張 孟 帥

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

1 概述

拉月滑坡位于林芝縣排龍鄉(xiāng)東久河左岸上，川藏線測(cè)設(shè)里程K4108+250～K4108+800，路線長(zhǎng)550 m。1967年在東久河左岸發(fā)生山體滑坡，超過(guò)千萬(wàn)方的物質(zhì)從坡體剪出，堵塞東久河，形成拉月大滑坡[1,2]。在此事件發(fā)生后，除堵江壩體被河流沖走，其他滑坡體堆積于坡體中下部，在坡體上形成以崩塌、滑坡、殘坡積體共存的復(fù)合堆積體斜坡，該堆積體存在結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度較低、固結(jié)性差的問(wèn)題，在外界誘發(fā)因素作用下可能會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。因此，基于對(duì)川藏鐵路選線風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控的實(shí)際需求，需對(duì)拉月滑坡穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即對(duì)拉月松散堆積體斜坡再次發(fā)生滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

2 評(píng)估體系的確定

影響坡體穩(wěn)定性指標(biāo)因素較多，且他們之間的具體影響權(quán)重尚無(wú)準(zhǔn)確數(shù)值給出，只能相對(duì)去比較因素之間的作用強(qiáng)度，那就需要我們?cè)谥饔^賦權(quán)法中選擇一個(gè)合適的方法。其中層次分析法作為主觀賦權(quán)法的一種，具有系統(tǒng)性分析、簡(jiǎn)潔實(shí)用、所需定量信息少的優(yōu)點(diǎn)，與坡體穩(wěn)定性分析所需條件較為匹配，因此本文采用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重。

2.1 評(píng)估體系的建立

在應(yīng)用層次分析法解決各類決策問(wèn)題時(shí)，需把復(fù)雜問(wèn)題分解為對(duì)應(yīng)組成元素，并按照元素屬性不同自上而下分解成若干層。同一層元素對(duì)上層元素為從屬關(guān)系，對(duì)下層元素為支配作用，然后根據(jù)分層情況建立一個(gè)遞階層次結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)模型[3]。

在對(duì)坡體進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，我們需要選取客觀公正的指標(biāo)去反映坡體的實(shí)際情況，基于此原則，結(jié)合工程資料采用層次分析法將坡體穩(wěn)定性分析分為三個(gè)層次，分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。主要從坡體總特征、形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)特征和誘發(fā)因素四個(gè)子系統(tǒng)對(duì)坡體進(jìn)行分析，我們構(gòu)建如表1所示的指標(biāo)體系。

表1 坡體穩(wěn)定性分析指標(biāo)體系

2.2 確定評(píng)估體系權(quán)重

確定好體系之后，接著根據(jù)專家意見對(duì)同層元素兩兩進(jìn)行對(duì)比，構(gòu)建判斷矩陣。其次對(duì)層次進(jìn)行單排序和一致性檢驗(yàn)，求得最大特征根和特征向量，最后確定各指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)專家調(diào)查表中每位專家所給標(biāo)度，分別建立判斷矩陣，再將所有的判斷矩陣所求出的權(quán)重值算術(shù)平均，得到總的評(píng)價(jià)權(quán)重值[4]。例如，根據(jù)其中一位專家所給標(biāo)度，可建立如下判斷矩陣，準(zhǔn)則層判斷矩陣如表2所示。

表2 準(zhǔn)則層判斷矩陣

由此判斷矩陣可得：

一致性檢驗(yàn)指標(biāo)：

準(zhǔn)則層的權(quán)重分別B1=0.070；B2=0.098；B3=0.384；B4=0.448。

同理可得到該專家給定的各方案層判斷矩陣，如圖1所示。進(jìn)而求得各方案層的權(quán)重，即可得準(zhǔn)則層和方案層各層的權(quán)重,如表1所示。

3 物元分析

采用物元分析對(duì)某一事件的評(píng)價(jià)應(yīng)用較多，如梁川采用物元分析對(duì)水質(zhì)量評(píng)價(jià)[5]；李祚泳利用物元分析對(duì)自然災(zāi)害災(zāi)情進(jìn)行評(píng)估等[6]。但目前尚未應(yīng)用于坡體穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，基于此，我們采用其對(duì)坡體穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并探究其在災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)判和減災(zāi)策略上應(yīng)用。

3.1 物元分析的基本概念

物元分析是一種介于數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)科學(xué)的新學(xué)科，由我國(guó)學(xué)者蔡文在論文《可拓集合和不相容問(wèn)題》中首次提出物元分析，該方法通過(guò)促進(jìn)事物轉(zhuǎn)化以解決不相容問(wèn)題，并與創(chuàng)造思維學(xué)有著緊密的聯(lián)系[7]。我們可利用物元分析方法，建立基于事物多指標(biāo)的質(zhì)量評(píng)定模型，并對(duì)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行定量分析最終以定量的數(shù)值表示評(píng)定結(jié)果。

由N，c，v構(gòu)成有序的三元組R=(N,c,v)即為描述事物的基本元，簡(jiǎn)稱物元。其中，N為給定事物；c為事物具有的特征；v為特征的量值；則N，c和v稱為物元R的三要素。

3.2 計(jì)算過(guò)程

物元分析方法主要有以下幾步：

1)確定經(jīng)典域、節(jié)域和待識(shí)別的對(duì)象形成的物元。

經(jīng)典域即選定對(duì)象、指標(biāo)、指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間的分級(jí)，節(jié)域即選定的評(píng)價(jià)對(duì)象、指標(biāo)、指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的所有范圍，待評(píng)物元即關(guān)于檢測(cè)所得的具體數(shù)據(jù)。

2)確定權(quán)重。

3)建立關(guān)聯(lián)函數(shù)，計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)值。

4)關(guān)聯(lián)度及評(píng)定等級(jí)。

4 坡體穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4.1 經(jīng)典域、節(jié)域的確定

本文選取了滑坡規(guī)模、滑坡治理難易度、前后緣高差、平均坡度、巖性、地下水水位、降雨量、人類活動(dòng)強(qiáng)度和地震九項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)該流域歷史數(shù)據(jù)對(duì)這九個(gè)因素間的量值進(jìn)行劃分，其中巖性、滑坡治理難易度、人類活動(dòng)強(qiáng)度這三個(gè)指標(biāo)根據(jù)實(shí)際情況由專家給出定量化評(píng)估。對(duì)于地下水水位變化對(duì)坡體穩(wěn)定性影響，依據(jù)劉明發(fā)在地下水對(duì)坡體穩(wěn)定性影響中的結(jié)論，水位在0 m～20 m區(qū)間內(nèi)增長(zhǎng)時(shí)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)一直在下降，水位在0 m～6 m變化時(shí)，對(duì)坡體穩(wěn)定性影響最小，且邊坡穩(wěn)定系數(shù)最高，當(dāng)在6 m～10 m變化時(shí)對(duì)坡體穩(wěn)定性影響增大，10 m～15 m時(shí)穩(wěn)定性影響下降趨勢(shì)開始變緩，當(dāng)?shù)叵滤粸?0 m時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)最低[8]。本文將坡體穩(wěn)定狀態(tài)分為非常安全、較安全、偶然不安全、較不穩(wěn)定、不穩(wěn)定五個(gè)等級(jí)，對(duì)于各個(gè)指標(biāo)在五種等級(jí)中的取值范圍主要依據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)在該變化范圍內(nèi)對(duì)坡體的影響程度不同進(jìn)行劃分，得到如表3所示的等級(jí)劃分，即確定滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的經(jīng)典域和節(jié)域。

表3 拉月滑坡評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)劃分

進(jìn)而得到經(jīng)典物元矩陣和節(jié)域物元矩陣如下所示：

表4 拉月滑坡評(píng)價(jià)歸一化指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)劃分

4.2 拉月滑坡目前狀態(tài)

拉月滑坡在1967年發(fā)生滑動(dòng)后，其原有狀態(tài)已經(jīng)改變，原滑坡體下滑堆積在坡體下部，使得坡體下部變厚，堆積滑坡體體積約為200×104。坡度變緩，坡度為30°左右，堆積層前后緣高差349 m。在雨季平均單日降雨量影響下，地下水位上升為2.1 m。每年8月份～10月份，冰川仍在消融期，且處在降雨期，我們依照波密氣象站記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)，選取其12 h降雨量為30 mm。該區(qū)域位于強(qiáng)地震影響區(qū)，其地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，相當(dāng)于地震基本烈度8度[1]。對(duì)于拉月滑坡坡體，經(jīng)過(guò)專家評(píng)審給出的巖性得分為45分，滑坡治理得分為50分，人類活動(dòng)得分為30分。我們得到九項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)如表5所示，并對(duì)其進(jìn)行了歸一化處理。

表5 指標(biāo)值及其歸一化值

根據(jù)上述物元分析計(jì)算過(guò)程，我們得出各項(xiàng)指標(biāo)的等級(jí)關(guān)聯(lián)度，如表6所示。

表6 關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果

結(jié)合采用層次分析法求得的九項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值，進(jìn)而求得坡體目前狀態(tài)與五個(gè)等級(jí)之間的隸屬度關(guān)系，如表7所示。

表7 綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果

由上述計(jì)算結(jié)果可知，拉月滑坡坡體在雨季12 h降雨量30 mm(暴雨水平)的情況下，坡體會(huì)處于偶然不安全狀態(tài)，有觸發(fā)滑坡的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)會(huì)隨著降雨時(shí)長(zhǎng)增加和降雨量的增加，致使坡體出現(xiàn)滑動(dòng)的可能性變大。斜坡也可能在強(qiáng)地震動(dòng)力響應(yīng)下產(chǎn)生崩滑災(zāi)害。故其在天然狀態(tài)下自穩(wěn)情況相對(duì)較好，在無(wú)強(qiáng)烈地震或極端降雨，大型人類工程活動(dòng)等外界條件的激發(fā)下，坡體不會(huì)出現(xiàn)大的整體滑動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

1)在應(yīng)用物元分析對(duì)坡體穩(wěn)定性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，計(jì)算方法簡(jiǎn)單便捷，關(guān)聯(lián)度真實(shí)反映了坡體目前的狀態(tài)，與實(shí)際較為接近。并采用層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，具有邏輯性強(qiáng)實(shí)用性好的優(yōu)點(diǎn)，并能準(zhǔn)確得出各指標(biāo)權(quán)重值。

2)拉月滑坡堆積體在降雨、地震誘發(fā)因素作用下其危險(xiǎn)性處于偶然不安全狀態(tài)，說(shuō)明拉月滑坡體在天然條件下相對(duì)穩(wěn)定，但在極端降雨、地震等誘發(fā)因素作用下，滑坡仍有一定的發(fā)生可能性，若線路經(jīng)過(guò)該區(qū)域，需對(duì)坡體進(jìn)行綜合治理。