熊先雁,王貴金,劉連成

(1.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院,長(zhǎng)春 130021;2.吉林市能源測(cè)試檢驗(yàn)所,吉林 132013;3.吉林大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)春 130022)

0 引 言

自然邊坡是漫長(zhǎng)地質(zhì)作用形成的、且受多因素影響的典型地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題[1],是隨時(shí)間的變化更加復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。因此,對(duì)邊坡問(wèn)題的研究,單純強(qiáng)調(diào)地質(zhì)分析很難解決實(shí)際問(wèn)題。邊坡優(yōu)勢(shì)面是對(duì)邊坡變形和破壞起主要作用的結(jié)構(gòu)面,在地質(zhì)歷史中,邊坡巖體內(nèi)部經(jīng)受各種各樣的地質(zhì)作用,產(chǎn)生了很多不同類型和性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面。如何從這些錯(cuò)綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)面中找出控制邊坡穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)面是至關(guān)重要的。優(yōu)勢(shì)面確定的方法很多,如地質(zhì)分析法、系統(tǒng)工程分析法和模糊數(shù)學(xué)分析法等。因邊坡的發(fā)生、發(fā)展受各種不同因素的影響,其作用機(jī)制、結(jié)構(gòu)狀況皆因沒(méi)有確定的物理原型而使信息不完全。在對(duì)邊坡優(yōu)勢(shì)面進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),很難具體確定各因素[2-3]對(duì)邊坡優(yōu)勢(shì)面的具體影響。因此,邊坡優(yōu)勢(shì)面的評(píng)價(jià)問(wèn)題具有明顯的灰色性。本文應(yīng)用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析方法評(píng)價(jià)邊坡優(yōu)勢(shì)面更具有客觀性、科學(xué)性,而且簡(jiǎn)捷、明確、通俗易懂。

1 改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法

1.1 基本思想

灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想是:根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程發(fā)展態(tài)勢(shì),即曲線幾何形狀的相似程度判斷比較序列與參考序列的關(guān)聯(lián)程度,該思想的無(wú)量綱化是多樣的。改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法[4-5],研究的是比較序列與參考序列曲線的接近程度或偏離的程度,比較序列曲線與參考序列曲線接近程度大的關(guān)聯(lián)度就大;反之則小,限制了無(wú)量綱化的多樣性。

1.2 無(wú)量綱化方法

無(wú)量綱化方法[6]主要是消除參考序列和比較序列的量綱,使比較序列和參考序列具有可比性,改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析的無(wú)量綱化方法如下:

對(duì)于比較序列取值越大,參考序列取值越大的關(guān)系,利用下式進(jìn)行無(wú)量綱化:

對(duì)于比較序列取值越小,參考序列取值越大的關(guān)系,利用下式進(jìn)行無(wú)量綱化:

式中minXi(k)為第i個(gè)比較序列數(shù)據(jù)中最小值。

參考序列均按式(1)進(jìn)行無(wú)量綱化。

1.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算方法

以無(wú)量綱化后的參考序列作為標(biāo)準(zhǔn)[6],用無(wú)量綱化后的比較序列與參考序列的計(jì)算值作為關(guān)聯(lián)系數(shù),計(jì)算方法如下:

當(dāng)X′i(k)＞X′0(k)時(shí):

1.4 關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法

同灰色分析一樣,將各比較序列關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值稱為關(guān)聯(lián)度ri,計(jì)算公式如下:

2 邊坡優(yōu)勢(shì)面確定及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

據(jù)文獻(xiàn)[7]將邊坡穩(wěn)定性分為 5級(jí):極穩(wěn)定(Ⅰ)、穩(wěn)定(Ⅱ)、次穩(wěn)定(Ⅲ)、不穩(wěn)定(Ⅳ)、極不穩(wěn)定(Ⅴ)。影響邊坡穩(wěn)定性因素取:時(shí)間(t)、性質(zhì)(f)、與邊坡的交角(α)、地下水滲水壓力(u)、初始應(yīng)力(σ)、邊坡角(β)。根據(jù)資料[7]得到的三峽工程上述因素的邊界值見(jiàn)表1。

表1 三峽工程優(yōu)勢(shì)面影響因素邊界值Table 1 Border value of effect element of preferred plane in Three Gorges Project

據(jù)在三峽總結(jié)出來(lái)的幾類優(yōu)勢(shì)面,得到各類優(yōu)勢(shì)面影響因素的分析值[7]見(jiàn)表2。

表2 三峽工程優(yōu)勢(shì)面影響因素分析值Table 2 Analysis value of effect element of preferred plane in Three Gorges Project

以上各數(shù)據(jù)的物理意義不同,數(shù)據(jù)的量綱也不一樣,為便于分析,保證各項(xiàng)因素具有等效性和同序性,需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,處理的方法就是利用前面介紹的無(wú)量綱化方法。無(wú)量綱化后的值列于表3和表4。

表3 三峽工程優(yōu)勢(shì)面影響因素?zé)o量綱值Table 3 Non-dimension value of effect element of preferred plane in Three Gorges Project

表4 三峽工程優(yōu)勢(shì)面影響因素邊界值無(wú)量綱值Table 4 Non-dimension value of border value of effect element of preferred plane in Three Gorges Project

在進(jìn)行無(wú)量綱化時(shí),如果遇到分子是零的情況,如Ⅰ(1/1)的u值是“0”,如果用“0”值去比其它值,得出的無(wú)量綱化值都是零值,無(wú)比較意義了,本文采用次小的數(shù)值“0.1”和其它值相比。在出現(xiàn)分子是零時(shí)進(jìn)行適當(dāng)放大,不會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果。

以Ⅰ級(jí)穩(wěn)定程度序列數(shù)據(jù)作為參考序列,實(shí)測(cè)的各優(yōu)勢(shì)面數(shù)據(jù)作為比較序列,計(jì)算的關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度見(jiàn)表5。

表5 關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度Table 5 Association coefficient and association degree

根據(jù)計(jì)算的結(jié)果(從行上看),350°/SW＜75°密集帶的關(guān)聯(lián)度最大(r1=0.637),故它是最穩(wěn)定的;而70°/NW＜70°斷裂的關(guān)聯(lián)度最小(r6=0.340),故其是最不穩(wěn)定的。各優(yōu)勢(shì)面穩(wěn)定性大小排序如下:

把計(jì)算的結(jié)果與表4的平均值比較,如70°/ NW＜70°斷裂(r6=0.340)的穩(wěn)定程度介于Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)之間,但更接近于Ⅳ級(jí),依此可分析出其它各優(yōu)勢(shì)面的穩(wěn)定程度。

因此,在考慮各優(yōu)勢(shì)面的各項(xiàng)要素時(shí),應(yīng)先考慮f,最后考慮σ。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)本文采用了改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析方法,對(duì)三峽工程邊坡優(yōu)勢(shì)面進(jìn)行分析評(píng)價(jià),能夠很好地對(duì)邊坡優(yōu)勢(shì)面的各種影響因素進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析,清楚地顯示出主要因素和次要因素,為實(shí)際工程提供可靠的評(píng)價(jià)依據(jù)。

2)無(wú)量綱化對(duì)“0”進(jìn)行放大的處理方法,使得關(guān)聯(lián)度的計(jì)算結(jié)果更具可比性,但不影響評(píng)價(jià)結(jié)果。

3)應(yīng)用該方法進(jìn)行系統(tǒng)分析,對(duì)樣本量的多少?zèng)]有過(guò)分要求,也不需要典型的分布規(guī)律。計(jì)算量小,且可進(jìn)行橫向和縱向比較,這些優(yōu)點(diǎn)已在本文的實(shí)例中得到了具體的體現(xiàn)。

[1] 李志斌,鄭成德.滑坡、泥石流危險(xiǎn)度評(píng)判的灰色模式識(shí)別理論與模型[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2000,20(5):128-132.

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