岩质路堑边坡稳定性的模糊综合评价

岩质路堑边坡稳定性的模糊综合评价

李侠1, 

1 益阳市交通规划勘测设计院有限公司 

摘要：结合文献将岩质路堑边坡稳定性影响因素初步定为地质因素、工程因素、环境因素三类，共14项子因素，再采用德尔菲法对岩质路堑边坡稳定性影响因素进行筛选，经过2轮问卷调研，形成了适宜于本文案例分析的岩质边坡稳定性评价体系。同时，以此评价体系为基础，结合模糊综合分析法，对案例岩质路堑边坡的稳定性进行了综合评价。评价结果表明了：案例岩质路堑边坡稳定性属于“较差”水平，需做好边坡稳定性防护。一级因素中，地质因素权重值最大，其次是工程因素，权重值最小为环境因素。二级因素中，岩体强度、岩体完整性、岩性及组合、结构方位、开挖方式等权重值大，属于关键因素。“岩体强度”、“岩体完整性”影响等级最高，为5级，达到4级影响等级的因素包括岩体结构、岩性及组合、开挖方式支护措施。

关键词：岩质边坡；稳定性；因素识别；模糊综合评价

1、引言

公路中的岩质路堑边坡较为常见，在施工和后期维护中需重点关注岩质边坡的稳定性。岩质边坡受自身岩体构造、岩体物理特征等影响，其自身的稳定性较难评价[1]。为实现岩质边坡稳定性的评价，一些研究者做了大量的工作，比如张慧敏等采用赤平投影法定性评价了某边坡的稳定性，针对评价结果提出了确保边坡稳定性的措施[2]。郭翔等结合既有的边坡稳定性影响因素运用模糊层次分析法构建了某边坡稳定性评价模型，并进行了评价分析[3]。类似的研究成果较多，国内研究者在岩质边坡稳定性分析方面，在采用有限元分析评价其稳定性方面外多基于经验查找数据表确定[4]，并不具备较强的科学性，设计人员在边坡稳定性设计时也过于保守。岩质边坡稳定性评价方面，相关研究也较多，但均是基于案例对象提出的相关分析方法，包括了定性和定量两种分析方式。考虑到岩质边坡的特殊性，避免完全定性分析的局限性，本文采用定性和定量结合的形式进行岩质边坡的稳定性评价。在岩质路堑边坡稳定性评价中采用德尔菲法确定评价对象的评价因素集，进而采用模糊综合评价法进行案例对象的稳定性评价。

2、模糊综合分析理论

模糊综合分析法是从模糊数学角度来实现分析对象就某一结果在多因素影响下综合性分析的一种方法。模糊综合分析法关键之处是构建多因素间的隶属度矩阵，与因素权重矩阵进行矩阵计算，进而按照评语集确定评价水平[5]。

岩质路堑边坡稳定性模糊评价步骤包括：构建评价因素集→计算因素权重A→构建评价结果评语集V→建立隶属度矩阵R→计算模糊综合评判集B。

3、岩质路堑边坡稳定性评价体系

3.1、筛选岩质路堑边坡稳定性风险指标体系

岩质路堑边坡的稳定性受多种因素影响，一般可从其自身及周边环境等因素来综合确定其影响因素。本文从影响因素的源头来归集岩质路堑边坡稳定性的影响因素，并结合RBS进行归类。将岩质路堑边坡的稳定性因素氛围地质因素、工程因素、环境因素三个方面。

在中国知网中搜索“岩质边坡稳定性”、“岩质边坡风险”等关键词，共选择了27篇相关文献，同时也结合岩质边坡稳定性分析报告，最终获得岩质路堑边坡稳定性的初始识别因素，见表1所示。

表1 岩质路堑边坡稳定性因素初次识别

表1中，岩质路堑边坡稳定性因素初次识别包括3项，共计14项子类。为保证识别因素的权威性，采用德尔菲法进行稳定性因素筛选。

3.2、德尔菲法对岩质路堑边坡稳定性初始因素进行筛选

（1）构建初始问卷

以后文公路边坡为分析对象，结合表1内容，设计问卷，问卷主要包括6个部分：工程背景、表1中的稳定性因素、稳定性影响因素说明、调研目的、专家意见收集栏、判断依据和熟悉程度表。

采用德尔菲法筛选共选择了102名被调研人员，包括21名公路工程高级工程师、17名政府监管部门工作人员、17名高校工程专业教授、21名公路工程管养单位管理人员、17名岩质边坡施工人员、9名监理工程师。共发放了102份问卷，回收问卷99份，回收率为97%。

（2）检验调研结果的一致性

102名被调研人员对所调研的内容在熟悉程度和判断依据上有差异，为了解这种差异，将熟悉程度和判断依据均划分为5个层次，分别用不同的系数表示。比如熟悉程度可分为很熟悉、熟悉、一般、不太熟悉、不熟悉，系数分为为1、0.8、0.6、0.4、0.2；判断依据也划分为很了解、了解、一般、不太了解、不了解，系数分别为1、0.8、0.6、0.4、0.2。熟悉程度和判断依据最终形成为权威程度，即权威程度=[熟悉程度+判断依据]/2。

本文问卷共进行2轮，两轮问卷的权威程度值均大于0.7。按照文献[6]可判断问卷权威程度属于可接受水平。

采用肯德尔和谐系数W判断专家意见的一致性，见式（1）所示。

        （1）            

式（1）中，K-评定人数，N-被评定对象数量，Ri-第i个被评对象数量之和。W系数取值在[0,1]。

采用SPSS软件处理数据。2轮问卷下的W值分别为0.889、0.876，均属于较高专家一致性水平。

（3）初次调研结果

整理初始问卷结果，见表2所示。

表2 岩质路堑边坡稳定性因素初次调研结果

表2中，14项风险缩了4项，比如，“水文地质”中的“水文”归入环境因素，“地质”由其他因素体现；“地震”因素可忽略，该地段不属于地震带上；

同时，有相当部分被调研者认为在“环境”因素中建议增加“植被覆盖率”。

（4）问卷再次调研

将整理的初始问卷结果作为为二次问卷内容，再次向反馈信息的99名被调研人员征求意见。二次问卷结果见表3所示。表3中，一共包括13项指标内容。

表3 最终问卷结果

4、案例分析

4.1、工程概况

（1）岩质边坡概况

省道S331公路（新S231）K242+286至K248+121段，为山岭重丘区四级公路，设计时速20km，路基宽度7m，路面宽度为6m，路面结构为水泥混凝土，其路堑上边坡基本未设防护措施，局部地段在运营养护过程中，根据破坏情况设置了高度较矮的挡土墙。路堑边坡为软质岩类岩质、岩土边坡，边坡高度一般为7.6～36.6m，平均高约19.3m。

（2）水文条件

该边坡路段属亚热带大陆季风气候区，气温总体偏高、冬暖夏凉明显、7月多雨。年平均气温16～16.9℃，极端气温达40℃；年降雨量1230～1751.8mm；年平均相对湿度80%。

（3）地质条件

路堑所处坡体地形标高为165.4～252m，路堑边坡的标高为175.1～265m，边坡高度较大，最大切坡高度为K247+960处的36.64m，多数坡高在7.6～36.6m之间，边坡坡度以30～65°为主。岩石地层年代均较老，岩石有二大类，即沉积岩和变质岩，岩石质量83.7%，岩石完整系数0.77，岩石软化系数0.73。路堑边坡地层岩性条件及地下水在含水介质中的赋存特征，区内边坡处地下水类型主要有第四系松散堆积层的孔隙水和基岩裂隙水及少量裂隙岩溶水，以孔隙水为主，基岩裂隙水次之，裂隙岩溶水极少。

4.2、岩质路堑边坡稳定性评价

4.2.1 确定因素权重

按照层次分析法内容进行各级因素权重计算。将一、二级因素的各个因子权重汇总见表4所示，表4中的综合权重为一级因素权重乘以二级因素权重值。

表4 岩质路堑边坡稳定性因素权重明细

表4中，一级因素中，地质因素权重值最大，其次是工程因素，权重值最小为环境因素。

二级因素的综合权重中，岩体强度、岩体完整性、岩性及组合、结构方位等全职值大，属于关键因素。这类关键因素对整个边坡的稳定性影响程度最深。

4.2.2 计算因素影响等级

按照《风险管理-术语》（GBT 23694-2013）、《风险管理风险评估技术》（GBT 27921-2011）等规范标准对风险概率、影响程度、等级的划分要求计算岩质路堑边坡稳定性因素的影响程度，结合因素发生概率、影响程度分值综合计算因素的加权分值，进而确定影响等级，见表5所示。

表5 影响等级计算结果

由表5可知，“岩体强度”、“岩体完整性”影响等级最高，为5级，达到4级影响等级的因素包括岩体结构、岩性及组合、开挖方式支护措施。在研判岩质路堑边坡稳定性时，可结合表5内容针对性的进行稳定性保障工作安排，包括稳定性评价的资金分配、人员管理等内容，通过加强对岩石结构的预判、现场施工管理等措施来进一步增强整个岩质路堑边坡的稳定性。

4.2.3 计算隶属度矩阵

评价因素的隶属度矩阵可结合专家（问卷被调研人员）对各个因素的归属判断统计获得。将岩质路堑边坡稳定性影响因素的重要程度隶属划分为高、较高、中等、较低、低，各个被调研者均在调研表格中选择重要程度，收集各个专家评价情况，形成评价因素的隶属矩阵为：

,

4.2.4 模糊综合评价

假设岩质路堑边坡稳定性的一级因素评价向量为Bi(i=1,2,3,4,5)，则有：

B1=w1×R1=(0.12,0.16,0.3,0.32,0.1)

B2=w2×R2=(0.13,0.15,0.28,0.33,0.11)

B3=w3×R3=(0.11,0.16,0.25,0.38,0.1)

其中w1、w2、w3分别为地质因素、工程因素、环境因素权重集合。R1、R2、R3分别为各个一级因素的隶属度矩阵。

将以上评价向量汇总，形成岩质路堑边坡稳定性评价的总隶属评价矩阵：

结合一级因素的权重w=（0.421,0.396,0.183）及总隶属度矩阵R计算岩质路堑边坡稳定性综合评价结果A为：

A=w×R=(0.13,0.135,0.26,0.41,0.065)，

结合模糊综合分析法中评语集定义标准，将岩质路堑边坡稳定性水平评价语集定义为：V=（好，较好，中等，较差，差），根据最大隶属度原则确定A中最大值，为“0.41”，对V中“较差”位置，故可判断整个岩质路堑边坡案例项目的整体稳定性属于较差水平，需做好稳定性防护。

5、小结

（1）一级因素中，地质因素权重值最大，其次是工程因素，权重值最小为环境因素。二级因素的综合权重中，岩体强度、岩体完整性、岩性及组合、结构方位、开挖方式等权重值大，属于关键因素。这类关键因素对整个边坡的稳定性影响程度最深。

（2）案例岩质路堑边坡稳定性属于“较差”水平，需做好边坡稳定性防护。

（3）“岩体强度”、“岩体完整性”影响等级最高，为5级，达到4级影响等级的因素包括岩体结构、岩性及组合、开挖方式支护措施。

参考文献

[1]傅杨攀,刘勇健,陈贡发等.基于CSMR和卷积神经网络的岩质边坡稳定性分析[J].自然灾害报,2023,32(01):114-121.

[2]张慧敏,张绍波.大连自贸区岩质边坡稳定性评价[J].河南科技,2023,42(08):65-68.

[3]郭翔,孙旭,孟志浩等.基于FAHP的一种岩质边坡稳定性评价方法[J].河北地质大学学报,2019,42(03):72-76.

[4] 王安礼,邬忠虎,娄义黎等.公路岩质边坡稳定性的数值模拟分析[J].科学技术与工程,2021,21(22):9577-9582.

[5]王瑞,刘芹,袁维达.模糊综合评价岩质边坡的稳定性分析[J].工程建设,2018,50(01):57-62.

[6]付彦,杨智敏,杨汝灿,唐成艳.德尔菲法筛选在中小桥健康监测指标中的应用研究[J].建筑技术开发,2019,46(11):136-137.