專利名稱：：山區(qū)高速公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種山區(qū)高速公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。
背景技術(shù)：
：滑坡災(zāi)害是自然環(huán)境的一部分，是僅次于地震災(zāi)害和洪水災(zāi)害的一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害?；聦?duì)人類社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的危害是世界性的，滑坡災(zāi)害給世界各國造成的經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)每年可達(dá)數(shù)十億美元。山區(qū)高速公路的平、縱斷面指標(biāo)高，在修建過程中不可避免地要對(duì)山體進(jìn)行填挖，故滑坡發(fā)生密度大，頻率高。此外，在高速公路工程建設(shè)中，如果因?yàn)榛略?，工程不能及時(shí)發(fā)揮效益或使用中斷，其間接損失更大?；嘛L(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)，是指人們對(duì)可能遇到的邊坡滑坡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測、識(shí)別、評(píng)估、分析，并在此基礎(chǔ)上有效地處置風(fēng)險(xiǎn)，以最低成本實(shí)現(xiàn)最大安全保障的科學(xué)管理方法?；嘛L(fēng)險(xiǎn)管理的流程也就包括滑坡風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別、滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、滑坡風(fēng)險(xiǎn)控制與滑坡風(fēng)險(xiǎn)防范等環(huán)環(huán)相扣、逐步深入的進(jìn)程，通過滑坡風(fēng)險(xiǎn)管理，避免或減少滑坡地質(zhì)災(zāi)害對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)的危害，在對(duì)滑坡體的發(fā)展變化趨勢做出判斷和預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，可對(duì)其采取相應(yīng)的治理或防范等措施。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種山區(qū)高速公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。本發(fā)明提出的山區(qū)高速公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，采用危險(xiǎn)性和易損性指標(biāo)對(duì)公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體步驟為(l)對(duì)滑坡危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，通過危險(xiǎn)性分級(jí)來考慮，將巖堆高速公路邊坡的危險(xiǎn)性分為很低(i)、低(n)、中等(m)、高(iv)和很高(v)五級(jí)，確定影響邊坡穩(wěn)定的二級(jí)指標(biāo)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并采用專家評(píng)定法確定各指標(biāo)的權(quán)重(表i);通過模糊數(shù)學(xué)計(jì)算，綜合各因子數(shù)據(jù)的分布特征，對(duì)連續(xù)性指標(biāo)采用降半梯形分布計(jì)算其各級(jí)隸屬度，對(duì)于離散型指標(biāo)采用德爾斐法計(jì)算各級(jí)隸屬度，進(jìn)而得到巖堆邊坡的危險(xiǎn)性級(jí)別；模糊評(píng)判方法是應(yīng)用模糊變換理論和最大隸屬度原則，綜合考慮被評(píng)判事物或其屬性的相關(guān)因素，進(jìn)行等級(jí)或者級(jí)別評(píng)價(jià)的一種方法，其基本的評(píng)價(jià)步驟為確定評(píng)價(jià)指標(biāo)集合"=^1，^..../^，各一級(jí)指標(biāo)權(quán)重w=,,w2....wj;各一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)集合",Av"i,…",、J，各二級(jí)指標(biāo)權(quán)重w=~,.">^,..1^」，C/={w1,mv...w}x{//i,〃2....〃}';",={Wi,....w,、}x{A,1,A,2...A}'，其中~表示第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的第n個(gè)二級(jí)指標(biāo)的危險(xiǎn)性隸屬度，U為滑坡風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性隸屬度；②確定各指標(biāo)評(píng)語集合，對(duì)危險(xiǎn)性等級(jí)的評(píng)語集合^俾低(i),低(n),中等(ni),高(ir),很高(r》，(各指標(biāo)評(píng)語具體級(jí)別分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可參見表i)③在模糊數(shù)學(xué)中，以隸屬度來表征事物中的模糊界線，根據(jù)建立隸屬度的基本原則，在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中，對(duì)于連續(xù)變量采用了降半梯形分布計(jì)算公式(1~5)確定隸屬度函數(shù)而對(duì)于離散型變量采用專家評(píng)定法確定隸屬度函數(shù)即模糊評(píng)價(jià)矩陣(表2)。④確定評(píng)價(jià)指標(biāo)大小的權(quán)重，具體的方法有專家咨詢法、德爾斐法和層次分析法。表l影響巖堆邊坡穩(wěn)定的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重及危險(xiǎn)性分級(jí)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>t/v(X)=0R—Rx化(5)式(1)~式(5)表示連續(xù)型變量的隸屬度函數(shù)的公式，其中^人，^，p;，^表示巖堆邊坡危險(xiǎn)性分級(jí)的5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值(對(duì)于區(qū)間性指標(biāo)，取其平均值)；^(x),J^(x)，^(x),(x),^(x)表示連續(xù)的隸屬度函數(shù)；x表示實(shí)測值。表2表示離散型變量的隸屬度確認(rèn)表格。(如若某指標(biāo)為II級(jí)(低)則隸屬度為/i={0.15,0.75,0.15,0.00,0.00})表2離散型指標(biāo)隸屬度級(jí)別隸屬度uumuIVuvI級(jí)(很低)0.750.250.000.000.00II級(jí)(低)0.150.700.150.000.00in級(jí)(中)0.000.150.700.150.00rv級(jí)(高)0.000.000.150.700.15v級(jí)(很高)0.000.000.000.250.75(2)山區(qū)高速公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)易損性進(jìn)行分析時(shí)，把人員傷亡、道路、生命線工程、橋梁、居住房屋、土地作為受災(zāi)體，分別對(duì)其進(jìn)行易損性評(píng)價(jià)(表3)。隸屬函數(shù)及隸屬度的選取與危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)一致。表3巖堆邊坡易損性評(píng)價(jià)受災(zāi)體類型易損性級(jí)別很低(I)低(II)中等(in)高(rv)很高(v)人員傷亡SI^l或MI>31<SI$31SF<3或SI>3道路破壞長度(m)<100101~500501~1000訓(xùn)1~2000>2000生命線工程無或輕微受損，可正常使用輕度損壞，需小規(guī)模修理較嚴(yán)重?fù)p壞，需專門修理嚴(yán)重?fù)p壞，需大規(guī)模專門修理完全損壞，需重建<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明中，所述滑坡是指斜坡上的巖體或土體因某些原因在重力作用下沿一定的結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體順坡下滑現(xiàn)象或過程，俗稱"走山"、"垮山"、"地滑"、"土溜"等。本發(fā)明中，所述危險(xiǎn)性是指滑坡災(zāi)害自然屬性特征的體現(xiàn)，它的核心要素是滑坡災(zāi)害的活動(dòng)程度。本發(fā)明中，所述易損性是指受災(zāi)體遭受邊坡失事破壞機(jī)會(huì)的多少與發(fā)生損毀的難易程度。本發(fā)明中，所述層次分析法(AHP)是指將決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。該方法是美國運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)對(duì)可能遇到的邊坡滑坡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測、識(shí)別、評(píng)估、分析，并在此基礎(chǔ)上有效地處置風(fēng)險(xiǎn)，以最低成本實(shí)現(xiàn)最大安全保障。2)避免或減少滑坡地質(zhì)災(zāi)害對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)的危害，在對(duì)滑坡體的發(fā)展變化趨勢做出判斷和預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，可對(duì)其釆取相應(yīng)的治理或防范等措施。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。在建的云南某高速公路14標(biāo)k68+890+990路段位于云貴高原與四川之過渡地帶，屬中切割尖頂狀中低山地貌類型。依據(jù)前述的理論框架對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。1.危險(xiǎn)性模糊綜合評(píng)判(1)地質(zhì)因素該滑坡體斷層不發(fā)育，斜層理發(fā)育兩組節(jié)理，滑坡下部存在較高陡臨面，前緣臨空面坡度在60。以上，溝谷切割成v型，切割程度較高，巖石風(fēng)化程度高，巖性為紫紅色、紫灰色中厚層狀泥巖，泥巖呈全強(qiáng)風(fēng)化，泥巖全風(fēng)化呈粘土狀，強(qiáng)風(fēng)化呈碎石土狀，碎石呈塊狀結(jié)構(gòu)，局部全風(fēng)化泥巖呈散體結(jié)構(gòu)。(2)結(jié)構(gòu)因素基巖強(qiáng)度中等，泥巖承載力值flc二300400kpa，砂巖承載力值fk=350500kp，基巖面條件光滑，地形條件極為不利，地形坡度在28。以上，內(nèi)摩擦角33.8°，粘聚力20.78kpa。巖堆體的物質(zhì)組成主要以塊石、土直接堆積。巖堆體膠結(jié)主要是泥質(zhì)膠結(jié)，程度較密實(shí)。(3)水的影響富水性中等，地下水滲流為A級(jí)，線路所處的斜坡段為上清河右谷坡下部，上清河在該段自南向北逕流，水流量較大，雨季地表水沖刷較強(qiáng)。水麻地區(qū)降雨強(qiáng)度大，年平均降雨量1200mm，特別是510月為集中降雨時(shí)段，占全年降水量的80%，該滑坡體在地質(zhì)調(diào)研期間未設(shè)置排水溝。(4)環(huán)境因素斜坡上部坡面植被較發(fā)育，多灌木、樹林，斜坡中下部植被不發(fā)育，僅零星分布有少量樹木；在古滑坡地帶分布有少量農(nóng)田植被，現(xiàn)狀均被開墾為階梯狀耕地，植被覆蓋率在20%~30%左右，地震烈度較高，一般設(shè)計(jì)為7度。土地使用類型為道路，人工擾動(dòng)較大。根據(jù)以上描述，確定各二級(jí)指標(biāo)的危險(xiǎn)性等級(jí)隸屬度。以地質(zhì)因素為例，該滑坡體斷層不發(fā)育，則參照表l，危險(xiǎn)性等級(jí)為II級(jí)，則參考表2，隸屬度11={0.15，0.70，0.15，0.00，0.00}。同理，u12={0.00,0.15，0.70,0.15,0.00，}，將每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的隸屬度得到后可得9i，"12，"13，"14，"15}0.150.70.150000.150.700.1500000.250.75000.150.70.15000.150.70.15參照表i得^,，w,2.…w,J={0.2,0.25，0.25,0.15,0.15}于是，"i={wu,w12,...w1}x{//11,〃l,...//1}'={0.03000.17750.25000.31000.2325}同理可計(jì)算得到"2、"3、"4，貝lj0.03000.17750.25000.31000.23250.11250.24500.27000.20000.1725000.02250.31750.66000.03000.17000.26000.45000.0900參照表i得{^，^—?dú)鈣={0.15，0.30，0.35，0.2}于是，{/={Wl,W2....w"}x{;u1，;u2....iuJ'={0.04420.13410.17840.30760.3356}經(jīng)計(jì)算得其隸屬度為(0.0"20.l3410.17840.!30760.3356),依據(jù)模糊評(píng)價(jià)中的最大隸屬度原則，此滑坡危險(xiǎn)性屬于第V級(jí)。2.易損性評(píng)價(jià)首先把人員傷亡、道路、生命線工程、橋梁、居住房屋、土地作為受災(zāi)體，分別對(duì)其進(jìn)行易損性評(píng)價(jià)，采用層次分析法確定指標(biāo)相關(guān)權(quán)重，得其評(píng)判矩陣為爿=1122341111241/21/211221/21/211221/31/31/21/2121/41/41/21/211通過計(jì)算得到義_=5.9344，其對(duì)應(yīng)的特征向量為:W=(0.6558,0.5023,0.3463，0.3463，0.2186,0.1732f，2.2426査表7得及/=1.24，貝IJ:10義一w59344—6C.i=乂鵬=i力0=-0.0106<0.1(w—(6—l)xl.24表4隨機(jī)一致性指標(biāo)及/值矩陣階數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>說明判斷矩陣滿足一致性要求，即相應(yīng)求得的特征向量有效，進(jìn)一步歸一化處理即可得到各相關(guān)因素的權(quán)重(小于O.l的值取O.l)。取兩位有效數(shù)字則這六個(gè)指標(biāo)的權(quán)重w={0.28,0.22,0.15,0.15,0.1,0.1}根據(jù)實(shí)地調(diào)研，進(jìn)行易損性分析，古滑坡斜坡上坐落有1戶居民約10人，滑坡平均長度約155m，滑坡體上植被覆蓋中等，如滑坡發(fā)生后，考慮到居民及高速公路施工人員，死亡人數(shù)將達(dá)到3人以上，道路破壞長度大于lOOm，生命線工程將遭受嚴(yán)重?fù)p壞，滑坡體上的一間房屋將嚴(yán)重受損。經(jīng)計(jì)算(計(jì)算過程可參照危險(xiǎn)性隸屬度計(jì)算)，得到隸屬度為(0.2205,0.2540,0.2080,0.1075,0.2100)，依據(jù)模糊評(píng)價(jià)中的最大隸屬度原則，此滑坡易損性等級(jí)為II級(jí)。3風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)依據(jù)上文建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系,綜合危險(xiǎn)性和易損性評(píng)價(jià)，參照表4的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣，此邊坡的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為III級(jí)。權(quán)利要求1、一種山區(qū)高速公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，其特征在于采用危險(xiǎn)性和易損性指標(biāo)對(duì)公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體步驟為(1)對(duì)滑坡危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，將巖堆高速公路邊坡的危險(xiǎn)性分為很低(I)、低(II)、中等(III)、高(IV)和很高(V)五級(jí)，確定影響邊坡穩(wěn)定的二級(jí)指標(biāo)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并采用專家評(píng)定法確定各指標(biāo)的權(quán)重；通過模糊數(shù)學(xué)計(jì)算，綜合各因子數(shù)據(jù)的分布特征，對(duì)于連續(xù)性指標(biāo)采用降半梯形分布計(jì)算其各級(jí)隸屬度，對(duì)于離散型指標(biāo)采用德爾斐法計(jì)算各級(jí)隸屬度，進(jìn)而得到巖堆邊坡的危險(xiǎn)性級(jí)別；其基本的評(píng)價(jià)步驟為①確定評(píng)價(jià)指標(biāo)集合u＝{μ1，μ2....μn}，各一級(jí)指標(biāo)權(quán)重w＝{w1，w2....wn}；各一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)集合u1＝{ui，1，ui，2....ui，n}，各二級(jí)指標(biāo)權(quán)重wi＝{wi，1，wi，2....wi，n}，U＝{w1，w2....wn}×{μ1，μ2....μn}′；ui＝{wi，1，wi，2....wi，n}×{μi，1，μi，2....μi，n}′，其中μi，n表示第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的第n個(gè)二級(jí)指標(biāo)的危險(xiǎn)性隸屬度，U為滑坡風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性隸屬度；②確定各指標(biāo)評(píng)語集合，對(duì)危險(xiǎn)性等級(jí)的評(píng)語集合V＝{很低(I)，低(II)，中等(III)，高(IV)，很高(V)}；③在模糊數(shù)學(xué)中，以隸屬度來表征事物中的模糊界線，根據(jù)建立隸屬度的基本原則，在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中，對(duì)于連續(xù)變量采用了降半梯形分布計(jì)算公式(1～5)確定隸屬度函數(shù)而對(duì)于離散型變量采用專家評(píng)定法確定隸屬度函數(shù)即模糊評(píng)價(jià)矩陣；降半梯形分布計(jì)算公式如下<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>U</mi><mi>I</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mi>x</mi><mo>≤</mo><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mi>x</mi></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mtd><mtd><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo><</mo><mi>x</mi><mo>≤</mo><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>x</mi><mo>></mo><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>U</mi><mi>V</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>x</mi><mo>≤</mo><msub><mi>V</mi><mn>4</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><mrow><mi>x</mi><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>5</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>V</mi><mn>4</mn></msub></mrow></mfrac></mtd><mtd><msub><mi>V</mi><mn>4</mn></msub><mo><</mo><mi>x</mi><mo>≤</mo><msub><mi>V</mi><mn>5</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mi>x</mi><mo>≥</mo><msub><mi>V</mi><mn>5</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>式(1)～式(5)表示連續(xù)型變量的隸屬度函數(shù)的公式，其中V1，V2，V3，V4，V5表示巖堆邊坡危險(xiǎn)性分級(jí)的5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于區(qū)間性指標(biāo)，取其平均值)；VI(x)，VII(x)，VIII(x)，VIV(x)，VV(x)表示連續(xù)的隸屬度函數(shù)；x表示實(shí)測值；④確定評(píng)價(jià)指標(biāo)大小的權(quán)重；(2)山區(qū)高速公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)易損性進(jìn)行分析時(shí)，把人員傷亡、道路、生命線工程、橋梁、居住房屋、土地作為受災(zāi)體，分別對(duì)其進(jìn)行易損性評(píng)價(jià)，隸屬函數(shù)及隸屬度的選取與危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)一致。(3)在危險(xiǎn)性和易損性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采取風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣的方法來進(jìn)行巖堆邊坡的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。全文摘要本發(fā)明涉及一種山區(qū)高速公路滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。該方法是基于模糊數(shù)學(xué)的原理，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法、德爾斐法和層次分析法等方法計(jì)算影響高速公路邊坡的危險(xiǎn)性和易損性的隸屬度，進(jìn)而得到滑坡風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)性和易損性指標(biāo)評(píng)價(jià)級(jí)別。在此基礎(chǔ)上，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣的方法來進(jìn)行巖堆邊坡的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。該模型可以對(duì)可能遇到的邊坡滑坡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測、識(shí)別、評(píng)估、分析，并在此基礎(chǔ)上有效地處置風(fēng)險(xiǎn)，避免或減少滑坡地質(zhì)災(zāi)害對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)的危害，在對(duì)滑坡體的發(fā)展變化趨勢做出判斷和預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，可對(duì)其采取相應(yīng)的治理或防范等措施。文檔編號(hào)G06F19/00GK101630347SQ200910056700公開日2010年1月20日申請(qǐng)日期2009年8月20日優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日發(fā)明者劉忠強(qiáng),罡李,薛亞東,黃宏偉申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)