張成兵 趙激光 張 鵬

(1.河北省第四水文工程地質(zhì)大隊，河北 滄州 061000;2.石家莊經(jīng)濟學院，河北 石家莊 050000)

0 引言

張家口市是冀西北中心城市，西太平山崩塌危巖帶全長約1380 m，高60 m～100 m，位于橋西區(qū)城區(qū)內(nèi)，大境門至快速路北環(huán)線西太平山隧道西出口陡崖和陡坡之上。經(jīng)調(diào)查核實，自2007年以來，曾經(jīng)發(fā)生過2次崩塌地質(zhì)災害，給當?shù)鼐用裨斐梢欢ǖ膿p失。因此開展西太平山的崩塌穩(wěn)定性研究是必要的和緊迫的。近年來，對崩塌滑坡的穩(wěn)定性研究由定性到定量，由對單一巖體評判到區(qū)域評判[1]，由模糊定性評價到精確數(shù)值模擬。模糊數(shù)學穩(wěn)定性定性評價的方法主要有多級模糊評判法，層次分析法。模糊數(shù)學用于對多因素、多層次問題的評判，可操作性較強。影響斜坡穩(wěn)定性的因素多而復雜，各因素影響程度不同，劃分穩(wěn)定性級別的各因素的界限不明確，應用模糊數(shù)學方法把各種定性的資料判斷轉(zhuǎn)化為模糊語言，對斜坡穩(wěn)定性識別和判斷，將會得到更合理的解答[2]。

目前對崩塌模糊的評價研究工作較少，對影響崩塌穩(wěn)定性因子的選取以及因子評價標準的確定都存在主觀性。針對現(xiàn)存的問題，本文以地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、巖體物理力學性質(zhì)、外力因素三個主要因素分二級對危巖區(qū)進行模糊綜合評判。對其中一些因子在參考大量資料的基礎(chǔ)上采用抽樣的方法評價該危巖區(qū)的穩(wěn)定性，一定程度上客觀的反映危巖體的真實情況。

1 模糊綜合評判的基本原理

模糊數(shù)學中是以隸屬度來刻畫事物的界限的。對于離散性函數(shù)的隸屬度，通過抽樣的方法建立。以樣本中穩(wěn)定、不穩(wěn)定、較不穩(wěn)定所占的概率來反映總體的穩(wěn)定、不穩(wěn)定、較不穩(wěn)定。對于連續(xù)性函數(shù)隸屬度的建立采用公式法確定，本文采用“降半梯形”分布[3]，如式(1)所示:

其中，S1，S2，S3均為崩塌穩(wěn)定性分級的標準值;X為實際測得值。

對影響崩塌穩(wěn)定性的每一個因素進行等級評價，因素ui(i=1，2，3…)，評價等級 vj(j=1，2，3…)。從因素 ui著眼該事物對評價等級vj的隸屬度rij，可以得到第i個因素ui的單因素評判集rij=(ri1，ri2，…，rin)。構(gòu)造出一個總的評價矩陣R，顯示從因素集u到評判集v的關(guān)系。

引入權(quán)重模糊子集A=(a1，a2，…，am)，其中ai＞0，且∑ai=1表示評價因素集的各因素在評價目標中有不同的地位和作用。引入評語模糊子集B=(b1，b2，…，bm)，一般B=A*R(* 為算子符號)表示該被評事物總體上對各等級的隸屬程度。

2 崩塌穩(wěn)定性評判因素集

目前，對于滑坡穩(wěn)定性評價選取的因素很多，結(jié)合滑坡因素的采用，針對崩塌選取了三種因素:地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、巖體物理力學性質(zhì)、外力因素。每個因素又包括多個因子層。

2.1 地質(zhì)特征

1)地層巖性:地層巖性是危巖體的基礎(chǔ)條件，中生界侏羅系上統(tǒng)張家口組火山巖出露于張家口市區(qū)外圍，面積約500 km2。其下伏地層及盆地四周皆為太古界桑干群變質(zhì)巖，火成巖直接不整合覆蓋于桑干群變質(zhì)巖之上。火山巖主要由一套酸性—中酸性偏堿性陸相火山巖組合構(gòu)成，主要巖石類型為粗面巖、流紋巖、堿流巖及相應成分的火山角礫巖、集塊巖和熔結(jié)凝灰?guī)r等，屬晚侏羅世(J3)火山噴發(fā)產(chǎn)物?；鹕綆r層中的沉積夾層大多屬河流和湖相沉積，層序穩(wěn)定。粗面巖局部風化蝕變嚴重呈黃綠色、棕紅色，與火山巖中的沉積夾層共同形成軟弱夾層。巖石表層經(jīng)長年累月的風吹日曬，風化作用強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育。裸露于地表的軟弱夾層在風化、雨蝕等作用下逐步流失，使部分巖體出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，穩(wěn)定性極差。2)結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度:結(jié)構(gòu)面對工程巖體的完整性，滲透性，物理力學性質(zhì)及應力傳遞等都有顯著影響[4]。結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度根據(jù)節(jié)理組數(shù)和間距判別。3)結(jié)構(gòu)面傾向與坡向的關(guān)系:結(jié)構(gòu)面傾向與坡向相同，容易發(fā)生滑坡崩塌。反向則能抑制滑坡崩塌發(fā)生。4)危巖坡度、危巖高程:為巖體的坡度、高程，是形成崩塌的內(nèi)部條件。據(jù)統(tǒng)計多數(shù)崩塌發(fā)生于坡度大于45°～50°的陡峻邊坡上，反坡更容易發(fā)生，且坡高多在20 m以上，越高幾率越大[5]。

2.2 巖體力學性質(zhì)指標

取巖樣9組，8組巖樣從風化探槽取得，1組從微風化的西太平山工程硐室內(nèi)部取得作為參照組。取9組巖樣的平均值作為該區(qū)的巖體強度值，如表1所示。

表1 該區(qū)巖體強度指標 MPa

2.3 外力誘發(fā)因素

1)降雨:大氣降雨對崩塌的產(chǎn)生具有兩方面的作用:a.降雨后坡面水流及所夾帶石塊的沖擊作用，破壞巖石的穩(wěn)定性;b.暴雨或長時間降雨產(chǎn)生的洪流把部分已松動的石塊下部支撐其穩(wěn)定的物質(zhì)沖掉。

2)風化程度:風化作用致使巖體表面產(chǎn)生節(jié)理裂隙、裂隙擴張和貫通。

3)植被覆蓋:植被對地震崩塌滑坡的發(fā)生具有雙重作用，茂密的植被根系固土能力較強，能抑制或削弱斜坡變形，降低滑坡的概率。植被根系深入土體，相當于錨桿的作用，將土體錨固，增強土體的完整性。

4)人類工程活動:張家口城區(qū)是一個歷史悠久的老城區(qū)，由于其所處地形限制，許多民房依山而建，甚至切坡建房，部分房屋建于陡崖下部，極易遭受巖體崩塌地質(zhì)災害的威脅。道路、隧道工程硐室的建設(shè)對崩塌地質(zhì)災害的發(fā)生起到了促進作用，上述工程施工時爆破產(chǎn)生的震動，使原已不穩(wěn)定的巖體更加松動，甚至直接失穩(wěn)、墜落。

5)地震:地震對斜坡穩(wěn)定性的影響較大，強烈地震時由于水平地震力的作用，常引起山崩、滑坡等斜坡破壞現(xiàn)象。此外，強烈地震的震動，使地震帶附近巖土體結(jié)構(gòu)松動，也給斜坡穩(wěn)定帶來潛在威脅。

2.4 各因素等級標準

將12個方面分成2個層次:第1層為3大因素;第2層為每個大因素下的多個因子。

各因素的等級標準見表2。

表2 各因素的等級標準

3 權(quán)重的確定與評價

權(quán)重的確定通常有兩種方法，一是專家估計法，二是層次分析法。本文采用層次分析法確定。層次分析法確定權(quán)重，首先根據(jù)標度將影響因素兩兩比較得到一個判斷矩陣:

將判斷矩陣每一列歸一化得各因素的權(quán)重W=(w1，w2，…，wn)。根據(jù)標度進行模糊數(shù)學計算，得到單因素模糊評價的結(jié)果如表3所示。

通過二級權(quán)重計算，得到西太平山區(qū):穩(wěn)定、較不穩(wěn)定、不穩(wěn)定的隸屬度為0.049，0.486，0.465。因此本區(qū)處于較不穩(wěn)定和不穩(wěn)定的狀態(tài)，需要對崩塌災害進行治理。

表3 崩塌穩(wěn)定性單因素模糊評價

4 結(jié)語

通過層次分析法對張家口西太平區(qū)的崩塌穩(wěn)定性進行了模糊數(shù)學評價，評價結(jié)果表明，該區(qū)處于較不穩(wěn)定和不穩(wěn)定的狀態(tài)，與調(diào)查結(jié)果基本一致。但由于某些因子的權(quán)值確定存在主觀性和不確定性，仍需要進一步研究。

[1]陳曉利，祁生文，葉 洪.基于GIS的地震滑坡危險性的模糊綜合評價研究[J].北京大學學報，2008，44(3):434-438.

[2]張 駿.劉家峽水庫庫岸穩(wěn)定性兩級模糊綜合評判[J].巖土工程學報，1992，14(1):67-73.

[3]張永波.斜坡穩(wěn)定性分析的模糊綜合評判方法[J].太原工業(yè)大學學報，1996，27(1):59-63.

[4]劉佑榮，唐輝明.巖體力學[M].北京:中國地質(zhì)大學出版社，1999.

[5]陳洪凱，歐陽仲春，廖世榮.三峽庫區(qū)危巖綜合治理技術(shù)及應用[J].地下空間，2009，22(2):97-101.