摘 要:依據模糊綜合評價(jià)原理,充分考慮工程實(shí)際經(jīng)驗,建立了適用于三峽庫區的Fuzzy綜合評判模型。根據不同的穩定狀態(tài),將邊坡劃分為五個(gè)等級;并分析了影響邊坡穩定的各種作用因素,由層次分析法確定了相對權重;最后結合巴東縣城趙樹(shù)嶺滑坡進(jìn)行了分析,得出了符合實(shí)際情況的結論。
關(guān)鍵詞:模糊評價(jià)FUZZY 層次分析法AHP 三峽庫區 滑坡穩定性 影響因素
中圖分類(lèi)號: 文獻標識碼:A文章編號:1007-3973 (2010) 02-023-03
1引言
巖土質(zhì)邊坡是一種自然體,由于用以描述巖土物理力學(xué)性質(zhì)的容重、內聚力、內摩擦角等參數不是唯一確定的,故而邊坡穩定性分析是不確定性問(wèn)題,具有相當的模糊性。傳統的分析方法多為定值分析法,并不能反映分析對象真實(shí)的安全性和可靠性。本文試圖將模糊層次綜合評價(jià)方法引入邊坡穩定性分析中,建立評價(jià)模型,并結合三峽庫區的實(shí)際情況選擇了主要關(guān)聯(lián)因數、構造了新的隸屬函數,進(jìn)而對趙樹(shù)嶺滑坡進(jìn)行了穩定性評價(jià)。
2滑坡模糊綜合評價(jià)的數學(xué)模型
模糊綜合評價(jià)是應用模糊變換原理和最大隸屬度原則,綜合考慮被評價(jià)的相關(guān)因數及其權重,進(jìn)而進(jìn)行等級或類(lèi)別評價(jià)。評價(jià)時(shí)所著(zhù)眼的m個(gè)關(guān)聯(lián)因數的集合為,n個(gè)評語(yǔ)的集合為 。若用rij表示第i個(gè)因數對第j種評語(yǔ)的隸屬度,則關(guān)聯(lián)因數論域與評論域之間的模糊關(guān)系可用評價(jià)矩陣:
來(lái)表示,其中;表示隸屬函數關(guān)系,i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n。
各關(guān)聯(lián)因數對于所評價(jià)的事物或其屬性具有不同的重要程度,可用模糊子集A表示:
其中,0≤ai≤1,i=1,2,…,m;aj為vi對A~的隸屬度,且。
將A~與R~的合成B~看作對被評價(jià)對象的最終評價(jià),則模糊綜合評價(jià)的數學(xué)模型為:
式中“o”表示廣義模糊運算符。對此運算符的定義不同,則對應不同的模糊綜合評價(jià)模型。根據前人的研究成果,為了避免出現失真和失效,并提高精度,以選取加權平均型 為最佳。
根據“最大隸屬度判別準則”,可對滑坡的穩定性狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)。依照“貼近度”原則,可進(jìn)一步細分滑坡。
3滑坡穩定性模糊綜合評價(jià)物理模型
在斜坡穩定性評價(jià)中,評語(yǔ)集合可取為V={v1,v2,v3,v4,v5}={穩定,基本穩定,欠穩定,臨界失穩,失穩}。
根據國家標準規范,前人在三峽庫區的工程實(shí)踐,選定與斜坡穩定性相關(guān)聯(lián)的主要因素為9個(gè),其等級劃分見(jiàn)表1。
表1 關(guān)聯(lián)因素等級表
由于表1的等級評定標準是“一刀切”的確定性標準,沒(méi)有考慮等級間的邊界模糊性,而Fuzzy綜合評判法的優(yōu)勢即在于此,它通過(guò)取隸屬函數,充分考慮等級間的中間過(guò)渡狀態(tài)。根據工程實(shí)踐擬合隸屬函數如下:
對表1中的定量指標,采用嶺形隸屬函數。
重要程度模糊子集A,通過(guò)層次分析法(AHP)得到。根據統計數據和專(zhuān)家意見(jiàn),采用1~9標度法所得判斷矩陣見(jiàn)表2:
表2層次分析法判斷矩陣
通過(guò)特征向量法(EM)得到重要程度模糊子集為(即權重向量):
A={0.0556,0.1944,0.1111,0.083,0.0278,0.2222,0.167,0.0178}
由(4-8)、(4-9)各式得到各元素rij,歸一化處理后便得到評價(jià)矩陣R,進(jìn)而根據(4-7)式按模型,計算即可得到終評子集B,最后按最大隸屬度原則選取即可。
4工程實(shí)例
趙樹(shù)嶺滑坡位于巴東新城區云沱趙樹(shù)嶺一帶,地形總體為東西向展布的南高北低,向北東、北西呈扇形展布的斜坡,總體坡度較緩,大體上陡、中緩、臨江陡。地層主要為上部第四系松散堆積(包括殘坡積層、崩坡積層、滑坡堆積層等),其下基巖為中三疊統巴東組泥質(zhì)灰巖和泥質(zhì)粉砂或粉砂質(zhì)泥巖構成的互層。區域地質(zhì)構造主要受趙樹(shù)嶺東側F6斷層和西側F7斷層,對滑坡影響較大。趙樹(shù)嶺地區地下水不太豐富,主要包括,第四系松散堆積層孔隙水和碎屑巖裂隙水,對滑坡的整體穩定性的影響較小,一般只對局部斜坡穩定性造成一定的影響。
根據趙樹(shù)嶺滑坡的工程地質(zhì)條件及滑動(dòng)機理分析,滑坡可能因失穩而導致整體變形破壞,因此選擇趙樹(shù)嶺滑坡主剖面來(lái)評價(jià)滑坡的整體穩定性。如圖所示:
圖1滑坡剖面潛在滑動(dòng)面及條塊剖分圖
考慮到趙樹(shù)嶺滑坡在三峽庫區水庫蓄水后可能遇到的情況,對主剖面,選擇以下計算工況:
(1)175米水位;
(2)175米水位+地震力(Ⅵ度);
(3)175米水位+地震力(Ⅶ度);
(4)175米水位驟降到135米水位;
(5)175米水位驟降到135米水位+地震力(Ⅵ度);
(6)175米水位驟降到135米水位+地震力(Ⅶ度)。
經(jīng)資料收集和實(shí)地勘查,主要關(guān)聯(lián)因素實(shí)測值見(jiàn)表3。
表3 關(guān)聯(lián)因素實(shí)測值
如前述,將表3的值輸入自編的MATLAB模糊分析軟件子系統,即可得到模糊綜合評價(jià)結果(表4):
表4模糊綜合評價(jià)結果表
根據模糊數學(xué)“最大隸屬度判別準則”,將表4的計算結果轉化為定性結論,并與PUSH法的計算結果進(jìn)行對比如下:
表5 模糊數學(xué)(FUZZY)與剩余推力(PUSH)計算結果對比表從以上的對比中可以看出:
(1)若以穩定性系數1.30、1.20、1.10、1.00分別對應滑坡穩定、基本穩定、欠穩定、臨界失穩、失穩的分界點(diǎn),則對主滑面(pm1)的評價(jià)兩種結果基本一致,即:趙樹(shù)嶺滑坡整體比較穩定,單獨的地震或水位驟降都不會(huì )對其穩定性造成較大的影響,只有當兩者疊加的時(shí)候,滑坡才接近臨界失穩狀態(tài)。
(2)模糊綜合評價(jià)作為一種有待完善的評價(jià)手段,其在主滑面穩定性的評價(jià)上與經(jīng)典理論剩余推力法的評價(jià)結果基本一致說(shuō)明:剩余推理法作為經(jīng)典理論,其結論是經(jīng)得起考驗的,而模糊綜合評價(jià)作為一種考慮主要滑動(dòng)因素的不確定性的分析方法,在大型滑坡的穩定性分析中存在優(yōu)勢。
5結論與建議
(1)巖土質(zhì)邊坡是一種自然地質(zhì)體,其穩定性在很大程度上是不確定性問(wèn)題,具有模糊性,因而模糊數學(xué)分析是邊坡穩定性分析的有效途徑之一,值得推廣運用。
(2)本文僅討論影響邊坡穩定性的8個(gè)主要關(guān)聯(lián)因素,這些因素都是邊坡穩定性調查研究的基本對象,其值便于確定,一般情況下,已能較好地刻劃邊坡穩定性狀況。對于十分特殊的問(wèn)題,可適當增加考慮的關(guān)聯(lián)因素,擴展邊界值矩陣,即可進(jìn)行模糊綜合分析。
(3)針對趙樹(shù)嶺滑坡的實(shí)例分析基本結論為:趙樹(shù)嶺滑坡整體比較穩定,單獨的地震或水位驟降都不會(huì )對其穩定性造成較大的影響,只有當兩者疊加的時(shí)候,滑坡才接近臨界失穩狀態(tài)。因此對趙樹(shù)嶺滑坡除常規預防措施外,還應加強庫區水位變化期間的變形監測。
參考文獻:
[1]張躍. 模糊數學(xué)方法及其應用[M]. 北京:煤炭工業(yè)出版社,1992.
[2]王元漢,李臥東,李啟光等. 巖爆預測的模糊數學(xué)綜合評判 方法[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1998,17(5):493~501.
[3]胡毓達. 實(shí)用多目標最優(yōu)化[M]. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1990
[4]方云,陳愛(ài)云,,孫兵. 模糊優(yōu)選神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在邊坡穩定性分析中的應用[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì),2004(增刊):43~45.
[5]中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院.三峽工程庫區巴東新縣城趙樹(shù)嶺滑坡穩定性預測及防治對策研究[R]. 2001.9.
