基于AHP的库区高边坡地质灾害影响因素敏感性分析

马光猛

(昭通市水利水电勘测设计研究院，云南 昭通 657000)

1 工程概况

某水利枢纽工程位于云南省境内，河道宽度为300～600m，河道比降为1.22‰，两岸为U型河谷。库区四季分明，昼夜温差大，年平均气温为17℃，年平均降雨量1200mm，多年平均蒸发量为2100mm，多年平均径流量为5310m3/s；库区常发生局部性暴雨，特点是降雨强度大，降雨历时短，笼罩面积小，在小区域内形成较大洪水。两岸山谷主要以丘陵、构造剥蚀山地和侵蚀堆积地为主，平均海拔1300～1600m，地层从老到新依次为寒武系(灰岩、泥灰岩、页岩、白云岩)、奥陶系(灰岩、白云岩、白云质灰岩、石英砂岩)、第四系(砂土、黄土类土、红色黏土、砾石)，两岸出露岩体以灰岩为主，不良地质现象包括岩体风化和岩体卸荷等。库区主要地质构造包括裂隙、层间剪切带和层间褶曲，地下水以基岩裂隙岩溶潜水和承压含水层为主。

2 地质灾害情况调查

2.1 现场勘查情况

根据现场地质勘察，库区边坡主要为灰岩和泥灰岩集中带，灰岩多为厚层和中厚层，风化程度小，岩块整体性较好，泥灰岩风化较为严重，节理裂隙密集，岩体单层厚度小，整体比较破碎，易形成凹槽。边坡岩体结构面主要以层面和节理面为主，层面比较平直，且结合程度较好，节理面倾角较大，近乎垂直，且受多个结构面的切割，导致结合状态很差，多开裂现象，开裂结构面中含有少量的黏土填充物，在外界环境作用下，极易导致危岩体脱离母体向边坡下滑动，危岩体是目前库区高边坡的主要地质灾害。

现场危岩体调查情况为：左岸进场公路边坡高度约为75～88m，边坡近乎直立，风化严重，坡面局部存在岩体裂缝、凹槽和崩塌现象，共发现危岩体11处；左岸上坝公路边坡长度约为1km，边坡高度为30.5～33m，边坡近乎直立，风化严重，局部地区形成悬崖，岩体多处存在裂缝和局部崩塌现象，部分区域存在落石情况，该段边坡共发现55处危岩体；左岸进场公路边坡长度约100m，边坡高度约81～92m，边坡近乎直立，风化严重，表面存在多处凹槽，共发现9处危岩体；右岸副厂房上方山顶边坡长度约为150m，边坡高度10～20m，呈悬崖峭壁，岩体比较松散，共发现18处危岩体。

2.2 危岩体分类

按照一般划分标准，将库区边坡岩体地质灾害划分为滑移式、坠落式和倾倒式三类[1-6]，如图1所示。①滑移式：滑移式危岩体的后缘裂隙比较发育，受降雨作用和冻融破坏的影响较大，在降雨作用下，岩体含水率和裂隙填充水会发生变化，从而影响岩体的粘聚力和内摩擦角；在低温作用下，岩体发生膨胀(膨胀率为9%)，从而对原有岩体的骨架结构，发生冻胀变形，冻胀变形的结果会导致岩体的裂隙夹角增大，使得裂隙宽度、长度等增大。②坠落式：坠落式危岩体在边坡表面一般存在大量的卸荷裂隙，在风化、降雨作用及冻融作用的影响下会不断发育，最终形成破碎的边坡表面，在外界因素诱发下很容易形成崩塌破坏。③倾倒式：倾倒式危岩体是软弱夹层在降雨侵蚀或者其他作用下形成空腔，边坡对危岩体上部存在一定的拉力作用，在低温冻胀等外界诱因下，拉应力会逐渐减小，从而使上层岩体支撑发生倾倒。

图1 库区危岩体类别示意

3 影响因素敏感性分析

3.1 层析分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)是一种对影响研究对象某一性质的各个因素进行定量化分析的一种数学方法，通过计算各个因素的权重大小，对各个因素的影响程度进行评价[7-9]。如图2所示，层次分析法的一般步骤包括：①构建层次结构模型，即建立目标层、准则层和指标层的评价指标体系，该指体系反映了不同指标之间的相互关系；②构建判断矩阵，由于评价指标和诺具有非定量性，因此，通过构建判断矩阵可将非定量化问题转换为定量性问题；③计算各指标的权重值和特征向量；④一致性检验，主要目的是检验判断矩阵计算过程中是否受到其他因素的干扰；⑤通过权重值大小，进行不同危岩体影响因素的敏感性分析。

图2 层次分析法流程

3.2 层次结构模型

从保证库区安全生产和发展的角度出发，选取对库区边坡危岩体影响最大的影响因素进行分析。以库区高边坡危岩体敏感性性分析为目标层，将岩体特性、降雨影响、地震作用、裂隙特征、冻融破坏等5个影响因素作为准则层，其中岩体特性选择危岩体密度(C1)、风化程度(C2)两个因子作为评价指标、降雨影响选择粘聚力(C3)和内摩擦角(C4)两个因子作为评价指标、地震作用选择地震烈度(C5)作为评价指标，裂隙特征选择最大裂隙宽度(C6)作为评价指标，冻融破坏选择危岩体自重(C7)和裂隙长度(C8)两个因子作为评价指标，从而建立库区高边坡危岩体的影响因素敏感性分析评价体系，如图3所示。

图3 库区高边坡危岩体敏感性层次结构模型

3.3 指标权重计算

根据不同危岩体形式破坏特点，综合各影响因子之间的特征，按照各个因子对于研究对象的重要性进行两两对比，并按照Saaty的打分赋值原则进行打分(见表1)，从而构建起三种危岩体的判断矩阵，见表2。

表1 打分赋值原则

表2 判断矩阵

通过不同危岩体的判断矩阵，分别计算特征向量W、各影响因素的权重值、最大特征值以及CR值，结果见表3。从表3中可以看到：三种不同危岩体形式下的CR值均小于0.1，表明三种计算结果均通过一致性检验，计算结果合理可靠。

表3 层次分析计算结果

3.4 敏感性分析

根据层次分析计算结果，对三种不同形式危岩体各个影响因子的权重值进行对比[10]，结果如图4所示。从图4中可以看到：对于滑移式危岩体和坠落式危岩体，岩体特性对其安全稳定性影响敏感性最大，滑移式的危岩体密度(C1)和风化程度(C2)权重值分别为0.291和0.273，坠落式的危岩体密度(C1)和风化程度(C2)权重值分别为0.285和0.289，敏感性相对最小的是地震烈度(C5)，滑移式和坠落式的地震烈度权重值分别为0.021和0.022，滑移式和坠落式危岩体各个影响因子之间的权重值基本相等；对于倾倒式危岩体，危岩体自重(C7)和裂隙长度(C8)是最重要的两个影响因子，权重值分别为0.247和0.331，影响最小的依然是地震烈度(C5)，权重值仅为0.024。

图4 不同形式危岩体权重值对比

通过层次分析计算结果，可分别得到库区高边坡不同危岩体地质灾害影响因素的敏感性排序。滑移式危岩体敏感性排序为：C1>C2>C7>C8>C4>C3>C6>C5，坠落式危岩体敏感性排序为：C2>C1>C7>C8>C4>C3>C6>C5，倾倒式危岩体敏感性排序为：C8>C7>C1>C2>C4>C3>C6>C5。对于开展库区高边坡危岩体地质灾害防治工作具有一定的指导意义。

4 结语

对云南省某水利枢纽工程库区高边坡危岩体地质灾害进行了现场勘查，并将危岩体划分为滑移式、坠落式和倾倒式3类，从保证库区安全生产和发展的角度出发，基于层析分析法，构建库区高边坡危岩体敏感性评价层次结构模型，开展不同危岩体形式影响因素敏感性分析，结果表明：岩体特性对滑移式危岩体和坠落式危岩体的影响最大，冻融破坏对倾倒式危岩体的影响最大，而地震烈度对三种危岩体的影响均最小。本文仅对当前库区危岩体这一主要地质灾害进行了计算分析，库区高边坡可能还伴随有泥石流、滑坡等其他地质灾害，这将在今后做进一步补充研究。