基于GIS和AHP的边坡稳定性分析方法研究★

袁晓萍 秦淑文 何 涛 孙晓娟 权赫春

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)



·岩土工程·地基基础·

基于GIS和AHP的边坡稳定性分析方法研究★

袁晓萍 秦淑文 何 涛 孙晓娟 权赫春*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

以延边大学美术学院后的某一边坡为例，通过实验以及测量的方法得出相关数据，继而使用AHP法对致灾因子进行权重分析，并利用GIS技术对滑坡的易发程度进行划分，通过栅格数据重叠法研究得出最不稳定区域，为该边坡稳定分析及防治提供科学依据。

AHP，GIS，斜坡稳定性，致灾因子

滑坡灾害是近年来我国多遇的一种自然灾害，每一次的滑坡都对国民的安全以及经济造成严重损害，所以边坡的稳定性分析是我们必须进行的工作，AHP和GIS相结合能够很好的通过对致灾因子(高程、坡度、坡向、含水率、塑性指数)的分析，合理的对边坡进行滑坡易发程度划分，以便做出相应的应对措施。GIS技术是以地理空间为基础采用地理模型分析方法，实时的提供多种空间和动态的地理信息，基本功能是将表格型数据转换为地理图形显示，黄波林等人基于GIS技术进行滑坡涌浪灾害的分析，并通过三峡库区巫峡茅草坡滑坡实例，分析滑坡涌灾危害，涌浪爬高，并提出建议[1]；张云丰等也利用GIS技术对长白山地区的滑坡易发程度进行研究分析，且通过AHP进行权重分析，得出长白山地区滑坡影响较大的致灾因子为坡度、地质和土壤，进一步确定最危险区域[2]。本文采用的栅格数据叠置分析法就是GIS技术中的一种常用方法，可以将不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置产生的结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，本文中是五个层面要素(致灾因子)所具有的性质。AHP也就是层次分析法，它是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活实用的多准则决策方法，利用AHP法能够得出致灾因子的权重，进而分析各致灾因子对边坡稳定性的影响。

1 研究区状况

本文研究的边坡位于吉林延边大学美术学院后，此坡的坡度较大，横跨长度十几米以上，平均高度约为7 m，若发生滑坡现象会影响一条主干线路的正常通行。该边坡的土质分样可以分为五类，分别为表层土、二层泥土、堆积土、黄沙及红土，但是随着海拔的提高边坡的土层类型逐渐减少。每层土样的含水率都有明显降低，且逐渐为大颗粒石块状，为预防滑坡灾害的发生，学校采用挡土墙及种植植被的方式。

2 边坡稳定性分析相关因子

2.1 高程

高程是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离。数字高程模型也就是DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面数字化模拟(即地形表面形态的数字化表达)，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支，能够很清晰的反映一个地区的高程信息。高程图见图1。

2.2 坡度

坡度表示的是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度和水平距离的比值叫做坡度，坡度越大的边坡越容易发生滑坡现象。坡度图见图2。

2.3 坡向

坡向是坡面法线在水平面上的投影方向。坡向会对一个边坡的日照、降水量有影响，也就会间接的影响滑坡的易发程度。坡向图见图3。

2.4 含水率

含水率是指土壤中水分的质量与干土质量的比值，是土的基本性质，一般情况下含水率越高的地方越容易发生滑坡。含水率分布图见图4。

2.5 塑性指数

塑性是表征细粒土物理性能的一个重要特征，一般用塑性指数来表示；液限与塑限的差值称为塑性指数。塑性指数能反映土的很多重要性质，现在经常用塑性指数对黏性土进行分类，塑性指数越大说明该土样的黏性越高，也就越不容易发生滑坡现象。塑性指数图见图5。

3 研究方法

本文先利用AHP法来计算所选取边坡的5种致灾因子的权重数，然后用Arcgis中重分类的功能根据内部相对重要度对5种致灾因子的内部因子进行重分类，再利用Arcgis中栅格数据叠加功能，把每种赋予相应权重的致灾因子相互叠加，最后得出边坡稳定性分析图。

3.1 AHP分析法

层次分析法(AHP)是由美国T.L.Saaty教授提出的对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多指标决策方法。本文通过AHP法确定各个致灾因子的权重。

T.L.Saaty教授提出一致矩阵法，为了使各个因素之间相对重要性加以量化，引入的标度方法如表1所示。

表1 AHP法判断矩阵的标度方法

通过以上的标度，可对因素层中的各个因素的相对重要性做出判断，从而构建判断矩阵，并算出权重大小，如表2所示。

3.2 基于GIS技术的滑坡易发程度划分

用AHP法计算出来的各个致灾因子的权重，采用栅格数据叠置分析法对其进行计算和分析，在栅格数据内部，叠加运算是通过像元之间的各种运算来实现的。设x1，x2，…，xn分别为第1层至第n层上同一坐标属性值，f函数为各层上属性与用户需求之间的关系，E为叠置后属性输出层的属性值，则E=f(x1，x2，…，xn)。在Arcgis软件中打开模型构建器，然后将栅格计算器和重分类功能放入其中，再把数据添加其中后就可以进行栅格数据的重分类和叠置分析，结果如图6所示。图6中用黑色表示的部分就是整个研究区域中最为不稳定的区域。

表2 不同因子的判断矩阵和权重

4 结语

1)致灾因子的权重越大，对于滑坡的易发程度的影响也就越大，通过分析可知，权重为0.44的坡度和0.24的塑性指标对于边坡的稳定性影响较大。2)通过栅格数据叠置分析数据可知，分析得出的最不稳定区域分布与实际地形中的不稳定区域是比较吻合的，说明上述分析方法是可行的。3)坡向的权重在5个致灾因子中最小，可以看出坡向对滑坡的发生影响最小，只有日照和降水的间接影响。

[1] 黄波林,殷跃平,王世昌，等.GIS技术支持下的滑坡涌浪灾害分析研究[J].岩石力学与工程学报,2013(z2):3844-3851.

[2] 张云丰,金素月,安怀德，等.基于GIS的长白山地区山体滑坡易发程度分析[J].延边大学学报(自然科学版),2013(4):285-288.

[3] 华国斌,王向东.基于GIS考虑有水作用的土坡稳定性分析[J].西部探矿工程,2007,19(8):206-208.

[4] 兰恒星,伍法权,周成虎，等.基于GIS的云南小江流域滑坡因子敏感性分析[J].岩石力学与工程学报,2002,21(10):1500-1506.

[5] 单新建,叶 洪,李焯芬，等.基于GIS的区域滑坡危险性预测方法与初步应用[J].岩石力学与工程学报,2002,21(10):1507-1514.

[6] 李 军,周成虎.基于栅格GIS滑坡风险评价方法中格网大小选取分析[J].遥感学报,2003,7(2):86-92.

[7] 周翠英,林春秀,刘祚秋，等.基于GIS技术的区域性坡发生概率分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23(6):911-914.

Slope stability analysis based on GIS and AHP method★

Yuan Xiaoping Qin Shuwen He Tao Sun Xiaojuan Quan Hechun*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

Based on a certain slope besides the Yanbian University Academy of Fine Arts as an example,in this paper,we obtained the related data through the experiment and the method of measuring,then we use the AHP method to make an analysis of the weight to the disaster-causing factors,at last we make use of GIS technology to divide the degree of landslide prone,through deleting lattice data overlapping method to study the most unstable regions.The conclusion of this article is to provide scientific basis for prevention and cure of slope stability analysis.

AHP,GIS,slope stability,disaster-causing factors

1009-6825(2016)29-0047-02

2016-08-03★：延边大学大学生创新创业训练计划项目(项目编号：ydbksky2016007)

袁晓萍(1995- )，女，在读本科生

权赫春(1979- )，男，博士，副教授

P694

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