李 亞 光

(武漢理工大學(xué),湖北 武漢 430070)

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黃石市板巖山危巖體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究及應(yīng)用

李 亞 光

(武漢理工大學(xué),湖北 武漢 430070)

以黃石市板巖山典型危巖體為例，對(duì)危巖體危險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了完整且系統(tǒng)的研究，從巖體環(huán)境條件、評(píng)價(jià)因素、發(fā)育特征、影響范圍等方面，建立了危巖體危險(xiǎn)性評(píng)估模型，綜合評(píng)價(jià)了板巖山典型危巖體的危險(xiǎn)性，旨在為該地域的災(zāi)害防治提供依據(jù)。

危巖體，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，層次分析法，評(píng)價(jià)因素

0 引言

板巖山典型危巖體位于湖北省黃石市區(qū)南部黃荊山巖溶山地東部附近。其周圍有學(xué)校、大型冶鋼廠、三座高壓電塔，長(zhǎng)期以來(lái)引發(fā)過(guò)不同程度的地質(zhì)災(zāi)害，近年來(lái)危巖體出現(xiàn)新的裂縫，并且有巖體下錯(cuò)跡象，增加其發(fā)生崩塌災(zāi)害的可能性。

1 層次分析法基本原理

層次分析法(Analytical Hierarchy Process)，是由Thomas L. Saty教授首次提出并發(fā)展出來(lái)的，主要針對(duì)多評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的模糊復(fù)雜性，運(yùn)用于多種系統(tǒng)領(lǐng)域。該方法的基本原理是挑選出與評(píng)價(jià)有關(guān)的元素并將其分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、指標(biāo)等層次，再在該基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的定性和定量分析，得出相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果?；痉椒ㄊ菍?duì)一個(gè)包括多種因素且無(wú)法完成準(zhǔn)確量化的模糊系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，通過(guò)分析因素間的聯(lián)系，理清其組合形式及層次關(guān)系，根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)中各種模糊因子對(duì)影響對(duì)象的評(píng)判來(lái)確定量化指標(biāo)，最后通過(guò)判斷矩陣逐項(xiàng)、逐層得出各因素的權(quán)重。

2 板巖山危巖體評(píng)價(jià)因子的選取

影響危巖體危險(xiǎn)性的因素有很多，例如地形特征，地層巖性，軟弱層特征，巖體裂隙特征、水文條件、植被覆蓋率等等方面。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)的工程地質(zhì)調(diào)查研究，本次危巖體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選遵循以下三點(diǎn)原則：普適性、主導(dǎo)性、可操作性。主要選取那些與危巖體危險(xiǎn)性關(guān)聯(lián)性緊密，有針對(duì)性的反映危險(xiǎn)性大小的因素。通過(guò)對(duì)研究區(qū)的工程地質(zhì)分析研究，作者確定了4個(gè)一級(jí)指標(biāo)因素作為模糊綜合評(píng)判法的指標(biāo)，分別是地形地貌，危巖體結(jié)構(gòu)特征，主要誘發(fā)因素和其他因素。再由4個(gè)一級(jí)指標(biāo)細(xì)分出9個(gè)二級(jí)指標(biāo)因素，詳細(xì)的指標(biāo)體系的層次模型圖如圖1所示。

將以上9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為評(píng)判因素，建立板巖山危巖區(qū)危巖體危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)的影響因素集U，影響因素包含地形地貌，危巖體結(jié)構(gòu)條件，主要誘發(fā)因素和其他因素4個(gè)子集，記為U={U1，U2，U3，U4}，即準(zhǔn)則層。其中U1表示地形地貌，此基礎(chǔ)上再細(xì)分為邊坡坡度、巖層特性，記為U1={U11，U12}；U2表示危巖體結(jié)構(gòu)特征，將其細(xì)分為規(guī)模體積、裂縫傾角、裂隙發(fā)育情況，記為U2={U21，U22，U23}；U3為主要誘發(fā)因素，可再細(xì)分為降雨量、煤礦開(kāi)采情況，記為U3={U31，U32}；其他因素方面包括巖溶發(fā)育狀況和地震烈度，記為U4={U41，U42}。上述二級(jí)指標(biāo)即為子準(zhǔn)則層。

現(xiàn)將評(píng)價(jià)因素按照危險(xiǎn)性等級(jí)進(jìn)行劃分，采用“黃金分割原理”分為Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)，三個(gè)不同等級(jí)根據(jù)危險(xiǎn)性大小其作用指數(shù)分別為1，0.618，0.382。各評(píng)價(jià)因素的等級(jí)劃分及其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)因素的等級(jí)劃分

3 判別矩陣和權(quán)重確立

表2 標(biāo)度含義

參照上節(jié)中的層次模型結(jié)構(gòu)，首先需對(duì)各階層影響因子進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。為了使評(píng)價(jià)因子形成兩兩比較，采用1～9標(biāo)度值來(lái)表示不同影響因素之間的強(qiáng)弱程度關(guān)系，見(jiàn)表2。從第一準(zhǔn)則層U建立判別矩陣開(kāi)始，采用標(biāo)度法根據(jù)該層各因子對(duì)目標(biāo)層的影響程度來(lái)比較排序，并且賦以對(duì)應(yīng)分值，構(gòu)建判別矩陣如下：

依據(jù)層次分析計(jì)算公式，對(duì)于判別矩陣U的數(shù)據(jù)，首先計(jì)算出最大特征根λmax=(4.333×0.232)+(5.5×0.189)+(2.033×0.489)+(11×0.090)=4.028，以及歸一化處理得到的特征向量W=(0.232，0.189，0.489，0.090)T。一致性檢驗(yàn)：CI=(λmax-n)/(n-1)=(4.028-4)/(4-1)=0.009(n為選擇準(zhǔn)則的個(gè)數(shù))，計(jì)算一致性比率得CR=CI/RI=0.009/0.90=0.01< 0.1(其中，RI表示隨機(jī)一致性指標(biāo)值)。所以該準(zhǔn)則層模型權(quán)重的選取具有相當(dāng)?shù)囊恢滦?。再按照相同的方法步驟，對(duì)第二階層因素進(jìn)行賦值計(jì)算，第二階層所屬子準(zhǔn)則層判別矩陣如下：

綜上，各階層計(jì)算所得權(quán)重，并做歸一化處理以后，所得結(jié)果匯總見(jiàn)表3。

表3 評(píng)價(jià)因素權(quán)重

4 板巖山危巖體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型的建立

為了對(duì)危巖體危險(xiǎn)性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，并且參考國(guó)土資源部頒發(fā)的《建設(shè)用地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求》中的規(guī)定，本次擬將危巖體危險(xiǎn)性等級(jí)劃分為Ⅰ級(jí),Ⅱ級(jí),Ⅲ級(jí)三個(gè)等級(jí)，如表4所示。

表4 危險(xiǎn)性等級(jí)劃分

在得到危巖體評(píng)價(jià)因素的權(quán)重指標(biāo)的基礎(chǔ)上，建立危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型。危巖體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型計(jì)算公式為：

其中,DL為危巖體危險(xiǎn)性等級(jí)；wi為評(píng)價(jià)因子的權(quán)向量；Ii為判別因子的作用指數(shù)。

5 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果及結(jié)論

根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，黃石市板巖山典型危巖體評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 危巖體評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

結(jié)合評(píng)價(jià)模型和公式，計(jì)算得到典型危巖體ⅠW，ⅡW，ⅢW，ⅣW的危險(xiǎn)指數(shù)分別為0.54，0.62，0.87，0.45，危險(xiǎn)性等級(jí)分別為Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)，Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)，結(jié)果與資料文獻(xiàn)相吻合。通過(guò)分析板巖山危巖體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)層次分析法不僅能結(jié)合定性和定量?jī)蓚€(gè)類型指標(biāo)進(jìn)行綜合判定分析，還克服了評(píng)價(jià)因素的主觀性，得到相對(duì)可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果。

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On danger evaluation of dangerous rockmass on Banyan Mountain of Huangshi City and its application

Li Yaguang

(WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430070,China)

In this paper, the typical dangerous rockmass in Banyan Mountain, Huangshi City as an example, had a complete and systematic study to the rockmass risk assessment. Through the analysis of dangerous rockmass environmental conditions, the evaluation factors, development characteristics, influence scope, a new complete dangerous rockmass risk assessment system of quantitative analysis has been built. The risk comprehensive evaluation of typical dangerous rockmass can provide a basis for the regional disaster prevention and control.

dangerous rockmass, risk assessment, analysis hierarchy process， evaluation factors

1009-6825(2016)10-0073-02

2016-01-25

李亞光(1990- )，男，在讀碩士

TU452

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