粗糙集理論在邊坡穩(wěn)定性影響因素中的應(yīng)用

張 麗 孔祥睿

(1.吉林建筑大學(xué)測(cè)繪與勘查工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118； 2.吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

粗糙集理論在邊坡穩(wěn)定性影響因素中的應(yīng)用

張 麗1孔祥睿2

(1.吉林建筑大學(xué)測(cè)繪與勘查工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118； 2.吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

為了找出影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素，應(yīng)用粗糙集理論，通過屬性約簡(jiǎn)，得到了5個(gè)影響老漁山邊坡穩(wěn)定性的主要因素，為后期穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型的建立提供了最優(yōu)評(píng)價(jià)指標(biāo)集。

粗糙集理論，礦山邊坡，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于其影響因素的選取。近年來，隨著新技術(shù)新方法的應(yīng)用人們對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響因素的研究更加深入，并取得很大成果。對(duì)某個(gè)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，有些影響因素對(duì)其基本沒有影響，卻被選取，甚至有些影響因素會(huì)被重復(fù)選取，為了使評(píng)價(jià)結(jié)果最為合理，就應(yīng)該找出影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素，除去冗余。粗糙集理論具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)能力，通過屬性約簡(jiǎn)，可以找到關(guān)鍵的屬性。具體過程為首先對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性的各因素進(jìn)行分類，然后根據(jù)條件屬性、決策屬性和分析樣本構(gòu)建決策信息表，進(jìn)而應(yīng)用粗糙集理論進(jìn)行屬性約簡(jiǎn)，刪除冗余屬性。

薊縣老漁山的開采形成了大量不穩(wěn)定邊坡，要想成功對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要選取出真正主要的影響因素。

1 影響因素分析及量化

巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性不僅受到巖體內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)作用和地形地貌的影響，而且受氣候因素和其他外部環(huán)境因素的影響。根據(jù)前人的研究成果及國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，本文選出影響老漁山邊坡穩(wěn)定性的10個(gè)作用因素：邊坡高度，邊坡角，坡面與主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀關(guān)系，巖石單軸抗壓強(qiáng)度，內(nèi)聚力，內(nèi)摩擦角，風(fēng)化程度，巖體完整性指數(shù)，地震烈度，人為因素[5,6]。按照巖土工程中對(duì)各影響因子的劃分等級(jí)來對(duì)各影響因素進(jìn)行量化(見表1)。

表1 邊坡穩(wěn)定性影響因素量化表

2 決策表的構(gòu)建

決策表的構(gòu)建包括行和列，行表示被評(píng)價(jià)的邊坡對(duì)象，列表示各個(gè)屬性。通過對(duì)老漁山邊坡穩(wěn)定性影響因素的分析構(gòu)建的決策表有11列，包括10個(gè)條件屬性和1個(gè)決策屬性。條件屬性即邊坡穩(wěn)定性影響因素，決策屬性即邊坡穩(wěn)定性等級(jí)。本文將邊坡穩(wěn)定性劃分為四個(gè)等級(jí)：穩(wěn)定、較穩(wěn)定、不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定，分別表示為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ，對(duì)應(yīng)的取值為1，2，3，4。為了表示方便，條件屬性分別用代號(hào)T1，T2，…，T10來表示，決策屬性用D來表示。

而決策表的行即分析樣本的構(gòu)建對(duì)約簡(jiǎn)結(jié)果至關(guān)重要，本文選取薊縣大頂山的邊坡構(gòu)建樣本，共31個(gè)，每個(gè)邊坡的影響因素屬性值原始數(shù)據(jù)見表2，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化后，得到邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)決策信息表(見表3)。

表2 邊坡穩(wěn)定性影響因素原始數(shù)據(jù)

表3 基于粗糙集的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)決策信息表

構(gòu)建好決策表之后，利用粗糙集權(quán)威軟件ROSETTA對(duì)其進(jìn)行屬性約簡(jiǎn)，計(jì)算時(shí)采用基于遺傳算法的屬性約簡(jiǎn)改進(jìn)算法，該算法快速準(zhǔn)確。經(jīng)程序運(yùn)行計(jì)算后得到8組約簡(jiǎn)(見表4)。

表4 邊坡穩(wěn)定性影響因素約簡(jiǎn)結(jié)果

3 結(jié)果分析

經(jīng)過粗糙集約簡(jiǎn)后得到8組約簡(jiǎn)集合，但要最終選出最適合的一個(gè)，需要從專業(yè)和實(shí)際角度進(jìn)行分析。

首先對(duì)于內(nèi)聚力T5和內(nèi)摩擦角T6而言，它們是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素，但是整個(gè)研究區(qū)內(nèi)巖體的φ=25°～32°，C=0.12 MPa～0.07 MPa，其對(duì)應(yīng)的等級(jí)是2～3,對(duì)各邊坡穩(wěn)定性影響效果基本一致，因此這兩個(gè)影響因素對(duì)研究區(qū)而言屬于冗余的屬性，可以從決策表中刪除。

另外，巖石風(fēng)化T7也是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素，對(duì)于工程巖體而言風(fēng)化作用的影響在于兩方面，一是巖石經(jīng)風(fēng)化后變得疏軟以至松散，從而物理力學(xué)性質(zhì)變壞；二是巖體風(fēng)化后裂隙增多。而巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度已完全可以反映出這些影響，所以，巖石風(fēng)化這一影響因素對(duì)于研究區(qū)邊坡而言，也是冗余的屬性，可以從決策表中刪除。

約簡(jiǎn)結(jié)果表明地震烈度T9這個(gè)因素不在其中，因?yàn)殡m然地震烈度對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，但是對(duì)于所有樣本邊坡而言，取值都一樣，其對(duì)各邊坡的影響也就一樣，所以屬性約簡(jiǎn)過程中將其約簡(jiǎn)掉是合理的。

綜合分析后選擇出第2組約簡(jiǎn)，即影響大頂山邊坡穩(wěn)定性有5個(gè)因素：邊坡角，坡面與主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀關(guān)系，巖石單軸抗壓強(qiáng)度，巖體完整性指數(shù)和人為因素。根據(jù)實(shí)際調(diào)查資料，老漁山與大頂山地理位置很近，而且工程地質(zhì)條件非常相似，所以該邊坡穩(wěn)定性影響因素的約簡(jiǎn)結(jié)果，完全適用于老漁山邊坡。

4 結(jié)語(yǔ)

1)為了使邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型計(jì)算結(jié)果最為合理，更接近真實(shí)的穩(wěn)定情況，就應(yīng)該把影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素找出來，把那些基本上沒有影響的因素剔除。

2)粗糙集理論具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)能力，通過屬性約簡(jiǎn)的思想可以從條件屬性集中找出關(guān)鍵屬性，去除冗余屬性。

3)將粗糙集理論應(yīng)用于老漁邊坡影響因素的分析中，得到約簡(jiǎn)結(jié)果，并進(jìn)行分析選取，為后續(xù)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型提供最精簡(jiǎn)的評(píng)價(jià)因素集。

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Applying rough set theory on influence factors of slope’s stability

Zhang Li1Kong Xiangrui2

(1.CollegeofMapping&SurveyEngineering,JilinUniversityofBuilding,Changchun130118,China;2.JilinAcademyofSurveyGeophysical,Changchun130012,China)

In order to find out major factors influencing slope stability, the paper applies rough set theory, finds out five major factors influencing Laoyu slope stability through attribute reduction, which has provided optimal evaluation indicators set for post establishing stability evaluating model.

rough set theory, mine slope, stability evaluation

1009-6825(2015)28-0071-02

2015-07-27

張 麗(1979- )，女，博士，講師； 孔祥睿(1980- )，男，工程師

TU413.62

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