基于灰色聚类的公路滑坡评估方法研究

孙一平

四川德阳 618000

摘要：山体地质灾害如滑坡、泥石流、坍塌等是影响附近道路、人民安全的潜在隐患。国土资源局等相关部门承担地质灾害预防和治理的责任的重要机构，如何针对该地区地质灾害突发的特点，快速根据事先制定的应急措施高效、准确地进行监测勘察，是需要解决的重要问题。公路滑坡灾情评估的方法有实地调研考察法、地理信息系统技术（GIS）等。本文在定性与定量基础之上，结合灰色理论和信息熵对不同情况下公路滑坡灾情系统进行研究与开发，多方位、多角度、不同层次地探讨公路滑坡灾情评估的综合分析方法，旨在建立公路滑坡灾情分析与评估的不确定性系统理论、方法，为实现人类对公路滑坡灾情的有效支援和管理提供科学的策略与方法。

关键词：灰色聚类；公路滑坡；评估方法；

1引言

公路滑坡灾情评估是在灾害危险性评估和灾害易损性评估的基础上，估算该区域在不同时间里可能发生的一系列不同强度的公路滑坡给该区域造成的损失大小，并根据该区域的滑坡灾情特征集，搭建在不同的灾情影响特征体系下的公路滑坡灾情评估模型，对该区域的公路滑坡灾情进行评估，为管理此次滑坡灾害所带来的破坏损失提供风险决策依据。公路滑坡灾情评估的方法有实地调研考察法、地理信息系统技术（GIS）等。本文在定性与定量基础之上，结合灰色理论和信息熵对不同情况下公路滑坡灾情系统进行研究与开发，多方位、多角度、不同层次地探讨公路滑坡灾情评估的综合分析方法，旨在建立公路滑坡灾情分析与评估的不确定性系统理论、方法，为实现人类对公路滑坡灾情的有效支援和管理提供科学的策略与方法。

2公路滑坡灾情评估指标体系构建

2.1 滑坡状态指标

本文主要研究灾前滑坡的危险性即灾害本体评估，探索诱发灾害因素之间的关系，寻找评估滑坡安全的可靠性指标。灾害本体评估主要包括自然评估和人为评估，自然评估是指对导致灾害的各种自然因素的分析，研究内容主要包括地形、岩性、地质条件、水文情况、植被覆盖率、天气等。人为条件是指人类活动对滑坡稳定性影响的作用。人为条件包括：（1）人工灌溉因素；（2）工程开挖因素；（3）人类居住及其对滑坡体的改造作用；（4）填弃渣土因素；滑坡的产生因素主要有自然因素及人为因素，自然因素中有地形地貌、坡度、高度、降水、水文条件等，人为活动的有破坏地貌、排水和浇灌等。

具体分析时，可以测量一些较为容易的获取的数据作为危险性评价研究内容，即：坡度、高度、地层岩性、褶皱构造、断裂构造、斜坡体构造、河流切割、植被覆盖、历史数量、历史规模、潜在数量、潜在规模。可以根据当地地质灾害发育特点，计算出危险性指数类别，在本文里将研究公路滑坡危险性等级分为低度危险、一般危险、中度危险、高度危险、极高危险5级。

2.2 滑坡评估指标相关性分析

（1）坡度。对滑坡灾害来讲，有坡度的坡体才有可能发生滑坡灾害，坡度不是简单按照随着坡度的增大而增大发生滑坡灾害的关系，因此研究坡度与滑坡可能性的关系是十分必要；

（2）高度。不同高度的斜坡体，代表着地壳运动的强度与频繁性，影响坡体稳定性。由于海拔高度不一样，风化、冻融、降水、温湿度等不同，发生滑坡的可能性也不一样。调查研究表明，我国海拔在1000m~3500m 的地形区和 50m~200m的高平原地形区，发生滑坡灾害可能性最大，而高山地貌区的斜坡体相对来说极易发生滑坡灾害；

（3）地层岩性。不同的地层岩性发生滑坡灾害可能性不一样。岩土的力学强度越高发生滑坡灾害的可能性较低；岩土体土质越松散，黏聚力越低，层间胶结越差，发生滑坡灾害的可能性较高；

（4）地质构造主要有褶皱和断裂两种。褶皱因地壳运动挤压而成，岩体稳定性变差，更易遭遇风化和破坏作用；断裂构造一般在断裂活动带地段，岩体整体性较低，与褶皱构造相比更容易遭风化和溶蚀，断裂构造区域比褶皱构造区域的地质灾害发育程度高；

（5）斜坡体构造。从坡体形态来说，凸形坡岩性较周围岩性好，结构面发育较差。同时也是经过大自然的雕琢形成凸出的地形地貌，如果没有额外不利因素的出现，一般不会发生滑坡现象；凹形坡与凸形坡相比完全相反，岩性、结构面、稳定性等各方面均较差。这种地貌容易积水，常成为地表水活跃区域，易诱发滑坡灾害；

（6）植被覆盖。大规模滑坡往往是植被覆盖率比较低的区域，植被能减少地表水渗入到坡面之下，有助于滑坡的稳定。植被的作用主要表现在截流、蒸腾、固土。截流是植物能够减弱降水对坡面的直接冲击力，减少地表水渗入土体内；蒸腾是植物通过根部从土中汲取水分，减少土壤的含水量；固土是植物根系的盘根错节提高土层的结合力。

3. 面向公路滑坡灾情评估的灰色聚类方法

3.1 方法原理

灰色系统理论是由邓聚龙在1982 年提出，是一种研究信息模糊、不确定性问题的系统工程学科。在现实生活里，对研究目标的信息内容完全了解称为白色系统，与之相反对研究目标的信息完全不了解，需要“黑箱”方法来做的称为黑色系统。而在这两者之间信息部分清楚部分不清楚时称为灰色系统，以“少量数据清楚”的不确定性系统为研究目标。通过对少量已知数据进行数据处理并提取有效可用的数据，对研究目标进行控制与分类。灰色系统理论在国际学术界获得很高的评价与认可，并在众多领域得到广泛的研究与应用。

3.2 基于熵权和区间灰数信息的聚类评估算法

在滑坡灾情评估过程中，熵权理论确定各个特征的权重大小。灰色定权聚类法评估计算出各个特征隶属于某个灰色聚类的隶属度大小，继而判断研究目标是否属于之前设定的不同类别。

基于熵权的滑坡灾情评估灰色聚类方法可以科学处理特征权重在整个滑坡灾情中影响大小，计算滑坡聚类系数最大值，利用每一个特征值已有的客观信息和模糊的灰色属性，从而计算出各个滑坡的灾情评估的级别，为滑坡灾情评估提供很好的判断依据。在现实生活里，对样本值的取值往往不会是一个固定值，采集的数据在某一个范围里波动，存在着误差。因此可以将样本值从原有的实数更换为区间灰数，能够在这个区间里更好的体现属性值之间的差异变化，这时每一个样本值对应的熵就是一个区间灰数熵，其熵权即为区间灰数权重，即灰色熵权。

3.3 结果分析

选取3个对象（茂县、珠海沿海高速路段、国道万州路段）的5个评价指标进行评价。按照“低度危险”、“一般危险”、“中度危险”、“高度危险”、“极高危险”5 个灰类，使用白化权函数，对3个滑坡灾害路段进行灰色定权聚类，其中关于“低度危险”灰类的白化权函数为下限测度白化权函数，“极高危险”灰类的白化权函数为上限测度白化权，其余的为三角白化权函数。计算结果说明茂县滑坡和国道 318 万州路段属于“极高危险”灰类，K21+060-K21+466 沿海高速珠海段公路滑坡属于“一般危险”，和事实一致。

4. 结束语

本文在定性与定量基础之上，结合灰色理论和信息熵对不同情况下公路滑坡灾情系统进行研究与开发，多方位、多角度、不同层次地探讨公路滑坡灾情评估的综合分析方法，旨在建立公路滑坡灾情分析与评估的不确定性系统理论、方法，为实现人类对公路滑坡灾情的有效支援和管理提供科学的策略与方法。

参考文献

1. 李书全,朱孔国. 基于三螺旋理论的精益建设实施研究[J]. 管理现代化, 2009, (05):21-23.

2. 陈熙, 骆仁俊. 基于精益建造的工程项目质量控制[J]. 工程管理学报 ,2010,24(02): 160-163.

3. 方俊, 龚越, 陈旭辉. 基于BIM 技术的施工总承包项目精益建造模式研究[J]. 建筑经济, 2016,37(08):33-36.

作者：孙一平，身份证号：510602196305121157。