基于破坏指数法的边坡稳定性评价研究

张 舒，裴 磊，宋 刚

（1.中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031；2.辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000）

基于破坏指数法的边坡稳定性评价研究

张 舒1，裴 磊2，宋 刚1

（1.中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031；2.辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000）

破坏指数法是评价边坡稳定性的有效方法，优点在于利用实地调查的岩坡是否已破坏，来评估各项因子所造成破坏的机率，并确立各因子间的相对重要程度，计算出其整体边坡破坏指数可以作为岩坡稳定程度的指标。依误判率来显示其分析的有效性。文章对福建漳龙高速的边坡进行评价，得到了较好的评价结果。

边坡稳定性；破坏指数；权重值；误判率

1 概述

边坡失稳（滑坡）是地质灾害的一个主要类型，己成为研究的热点。对边坡稳定性的评价是对边坡失稳研究的重要方面。破坏指数法是多变量分析方法的一种，原理是以统计观点，在一个相对的关系下，提出一个破坏指数值（DT）描述该边坡在整个区域发生边坡破坏的风险度，DT值较高代表发生边坡破坏的可能性较大，反之则较小[1]。

采用破坏指数法进行分析，是将边坡稳定性与各影响因子分级进行迭合分析，以量化各边坡失稳影响因子与边坡失稳的关系。分析步骤包括：因子选择、因子分级、因子评分、因子权重、破坏指数值的迭加。

2 破坏指数法评价过程

2.1 因子选择

对边坡稳定性分析时，分析结果往往取决于影响因子的选择。回顾以往学者文献的边坡稳定性分析中，所选因子分为潜因与诱因；潜因是指边坡的本身具有潜在造成滑坡的因素，诱因是指直接引发滑坡的环境因素。

2.2 因子分级与评分

因子评分利用各因子破坏比来做衡量的基准，根据现场调查各因子的规模范围予以分级，求出各影响因子分级破坏比后，再依式（1）进行正规化处理，将各分级之崩坏比对应至1～10之间，即可求得各因子分级评分值D。

式中：Xi为各因子分级的破坏率，10≥Di≥1；Xmax、Xmin分别为该因子分级中破坏率的最大值及最小值。

2.3 因子破坏权重

选择因子间的权重，对边坡稳定性分析有直接的影响；在选取权重时要以最能体现破坏情况的组合做为首选[2]。因为各个因子均有其特定含义，并显示其存在的独立性，故不宜在未经处理的状况下直接分析比较，所以采用各因子分类和分级的破坏百分比所得的变异系数，作为反应各因子在分类分级上对边坡破坏影响的灵敏度。其计算如表1所示。

表1 多元分析计算表

2.4 破坏指数值的迭加

确定了各因子分类量化的破坏指数（Di）和破坏率权重值（Wi）后，还需对已完成统计的边坡数据作处理，所处理的模式称为边坡破坏指数（DT），即为边坡发生破坏的可能性；该指数越大，表示研究区内未破坏的岩石边坡发生破坏的机会越大[3]。边坡整体破坏指数：

3 评价实例

3.1 数据处理

漳龙高速公路漳州至龙岩段的长度为84 km，本文以其沿线共96处边坡为评价对象，选用66个边坡建立评价模型，对剩下的36个边坡的稳定性进行评价。依据前人研究的影响因子及现场调查的资料，由于考虑到有些因子的性质可能相近,整理出坡度、坡向、高程、坡高、岩土特性、距断层、距褶皱轴、距道路中线、降雨强度等9项因子，并根据现场调查各因子的规模范围予以分级（如表2所示）；并以表3显示各因子评分和因子破坏权重结果。由计算出各因子的权重值（Wi）和因子各级破坏指数（Di）代入公式（3），分别计算出所调查的66处岩石边坡各自的整体边坡破坏指数（DT）。

表2 因子分级表

3.2 评价结果及分析

对于66个边坡数据，经由公式处理，建立非线性破坏风险机率评估数学模式，逐次依9个变量因子的分级级序，权重值与评分值转换，并针对所调查的有效调查件数（96件）中的66件逐一作单件的稳定性风险评估检测，进而求算该单件工作的稳定性风险率（DT值）。在66件有效调查样本数中，依据实地勘查的工程稳定性现状，进行破坏指数分析后显示其DT（见图1）值介于1.0～8.1间，取三类结果上下限的平均值作为边坡稳定性判定依据，即DT＞4.85 为边坡不稳定判定依据，4.85＞DT＞4 为边坡较稳定判定依据，当DT≤4时边坡稳定判定依据。

图1 模型DT计算结果散点图

图2 评判DT计算结果散点图

表3 多元分析运算9因子权重分析统计表

以实地调查边坡灾害点中的30处作为验证案例，将其各因子代入受损风险率模式中运算,可得DT值（见图2），将运算结果与实地调查结果进行比对得知，可以发现其中67号、68号、85号、95号等4处，经由模式评估与实地调查结果仍有一定差距，约占全调查数96件的4.2%，据此可知破坏指数法对于评价边坡稳定性是一种有效方法，其正确率大于95%，可以满足工程需求。

4 结论

（1）破坏指数法可客观求得因子对边坡稳定性影响的灵敏度和边坡失稳的风险度。本文实例得到的各因子灵敏度由高到低的排序为降雨强度、距褶皱轴、高程、距路中线、坡度、岩土特性、距断层、坡高、坡向。

（2）由本文研究可发现，对漳龙高速研究区而言，破坏指数法得到的各因子权重合理结果正确率高，是一种行之有效的方法。

（3）使用多元破坏指数分析法的优点在于：利用实地调查的岩坡是否已破坏，来评估各项因子所造成破坏的机率，并确立各因子间的相对重要程度，而且计算出其整体边坡破坏指数，可以作为岩坡稳定程度的指标，并依误判率来显示其分析的有效性。

（4）所完成的调查样本数仅96件，样本数量相对统计学研究来说仍显较少，后续研究中可扩大研究区域和研究样本的数量，以利于该模式取得更多案例验证，并使此分析研究具有普遍意义。

（5）所推导出的评估模式，其所涵括的因子可能仍有遗漏，有必要再作因子的扩大考虑与补遗，并于后续研究再进行各因子的统计检定，例如：因子、独立性、融合性、相依性、一致性的因子交互检定后，进行模式的实例验证与检测修正，则可减少该模式推估误判率（4.2%）。

［1］陈正昌.多变量分析方法—统计软件应用[M].北京:中国税务出版社,2000.

［2］Hillel Daniel.Fundamental of soil physics.John Willey&Sons Inc,1982：21-37,57-104.

［3］Shu-Yi Lin,C.T.Lee,Linkou Tableland with the Assistance of Principal Component Analysis，Institute of Applied Geology,National Central University，1999.

Abstract:Slope failure,as a kind of geohazards,has become a hot research topic,and research key lies in the evaluation of slope stability.Its effective way is the failure index method that field investigation is used to evaluate the damage probability caused by different factors,then these factors'relative importance is established,and finally the integral slope failure index as the index of slope stability is calculated.The analysis validity is indicated by the rate of error.The article evaluated the slope of Zhanglong highway in Fujian and achieved ideal results.

Key words:slope stability;failure index;weight value;error rate

编辑：徐树文

Evaluation of Slope Stability Based on Failure Index Method

ZHANG Shu1,PEI Lei2,SONG Gang1
（1.Handan Design Engineering Co.of China National Coal Group,Handan Hebei 056031,China;2.Liaoning Technical University,Fuxin,Liaoning 123000,China）

U416.1+4

A

1672-5050（2010）09-0039-03

2010-06-11

张 舒（1983—），女，辽宁铁岭人，大学本科，助理工程师，从事岩土工程研究工作。