某小型水库岸坡稳定性综合评判

刘浩+邹燕兵+刘欣+朱志成+程三建+柯新华

摘 要：某小型水库所在区域情况比较复杂，很多因素都会对库岸边坡的稳定性产生影响。利用模糊数学方法确定因素集和评价集，确定其隶属度和权重，综合评判岸坡稳定性，有针对性地指导水库对岸坡的处理。

关键词：小型水库；岸坡；稳定性；模糊数学法

中图分类号：TV221.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0105-03

某小型水库所在区域情况复杂，库区靠近大型矿山，周边存在矿山露天采坑，每日大爆破都会对其产生一定的振动作用，地表下部赋存多个中段采空区。目前，深部正在进行地下开采，很多因素都会对库岸边坡的稳定性产生影响。评判和研究水库岸坡稳定性，可以划分整个水库岸坡稳定性，以便于水库有针对性地处理岸坡。

模糊数学方法是在识别和判断了大量的实测现场资料后，找到了对岸坡稳定性有较大影响的因素，并进行稳定性的模糊综合评判，分析了岸坡稳定性这一模糊性的概念。

目前，国内许多研究人员利用模糊数学法进行岸坡稳定性评价，取得了较好的效果。同时，将其应用于实际工程可以进一步证明模糊数学法对岸坡稳定性的分析、评价是科学、可靠的。

1 评判方法

影响岸坡稳定性的因素有很多，而且大多比较复杂，各个因素对稳定性的影响程度也不同，但是，它们相互之间还是存在一定联系的，利用模糊数学方法将模糊概念量化处理，从而进行科学的分析。

模糊综合评判就是在“最大隶属度”原则的基础上，利用模糊变换原理考虑和评价事物的相关因素。岸坡稳定性模糊综合评判模型建立过程是：①先提出因素集合和评价集合；②确定因素集中各因素对评价集的隶属度；③确定各评价指标的权重，记作A；④模糊变换，又被称为合成，即B=A·R，得综合评判结果B；⑤综合评价岸坡稳定性，得出岸坡稳定性等级。

2 评判过程

2.1 评价体系

对库区的前期研究表明，影响岸坡稳定性的因素除了常规的地层岩性、库岸坡度和降雨量等指标外，下部赋存空区和露天采场爆破振动是影响岸坡稳定性的主要因素。因此，将这5个指标纳入评估体系，参照相关规范和其他工程经验，选取对岸坡稳定性有控制作用的3个定性指标和2个定量指标建立评价体系。库坝区岸坡稳定性评估分类标准如表1所示。

表1 库坝区岸坡稳定性评估分类标准

评价指

标体系 稳定

（Ⅰ） 较稳定

（Ⅱ） 基本稳定

（Ⅲ） 不稳定

（Ⅳ）

地层岩性 变质砂岩T2a、

侵入岩πγ5 砾岩、角砾岩Ra 粉砾岩、砂岩

夹泥岩Rb 第四系

坡度θ/° ≤20 20～40 ≥40 ≥40

地下采空

区分布 无或分布

规模小 有分布，但较为

稳定，规模较小 分布较多，

规模较大 有近期活动

多年平均

降雨量/mm ≤200 200～400 400～600 ≥600

爆破振动 无 弱 中等 强烈

2.2 定性因素的隶属度取值

在工程应用中，特征状态型的定性因素采用专家经验法确定评价因素对岸坡稳定性等级的隶属度。定性指标隶属度取值如表2所示。

表2 定性指标隶属度取值表

评价指标 指标分级 隶属度值

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

地层岩性 Ⅰ 0.7 0.3 0 0

Ⅱ 0 0.6 0.4 0

Ⅲ 0 0.4 0.6 0

Ⅳ 0 0 0.3 0.7

地下采

空区分布 Ⅰ 0.9 0.1 0 0

Ⅱ 0 0.85 0.15 0

Ⅲ 0 0.15 0.85 0

Ⅳ 0 0 0.1 0.9

爆破振动 Ⅰ 1 0 0 0

Ⅱ 0 0.7 0.3 0

Ⅲ 0 0.3 0.7 0

Ⅳ 0 0 0.2 0.8

2.3 定量因素的隶属度取值

实数型定量因素是根据各因子数据的分布特征，采用“降半梯形”分布的线性函数取值，计算式为：

. （1）

. （2）

. （3）

. （4）

———————————————————————————

*[基金项目]江西理工大学研究生创新专项资金项目（编号：YC2013-X02）

式（1）（2）（3）（4）中：S1，S2，S3，S4——评价指标对应的分级值；

x——实测值。

按照上述公式计算出坡度和降雨量指标的单因素评判值。

2.4 确定权重

基于相关水库库岸评价专家的打分研究成果，定性与定量综合确定各指标的权重，并构造出判断矩阵。各评价指标相应的权重列矩阵为：

A=[0.35 0.12 0.26 0.17 0.10].

3 评判结果

库岸影响作用的范围在岸两侧，以此为依据拟定将库岸段从西向东划分为西端北岸、西端南岸、中端北岸、中端南岸、东端北岸和东端南岸6个地质单元。

西端北岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），地下空区较多、较密集，平均角度为41°，年平均降雨量为2 185.4 mm，爆破振动影响较弱。

以此建立的矩阵R1和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B1：

.

根据“最大隶属度”原则评价西端北岸分区为基本稳定的岸坡段。

西端南岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），地下空区几乎无分布，平均角度为35°，年平均降雨量为2 185.4 mm，爆破振动影响为中等。

以此建立的矩阵R2和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B2：

.

根据“最大隶属度”原则评价西端南岸分区为较稳定的岸坡段。

中端北岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），地下空区较少，平均角度为38°，年平均降雨量为2 185.4 mm，无爆破振动影响。

以此建立的矩阵R3和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B3：

.

根据“最大隶属度”原则评价中端北岸分区为较稳定的岸坡段。

中端南岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），无地下空区，平均角度为43°，年平均降雨量为2 185.4 mm，爆破振动影响较弱。

以此建立的矩阵R4和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B4：

.

根据“最大隶属度”原则评价中端南岸分区为较稳定的岸坡段。

东端北岸分区岩性为石英斑岩（ ），地下空区较少，平均角度为32°，年平均降雨量为2 185.4 mm，不受爆破振动的影响。

以此建立的矩阵R5和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B5：

.

根据“最大隶属度”原则评价东端北岸分区为较稳定的岸坡段。

东端南岸分区岩性为石英斑岩（ ），地下空区较多、较密集，平均角度为35°，年平均降雨量为2 185.4 mm，不受爆破振动的影响。

以此建立的矩阵R6和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B6：

.

根据“最大隶属度”原则评价东端南岸分区为稳定的岸坡段。

综上所述，水库岸坡总体稳定。岸坡稳定性评价成果如图1所示。

图1 水库岸坡稳定性模糊综合评判结果

4 结论

某小型水库在自然条件和人类活动等多种因素的影响下，库岸边坡采用模糊数学评价法，将地层岩性、库岸坡度、降雨量、赋存空区和爆破振动5种因素纳入评估指标体系，并建立了库坡综合模糊评判系统。

评判结果显示，整个库区处于稳定范围内，库区西端北岸处于基本稳定状态，东段南岸稳定性最高，而其他区域则处于较稳定的状态。在日后的工作中，应加强对库坡的治理。

参考文献

[1]张俊.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.

[2]罗轶，任光明，王志红，等.某水库库岸稳定性的模糊综合评判[J].长江科学院院报，2011，28（6）：67-70.

[3]熊靖辉，任光明，李林.基于模糊数学综合评判的库岸稳定性分段——以新疆某水电站近坝库岸为例[J].中国煤炭地质，2009，21（4）：52-54.

[4]赵建军.金沙江下游（向家坝—溪洛渡段）河段岸坡稳定性量化评价[D].成都：成都理工大学，2004.

[5]赵晓，袁立东.岸坡稳定性量化评价指标体系研究[J].西部探矿工程，2006（S1）：518-520.

[6]邓荣贵，付小敏.四川省白龙江宝珠寺水库滑坡分布特征及库岸稳定程度模糊聚类分析[J].中国地质灾害与防治学报，2005，16（4）：24-25.

[7]冯长安，张建斌，杨五喜.模糊评判在库岸边坡稳定性分析中的应用[J].西北水电，2007（3）：14-17.

————————

作者简介：刘浩（1989—），男，江苏睢宁人，硕士研究生，主要从事岩石力学与工程方面的研究。

〔编辑：白洁〕

Stability Comprehensive Evaluation of Slope of a Small Reservoir

Liu Hao， Zou Yanbing， Liu Xin， Zhu Zhicheng， Cheng Sanjian， Ke Xinhua

Abstract：The surrounding circumstances of a small reservoir is complicated， many factors have a certain impact on the bank slope stability， stability comprehensive evaluation of slope with fuzzy mathematics methods， which need determined the factor set， evaluation set， membership degree and weight， the result could direct how to nichetargeting deal with the problem of slope.

Key words：small reservoir； slope； stability； fuzzy mathematics method

西端南岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），地下空区几乎无分布，平均角度为35°，年平均降雨量为2 185.4 mm，爆破振动影响为中等。

以此建立的矩阵R2和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B2：

.

根据“最大隶属度”原则评价西端南岸分区为较稳定的岸坡段。

中端北岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），地下空区较少，平均角度为38°，年平均降雨量为2 185.4 mm，无爆破振动影响。

以此建立的矩阵R3和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B3：

.

根据“最大隶属度”原则评价中端北岸分区为较稳定的岸坡段。

中端南岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），无地下空区，平均角度为43°，年平均降雨量为2 185.4 mm，爆破振动影响较弱。

以此建立的矩阵R4和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B4：

.

根据“最大隶属度”原则评价中端南岸分区为较稳定的岸坡段。

东端北岸分区岩性为石英斑岩（ ），地下空区较少，平均角度为32°，年平均降雨量为2 185.4 mm，不受爆破振动的影响。

以此建立的矩阵R5和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B5：

.

根据“最大隶属度”原则评价东端北岸分区为较稳定的岸坡段。

东端南岸分区岩性为石英斑岩（ ），地下空区较多、较密集，平均角度为35°，年平均降雨量为2 185.4 mm，不受爆破振动的影响。

以此建立的矩阵R6和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B6：

.

根据“最大隶属度”原则评价东端南岸分区为稳定的岸坡段。

综上所述，水库岸坡总体稳定。岸坡稳定性评价成果如图1所示。

图1 水库岸坡稳定性模糊综合评判结果

4 结论

某小型水库在自然条件和人类活动等多种因素的影响下，库岸边坡采用模糊数学评价法，将地层岩性、库岸坡度、降雨量、赋存空区和爆破振动5种因素纳入评估指标体系，并建立了库坡综合模糊评判系统。

评判结果显示，整个库区处于稳定范围内，库区西端北岸处于基本稳定状态，东段南岸稳定性最高，而其他区域则处于较稳定的状态。在日后的工作中，应加强对库坡的治理。

参考文献

[1]张俊.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.

[2]罗轶，任光明，王志红，等.某水库库岸稳定性的模糊综合评判[J].长江科学院院报，2011，28（6）：67-70.

[3]熊靖辉，任光明，李林.基于模糊数学综合评判的库岸稳定性分段——以新疆某水电站近坝库岸为例[J].中国煤炭地质，2009，21（4）：52-54.

[4]赵建军.金沙江下游（向家坝—溪洛渡段）河段岸坡稳定性量化评价[D].成都：成都理工大学，2004.

[5]赵晓，袁立东.岸坡稳定性量化评价指标体系研究[J].西部探矿工程，2006（S1）：518-520.

[6]邓荣贵，付小敏.四川省白龙江宝珠寺水库滑坡分布特征及库岸稳定程度模糊聚类分析[J].中国地质灾害与防治学报，2005，16（4）：24-25.

[7]冯长安，张建斌，杨五喜.模糊评判在库岸边坡稳定性分析中的应用[J].西北水电，2007（3）：14-17.

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作者简介：刘浩（1989—），男，江苏睢宁人，硕士研究生，主要从事岩石力学与工程方面的研究。

〔编辑：白洁〕

Stability Comprehensive Evaluation of Slope of a Small Reservoir

Liu Hao， Zou Yanbing， Liu Xin， Zhu Zhicheng， Cheng Sanjian， Ke Xinhua

Abstract：The surrounding circumstances of a small reservoir is complicated， many factors have a certain impact on the bank slope stability， stability comprehensive evaluation of slope with fuzzy mathematics methods， which need determined the factor set， evaluation set， membership degree and weight， the result could direct how to nichetargeting deal with the problem of slope.

Key words：small reservoir； slope； stability； fuzzy mathematics method

西端南岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），地下空区几乎无分布，平均角度为35°，年平均降雨量为2 185.4 mm，爆破振动影响为中等。

以此建立的矩阵R2和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B2：

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根据“最大隶属度”原则评价西端南岸分区为较稳定的岸坡段。

中端北岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），地下空区较少，平均角度为38°，年平均降雨量为2 185.4 mm，无爆破振动影响。

以此建立的矩阵R3和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B3：

.

根据“最大隶属度”原则评价中端北岸分区为较稳定的岸坡段。

中端南岸分区岩性为绢云母千枚岩夹砂质千枚岩（AnZzsh24），无地下空区，平均角度为43°，年平均降雨量为2 185.4 mm，爆破振动影响较弱。

以此建立的矩阵R4和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B4：

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根据“最大隶属度”原则评价中端南岸分区为较稳定的岸坡段。

东端北岸分区岩性为石英斑岩（ ），地下空区较少，平均角度为32°，年平均降雨量为2 185.4 mm，不受爆破振动的影响。

以此建立的矩阵R5和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B5：

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根据“最大隶属度”原则评价东端北岸分区为较稳定的岸坡段。

东端南岸分区岩性为石英斑岩（ ），地下空区较多、较密集，平均角度为35°，年平均降雨量为2 185.4 mm，不受爆破振动的影响。

以此建立的矩阵R6和矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B6：

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根据“最大隶属度”原则评价东端南岸分区为稳定的岸坡段。

综上所述，水库岸坡总体稳定。岸坡稳定性评价成果如图1所示。

图1 水库岸坡稳定性模糊综合评判结果

4 结论

某小型水库在自然条件和人类活动等多种因素的影响下，库岸边坡采用模糊数学评价法，将地层岩性、库岸坡度、降雨量、赋存空区和爆破振动5种因素纳入评估指标体系，并建立了库坡综合模糊评判系统。

评判结果显示，整个库区处于稳定范围内，库区西端北岸处于基本稳定状态，东段南岸稳定性最高，而其他区域则处于较稳定的状态。在日后的工作中，应加强对库坡的治理。

参考文献

[1]张俊.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.

[2]罗轶，任光明，王志红，等.某水库库岸稳定性的模糊综合评判[J].长江科学院院报，2011，28（6）：67-70.

[3]熊靖辉，任光明，李林.基于模糊数学综合评判的库岸稳定性分段——以新疆某水电站近坝库岸为例[J].中国煤炭地质，2009，21（4）：52-54.

[4]赵建军.金沙江下游（向家坝—溪洛渡段）河段岸坡稳定性量化评价[D].成都：成都理工大学，2004.

[5]赵晓，袁立东.岸坡稳定性量化评价指标体系研究[J].西部探矿工程，2006（S1）：518-520.

[6]邓荣贵，付小敏.四川省白龙江宝珠寺水库滑坡分布特征及库岸稳定程度模糊聚类分析[J].中国地质灾害与防治学报，2005，16（4）：24-25.

[7]冯长安，张建斌，杨五喜.模糊评判在库岸边坡稳定性分析中的应用[J].西北水电，2007（3）：14-17.

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作者简介：刘浩（1989—），男，江苏睢宁人，硕士研究生，主要从事岩石力学与工程方面的研究。

〔编辑：白洁〕

Stability Comprehensive Evaluation of Slope of a Small Reservoir

Liu Hao， Zou Yanbing， Liu Xin， Zhu Zhicheng， Cheng Sanjian， Ke Xinhua

Abstract：The surrounding circumstances of a small reservoir is complicated， many factors have a certain impact on the bank slope stability， stability comprehensive evaluation of slope with fuzzy mathematics methods， which need determined the factor set， evaluation set， membership degree and weight， the result could direct how to nichetargeting deal with the problem of slope.

Key words：small reservoir； slope； stability； fuzzy mathematics method