付 婷

(江西豐城市水利局，江西 豐城 331100)

岸坡工程建設(shè)可以有效保障汛期城鎮(zhèn)安全，防止洪水泛濫。岸坡工程穩(wěn)定性是保證人民安全的關(guān)鍵因素。目前針對(duì)岸坡穩(wěn)定性，較多的學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)研究。肖瑤等[1]考慮環(huán)境造成巖土體強(qiáng)度降低對(duì)岸坡穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。當(dāng)巖土體強(qiáng)度降低幅度達(dá)到30%時(shí)，岸坡將處于臨界破壞的狀態(tài)。陳將宏等[2]選取了巖土體強(qiáng)度參數(shù)、水位升降、降水、容重四個(gè)因素作為評(píng)價(jià)岸坡穩(wěn)定性的影響因素并確定其權(quán)重。魯志強(qiáng)、羅紅星等[3～4]通過力學(xué)計(jì)算的方法獲取金雞達(dá)旦河某段岸坡的穩(wěn)定性情況，結(jié)果表明，岸坡形狀的突然劇烈變化將會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性的急劇變化。鄧華鋒等[5]通過室內(nèi)力學(xué)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，研究了岸坡巖土體在干濕循環(huán)作用下力學(xué)強(qiáng)度的變化規(guī)律，得到巖土體強(qiáng)度變化對(duì)岸坡穩(wěn)定性的影響。王鵬[6]通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，查明金沙江特大橋的工程地質(zhì)條件，使用sarma法計(jì)算碎裂巖土體岸坡的穩(wěn)定性情況，用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)岸坡的應(yīng)力、位移進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析岸坡變形發(fā)展趨勢(shì)。

但是，近期暴雨頻發(fā)，岸坡工程正經(jīng)歷嚴(yán)峻的考驗(yàn)。早期的岸坡工程久遠(yuǎn)失修，其所處的工程條件已發(fā)生明顯變化，如水位、荷載變化，人類工程活動(dòng)和河流沖刷導(dǎo)致岸坡變陡等。環(huán)境因素的突然變化，岸坡穩(wěn)定性必然發(fā)生改變，對(duì)岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行快速評(píng)價(jià)具有重要的研究意義。因此，采用組合賦權(quán)-未確知測(cè)度的方法對(duì)岸坡穩(wěn)定性等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)和岸坡穩(wěn)定性等級(jí)

影響岸坡工程穩(wěn)定性的因素多樣，其中工程所處的環(huán)境是最為重要的影響因素。此外，人類工程活動(dòng)、降雨等也是影響工程穩(wěn)定性的因素。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和前人研究成果[7～8]的基礎(chǔ)上，選取土體強(qiáng)度（X1粘聚力，X2內(nèi)摩擦角），邊界因素（X3坡比，X4坡高，X5坡外水位，X6坡內(nèi)水位，X7荷載）等7個(gè)指標(biāo)作為岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的影響因素。穩(wěn)定性等級(jí)分為3級(jí)，Ⅰ級(jí)-Ⅲ級(jí)表示穩(wěn)定性等級(jí)逐漸變高，評(píng)價(jià)指標(biāo)可根據(jù)試驗(yàn)和計(jì)算獲得，見表 1、圖 1。

圖1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1 指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)

2 未確知測(cè)度-組合賦權(quán)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 未確知測(cè)度理論

假設(shè)有n個(gè)待評(píng)價(jià)岸坡穩(wěn)定性，用空間向量集R表示：R={R1，R2，R3，…，Rn}。對(duì)于每個(gè)待評(píng)價(jià)岸坡有 m 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：：X={X1，X2，X3，…，Xm}。Xij代表岸坡 Ri的第 j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值。則岸坡 Ri的穩(wěn)定性為：Ri={Ri1，Ri2，Ri3，…，Rim}。Xij的穩(wěn)定性等級(jí)評(píng)價(jià)向量為：U={C1，C2，C3，…，CP}，設(shè) Ck為第 k 級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)且 Ck>Ck+1。若 C1>C2>C3，…，>CP則{C1，C2，C3，…，CP}為一個(gè)有序分割類[9]。

2.2 單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣

設(shè) μijk=μ（Xij∈Ck）表示指標(biāo) Xij隸屬于第 k 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，Ck的程度滿足可加性和歸一性。則稱μ為未確知測(cè)度。單指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣為：

2.3 多指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣

設(shè)μijk=μ(Ri∈Ck)表示岸坡Ri屬于第k級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ck的程度。

2.4 置信度識(shí)別準(zhǔn)則

2.5 組合賦權(quán)

（1）Roughset理論優(yōu)化層次分析法

上世紀(jì)70年代Satty[10]提出層次分析法（AHP），應(yīng)用于確定不同層次的指標(biāo)權(quán)重。該方法簡(jiǎn)便，但認(rèn)為影響較大沒存在誤差。為此，使用Roughset理論[11]對(duì)層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，使得選取的權(quán)重結(jié)果更加客觀。

計(jì)算方法如下：

（2）熵值法

岸坡穩(wěn)定性具有多變性，時(shí)間、地點(diǎn)不同穩(wěn)定性也可能不同。使用熵值法構(gòu)建矩陣，減小了賦權(quán)過程中人為主觀影響。

式中：yji為各指標(biāo)值，p為指標(biāo)個(gè)數(shù)。綜上所述，可采用（3）(4)求出各指標(biāo)權(quán)重。

（3）評(píng)價(jià)方法

采用組合賦權(quán)的方法，對(duì)選取的定性定量指標(biāo)賦予權(quán)重。設(shè)Roughset理論改進(jìn)層次分析法得到權(quán)重為wi′，使用熵值法獲得的權(quán)重為wi″,設(shè)層次分析法和熵值法權(quán)重滿足距離函數(shù)為d(wi′,wi″)，其表達(dá)式為:

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3 工程應(yīng)用

為了對(duì)本文使用的方法進(jìn)行驗(yàn)證，選取某段岸坡（P1）為例。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)獲取該地區(qū)各影響因素取值和巖土體力學(xué)參數(shù)。粘聚力為15 kPa，內(nèi)摩擦角為15°，坡比為2.1，坡高5 m，坡外水位3 m，坡內(nèi)水位1 m，荷載5 kPa。

建立各個(gè)指標(biāo)的測(cè)度函數(shù)，見圖2。

圖2 各指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

結(jié)合測(cè)度矩陣和式（2）獲取岸坡P1的多指標(biāo)評(píng)價(jià)向量。同理可獲取其他岸坡的評(píng)價(jià)向量。使用置信度準(zhǔn)則判斷岸坡P1的穩(wěn)定性等級(jí)。取λ=0.5。則判斷岸坡P1的穩(wěn)定性情況，從小到大為：0.2186+0.4123=0.6309＞0.5，從大到小為0.3691+0.4123=0.7814＞0.5。兩種方法判定岸坡P1的穩(wěn)定性均為 C2。

由表3可知，P1～P5的穩(wěn)定性等級(jí)依次為，Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ、Ⅰ、Ⅲ；本文方法分析結(jié)果與工程地質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果相吻合，表明運(yùn)用本文方法對(duì)岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)是可靠的。

表3 評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

（1）通過資料收集，選取了7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。使用組合賦權(quán)的方法獲取各指標(biāo)權(quán)重。粘聚力和內(nèi)摩擦角對(duì)岸坡穩(wěn)定性影響最大。

（2）使用未確知測(cè)度對(duì)岸坡P1～P5進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，穩(wěn)定性等級(jí)依次為：Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ、Ⅰ、Ⅲ，與實(shí)際工程調(diào)查較為符合。

（3）該方法對(duì)岸坡穩(wěn)定性等級(jí)評(píng)價(jià)具有較好的適用性，可以較為快速的獲取岸坡工程的穩(wěn)定性等級(jí)。以下方面仍需繼續(xù)改進(jìn)，以達(dá)到更好的評(píng)價(jià)效果：更好選取影響岸坡穩(wěn)定性等級(jí)的因素；全面客觀的獲得評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相互影響關(guān)系；樣本的普適性。