且开挖面未见松弛节理且数值模拟未见塑性区且无开挖松弛作用、边坡单级或局部机械开挖或采取措施抑制了开挖松弛且偶见开挖节理松弛且数值模拟见少量塑性区且卸荷扰动不突出、边坡多级或多段连续机械开挖或控制爆破开挖而局部采取措施且开挖面松动掉块且数值模拟见局部剪切带且卸荷扰动明显、边坡整体全部开挖或存在中等强度以上爆破且地表见张剪裂缝且数值模拟见贯通剪切带且边坡开挖卸荷扰动强烈一一对应；周边震动的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与周边场地无震动、周边场地仅车辆或列车振动荷载、周边场地存在低强度工程爆破作用、周边场地存在持续高强度工程爆破扰动一一对应；锚固效应的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与边坡关键位置都采取了相应的锚固工程且锚固结构合理锚固地层好且锚固力可靠、边坡关键位置大都采用了锚固工程且锚固结构基本合理锚固地层一般锚固力总体满足要求、部分坡面布置锚固工程但对关键位置锚固控制不足或锚固结构不可靠或锚固地层差、边坡整体未实施锚固工程或仅零星布置浅层临时锚固锚固效果差一一对应；抗滑作用评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与边坡关键位置采用支挡结构且布设位置合理且结构设计合理且施工质量好、边坡布置支挡结构但布设位置稍欠合理或结构设计欠完善或施工质量一般、边坡仅布置临时或应急抗滑工程且设计欠合理且施工质量一般、边坡未布置支挡结构一一对应；既有滑体的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与既有滑体已实施可靠工程措施且停止变形、既有滑体已实施部分加固措施且变形基本停止、既有滑体仅采用应急抢险措施且变形逐步收敛、既有滑体未采取工程措施且加速变形状态一一对应；牵引滑体的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全与堑坡后部未见明显牵引滑体或已采用措施预防、堑坡后部存在疑似牵引滑体且未采用措施预防但未见明显牵引变形迹象、地表变形和深部测斜可见堑坡后部牵引滑体活动且相应加固结构有变形迹象、堑坡后部已见明显牵引滑体且无工程控制措施一一对应；局部变形的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与全坡面未见局部变形且采用防护对策预防、边坡偶见小型或表层变形但已采用防护对策进行控制、边坡见局部或浅层变形且未实施防护对策进行控制、边坡见多处相对独立的局部变形且未实施控制措施一一对应；整体滑动的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与边坡未见整体滑动变形迹象且已采用工程措施预防、边坡见疑似整体滑动迹象且拟采用加固或应急措施进行控制、边坡见整体滑动趋势并已显现滑动迹象且仅采用临时措施处理、边坡滑动面转移并见明显整体滑动且未采取工程措施控制一一对应。

在本发明一实施例中，步骤S4包括以下具体步骤：步骤S41：判断矩阵为A_n×n(a_ij)，对判断矩阵的每列求和得再进行列元素处理：并计算得到W＝(w₁,…,w_n)；步骤S42：计算最大特征值 ${\mathrm{\&lambda;}}_{\max }=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\&lsqb;\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{a}_{ij}{w}_j/w_j\&rsqb;;$ 步骤S43：检验判断矩阵一致性的指标 $CI=max\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }-n}{n-1},$ 引入修正系数RI，取作为判断矩阵一致性的标准，当CR值小于0.1时，认为判断矩阵具有一致性，特征向量即为权向量，否则需要重新构造成对比较矩阵。

在本发明一实施例中，隶属度评价矩阵r(4×4)的获取方法为：连续型二级指标根据半梯形隶属度函数计算隶属度；非连续型二级指标由决策者根据专业理论知识及经验积累制定的指标特征状态评价标准作为隶属度评判的参考依据，结合百分制打分的方法分配转化为隶属度。

本发明的有益效果在于：本发明的评价模型指标因素契合风险定义所涵盖的特征，具有较大的适用性；本发明结合了路堑边坡风险大小的普遍影响因素、路堑边坡灾害较为典型的触发机制及路堑边坡风险防控的工程措施，适用于类似区域地质条件下的所有路堑边坡风险评估模型；本发明符合行业标准及规范，继承业界关于路堑边坡风险评价的理论及经验；本发明所需的评价指标易取便于该评价模型的建立；本发明的评价模型多层次框架体系组织结构、类别清晰。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的主要流程图。

图2为本发明一实施例路堑边坡模糊层次风险评估指标体系示意图。

图3为本发明一实施例权重计算流程图。

图4为本发明一实施例中隶属度评价矩阵获取方法流程图。

图5为本发明一具体实施例开发成软件的指标体系构建界面。

图6为本发明一具体实施例开发成软件的指标体系权重计算界面。

图7为本发明一具体实施例开发成软件的隶属度分配界面。

图8为本发明一具体实施例开发成软件的模糊综合评价结果查看界面。

图9为本发明一具体实施例开发成软件功能集成示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：确定评价对象；步骤S2：建立评价模型指标体系，所述评价模型指标体系包括大类一级指标及从属于各一级指标类别的二级子指标，令一级指标为：U＝(u₁,u₂,u₃,u₄,u₅)，令从属于第i个一级指标的二级指标为Uⁱ＝(u_i1,u_i2,u_i3,u_i4)…(i＝1～5)；步骤S3：将路堑边坡模糊层次风险评估安全评语集为：V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)＝(安全,基本安全,欠安全，不安全)；步骤S4：计算权重向量，令一级指标权重向量为W＝(w₁,w₂,w₃,w₄,w₅)，令从属于第i个一级指标的二级指标权重向量为：Wⁱ＝(w_i1,w_i2,w_i3,w_i4)…(i＝1～5)；步骤S5：，令Uⁱ对应的隶属度评价矩阵r(4×4)为： $\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}& r_{14}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}& r_{24}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}& r_{34}\\ r_{41}& r_{42}& r_{43}& r_{44}\end{array}\right];$ 步骤S6：令第i个一级指标在安全评语集下隶属度计算结果为：Rⁱ＝(R_i1,R_i2,R_i3,R_i4)…(i＝1～5)，由第i个一级指标对应二级子指标权重向量Wⁱ与隶属度评价矩阵r(4×4)的矩阵运算得Rⁱ： $R^i=(w_{i1},w_{i2},w_{i3},w_{i4})\&times;\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}& r_{14}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}& r_{24}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}& r_{34}\\ r_{41}& r_{42}& r_{43}& r_{44}\end{array}\right];$ 步骤S7：模糊综合所有一级指标计算得出评价对象在安全评语集下的隶属度大小分布，令最终计算结果隶属度为:N＝(n₁,n₂,n₃,n₄)，由一级指标权重向量W＝(w₁,w₂,w₃,w₄,w₅)与各单因素评价结果隶属度矩阵R经矩阵运算计算得 $M:M=(w_1,w_2,w_3,w_4,w_5)\&times;\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& R_{13}& R_{14}\\ R_{21}& R_{22}& R_{23}& R_{24}\\ R_{31}& R_{32}& R_{33}& R_{34}\\ R_{41}& R_{42}& R_{43}& R_{44}\\ R_{51}& R_{52}& R_{53}& R_{54}\end{array}\right];$ 步骤S8：若最终隶属度向量中n₂数值最大，即判断对应路堑边坡在评价模型建立期间的风险描述状态为基本安全；由n₃+n₄隶属度之和确定该路堑边坡处于不理想状态下的概率范围，作为工程措施决策必要性大小的度量依据，所述不理想状态为欠安全及不安全状态。具体流程图参见图1。一般评价对象为某个或某类路堑边坡。

在本发明一实施例中，界定指标体系评价模型层数为3层，即目标层为某个或某类路堑边坡评价对象，第一层为大类一级指标，第二层为从属于各一级指标类别的二级子指标。该指标体系足以容纳路堑边坡风险评估影响因子及满足其分类要求，过多的层数易导致计算量大，逻辑不明，分类重叠等欠缺。所述一级指标包括地形条件、地质条件、环境条件、应力调整及变形控制；从属于地形条件的二级子指标包括开挖高度、开挖宽度、开挖坡度、及后山形态；从属于地质条件的二级子指标包括岩性条件、风化分带、节理裂缝及构造断裂；从属于环境条件的二级子指标包括降雨条件、坡表径流、渗流条件及植被覆盖；从属于应力调整条件的二级子指标包括开挖松弛、周边震动、锚固效应及抗滑作用；从属于变形控制的二级子指标包括既有滑体、牵引滑动、局部变形及整体滑动。结构示意图参见图2。

图2中风险评估模型各指标定义参见表1。

表1

指标特征状态及状态区间划分参见表2。

表2

续表2

表1-2中的指标及其评价标准结合了路堑边坡风险大小的普遍影响因素、路堑边坡灾害较为典型的触发机制及路堑边坡风险防控的工程措施，适用于类似区域地质条件下的所有路堑边坡风险评估模型。且所需评价指标易取便于该评价模型的建立。

评语集是评判者对评判对象可能做出的各种总的评判结果所组成的集合，模糊综合评价的目的，指在综合考虑所有因素的基础上，从评语集中根据隶属度最大原则选择最佳评价结果或确定在某个风险评语范围内概率分布。本发明界定路堑边坡综合评价评语集级数为4级，评语集内容分别为安全、基本安全、欠安全及不安全。所构建的评语集足以保证决策者正确解读并度量路堑边坡风险相对大小和边坡所处的安全状态。

步骤S4包括以下具体步骤：步骤S41：判断矩阵为A_n×n(a_ij)，对判断矩阵的每列求和得再进行列元素处理：并计算得到W＝(w₁,…,w_n)；步骤S42：计算最大特征值 ${\mathrm{\&lambda;}}_{\max }=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\&lsqb;\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{a}_{ij}{w}_j/w_j\&rsqb;;$ 步骤S43：检验判断矩阵一致性的指标 $CI=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{max}-n}{n-1},$ 引入修正系数RI，取作为判断矩阵一致性的标准，当CR值小于0.1时，认为判断矩阵具有一致性，特征向量即为权向量，否则需要重新构造成对比较矩阵。权重计算流程图参见图3。修正系数RI的取值为参见表3：

表3：

在本发明一实施例中，隶属度评价矩阵r(4×4)的获取方法为：连续型二级指标根据半梯形隶属度函数计算在对应评语集下的隶属度分布值；非连续型二级指标由决策者根据专业理论知识及经验积累制定的指标特征状态评价标准作为隶属度评判的参考依据，结合百分制打分的方法分配转化为隶属度。隶属度评价矩阵r(4×4)的隶属度评价矩阵获取方法流程图参见图4。

为使得本发明提出的评估方法得到更广泛的应用，可将该方法开发成一款基于MATLAB语言环境研发而得供评价者在windows环境下完成路堑边坡模糊层次风险评估工作的交互式软件，将该软件命名为路堑边坡模糊层次风险评估分析软件RASlope V1.0。该评估分析软件在windows下运行的界面友好型软件(RASlope)，供评价者串联完成整个路堑边坡风险评估步骤，计算隶属度及分析风险评价结果，存储、读取，分享数据，提高了整个评估过程的紧凑性和系统性，规避了繁杂的人工计算量，确保准确性的同时提高了评估工作效率，为工程措施的比选决策争取机动时间。该软件的初始界面参见图5至图8，该软件的功能集成示意图参见图6。该软件交互界面友好，具有广泛的适用性。

在本发明一具体实施例中，确定评价对象为一路堑边坡，该路堑边坡属于高速公路路堑边坡，场地属丘陵剥蚀地貌，植被发育，地势由线路左侧向右倾斜，山坡坡度约为30～40°，坡体呈上缓下陡趋势。该段线路以路基形式通过，施工开挖切削一西南向山脊形成高陡边坡，原设为8级，坡高约68m，实际刷方为11级，坡高近90m，以锚索框架为主结合锚杆框架等进行防护加固。由于受龙岩地区持续降雨触发影响，边坡刷方至第二级坡面时，边坡主体产生了较为严重的变形和破坏，为控制边坡变形发展和保证施工安全，及时采取了坡顶刷方和锚索预张拉等应急工程措施，有效的控制了边坡的变形发展，最终形成了140m的超高路堑边坡。该段边坡岩体母岩为粉砂岩，产状为110∠38°，倾向与坡面大夹角反向相交，但由于地质构造极为发育，期间曾有花岗岩脉多次侵入并产生变质作用，形成了以粉砂岩为主，花岗岩脉与变质砂岩混杂的非常复杂的坡体地质结构。边坡发育多组不利节理面：250∠20°，间距50-80cm；235∠65°，间距5-10cm；250∠45°，间距50-80cm；另外，场区经边坡开挖，见多处构造蚀变带，为压扭性断层，岩体极为破碎，疑似为顺坡断层残迹。滑坡区内抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g。场区属亚热带海洋性季风气候，四季分明，受地形影响，地域差异和垂直分异明显，气候类型多样，雨量充沛，年降雨量在1400～1800毫米间。滑坡区域内河流支流多，溪河均属山区性河流，受地形、气候影响较大，水量丰富，动态变化大，河道坡降大，流速快，易涨易退。滑坡坡脚一条溪流呈“S”弯通过。场地地下水主要为风化基岩中的孔隙-裂隙水，旱季地下水位埋藏较深，受降雨影响明显，地下水位变幅明显。岩土层透水性较差，地表水入渗将使开挖坡面泡水，降低岩土力学强度。场地内上覆地层为坡积含角砾粉质粘土；下伏基岩为侏罗系长林组泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩等。评价者在RASlope V1.0主界面通过界面交互录入或读取外部储存有指标体系的Excel文件构建评价模型指标体系；在RASlope V1.0权重向量计算界面录入判断矩阵，通过一致性检验后计算确定各层指标的权重向量，结果参见表4、5；将已经构建的评语集在隶属度计算界面录入，将连续型指标特征状态及现有的状态值录入通过软件计算隶属度，根据评价指标特征状态分级标准录入各特征状态的评价标准分值。根据评价标准及相关文件资料，工程经验合理打分给定各二级指标隶属度；在所有序前步骤完成的前提下，在隶属度界面通过软件计算单因素评价结果和最终多因素评估结果，于评估结果查看界面查看并导出隶属度分布结果，结果参见表6、7。依据结果查看界面的评估结果及最大隶属度原则可得该路堑边坡在工程措施治理后总体处于安全的状态，但仍有30％以上的概率分布处于欠安全的状态下，应增加监测项目，及时观察、分析监测结果，根据结果动态调整及增加工程措施规避潜在风险。

表4

表5

表6

表7

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：确定评价对象；

步骤S2：建立评价模型指标体系，所述评价模型指标体系包括一级指标及从属于各一级指标类别的二级子指标，令一级指标为：U＝(u₁,u₂,u₃,u₄,u₅)，令从属于第i个一级指标的二级指标为Uⁱ＝(u_i1,u_i2,u_i3,u_i4)…(i＝1～5)；

步骤S3：将路堑边坡模糊层次风险评估安全评语集为：

V＝(v₁,v₂,v₃,v₄)＝(安全,基本安全,欠安全,不安全)；

步骤S4：计算权重向量，令一级指标权重向量为W＝(w₁,w₂,w₃,w₄,w₅)，令从属于第i个一级指标的二级指标权重向量为：Wⁱ＝(w_i1,w_i2,w_i3,w_i4)…(i＝1～5)；

步骤S5：，令Uⁱ对应的隶属度评价矩阵r(4×4)为： $\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}& r_{14}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}& r_{24}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}& r_{34}\\ r_{41}& r_{42}& r_{43}& r_{44}\end{array}\right];$

步骤S6：第i个一级指标在安全评语集下隶属度计算结果为：Rⁱ＝(R_i1,R_i2,R_i3,R_i4)…(i＝1～5)，

由第i个一级指标对应二级子指标权重向量Wⁱ与隶属度评价矩阵r(4×4)的矩阵运算得Rⁱ： $R^i=(w_{i1},w_{i2},w_{i3},w_{i4})\&times;\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}& r_{14}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}& r_{24}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}& r_{34}\\ r_{41}& r_{42}& r_{43}& r_{44}\end{array}\right];$

步骤S7：模糊综合所有一级指标计算得出评价对象在安全评语集下的隶属度大小分布，令最终计算结果隶属度为：N＝(n₁,n₂,n₃,n₄)，由一级指标权重向量W＝(w₁,w₂,w₃,w₄,w₅)与各单因素评价结果隶属度矩阵R经矩阵运算计算得

N： $N=(w_1,w_2,w_3,w_4,w_5)\&times;\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& R_{13}& R_{14}\\ R_{21}& R_{22}& R_{23}& R_{24}\\ R_{31}& R_{32}& R_{33}& R_{34}\\ R_{41}& R_{42}& R_{43}& R_{44}\\ R_{51}& R_{52}& R_{53}& R_{54}\end{array}\right];$

步骤S8：若最终隶属度中n₂数值最大，即判断对应路堑边坡在评价模型建立期间的风险描述状态为基本安全；由n₃+n₄隶属度之和确定该路堑边坡处于不理想状态下的概率范围，将其作为工程措施决策的度量依据，所述不理想状态为欠安全及不安全状态。

2.根据权利要求1所述的路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于：所述一级指标包括地形条件、地质条件、环境条件、应力调整及变形控制；从属于地形条件的二级子指标包括开挖高度、开挖宽度、开挖坡度、及后山形态；从属于地质条件的二级子指标包括岩性条件、风化分带、节理裂缝及构造断裂；从属于环境条件的二级子指标包括降雨条件、坡表径流、渗流条件及植被覆盖；从属于应力调整条件的二级子指标包括开挖松弛、周边震动、锚固效应及抗滑作用；从属于变形控制的二级子指标包括既有滑体、牵引滑动、局部变形及整体滑动。

3.根据权利要求2所述的路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于：所述开挖高度表示边坡总高及滑坡各变形块体的相对高度；所述开挖宽度表示开挖揭示边坡与滑坡体宽度及其立面过渡形态；所述开挖坡度表示开挖揭示边坡总体坡度、过渡特征及台阶分布形态；所述后山形态表示开挖揭示边坡坡顶以上至自然山坡坡顶高差范围内的自然山坡地形地貌特征；所述岩性条件表示场区岩土体种类、成因及其物理力学性质；所述风化风带表示场区岩土体风化分带层序与厚度及边坡坡体结构；所述节理裂缝表示场区岩体结构面与坡表裂缝的分布、产状、特性及其组合关系；所述构造断裂表示褶皱、断层及其他地质构造作用对边坡的影响及重力地质作用；所述降雨条件表示场区降雨周期、降雨强度及其与滑坡治理过程和公路正常运营之间的时间对应关系；所述坡表径流表示边坡坡表水的流动路径与排水组织状况；所述渗流条件表示场区地下水高度及其浮动状态、地下水渗流特征及补给排泄通道；所述植被覆盖表示边坡植被覆盖特征、固土效应、抗风化效应、抗入渗效应、抗冲刷能力；所述开挖松弛表示路堑挖方位置、开挖方量、开挖速率及其诱发的岩土体卸荷松弛效应，及其伴生的边坡塑性变形破坏、以及塑性区分布特征和剪切带形成过程；所述周边震动表示周边场区爆破震动、工程振动及交通荷载对边坡的扰动；所述锚固效应表示是否采用锚固工程调整边坡应力状态，以及采用锚固结构类型，并实施不同强度的锚固措施改善边坡应力场的综合锚固效应；所述抗滑作用表示是否采用抗滑工程提供抗滑反力，以及采用支挡结构类型，并实施不同强度的抗滑措施改善边坡应力场的综合抗滑作用；既有滑体表示对边坡已有滑坡体破坏范围的变形控制措施及其控制效果；所述牵引滑体表示边坡已有滑坡体往上部牵引变形的可能、牵引变形的控制措施及其控制效果；所述局部变形表示边坡产生局部坍塌、坡表流石流泥、局部楔形体破坏的可能及其工程控制措施与效果；所述整体滑动表示边坡连带既有滑体与牵引滑体发生整体式滑动的趋势、整体式滑动的控制措施及其控制效果。

4.根据权利要求3所述的路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于：开挖高度的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与开挖高度<30m、开挖高度在30～50m间、开挖高度在50～65m间、开挖高度大于65m一一对应；开挖宽度的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与开挖宽度<1.25H、开挖宽度在1.25H～1.5H间、开挖宽度在1.5H～1.75H、开挖宽度大于1.75H一一对应，其中H为坡高；开挖坡度评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与开挖坡度<35°、开挖坡度在35°～45°、开挖坡度在45°～55°、开挖坡度大于55°一一对应；后山形态的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与反坡、平坡、缓坡、陡坡一一对应；岩性条件的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与硬岩、较硬岩、软岩、松散体一一对应；风化分带的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与主体为微风化或新鲜基岩风化不强烈、主体为中等风化总体风化均匀、主体为强风化总体风化不均匀、主体为全风化或残积土总体强烈风化不均匀一一对应；节理裂缝的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与节理间距>150mm、节理间距50-150mm、节理间距10-50mm、节理间距<10mm一一对应；构造断裂评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与无构造断裂发育、构造断裂为发育局部构造或小型断裂、构造断裂为发育多组结构面或断裂带、构造断裂为多组结构面交叉或发育构造破碎蚀变带一一对应；降雨条件的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与年降雨量<1000mm、年年降雨量1000～1400mm、年年降雨量1000～1800mm、年年降雨量大于1800mm一一对应；坡表径流的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与设置截排水系统、砌筑截水沟并设置平台排水沟或临时排水系统、仅设置临时截水沟或临时排水系统、未设置截水沟平台或地表水显著下渗一一对应；渗流条件评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与岩土密实且基岩不透水或透水极好且未见稳定地下水位且开挖面干燥、岩土层过渡均匀且渗透系数大且地下水埋藏深开挖面潮湿、岩土层间杂隔水层且渗透系数小且下水位高开挖面局部渗水、岩体松散且下伏隔水层且地下水位极高开挖面渗水严重一一对应；植被覆盖评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与乔木草灌发育茂盛根系发达且无裸土、乔木覆盖少且草灌发育一般且局部见裸土、植被稀疏且部分坡面覆盖杂草且部分为片状裸土局部见冲刷痕迹、坡面无植被覆盖仅零星长草且基本为裸土且冲刷严重一一对应；开发松弛评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与边坡未开挖或已通过工程措施恢复至开挖前应力状态且开挖面未见松弛节理且数值模拟未见塑性区且无开挖松弛作用、边坡单级或局部机械开挖或采取措施抑制了开挖松弛且偶见开挖节理松弛且数值模拟见少量塑性区且卸荷扰动不突出、边坡多级或多段连续机械开挖或控制爆破开挖而局部采取措施且开挖面松动掉块且数值模拟见局部剪切带且卸荷扰动明显、边坡整体全部开挖或存在中等强度以上爆破且地表见张剪裂缝且数值模拟见贯通剪切带且边坡开挖卸荷扰动强烈一一对应；周边震动的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与周边场地无震动、周边场地仅车辆或列车振动荷载、周边场地存在低强度工程爆破作用、周边场地存在持续高强度工程爆破扰动一一对应；锚固效应的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与边坡关键位置都采取了相应的锚固工程且锚固结构合理锚固地层好且锚固力可靠、边坡关键位置大都采用了锚固工程且锚固结构基本合理锚固地层一般锚固力总体满足要求、部分坡面布置锚固工程但对关键位置锚固控制不足或锚固结构不可靠或锚固地层差、边坡整体未实施锚固工程或仅零星布置浅层临时锚固锚固效果差一一对应；抗滑作用评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与边坡关键位置采用支挡结构且布设位置合理且结构设计合理且施工质量好、边坡布置支挡结构但布设位置稍欠合理或结构设计欠完善或施工质量一般、边坡仅布置临时或应急抗滑工程且设计欠合理且施工质量一般、边坡未布置支挡结构一一对应；既有滑体的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与既有滑体已实施可靠工程措施且停止变形、既有滑体已实施部分加固措施且变形基本停止、既有滑体仅采用应急抢险措施且变形逐步收敛、既有滑体未采取工程措施且加速变形状态一一对应；牵引滑体的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全与堑坡后部未见明显牵引滑体或已采用措施预防、堑坡后部存在疑似牵引滑体且未采用措施预防但未见明显牵引变形迹象、地表变形和深部测斜可见堑坡后部牵引滑体活动且相应加固结构有变形迹象、堑坡后部已见明显牵引滑体且无工程控制措施一一对应；局部变形的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与全坡面未见局部变形且采用防护对策预防、边坡偶见小型或表层变形但已采用防护对策进行控制、边坡见局部或浅层变形且未实施防护对策进行控制、边坡见多处相对独立的局部变形且未实施控制措施一一对应；整体滑动的评价指标安全、基本安全、欠安全、不安全分别与边坡未见整体滑动变形迹象且已采用工程措施预防、边坡见疑似整体滑动迹象且拟采用加固或应急措施进行控制、边坡见整体滑动趋势并已显现滑动迹象且仅采用临时措施处理、边坡滑动面转移并见明显整体滑动且未采取工程措施控制一一对应。

5.根据权利要求1所述的路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于：步骤S4包括以下具体步骤：

步骤S41：判断矩阵为A_n×n(a_ij)，对判断矩阵的每列求和得再进行列元素处理： $b_{\mathrm{ij}}=a_{\mathrm{ij}}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{dij},$ 并计算得到 $w_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{b}_{\mathrm{ij}}/n,$ W＝(w₁,…,w_n)；

步骤S42：计算最大特征值 ${\mathrm{\&lambda;}}_{max}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\&lsqb;\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{a}_{ij}{w}_j/w_j\&rsqb;;$

步骤S43：检验判断矩阵一致性的指标引入修正系数RI，取作为判断矩阵一致性的标准，当CR值小于0.1时，认为判断矩阵具有一致性，特征向量即为权向量，否则需要重新构造成对比较矩阵。

6.根据权利要求1所述的路堑边坡模糊层次风险评估方法，其特征在于：隶属度评价矩阵r(4×4)的获取方法为：连续型二级指标根据半梯形隶属度函数计算；非连续型二级指标由决策者根据专业理论知识及工程经验，进行百分制打分再转化为隶属度。