模糊数学法在建设项目地质灾害危险性综合评估中的应用.pdf

第2 6 卷第2 期 醮 他 GE0L 0GY OF S HAANXI 2 o o 8 I z , e J 文章编 号 ：1 0 0 1 - 6 9 9 6 ( 2 0 0 8 )O 2 一 O O 9 7 一 O 6 模糊数学法在建设项目地质灾害 危险性综合评估 中的应用 王建晓 (陕 西工程勘察研究院 ，西安7 1 0 0 6 8) 摘要：随着国民经济的不断发展，基础建设项 目中地质灾害危险性评估工作 日益 重要，特别是 “ 5 1 2 ” 四川汶川大地震后建设项 目地质灾害危 险性评估更是重中 之重。近年来公路建设和运行中可能遭受、加剧、引发地质灾害的趋势 日益明显。 本文以国家高速公路十堰一 天水联络线陕西境安康至汉 中公路为例来探索公路地质 灾害危 险性 综合评 估 的定量 评价 方法 。 关键词：公路建设 ；地质灾害 ；模糊数学；综合评价 中图分类 号 ：P 6 9 4 X 4 3 文献 标识 码 ： A 1 引言 近几年来随着我 国高速公路网的密集化，特别是高速公路在山区地质环境条件复杂的灾 害易发区开挖建设 的越来越多，公路建设和运行过程中遭受 、加剧和引发地质灾害的可能性 日趋加大 ，但如何进行客观科学的评估，迄今为止在我国还没有一种比较成熟和完美的定量 评价方法作为标准来推广使用。目前我 国广泛使用的方法有定性分析法 ( 工程地质类比法或 地质分析法) 、定量分析法 ( 数学模型法) 、模型试验法和监测分析法。其 中数学模型法是在 定性分析的基础上 ，建立预测对象的数学模型 ，通过合理假设与简化，将复杂的研究对象抽 象成可以求解的数学模型 ，进而选取合理的参数进行计算 ，最终获取评价结果 。该方法在近 几年我国开展的县 ( 市、区)地质灾害调查与区划工作中得到了广泛应用 ，我们把这种方法 应用于公路地质灾害危险性综合评估中也取得了基本正确的结果 。 2 实例分析 以国家高速公路十堰一天水联络线陕西境安康至汉中公路地质灾害危险性评估为实例进 行分析。本段公路全长 1 8 9 6 5 k m，位于秦巴山区 ，路线穿越低中山、丘陵垄岗、河谷阶地 等多种地貌类型，沿线地层岩性以变质岩、岩浆岩为主，岩土体结构类型复杂，工程地质性 收稿 日期l 2 0 0 8 0 8 1 8 作者简介：王建晓，女， 4 0 岁，水工环工程师，长期从事工程勘察、地质灾害调查与评估等野外地质工作 9 8 陕西地质 第 2 6卷 质较差，地质环境条件属于复杂类型。灾害评估属一级评估。 2 1 评 估方 法 本次模糊综合评判法是利用模糊变换原理和最大隶属度原则 ，在地质灾害现状及地质环 境背景调查的基础上根据区内地质环境条件 、地质灾害的主要引发因素以及地质灾害现状等 为条件 ，以各条件的影响程度给予不同的权重值 均衡兼顾地对拟建公路工程地质灾害危险 性进行综合评估 。 2 2 评估步骤 评价单元的划分。将评估 区 ( 线路两侧各外延 5 0 0 m)按 照拟建公路轴线方 向每 5 0 0 r N横 向 1 0 0 0 m为一个矩形单元进行剖分 ，共剖分出 3 8 1个单元 ( 线路末端不足 5 0 0 m，并 人相邻一个单元 ) 。 地质灾害危险性等级的划分。按国土资源部颁布的 “ 地质灾害危险性评估技术要求 ( 试行) ” ，将拟建公路沿线地质灾害危险性划分为三级 ，见表 1 。 评价因素集 ( U) 、权重向量 ( A)及评价结果集 ( V)的确定 根据本段公路沿线的实地调查结果确定影响本公路区段地质灾害危险性的主要条件有人 类工程活动、地形地貌、岩土体、斜坡结构 、降水量、地质灾害发育现状( 线密度 、规模 、 危险性)等因素，给出因素集 U= u 1 ，u 2 ，u ) ，即因素集 U= U 1 ，U 2 ，U ，U ， 表 1地质灾害危险性分级表 Ta b 1 Cla s s if ica t io n o f t h e d a n g e r s ca u s e d b y g e o l o g ica l h a z a r d s I级 ( 危 险性小) 地质灾害弱发育 ， 危害程度小 I I 级 ( 危 险性 中等) 地质灾害 中等发育 ， 危害程度中等 级 ( 危险性大) 地质灾害强发育 ， 危害程度 大 根据本区具体地质条件结合以往同类工作 中其他专家经验选取各 因素在评价集中权值结 果见表 2 。其 中人类工程活动影响权重价值较大，因为本线路穿过岩性主要为千枚岩、片岩 的中低山区，本区植被较好 ，原本灾害不发育 ，但工程建设本身深挖高填路段很多 ，这将破 坏公路沿线 的植被及岩土体原有结构，成为地质灾害的主要诱发因素 。 评价结果集为 V： = ： v ， ，v ，v m ，拟建工程地质灾 害危险性按照三级划分 ，因此 评价结果集为：V一 v ，v 。 ，v 。 )= 危险性小( I级) ，危险性中等( 1 1 级) ，危险性大 ( 级 ) ) 。 确定隶属度 ，建立单因素评判矩阵 ( R) 确定隶属度 评价指标 ( 影响因素)在评价模型中作为地质变量，必须进行量化。可分为两类 ，一类 是定量指标 ，如降水量和地质灾害发育现状 ( 线密度)等，只需作适 当数值变换 即可使用 。 另一类是定性指标 ，如地形地貌 、岩土体等 ，对于定性指标根据工程地质类比的方法 ，参考 第 2期 王建晓 ：模糊数学法在建设项 目地质灾害危 险性综 合评估 中的应用 9 9 表 2 地质灾害危险性分区评价指标及权重一览袭 Ta b 2 As s e s s me n t q u o t a a n d we ig h t in g in r e g i o n a l d i v is io n o f d a n g e r s ca u s e d b y g e o lo g ica l h a z a r d s 评价指标 权重 地形地貌 0 0 8 地质环境条件 岩土体类型 O 0 7 斜坡结构 0 O 9 降水 量( ram) O 0 9 引发因素 河流冲刷坡脚 0 O 6 地质灾害发育现 状 线 密度 ( 处 k m) O 1 2 人类工程 活动影 响 路基、 桥 梁、 隧道 0 4 9 表 3 评价指标隶属度取值表 Ta b3 At t r ibu t a ble v a lue s o f a s s e s s me nt qu o t a 隶 属 度 一 评 价 指 标 指 标 类 型 I 河谷阶地 0 6 0 4 O 地形 地貌 丘陵岗地 0 2 O 5 0 3 低山、 低 中山 0 1 0 3 0 6 坚硬块状侵入岩类 ， 较坚硬薄层状碎屑岩类 0 8 O 2 0 地质环 岩土体 软 弱碎屑岩类 ， 坚硬 中厚层状碳酸岩类 O 1 0 4 0 5 境条件 膨胀土 ， 坡残积土， 软 弱薄层状浅变质岩 0 0 3 0 7 单层结构 ， 岩体整体性好 ， 无软弱结构面 O 9 0 1 O 斜坡结构 单层或双层结构， 岩体存在一定的节理裂隙 0 5 0 3 O 2 双层或多层结构， 堆积层与板岩干枚岩接触 ， 0 O 2 0 8 9 0 0 9 0 0 9 5 0 降水量 ( ram) 9 5 O 1 0 0 0 按梯形 隶属 函数取值 1 0 0 O 1 0 5 0 引发因素 1 0 5 0 河 流( 水库) 无河流( 水库) 冲刷 、 浸泡坡脚 O 8 O 2 O 4 、 浸泡 河流( 水库) 季节性冲刷 、 浸泡坡脚 0 1 0 6 O 3 坡脚 河流( 水库) 长期冲刷、 浸泡坡脚 0 2 O 3 0 5 地质灾害 线密度 2 0 O 5 0 3 0 2 线密度 2 O 3 0 O 3 O 4 O 3 发育现状 ( 处 k m) 3 0 0 1 0 2 0 7 危险性大( 按单元 内危险性 最大 的计) 0 0 1 0 9 路基 危险性中等( 按单元内危险性最大的计) 0 1 O 7 0 2 危险性小 ( 按单元内危险性最大的计) 0 7 O 3 0 危 险性大 ( 按单元内危险性最大的计) O O Z O 8 人类工程 桥梁 危险性中等( 按单元内危险性最大的计) 0 Z O 6 0 2 活动影响 危 险性小 ( 按单元内危险性最大的计) 0 7 0 3 0 危 险性大 ( 按单元 内危险性最大的计) O 1 O 3 0 。 6 隧道 危险性中等 ( 按单元内危 险性最大的计) 0 2 0 5 0 3 危险性小 ( 按单元内危险性最大的计) 0 5 0 3 0 2 线密度： 是指在评估区范围内， 沿拟建公路每 1 k m程度内发育的各种类型地质灾害数量的平均值， 单位t 处 k m 1 0 0 陕西地质 第 2 6卷 已完成的陕西省安康市汉滨区、 安康市石泉县、 汉阴县 、 西乡县、 南郑县地质灾害调查与区划报 告结合拟建工程特征 ， 直接给 出评价指标 的隶属度值 ， 见表 3 。建立单因素评判矩阵。 根据隶属度对因素集( U) 中的各因素进行单因素评判 ， 得到模糊评判矩阵 。 R t RI ， R， R 一 【 n。 J 综合评判 对评判单元的权重向量( A) 和单因素评判矩阵( R ) 进行复合计算 ， 求解结果向量 ( B ) ： B A 。 R “ 。” 为某种合成运算 ， 计算中“ 。 ” 采用“ 一 +” 运算 。该运算方式 比较适用于要求整体指 标 的情形， 能对所有评价指标依权重大小均衡兼顾 ， 结果 中包含 了所有指标 的共同作用 ， 这种 运算方 式中 要求口 =l， 其数 学 模型 为： i=1 b j =口 ；r _ =1 ， 2 ， m 一 1 B是 V上的模糊子集 ， 根据最大隶属原则 即可得到评判单元的综合评价等级。 2 3评 估结 果 根据模糊综合评判结果 ， 全线危险性小的 1 6 3个单元 ， 危险性中等的 6 5 个单元 ， 危险性大 的 1 5 3 个单元 。 将相邻 的危险性等级相同的单元进行合并 ， 合并时结合地貌单元并充分考虑拟建 工程特 征 ， 对单元边界进行适当调整 ， 当不同危险性等级的单元相间出现时 ， 以危险性大的单元为准。 经合并后划为 4 4个区( 段) 。 地质灾害轻微、 危 险性小的级别 ( I级) 有 1 7个区段 ， 面积 8 9 4 1 k m。 ， 占评估 医的 4 6 9 ( 图 1 ) 。 地质灾害较重、 危险 性 中等 的级 别 ( 级) 有 l3个 区段 ， 面积 4 0 8 1 k m。 ， 占评估 区的 2 1 4 。 地质灾 害严 重 、 危 险性 大 的级别 ( 级) 有 1 4个 区段 ， 面 积 6 O 4 3 k m ， 占评估 区的 31 7 。 3 结论 本次综合评判结果已得到我省有关地质灾害专家的评审并给予了充分肯定 ， 专家认为： 本 次评估采用模糊综合评判法将评估区划分为大中小三级 4 4个区段评估依据充分 、 方法正确、 结论可信 、 值得推广。本次评估的结论与建议已经被建设方采纳并应用 于正在进行 的实际工 第 2期 王建晓：模糊数学法在建设项 目地质灾害危险性综合评估中的应用lo l 4 6 9 图 1 危 险性综合分 区各等级 比例 Fig 1 H ie r a r ch y i n co m p r e he ns iv e r e g io na l cla s s if ica t i on o f d a ng e r s 作 中。 通过该种方法尝试 ， 我有以下几点认识愿和同行们共同探讨： 利用模糊综合评判法对公路地质灾害危险性评价是可行 的， 这种方法 主要适合于工程 建设项 目巨大 ， 地质环境条件复杂 ， 灾害种类及诱发因素繁多的评估工作， 而且可以推而广之， 我们在 陕西省黄陵矿山环境地质调查 的综合评估中进一步应用也取得了理想的评价效果 ； 这种方法的优点在于能对所有起影响作用 的指标依照权重的大小均衡兼顾 ， 比较客 观， 具有很强的可操作性 ； 该方法把各种条件定量化 ， 减小了个体在工作中因认识差异而引起的人为随意性 ； 该 方法是 建 立在 地质 灾 害现状 和地 质环境 背景条 件 的基础 上所 作 出 的 ， 因此野 外 资料 收集的全面、 系统 、 准确是该方法得出正确结论的前提 ， 灾害现状和环境条件调查程度 和认识 深度越深 ， 模型的可靠性和评判区划结果可信度就越高。 参考文献 I ll唐小 明 大 比例尺地质灾害易发 区图编制的方法与实践 J 水文地质工程地质 ， 2 0 0 8 ( 1 ) 1 0 2 陕西地质 第 2 6 卷 FUZZY M ATHEM ATI CS APPLI ED TO AS S ES S M ENT OF THE DANGER CAUS ED BY GEOLOGI CAL HAZ ARDS I N CoNS T RUCTI oN P ROJ ECT W a n g J ia n x i a o (S h a a n x i I n s t it u t e o f Ge o t e ch n ie a l i n v e s t i g a t i o n ， Xi a n 7 0 0 0 0 0) Ab s t r a ct ： W it h t h e d e v e lo p me n t o f n a t io n a l e co n o my ，a s s e s s me n t o f d a n g e r s o t g e o l o g 。 l h a z a r d s b e co me s m0 r e imp o r t a n t in f u n d a me n t a l co n s t r u ct io n，e s p e cia lly i n t h e r e co n s t r u c t io n o f t h e W e n ch u a n a r e a in S ich u a n Pr o v in ce a f t e r t h e b ig e a r t h q u a k e h a p p e n e d in Ma y 1 2 2 0 0 8 Th e imp a ct o f g e o lo g ica 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