层次分析法在西太平山崩塌稳定性评价的应用

张成兵 赵激光 张 鹏

(1.河北省第四水文工程地质大队，河北 沧州 061000;2.石家庄经济学院，河北 石家庄 050000)

0 引言

张家口市是冀西北中心城市，西太平山崩塌危岩带全长约1380 m，高60 m～100 m，位于桥西区城区内，大境门至快速路北环线西太平山隧道西出口陡崖和陡坡之上。经调查核实，自2007年以来，曾经发生过2次崩塌地质灾害，给当地居民造成一定的损失。因此开展西太平山的崩塌稳定性研究是必要的和紧迫的。近年来，对崩塌滑坡的稳定性研究由定性到定量，由对单一岩体评判到区域评判[1]，由模糊定性评价到精确数值模拟。模糊数学稳定性定性评价的方法主要有多级模糊评判法，层次分析法。模糊数学用于对多因素、多层次问题的评判，可操作性较强。影响斜坡稳定性的因素多而复杂，各因素影响程度不同，划分稳定性级别的各因素的界限不明确，应用模糊数学方法把各种定性的资料判断转化为模糊语言，对斜坡稳定性识别和判断，将会得到更合理的解答[2]。

目前对崩塌模糊的评价研究工作较少，对影响崩塌稳定性因子的选取以及因子评价标准的确定都存在主观性。针对现存的问题，本文以地质结构特征、岩体物理力学性质、外力因素三个主要因素分二级对危岩区进行模糊综合评判。对其中一些因子在参考大量资料的基础上采用抽样的方法评价该危岩区的稳定性，一定程度上客观的反映危岩体的真实情况。

1 模糊综合评判的基本原理

模糊数学中是以隶属度来刻画事物的界限的。对于离散性函数的隶属度，通过抽样的方法建立。以样本中稳定、不稳定、较不稳定所占的概率来反映总体的稳定、不稳定、较不稳定。对于连续性函数隶属度的建立采用公式法确定，本文采用“降半梯形”分布[3]，如式(1)所示:

其中，S1，S2，S3均为崩塌稳定性分级的标准值;X为实际测得值。

对影响崩塌稳定性的每一个因素进行等级评价，因素ui(i=1，2，3…)，评价等级 vj(j=1，2，3…)。从因素 ui着眼该事物对评价等级vj的隶属度rij，可以得到第i个因素ui的单因素评判集rij=(ri1，ri2，…，rin)。构造出一个总的评价矩阵R，显示从因素集u到评判集v的关系。

引入权重模糊子集A=(a1，a2，…，am)，其中ai＞0，且∑ai=1表示评价因素集的各因素在评价目标中有不同的地位和作用。引入评语模糊子集B=(b1，b2，…，bm)，一般B=A*R(* 为算子符号)表示该被评事物总体上对各等级的隶属程度。

2 崩塌稳定性评判因素集

目前，对于滑坡稳定性评价选取的因素很多，结合滑坡因素的采用，针对崩塌选取了三种因素:地质结构特征、岩体物理力学性质、外力因素。每个因素又包括多个因子层。

2.1 地质特征

1)地层岩性:地层岩性是危岩体的基础条件，中生界侏罗系上统张家口组火山岩出露于张家口市区外围，面积约500 km2。其下伏地层及盆地四周皆为太古界桑干群变质岩，火成岩直接不整合覆盖于桑干群变质岩之上。火山岩主要由一套酸性—中酸性偏碱性陆相火山岩组合构成，主要岩石类型为粗面岩、流纹岩、碱流岩及相应成分的火山角砾岩、集块岩和熔结凝灰岩等，属晚侏罗世(J3)火山喷发产物。火山岩层中的沉积夹层大多属河流和湖相沉积，层序稳定。粗面岩局部风化蚀变严重呈黄绿色、棕红色，与火山岩中的沉积夹层共同形成软弱夹层。岩石表层经长年累月的风吹日晒，风化作用强烈，节理裂隙发育。裸露于地表的软弱夹层在风化、雨蚀等作用下逐步流失，使部分岩体出现悬空现象，稳定性极差。2)结构面发育程度:结构面对工程岩体的完整性，渗透性，物理力学性质及应力传递等都有显著影响[4]。结构面的发育程度根据节理组数和间距判别。3)结构面倾向与坡向的关系:结构面倾向与坡向相同，容易发生滑坡崩塌。反向则能抑制滑坡崩塌发生。4)危岩坡度、危岩高程:为岩体的坡度、高程，是形成崩塌的内部条件。据统计多数崩塌发生于坡度大于45°～50°的陡峻边坡上，反坡更容易发生，且坡高多在20 m以上，越高几率越大[5]。

2.2 岩体力学性质指标

取岩样9组，8组岩样从风化探槽取得，1组从微风化的西太平山工程硐室内部取得作为参照组。取9组岩样的平均值作为该区的岩体强度值，如表1所示。

表1 该区岩体强度指标 MPa

2.3 外力诱发因素

1)降雨:大气降雨对崩塌的产生具有两方面的作用:a.降雨后坡面水流及所夹带石块的冲击作用，破坏岩石的稳定性;b.暴雨或长时间降雨产生的洪流把部分已松动的石块下部支撑其稳定的物质冲掉。

2)风化程度:风化作用致使岩体表面产生节理裂隙、裂隙扩张和贯通。

3)植被覆盖:植被对地震崩塌滑坡的发生具有双重作用，茂密的植被根系固土能力较强，能抑制或削弱斜坡变形，降低滑坡的概率。植被根系深入土体，相当于锚杆的作用，将土体锚固，增强土体的完整性。

4)人类工程活动:张家口城区是一个历史悠久的老城区，由于其所处地形限制，许多民房依山而建，甚至切坡建房，部分房屋建于陡崖下部，极易遭受岩体崩塌地质灾害的威胁。道路、隧道工程硐室的建设对崩塌地质灾害的发生起到了促进作用，上述工程施工时爆破产生的震动，使原已不稳定的岩体更加松动，甚至直接失稳、坠落。

5)地震:地震对斜坡稳定性的影响较大，强烈地震时由于水平地震力的作用，常引起山崩、滑坡等斜坡破坏现象。此外，强烈地震的震动，使地震带附近岩土体结构松动，也给斜坡稳定带来潜在威胁。

2.4 各因素等级标准

将12个方面分成2个层次:第1层为3大因素;第2层为每个大因素下的多个因子。

各因素的等级标准见表2。

表2 各因素的等级标准

3 权重的确定与评价

权重的确定通常有两种方法，一是专家估计法，二是层次分析法。本文采用层次分析法确定。层次分析法确定权重，首先根据标度将影响因素两两比较得到一个判断矩阵:

将判断矩阵每一列归一化得各因素的权重W=(w1，w2，…，wn)。根据标度进行模糊数学计算，得到单因素模糊评价的结果如表3所示。

通过二级权重计算，得到西太平山区:稳定、较不稳定、不稳定的隶属度为0.049，0.486，0.465。因此本区处于较不稳定和不稳定的状态，需要对崩塌灾害进行治理。

表3 崩塌稳定性单因素模糊评价

4 结语

通过层次分析法对张家口西太平区的崩塌稳定性进行了模糊数学评价，评价结果表明，该区处于较不稳定和不稳定的状态，与调查结果基本一致。但由于某些因子的权值确定存在主观性和不确定性，仍需要进一步研究。

[1]陈晓利，祁生文，叶 洪.基于GIS的地震滑坡危险性的模糊综合评价研究[J].北京大学学报，2008，44(3):434-438.

[2]张 骏.刘家峡水库库岸稳定性两级模糊综合评判[J].岩土工程学报，1992，14(1):67-73.

[3]张永波.斜坡稳定性分析的模糊综合评判方法[J].太原工业大学学报，1996，27(1):59-63.

[4]刘佑荣，唐辉明.岩体力学[M].北京:中国地质大学出版社，1999.

[5]陈洪凯，欧阳仲春，廖世荣.三峡库区危岩综合治理技术及应用[J].地下空间，2009，22(2):97-101.