区域斜坡不稳定空间预测

区域斜坡不稳定空间预测 3 区域斜坡不稳定空间预测 王建锋 ()中国科学院力学研究所非线性连续介质力学开放研究实验室 ,北京 100080 摘 要 将场地斜坡稳定随机模拟 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 结果与区域斜坡空间不稳定性预测结合起来 ,基于层 次分析建立了区域斜坡空间破坏概率的多层模糊稳定分析方法 ,实现了场地斜坡稳定非确定 性模型评价结果与区域稳定性研究相结合 ,借助这一关系模型可以实现空间点评价向空间面 评价的过渡. 以川南经济开发区区域斜坡空间破坏概率预测为例进行了方法验证 ,结果显示 这种方法可以克服区域斜坡不稳定性评价中的定量化困难 ,物理意义更加明确. 关键词 区域斜坡稳定 ,破坏概率 ,层次分析 ,模糊综合评判 ,稳定系数 ,滑坡. 中图法分类号 P642 . 2 ( ) 作者简介 王建锋 ,男 ,副教授 ,1964 年生 ,1997 年毕业于中国地质大学 武汉,获工学博士 学位 ,现为中国科学院力学研究所博士后研究人员 ,主要从事工程地质 、岩土力学研究. 从斜坡稳定工程地质研究阶段顺序看 ,应当首元选择且不便考虑专家权重 ,其精度不甚稳定 ;而一先进行区域斜坡稳定性的宏观概略研究 ,以缩小进 般的模糊学方法在处理多元因素时 ,因各因素权重 一步研究的靶区 ,进入到具体潜在变形破坏地段 、具 分配过小 ,合成运算中往往会被“泯灭”,故合成结果 1 体崩滑点及具体斜坡工程上来 ,然而区域性的概略 常常失真且利用信息不完善. 上述两种方法的共 研究也必须以研究范围内若干具体场地斜坡稳定性 性和缺点还在于不稳定性等级的相对性 ,因此将上 的详细研究为已知单元并作为基础. 那些已知单元 述两种方法与传统的确定性模型如斜坡点稳定性系 通常作为区域性预测的统计样本 ,并且这种预测属 数法相结合将是解决问题的有效途径. 这种结合的 于稳健预测 ,因此场地斜坡稳定与区域斜坡稳定研 意义在于可使区域斜坡不稳定性预测具有较明确的 物理意义. 这里所发展的多层模糊稳定分析方法 ,即 究存在本质上的联系. 本文试图将场地斜坡稳定随 试图实现统计学方法 、模糊学方法等相对性评价与 机模拟评价结果与区域斜坡稳定性研究相结合 ,建立 绝对性评价的二方面结合 ,以克服精度不稳 、信息丢 二者之间关系模型 ,以实现空间点评价向空间面评价 失 、结果相对不足等缺点. 的过渡. 具体理论模型即为多层模糊稳定分析法. “多层模糊稳定分析法”的思想是将层次分析方 法 、模糊综合评判方法和点稳定性系数法相结合 ,其 ( ) 1 多层模糊稳定分析法 ML FS基本中后两种方法及其结合在工程地质领域已得到初步 1 发展,有关层次分析方法原理可参阅文献2 ,3 . 原理 层次分析决策过程与斜坡稳定性空间预测过程 极为类似 ,若将层次分析与模糊综合评判相结合 ,通 1 . 1 基本原理 过成对比较的方法确定每一层的影响斜坡稳定各因 一般地 ,区域斜坡不稳定性空间预测评价的数 素的相对重要性的权重 ,直至计算出目标层所划分 字制图 ,可藉助于数据统计 、概率及信息理论 、类比 单元所属各类不稳定性等级的相对权重 ,然后再与 法等实现定性到定量的评价预测 ,但其定量结果主 各自等级的场地稳定性概率分析结果相叠加 ,即可 要作定性判定. 目前所发展的评价方法很多 ,但总体 上可划分为统计学方法和模糊学方法两类. 大量研 得到该单元的具有明确物理意义的稳定性判断. 究和实践 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 ,一般的统计学方法由于依赖已知单 1 . 2 基本方法步骤 1 . 2 . 1 建立层次结构模型 根据区域斜坡不稳定 1998 年 4 月 8 日收稿.性野外地质调查资料 ,构造有目标层 A ,中间层 B, 3 中国博士后科学基金、中国科学院王宽诚博士后奖励基金联 1 合资助. B, 评价矩阵为,指标层 C 的多层次结构模型 ,具体分析采用2 T ) ( ) ( )( , B = b, R = B , B , 3 k i j k ×m 1 2 系统论中的分离概念 ,即把问题分解成一些因素 ,而 ( ) B = A . R = b, b,, b即为最终二级评价结 则 1 2 m 每一因素又由更低一级的因素定出 ,这样一直分离 , , , 到直接获得信息的初始因素上 ,形成树状结构. 果. 上述二级模型可概括为 1 . 2 . 2 构造判断矩阵求权向量 权向量 A 是关于 A . R 1 1 , , 各影响因素对斜坡不稳定性影响程度和敏感性的描 A. R 2 2 , , 述 ,常用方法有专家打分法 、反演法 、二元穷尽对比( ) B = A. R = A . . 4 , 98 22 , , , ,3 ( 法等. 这里应用 Sat t y提出的层次排序法 A HP A . R ) () ( ) 法: 1建立问题的递阶层次结构 ; 2构造两两判 k k , , ( ) 断矩阵 ; 3由判断矩阵计算被比较元素的相对权 1 . 2 . 5 求取单元稳定系数及其破坏概率 以各隶() 重 ; 4计算各层元素的组合权重. 属度 b的幂为权取加权平均 , 按下式求取单元的稳j 1 . 2 . 3 隶属函数的确定 隶属度的确定意味着每 P 定性系数K及其破坏概率 fs 个因素属于各种状态的程度. 由于影响斜坡稳定因 n n α α 素的相互作用 、相互影响及其本身的复杂性 、模糊 bK/ bK= sj s j j ??j = 1 j = 1 性 ,因此隶属函数的确定通常可借助专家经验的统 n n α α 计确定. PbP/ b = fj f j j, P ??j = 1 j = 1 1 . 2 . 4 多层 f uzzy 综合评判 多层次模型是在变 量的不同组合层次上分级进行综合评判. 设 U = { u, u,, u } , P 是把 U 分成 k 个子集的一种方 1 2 n 法 , 且满足 k Φ ?U = U 及 U ? U = ,iij i = 1 ( () ) 1 i ? j , j = 1 , 2 ,, k , 则称 P 是 U 的一个划分 , 将 U 在 P 划分之下得到 的集合记为 ()2 } , , U U / P = { U , U , k 1 2 以二级评判为例 ,其具体算法如下. 第一步 :确定评判级数. 根据斜坡地质环境系统 特征 ,评判时划为 2 级 ,并对其中各变量标志分组 , 即确定划分 P , 这里 U / P = { U , U , , U } 为二 1 2 k ( 级因素集 , 记 U = { u , u ,, u } , i = 1 , 2 ,, i i1 i2 i t i n ) t , | U | = t = n .i ?i = 1 第二步 :对每个 U 的 t 个因素 , 按一级模型作 i i 综合评判. 设 U 的诸因素的权重分配为 A , U 的 i i i , 一级评价矩阵为 R , 则有i , ( ) B = A . R = b , b , , b ,1 i2 i m i i i i, , , ( )i = 1 , 2 , , R 式中 : B 为基于 U 诸因素的一级综合评判结果 , 对i i , ( ) U / P 而言则是单因素 U 评判. 其中 : . 为某种 i () f uzzy 算子 ,为突出主因素时可取广义算子 M . , v. 第三步 :设 U / P 中各因素的权重分配为 A , 总, 第 1 期王建锋 :区域斜坡不稳定空间预测107 表 1 场地斜坡 K, P与区域斜坡不稳定相对等级关系 s f ( )6 P = M / N , Table 1 Co mpariso n bet ween mean safety factor K, failure s 式中 : M 为区域上已知单元中评价所得 K> 1 . 25 s p robability Pof site slopes and relative instability f 或 P< 50 %所占面积总和 , N 为区域上已知单元极 f grade degree of regio nal slopes 稳定区 、稳定区所占面积总和. 预测结果精度亦可采 不稳定等级极稳定区 稳定区不稳定区 极不稳定区 用与其他方法预测结果相对比进行估计. 显然 P 值 > 1 . 50 < 1 . 00 K 1 . 50,1 . 25 1 . 25,1 . 00s 愈接近于 1 , 则预测精度愈高. P< 5 % 5 %,50 % 50 %,90 % > 90 % f 1 . 2 . 7 数字制图及应用 一般按 K, P等值线图 s f 给出. 在精度满足的情况下 , 可用于减灾与环境开发 取决于作用于斜坡的荷载概率分布特征和其强度概 保护之中. 率分布特征. 然而 , 一般情况下 , 当二者均为正态分 布且变异系数为 20 %时 , K与 P间具普遍的对应 s f ) ( 关系. 4据已知单元场地斜坡稳定性确定评价结果 ( ) 2 实例 : 川南经济区 南区区域斜坡与区域斜坡不稳定性相对等级评价结果之间统计关 系外推. 据此 , 可建立一般的斜坡不稳定性空间预 空间破坏概率研究测相对性评价结果与场地斜坡稳定性绝对性评价结 ( ) 果的大致对应关系 表 1. 其中破坏概率 P的划分 f 首先进行区域斜坡稳定性空间预测评价因素选依据源于文献[ 4 . 取及其分级. 它是根据已知单元调查数据进行统计 分析 ,最后据20余位专家经验估计综合分析事先建 1 . 2 . 6 精度检验预测结果精度可用下式检验 图 1 区域斜坡不稳定性预测评价层次分析结构模型 Fig. 1 St ruct ural model of analytical hierarchy used in t he p redictio n of regio nal slope instability 图中数值为各评价层次相对权重 () ( )图 2 川南经济区 南区区域斜坡空间中值稳定系数 KK等值线图等高距 0 . 10 s Fig. 2 Co ntour map of mean safety factor KKof regio nal slopes in t he Sout h Sichuan Province s 表 2 ML FS 法预测结果统计 Table 2 Summary of regio nal slope stabilit y p redictio n using t he multi- layer f uzzy system ( )analysis met hod ML FS 2 区号KP空间稳定性等级单元数 比例/ % sf面积/ km A > 1 . 50 极稳定< 5 % 70 7 . 18 1 750 稳定 B 300 30 . 77 7 500 1 . 50,1 . 25,50 %5 %不稳定 C 302 30 . 97 7 550 1 . 25,1 . 0050 %,90 % 303 31 . 07 7 575 D < 1 . 00 > 90 % 极不稳定 ( ) 立的地区 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 . 主要考虑了影响斜坡稳定性的宏观图2 ,3. 表2给出了研究区不同等级所占比例. 可 以看出 ,A ,B 区与 C ,D 区面积大体呈 1?2 ,斜坡稳定 因素 ,避开了除已知单元外场地斜坡稳定性机理分 性总体不高. 评价结果精度检验采用 2 种方法 : 第 析和评价所需的大量详查工作. 总体预测评价要求 () ,用式 6检验 ,考虑区内斜坡岩土工程类型 、斜坡 一 是要体现区域性 、规律性 、实用性 ,并可进一步缩小 、 变形破坏带宏观稳定程度 、斜坡地下水水位及人工 . 其中斜坡中人类活动圈定未来研究对象及其范围 干扰程度等 4 大要素对斜坡空间稳定性影响极为显 干扰程度或环境地质问题发育程度主要是基于对斜 著和敏感. 因此 ,可用此 4 要素差 、中等标志分布情 坡环境的扰动及其可资利用性的考虑所选取的. 考 况说明预测结果精度. 经检验 4 大要素之差 、中等标 虑预测对象的小比例尺区域性和预测方便之目的 , 志分 布 在 不 稳 定 区、极 不 稳 定 区 的 比 例 分 别 为 按 1?20 万地形图 、地质图之地理坐标划分正方形网 60. 0 % ,62. 5 % ,64. 0 % ,65. 0 % ,总体比例为86. 4 %. ? 2 第二 ,用信息模型检验 , 将经过专家评定的 70 个 格 ,网格面积为 25 km, 研究区总面积为 19 930 2 斜坡极不稳定单元和 70 个斜坡极稳定单元作为已 km,总 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 分 975 个单元 , 实测评价预测面积为 知单元 ,建立信息量预测模型. 信息模型得到精度 2 24 375 km. 图 1 为其 A P H 结构模型及由 A P H 法所得到的 ( ) ?四川省地质矿产厅 208 地质队 ,中国地质大学 武汉环境科各层次相对权重. 借助于 ML FS. C 程序进行了斜坡 学与工程学院. 川南经济区 1?20 万水文地质、工程地质与环境地质稳定性 K值 、P值计算 , 并分别绘制其等值线图 质量综合评价 : 科研报告. 1994 s f 第 1 期王建锋 :区域斜坡不稳定空间预测109 () 图 3 川南经济区 南区区域斜坡空间中值破坏概率 P等值线图 f Fig. 3 Surface co ntour map of mean failure p robability Pof regio nal slopes in t he Sout h Sichuan Province f 式是不可取的. 理想的工作方式应是随研究范围 、对 其 A ,B , C ,D 各区分布总体趋势与 ML FS 法82 % , 预测结果相同且具有较高吻合率 ,非吻合单元多数 象的逐步明确 ,基于确定模型的岩土工程方法应逐 只差一个等级. 本区若干重大崩塌 、滑坡 、泥石流 、采 步加强 ,由非确定性模型所作区域斜坡不确定性预 ?空拉裂等斜坡失稳均发生于 A 类单元 . 因此评价 ()测评价研究方法逐步过渡到确定模型 也考虑概率 结果是可靠的 ,可用于指导实践. 所作场地斜坡不稳定性预测研究方法上来. 必须明 确 ,尽管可用岩土工程方法减小斜坡不稳定性预测 评价结果的不确定性 ,但是详细的逐点调查方法对 3 结语区域乃至全球滑坡灾害评估毕竟是太昂贵 ,也不必 要. 为此 ,随研究阶段深入有必要建立和不断完善区 区域斜坡不稳定性空间预测评价的本质是在斜域非确定预测与场地确定性预测相结合的数值模 坡静态规律认识基础上所进行的条件与作用因素对 型. 这项工作在当今国土资源规划管理中更有深刻 斜坡的影响程度研究 ,其主要手段是工程地质测绘 5 意义. 制图. 一般认为 , 预测的结果主要是斜坡不稳定 性问题的相对属性 , 而非绝对数量概念 ; 但它是定 区域斜坡不稳定性空间预测评价主要是基于工 性 、定量预测的基础. 程地质类比法 、区域斜坡演化过程的平稳性与滑坡 5 但是必须注意这种区域斜坡不稳定性制图技 空间分布的时空等效性. 虽然从理论上讲 , 还没 术 ,一般都无一定的可靠程度检验 ,仅是一种相对性 有寻找到能与确定性模型直接联系的统计预测方 结论. 因为在稳定地区的情况 ,潜在斜坡不稳定性不 法 ,但这一原理的目的系尽可能实现区域统计预测 是那么容易验证的 ,其可靠性的真正检验只有经过 结果的相对性向绝对性的过渡 ,当然这种绝对性本 相当长的历程之后才可能有效. 目前所谓的检验仅 身尚包含有部分相对性 ,需要在未来的研究中不断 是用几种不同方法对同一地区所提供的内部相对等 检验深化. 不过可以肯定 ,在一定程度上 ,确定性模 级校核 ,或对已知样本区的后验概率验证 ; 因此 ,考 型与统计模型或信息模型相结合的预测评价方法将 虑工程建设的阶段性 ,相应的斜坡地质环境的开发 会取得更为理想的成果 ,成为斜坡不稳定性预测研 研究也应有相应的阶段性过程 ,一步到位的工作方 究的发展趋势. 版社 ,1989 参 考 文 献 3 Sat t y T L . The analytical hierarchy p rocess. New Yor k : Mc Graw- Hill Inc , 1980 1 李智毅 ,张欣海 ,王建锋. 重庆市沿江地带斜坡稳定性研 究. 见 :中国地质学会工程地质专业委员会编. 第四届全 4 黄润秋 ,张倬元 ,王士天. 高边坡稳定性的系统工程地质 () 研究. 成都 :成都科技大学出版社 ,1991 . 173 国工程地质大会论文选集 一. 北京 :海洋出版社 ,1992 . 5 晏同珍. 水文工程地质与环境保护. 武汉 : 中国地质大学 457,468 出版社 ,1994 . 6 王莲芬 ,许树柏. 层次分析法引论. 北京 :中国人民大学出 2 SPATIAL P RED ICTIO N OF FAIL URE P ROBABIL ITY OF REGIO NAL SLOPES USI NG A NALY TICAL HIERA RC HY M ETHOD Wang J ianfeng ( L aborat ory f or N onl i nea r M echa nics of Con t i n uous M edi a , I nst i t u te of M echa nics , )Chi nese A ca de m y of S ciences , B ei j i n g 100080 Abstract Co mbining t he result s of rando m simulatio n fo r single site slope stabilit y wit h t hat of instabilit y zo ning of regio nal slopes by f uzzy and info r matio n value qualitative techniques , t he aut ho r developes a multi- layer f uzzy system analysis met ho d fo r deter mining space f ailure p ro babilit y of regio nal slope instabilit y. The new met ho d is aimed at resulting assessment co nveyance of slope stabilit y f ro m site landslide hazard to regio nal slope instabilit y. The applicatio n of t he met ho dology developed herein is also p resented fo r a set of landslide surveys of sediment rocks in t he So ut h Sichuan of China . The result s indicate t hat t he met ho d can solve t hese quantitative p ro blems and clarif y p hysical exp ressio n in t he spatial p redictio n . Therefo re t his met ho d is well suited to t he assessment of regio nal slope instabilit y. Key words regio nal slope stabilit y , f ailure p ro babilit y , hierarchical analysis , f uzzy multiple assessment , safet y f acto r , landslide . 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 《地球科学 ———中国地质大学学报》加入 China Inf o 网络信息服务系统 ) ( 《地球科学 ———中国地质大学学报》于 1998 年加入“China Info 中国信息网络资源系统《电子期刊》”,本刊录用的稿件将一律由编辑部统一纳入 China Info 网络信息服务系统. China Info 系统是由国家科技部 立项 ,中国科技信息研究所组织实施 , 万方数据网络中心编辑制作的开放式因特网网络信息资源系统 , 《电子期刊》作为国家“九五”科技攻关项目 ,是 China Info 系统中的重要信息服务栏目《. 地球科学 ———中国 地质大学学报》将按照统一格式制作编入 China Info 系统《电子期刊》,读者可直接进入 China Info 系统 ,免 () 费一年后开始酌情收费查询检索本刊内容 ,也欢迎各界朋友通过 China Info 系统向《地球科学 ———中国 地质大学学报》编辑部提出宝贵意见 、建议 ,或征订本刊. 本刊网址 : http :/ / www. china inf o. gov. cn/ periodical/ dqkx