基于层次分析的综合指数法对滑坡危险性评价.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 向 望,男,硕士研究生。 基于层次分析的综合指数法对滑坡危险性评价 向 望 1 华 明 2 白志勇 1 1, 西南交通大学土木工程学院 四川成都 610031; 2,成都铁路局 摘 要 采用基于层次分析的综合指数法,对内六铁路横江-大关段的35个滑坡地质灾害工点, 逐一进行了危险性综合评价,旨在为该区段滑坡的预测与防治提供可靠依据。 关键词 层次分析 综合指数法 滑坡 危险性评价 1 引言 内六铁路位于四川盆地至云贵高原的过渡带,由 于受青藏高原隆升的影响,该区现处在强烈抬升期, 山高坡陡,水深流急,地形地质条件十分复杂,山坡 松散物质丰富,雨量充沛,导致该区滑坡灾害频繁。 2006年7月1日至30日,内六线横江-大关段共发 生坍塌、滑塌35处。影响行车49小时46分。该段 危险性如何,是业主、施工和运营单位十分关心的问 题。如果能对查明的滑坡、溜坍危险性进行预测,就 能按其轻重缓急安排整治工程,确保铁路运输安全。 为此,在大量调研的基础上,用基于层次分析的综合 指数法的评判方法,对35处滑坡、溜坍工点进行了 危险性预测,预测与调查分析结果基本吻合。 2 分析方法原理 [1], [2 ] 层次分析法 analytical hierarchy process, AHP 是20世纪70年代由美国运筹学家Saaty提出的。其 基本原理是将要评价系统的有关替代方案的各种要 素分解成目标、准则、方案等层次,在此基础上进行 定性和定量分析的决策。其特点是在对复杂决策问题 的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基 础上,利用较少的定量信息,把决策者的决策思维过 程数学化,从而为多目标、多准则或无结构特性的复 杂决策问题提供简便的决策手段。 综合指数法是将地质环境系统分解为几个子系 统,对各子系统分别选取有代表性的评价项目评价 因子 , 并将其表现程度进行等级划分,给出归一化 指标。将同一子系统内各评价项目的指标值按权重进 行叠加,得出一个子系统评价总指标。再将各子系统 评价总指标按权重叠加,得出每个评价单元的地质环 境质量指数。然后综合分析各单元的指数情况,进行 全区地质环境质量的总体评价。 3 危险度等级划分及预测因素选择 311 危险度等级的划分 为了对滑坡危险度进行定量和半定量的研究,通 常把滑坡危险度分为三个等级危险性小、危险性中 等和危险性大。这样划分等级对运营期间的滑坡防治 有利。危险性小的滑坡不需再做防治工程,危险性中 等的滑坡,岩体在长时间大雨或其他不利因素的作用 下也能产生滑坡病害,因此应采取一些轻型的加固措 施或防护工程;危险性大的滑坡,将发生滑坡病害。 因此,必须视具体情况进行防治工程设计,以确保线 路安全。危险性小、危险性中等和危险性大三个等级 分别以 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级表示,从 Ⅰ到III滑坡危险度逐 渐提高。 312 预测因素的选择 [3] 表 1 对于滑坡体的影响因素主要有地形地貌、地层岩 表1 滑坡危险度判别因子分级表 判别因子ⅠⅡⅢ 坡度F150 坡高F250 m 岩性F3硬岩软岩软硬互层岩 斜坡结构、构造和形态类 型F4 坡形为凹形坡;坡体节理裂隙不 发育,几乎无滑坡边界利用的软 弱结构面 坡形为直线形坡;坡体节理裂隙 较发育,滑坡边界所需的软弱结 构面不完全具备 坡形为凸形坡;坡体节理裂隙较 发育,完全具备可供滑坡后壁、 侧壁和滑动面利用的软弱结构面 潜在滑动面特性F5滑面为勺形,滑动面基本不贯通 滑面为圆弧形、波形、折线形、 圈椅形等,滑动面较贯通 滑面为直线形,滑动面基本贯通 地下水F6 地下水位在坡脚以下,无明显地 下水作用 斜坡中有局部隔水层,坡脚有少 量地下水出露 地下水位在基岩面以上或坡脚处, 有较多地下水呈带状出露 人为工程的合理性F7基本合理欠合理不合理 性、斜坡结构构造形态类型、水文地质条件、人为因 素等。此外岩体结构、地震地质环境因素、气候因 素、风化因素等对滑坡稳定性都有影响。但这些因素 对滑坡稳定度的影响程度不是等同的,有些因素是相 互关联的,如岩体结构及坡体结构构造特征,就反映 了地质构造对滑坡稳定性的影响。有的因素在一个不 791向 望等基于层次分析的综合指数法对滑坡危险性评价 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 太大区域内差别不大,如降雨和地震,它们是不确定 因子,很难在一个具体地方确定其作用程度和指标, 是动态因子,但在滑坡的形成、发生上又是一个重要 的外部条件,可以与气象、地震部门配合,对某个地 域发生大雨、暴雨和强烈地震的预报时,作为滑坡临 滑预报的重要因子,故不参与滑坡危险度的预测。因 此,在滑坡危险度预测中,应选择与危险度产生直接 关系的因素,排除那些次要的或与预测关系不大的共 同因素。根据调查研究资料,可选择7个因素作为滑 坡危险度等级的预测因素因子,见表1。 4 构建判别矩阵 在进行成对比较时,利用1～9标度表示因素之 间的影响强弱,见表2。 表2 1～9标度的意义表 意义 ai相对aj的重要性 同等同等-稍微稍微稍微-明显明显明显-强烈强烈强烈-极端极端与前述相反 标度aij 123456789倒数 根据表2所示1～9标度法,逐项就任意2个评 价指标进行比较,同时参考专家意见,确定它们的相 对重要性并赋以相应的分值,得判别矩阵为 A 11 1 3 1 2 2 1 3 3 11 1 3 1 2 2 1 3 3 3312515 22 1 2 13 1 2 4 3312515 1 2 1 2 1 5 1 3 1 1 5 3 1 3 1 3 1 5 1 4 1 3 1 5 1 1 对于给出的判别矩阵A,可以算出 λmax 71143, 归一化 的特 征 向 量W 0 1098,01098,01273, 01162, 01273, 01059 , 01 037 T ,由Ic λ max- n / n - 1 7 1143 - 7/ 7 - 1 01024,查得 随机一致性指标IR 1132。计算RcIc/IR 01024/ 1132 01018 011,于是成对比较矩阵通过了一致性 检验,上述的特征向量W可作为权向量,见表3。 表3 评价指标权重值表 指标F1F2F3F4F5F6F7 权重值01098010980127301162012730105901037 即权 向量 集 为A { 01098,01098,01273, 01162, 01273, 01059 , 01037} 5 建立评价模型 危险性评价的量化指标,是通过危险性指数的计 算获取,其滑坡危险度计算模型为 DL 6 n i 1 ωiIi2 式中 DL为滑坡危险度;ωi为判别因子的权向量;Ii 为判别因子的作用指数。 滑坡危险度判别见表4 [4 ]。 表4 滑坡危险度判别表 危险度判别指数危险性评价斜坡变形阶段采取措施方案 ⅠDL0170高滑坡加速向滑动发展,处于临滑阶段 对滑体上的居民实施搬迁,建立预警 预报系统,避免人员伤亡和财产损失 作用指数是各因子在滑坡危险度判别中的作用大 小。是一个相对比较的数,是定性分析的定量表示。 在分析某一自然现象的形成时,有主要原因因 子、有次要原因因子。利用黄金分割法,对主 要、次要原因进行数学分割,避免分配因子作用指数 的随意性。本文对滑坡的判别因子采用 “ 黄金分割 ” 原理来确定因子的三个等级的作用指数,即危险性大 的作用指数取1,危险性中等的作用指数取01618, 危险性小的作用指数取01382。 6 危险度评判及结果检验 通过对内六铁路横江-大关段35个滑坡工点的 危险性作用指数的计算,从中看出,评估结果和专家 评判结果,吻合率达80 以上。本文选取H1、H5、 H6、H10和H15等5处具有代表性的滑坡工点进行 研究,最后得 到 的 危 险 性 指 数 为01763、01719、 01799、01611、01713,根据表4的危险度划分,得 到其危险度分别为 Ⅲ、Ⅲ、Ⅲ、Ⅱ 和 Ⅲ 级,除H10工 点的结果与实际不吻合外,其余均与实际结果吻合。 7 结论 1采用基于AHP的综合指数法,对内六线滑 坡进行危险性评估,方法简便,易于掌握,值得推广。 2利用层次分析法,建立成对比较矩阵,并 运用成对比较矩阵的权向量作评价因子的权重,较好 地克服了确定评价因子权重的主观性。 891全国中文核心期刊 路基工程 2008年第5期总第140期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3通过成对比较矩阵的特征向量,可以看出, 对滑坡危险度影响较大的因素主要有坡体结构、岩性 和潜在滑动面特性,其累计权重达01708。 参考文献 [1 ]赵焕臣,许树柏,和金生.层次分析法[M ].北京科学出版 社, 1986. [2 ]区域环境地质调查总则试行DD 2004 - 02[ S]. [3 ]胡厚田等.边坡地质灾害的预测预报[M ].成都西南交通大学出版 社, 2001. [4 ]乔建平.滑坡减灾理论与实践[M ].北京科学出版社, 1997127 - 131. 收稿日期 2007 - 06 - 06 王云泉,男,工程师。 路桥过渡段不均匀沉降分析及治理 王云泉 羊 晔 邓永锋 南京市公路建设处 江苏南京 210008 东南大学交通学院 摘 要 对路桥过渡段的不均匀沉降机理进行了分析,总结了国内近年来的治理措施。同时,对 工程中广泛采用的土工格栅加筋结构治理方法进行了分析,阐明土工格栅处理该问题的适宜性。 关键词 路桥过渡段 不均匀沉降 土工格栅 1 前言 高速公路营运过程中,桥梁台后搭板断裂及不均 匀沉降普遍存在,往往导致桥头跳车现象的产生。桥 头跳车不仅影响行车的安全、速度、舒适及人们对高 速公路的总体评价,影响公路使用性能和运输效益的 发挥,同时也影响车辆的使用寿命,严重的可能导致 交通事故的发生。因此,桥头跳车已成为高等级公路 营运中急需解决的问题。本文对路桥过渡段的差异沉 降进行了分析,并提出处理原则。 2 过渡段不均匀沉降产生机理 211 设搭板时的沉降分析 对于使用钢筋混凝土搭板的桥头过渡段,桥头搭 板的一端搁置在桥台背上,另一端通过枕梁设在引道 土体上。为便于分析沉降差产生的过程,假设① 竣 工时桥面和搭板面的纵坡相等,均为i1;② 桥头沉降 过程中,搭板绕简支端转动,且可视为平直的刚体; ③ 搭板和桥面的面层结构和厚度相同,不产生沉降 差。若沉降过程中桥面纵坡i2b等于搭板面纵坡i2a 见图1 ,则桥头沉降过程分为两个阶段。 1竣工后至桥面纵坡i2b等于搭板面纵坡i2a这 一过程。主要是桥面由于墩台产生沉降,造成纵坡变 化Δi1i2a-i1 , 其值不能过大,否则将造成桥面 破坏,伸缩缝挤坏及支座条件变差。因此,各国的桥 梁设计规范均有限制。 2桥台沉降趋于稳定后至整个引道土体趋于 稳定。主要特点是桥面纵坡i2b与搭板纵坡i3不相等, 两者之间称为纵坡差 Δi2,即 Δi2Δi3-i2b,其大小 对过渡段的行车舒适性影响很大。因此桥台与引道土 体容许沉降差并不是一常数,与纵坡差和搭板长度均 有关系。 212 未设桥头搭板时的沉降分析 未设置桥头搭板的水泥混凝土路面、沥青混凝土 路面,由于桥台和引道土体沉降差在桥头形成一个陡 坎或台阶见图 2 。从行车安全和舒适性讲,台阶 对行车的影响比设置搭板要大。 工后引道土体沉降趋于稳定时的总沉降量S分两 部分,即 Sa SbΔS1 式中 Sa为桥台基础的预期工后沉降量;ΔS为桥台 与引道土体之间的差异沉降值;Sb是台背产生的台 阶高度,对行车舒适性的影响很大。 3 过渡段不均匀沉降处治方法 桥面板、桥台及其基础和台背路基及其基础的设 计与施工是引发问题的主要因素。桥台沉降主要是由 地基沉降引起,在正常情况下其工后沉降量都很小。 路堤沉降的原因是多方面的,与地质、水文条件、路 991王云泉等路桥过渡段不均匀沉降分析及治理