模糊綜合評(píng)判法在某工區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

葛 寶，朱麗麗，杜 勇 (地球探測與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，四川 成都 610059)

模糊綜合評(píng)判法在某工區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

葛 寶，朱麗麗，杜 勇 (地球探測與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，四川 成都 610059)

某工區(qū)位于廣元地區(qū)，處于5.12汶川特大地震帶的北東端。為了工區(qū)內(nèi)設(shè)施的安全，在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之前，有必要對(duì)影響工區(qū)內(nèi)重要設(shè)施安全的滑坡、泥石流、危巖等地質(zhì)災(zāi)害因素進(jìn)行調(diào)查和分析。運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)工區(qū)進(jìn)行安全性評(píng)估，使安全管理部門對(duì)工區(qū)內(nèi)各分區(qū)的安全穩(wěn)定性有明確認(rèn)識(shí)，從而提高災(zāi)害防范意識(shí)。

滑坡;泥石流;危巖;地質(zhì)災(zāi)害;模糊綜合評(píng)價(jià);安全性評(píng)估

該工區(qū)位于廣元地區(qū)，處于5.12汶川特大地震帶的北東端，其出露地層為龍馬溪組四、五段(S1lm4、S1lm5)，巖性為泥質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)泥巖，巖層產(chǎn)狀320～344∠56～68°，地貌屬低山，高程520～750m，相對(duì)高差100～220m，坡向134～215°，平均坡度36～43°，中部山脊平緩，坡角45～60°，發(fā)育4組裂隙(Ⅰ：265∠36°；Ⅱ：310∠45°；Ⅲ：154∠50°；Ⅳ：39∠31°)，發(fā)育有3個(gè)淺層滑坡和一個(gè)小型泥石流，受人類活動(dòng)影響，這些地質(zhì)災(zāi)害有復(fù)活的跡象，因此在區(qū)內(nèi)開展地質(zhì)調(diào)查工作并對(duì)其作穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。

在地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中模糊性現(xiàn)象很多，如地質(zhì)條件、地形地貌、災(zāi)害點(diǎn)的危害程度等[1]。同時(shí)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是意外事件，其形成和發(fā)生是多種因素共同作用的結(jié)果。由于安全程度的大小涉及到諸多方面，由多項(xiàng)指標(biāo)決定，因而必須對(duì)多種因素和指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，才能得出較為客觀的結(jié)果[2]。模糊綜合評(píng)判法是應(yīng)用模糊變換原理和模糊數(shù)學(xué)的基本理論-隸屬度或隸屬函數(shù)來描述中介過渡的模糊信息，考慮與評(píng)價(jià)事物相關(guān)的各個(gè)因素，浮動(dòng)地選擇因素閥值，作比較合理的劃分，再利用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理，從而科學(xué)的得出評(píng)價(jià)結(jié)論[3-4]。下面，筆者利用模糊綜合評(píng)判法對(duì)某工區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 建立數(shù)學(xué)模型

模糊數(shù)學(xué)中多級(jí)模糊評(píng)價(jià)理論和方法的基本原理是模糊變換原理和最大隸屬度原則[5-6]。其具體步驟為：①確定各評(píng)價(jià)因子及其權(quán)重，建立評(píng)價(jià)模型；②按二級(jí)評(píng)價(jià)的賦值標(biāo)準(zhǔn)確定出二級(jí)模糊向量，進(jìn)行二級(jí)模糊運(yùn)算，計(jì)算出一級(jí)模糊向量，可表示為B1、B2、B3、B4、B5；③按二級(jí)模糊評(píng)價(jià)的結(jié)果和一級(jí)因子權(quán)重，進(jìn)行一級(jí)評(píng)判，從而求得質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果向量B，按照模糊數(shù)學(xué)隸屬度最大原則，確定質(zhì)量等級(jí)。④對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性進(jìn)行分析，若合理則可確定工區(qū)的危險(xiǎn)度等級(jí)，不合理則需重新評(píng)價(jià)。

1.1建立模糊綜合評(píng)價(jià)集

就該工區(qū)而言，影響其安全性的因素比較多且隨時(shí)變化，在綜合考慮地質(zhì)、水文、地形地貌、區(qū)內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)作用情況、人為活動(dòng)因素5個(gè)方面的條件后，再對(duì)相關(guān)因子進(jìn)行優(yōu)篩，初步選取17項(xiàng)因素作為二級(jí)評(píng)價(jià)因子，如坡高、坡向、溝谷切割深度、溝谷切割密度、巖性、巖層產(chǎn)狀、背斜軸部等構(gòu)造的影響程度等。在評(píng)價(jià)對(duì)象及因素選擇的基礎(chǔ)上，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)方法[7]建立分層次的指標(biāo)框架分析模型(見圖1)。

1.2危險(xiǎn)度等級(jí)的劃分及建立評(píng)判集

根據(jù)該研究區(qū)的實(shí)際情況制定相應(yīng)的工區(qū)危險(xiǎn)度等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)(見表1)及工區(qū)災(zāi)害危險(xiǎn)度參評(píng)因素等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

圖1 分層次的指標(biāo)框架分析模型

表1 工區(qū)危險(xiǎn)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

表2 工區(qū)災(zāi)害危險(xiǎn)度參評(píng)因素等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3確定指標(biāo)因素的權(quán)重及隸屬函數(shù)

1)因素權(quán)重的確定 權(quán)重的確定方法中有專家評(píng)判法，其中包括直接評(píng)判法、0～1兩兩對(duì)比法、0～4兩兩對(duì)比法和判斷矩陣法等。筆者根據(jù)表3，通過構(gòu)造兩兩比較矩陣來確定各因素的權(quán)重(即判斷矩陣法)。因素權(quán)重的確定分別如表4～表7所示。

表3 因素重要程度的判斷值

表4 A-B判斷矩陣(一級(jí)評(píng)判矩陣)

表5 B-C1判斷矩陣(二級(jí)評(píng)判矩陣)

表6 B-C2判斷矩陣(二級(jí)評(píng)判矩陣)

表7 B-C3判斷矩陣(二級(jí)評(píng)判矩陣)

對(duì)于地下水和其他因素這2個(gè)二級(jí)因子的權(quán)重，由于二級(jí)因子較少，所以不必用構(gòu)造矩陣的方法給出權(quán)重值，可通過直接評(píng)判法給出其權(quán)重。

利用以上面比較矩陣，可以算出各因子的權(quán)重值，其結(jié)果如表8所示。

2)隸屬函數(shù)rij的確定 對(duì)于隸屬函數(shù)的選擇問題，筆者采用柯西偏大型函數(shù)作為隸屬函數(shù)[6]，然后根據(jù)表1和表2對(duì)工區(qū)的參評(píng)因素進(jìn)行模糊量化。下面以該工區(qū)的B區(qū)為例,對(duì)該區(qū)各參評(píng)因素進(jìn)行模糊量化后的隸屬度值如表9所示。

2 地質(zhì)穩(wěn)定性模糊綜合評(píng)價(jià)

以該工區(qū)的B區(qū)為例，根據(jù)表9進(jìn)行如下運(yùn)算：

Ⅱ級(jí)評(píng)判:

B1=(0.4651，0.2620，0.144，0.0845，0.0444)·(0.464，0.7，0.464，0.869，0.869)T=0.5602

同理可得：

B2=0.633B3=0.8764B4= 0.7676B5= 0.7

Ⅰ級(jí)評(píng)判:

B=(0.129，0.5128，0.2615，0.0634，0.0333)·(0.5602，0.633，0.8764，0.7676，0.7)T=0.698

根據(jù)表2的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可以得出該工區(qū)B區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性模糊評(píng)判結(jié)果：B區(qū)危險(xiǎn)性一般，危險(xiǎn)等級(jí)Ⅲ級(jí)。根據(jù)上述評(píng)判結(jié)果，建議對(duì)該區(qū)部分不穩(wěn)定邊坡采取安全預(yù)警監(jiān)測和進(jìn)行加固治理的措施，以消除安全隱患。

3 結(jié) 語

利用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判方法對(duì)工區(qū)設(shè)施周邊的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，將各個(gè)影響工區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性的抽象化地質(zhì)因素轉(zhuǎn)化成為可用數(shù)學(xué)形式表達(dá)的隸屬度值，降低人為因素或不確定因素對(duì)判斷結(jié)果的影響。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)評(píng)判的方法對(duì)工區(qū)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)需建立在一定的勘察工作基礎(chǔ)之上，且最終評(píng)價(jià)精度與信息量是否充足和人為對(duì)界限值的設(shè)定是否合理有關(guān)。基于模糊綜合評(píng)判理論構(gòu)建的B區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型，對(duì)影響區(qū)內(nèi)地質(zhì)穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了綜合考慮，最后通過建立危險(xiǎn)度等級(jí)評(píng)價(jià)表，給出了該區(qū)B區(qū)的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)等級(jí)，并提出了相關(guān)建議。

表8 工區(qū)主要構(gòu)成因素權(quán)值統(tǒng)計(jì)表

表9 B區(qū)各參評(píng)因素隸屬度值

[1]王新民,段瑜,彭欣.采空區(qū)災(zāi)害危險(xiǎn)度的模糊綜合評(píng)[J].礦業(yè)研究與開發(fā), 2005,25(2):83-85.

[2]劉薇,曹升樂,任立良.模糊綜合模型在干旱等級(jí)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué), 2008,26(2):100-102,155.

[3]楊揚(yáng),馮乃琦,余珍友,等.基于層次分析和模糊數(shù)學(xué)的采空區(qū)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)[J].有色金屬(礦山部分), 2008,60(5):37-42.

[4]程曄,曹文貴,趙明華.高速公路下伏巖溶頂板穩(wěn)定性二級(jí)模糊綜合評(píng)判[J].中國公路學(xué)報(bào), 2003, 16(4):21-24.

[5]肖位樞.模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京:航空工業(yè)出版社, 1992.

[6]陳守煜.工程模糊集理論與應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社, 1998.

[7]王新民,趙彬,張欽禮.基于層次分析和模糊數(shù)學(xué)的采礦方法選擇[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008,39(5):875-879.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.021

P631.3

A

1673-1409(2012)04-N064-04

2012-02-27

葛寶(1984-)，男，2008年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事地球物理探測與地質(zhì)災(zāi)害勘查方面的研究工作。