基于模糊综合评判的路堑高边坡施工安全风险评估∗

何忠明1，2，邓喜2，胡庆国2

（1.广西交通投资集团有限公司，广西南宁 530022；2.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004）

基于模糊综合评判的路堑高边坡施工安全风险评估∗

何忠明1，2，邓喜2，胡庆国2

（1.广西交通投资集团有限公司，广西南宁 530022；2.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004）

为分析湖南省某高速公路K30+830—980路堑高边坡的施工安全风险，采用模糊综合评判方法，根据边坡实际工程地质情况及边坡所处地区环境，建立了边坡施工安全风险分析模糊综合评判体系，确定了边坡施工安全风险的模糊关系矩阵，并利用指标体系法确定了评价指标的权重。结果表明，根据该评价模型计算得到的边坡施工安全风险等级和实际工程现场调研分析结果一致，可用于实际工程。

工程管理；公路；模糊综合评判；路堑高边坡；施工安全风险

为推进城乡一体化发展，公路建设由城市向边远山区展开。因边远地区特殊的地形环境，公路路基开挖建设过程中势必产生大量路堑高边坡。而路堑高边坡施工过程中可能发生滑坡等事故，进而影响整个工程进度、施工人员的生命安全及工程成本。因此，在进行公路工程边坡开挖前，需对路堑边坡施工安全风险进行评估分析。目前边坡施工安全风险研究中采用的方法有模糊综合评判、指标体系法等，其基本步骤是根据工程实际情况确定风险评估分析方法→确定评估指标及其权重系数→计算评估对象的评估分数，确定其风险等级。该文采用指标体系法确定评价指标权重，运用模糊综合评判方法建立评价分析模型，对湖南省某高速公路K30+830—980路堑高边坡的施工安全风险进行评估。

1　工程概况

某高速公路路堑边坡为岩质边坡，高度为20 m，单级高度为10m。边坡的地层岩性主要为强风化基岩；坡体结构中存在其他方向结构面，边坡开挖坡度约为60°；边坡内部地下水主要存在于中下部，主要为裂隙和土层孔隙潜水；当地年均降雨量约1100mm。该边坡在雨季施工，施工期处于自然灾害多发季节；工程防护措施为框架梁；坡顶开挖线以外1.5H（H为边坡高度）、路基下方2H内有居民建筑物。该边坡工点至少有一个勘察断面，每个断面有2个勘探点，岩土计算参数选取依据充分；每个边坡都有一图一说明图，且均较完整。

2　高边坡施工安全风险评估

2.1构建模糊综合评判指标体系

根据该边坡的工程概况，采用模糊综合评判对其施工安全风险进行评估。影响边坡施工安全的因素很多，包括技术因素和非技术因素，据此建立反映边坡安全生产的阶梯层次结构，该结构由目标层、制约因素层和基本因素层组成。其中：边坡安全评估为目标层；边坡的建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境、资料完整性为制约因素层，即一级子指标；边坡高度、坡形坡率、地层岩性、坡体结构、地下水、地质资料、设计文件等为基本因素层，即二级子指标。指标体系及风险等级划分标准如表1所示。

表1　K30+830—980边坡模糊评价风险等级划分标准

续表1

2.2建立模糊综合评判数学模型

模糊综合评判是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，综合考虑边坡施工安全风险的相关因素确定边坡施工安全风险等级。首先确定两个模糊子集，即模糊综合评价等级决策评价集合V（边坡施工安全风险等级）=｛低度风险，中度风险，高度风险，极度风险｝和评价对象的关联因素集U=｛U1，U2，…，Ui｝。

根据边坡工程的勘察数据，采用模糊数学中隶属函数的“降半梯形”分布和Delphi方法对各评价指标进行定量计算和评价，得出各子集Ui中单因素的评价决策模糊关系矩阵Ri。其中：边坡建设规模特征因素的模糊关系矩阵为R1；边坡地质条件特征因素的模糊关系矩阵为R2；边坡诱发条件特征因素的模糊关系矩阵为R3；边坡施工环境特征因素的模糊关系矩阵为R4；边坡资料完整性特征因素的模糊关系矩阵为R5。

2.3权重的确定

按各评估指标对边坡施工安全的重要性大小对其排序，采用权重系数对各评估指标重要性进行区分。权重系数计算公式为：

式中：γ为权重系数；n为评估指标（重要指标）项数；m为重要性排序号，m≤n。

根据文献［12］，权重系数的确立与其相对应的评价指标重要性有关。上述二级评估指标对边坡施工安全重要性大小的排序为坡形坡率＞地层岩性＞年均降雨量＞工程措施＞周边环境＞坡体结构＞边坡高度＞自然灾害＞地下水高度＞地质资料＞设计文件，据此按式（1）计算得到各评估指标的权重系数如表2所示。

表2　评估指标的权重系数

续表2

根据表2得模糊评判各指标的一级权重阵列：

利用上述一级模糊关系矩阵R和一级权重矩阵A进行一级评判，求出影响边坡稳定性的各因素的分级模糊向量Bi（i=1，2，3，4，5）：B1=R1A1，B2=R2A2，B3=R3A3，B4=R4A4，B5=R5A5。

B0为二级模糊评判，以由B1、B2、B3、B4、B5组成的阶矩阵作为二级评判的模糊关系矩阵R0，其对应的权重阵列为A0，即：

矩阵中的最大值为0.423，由此判定该边坡的施工安全风险为中度风险。

根据现场调研结果，该边坡工程切坡大、坡率大、地质条件较差、岩体较破碎、易滑落，施工安全风险较大。评价结果与实际调研结果较为一致，验证了上述评估模型的可靠性和实用性。为确保边坡施工安全，需对该高边坡采取挂网防护等工程措施。

3　结语

该文根据某高速公路路堑高边坡的工程实际情况，构建施工安全风险模糊综合评判体系，其中边坡的建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境、资料完整性为制约因素层，即一级子指标；边坡高度、坡形坡率、地层岩性、坡体结构、地下水高度、地质资料、设计文件等为基本因素层，即二级子指标。利用指标体系法计算评价指标权重阵列，然后根据边坡模糊评价的风险等级划分标准确定边坡的模糊关系矩阵，计算分析边坡的施工安全风险等级。该边坡施工安全风险评价结果为中度风险，与现场调研结果基本一致，说明该模型具有实用性和可靠性。

［1］ 程晔，曹文贵，赵明华，等.高速公路下伏岩溶顶板稳定性二级模糊综合评判［J］.中国公路学报，2003，16（4）.

［2］ 陈晓广.AHP及模糊综合评判在隧道岩溶灾害危险度评价中的应用［J］.地质灾害与环境保护，2015，26（1）.

［3］ 邱向荣.岩溶塌陷稳定性的灰色模糊综合评判［J］.水文地质工程地质，2004，31（4）.

［4］ 曹文贵，程晔，袁腾芳，等.潭邵高速公路路基岩溶顶板稳定性二级模糊综合评判［J］.公路，2003（1）.

［5］ 罗琦.雀儿山隧道工程项目施工安全风险评价及控制研究［D］.成都：西南交通大学，2013.

［6］ 沈良峰，卢建峰，刘学军，等.岩土边坡稳定性分析的模糊综合评判实用方法［J］.湘潭矿业学院学报，2002，17 （3）.

［7］ 沈世伟，佴磊，徐燕，等.不同权重条件下降雨对边坡稳定性影响的二级模糊综合评判［J］.吉林大学学报：地球科学版，2012，42（3）.

［8］ 洪海春，徐卫亚，叶明亮，等.基于模糊综合评判的边坡稳定性分析［J］.河海大学学报：自然科学版，2005，33（5）.

［9］ 张勇慧，李红旭，盛谦，等.基于模糊综合评判的公路岩质边坡稳定性分级研究［J］.岩土力学，2010，31（10）.

［10］ 张春宇，高燕希，蒋明锋，等.二级模糊综合评判在公路边坡稳定性分析中的应用［J］.公路工程，2008，33 （5）.

［11］ 王国富，王渭明，冯玉国，等.德尔菲法在边坡支挡设计方案优选中的应用［J］.路基工程，2011（4）.

［12］ 毛保华.评价指标体系分析及其权重系数的确定［J］.系统工程，1991（4）.

［13］ 刘伟军，江武，崔钢.在建高速公路项目的模糊综合评价［J］.公路与汽运，2014（1）.

［14］ 彭振斌，何忠明，彭文祥，等.模糊评判在岩质边坡稳定性分析中的应用［J］.矿冶工程，2005，25（3）.

［15］ 孙江涛.高速公路边坡稳定性的二级模糊综合评判［J］.山西建筑，2009，35（3）.

［16］ 苏毅.山区公路高边坡安全风险评价研究［D］.重庆：重庆交通大学，2009.

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2016-05-18