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黄金科学技术 ›› 2018, Vol. 26 ›› Issue (6): 780-787.doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2018.12.780

所属专题： 专题名称

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基于D-S证据理论—正态隶属度的岩土边坡稳定性评价

徐金国(),戴兴国,闫泽正   

  1. 1. 中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083
  • 收稿日期:2017-07-15 修回日期:2018-03-04 出版日期:2018-12-31 发布日期:2019-01-24
  • 作者简介:徐金国（1990-），男，山东枣庄人，硕士研究生，从事边坡稳定性评价与治理研究工作。xujinguo@csu.edu.cn

Stability Evaluation of Rock-soil Slope Based on D-S Evidence Theory and Normal Degree of Membership

Jinguo XU(),Xingguo DAI,Zezheng YAN   

  1. 1. School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，Hunan，China
  • Received:2017-07-15 Revised:2018-03-04 Online:2018-12-31 Published:2019-01-24

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522

摘要：

针对岩土边坡稳定性评价具有模糊性和不确定性且各评价指标存在矛盾冲突性的特点，提出了基于D-S证据理论的岩土边坡稳定性综合评价方法。首先建立识别框架，选取评价指标，运用正态隶属函数确定各等级对应的质量函数。然后基于各等级质量函数间的距离，综合考虑各指标各等级之间的相互影响程度，确定指标权重。最后运用D-S组合规则，得出岩土边坡稳定性等级。将D-S证据理论评价模型运用到广州某稀土矿山工作场地，并将该方法与可拓法在质量函数与关联度、权重确定和评价结果等方面进行比较，结果表明D-S证据理论评价模型相对合理，所得结果精度较高并且与工程实际相吻合。

关键词: 岩土边坡, 稳定性评价, D-S证据理论, 正态隶属函数, 指标间距离

Abstract:

In order to effectively solve the problems of vagueness and uncertainty，and the conflict between the evaluation indexes existing in the process of rock-soil stability evaluation，a new approach of comprehensive evaluation on rock-soil stability was proposed based on D-S theory of evidence.Firstly，the recognition framework was established，the evaluation indexes were selected，and the basic probability distribution of levels was determined by using the Gaussian membership function.Secondly，the index weight was determined based on the range of basic probability distribution and the mutual influence between indexes and grades.Finally，the stability of rock-soil slope was determined by using the combination rules of D-S evidence theory.Through comparison with the extension method in the basic probability distribution and relevancy of indexes，determination of weight and the revaluation result，D-S evidence theory was used in the workplace of a rare earth mine in Guangzhou.And the results show that the evaluation model of D-S evidence theory is more suitable and more practical，and with higher accuracy.

Key words: rock-soil slope, stability evaluation, D-S evidence theory, Gaussian membership function, distance between indexes

中图分类号: 

  • TU457

表1

边坡稳定性等级评价标准"

稳定性等级 接受准则
Ⅰ级 稳定，不需处理
Ⅱ级 较稳定，常规管理
Ⅲ级 基本稳定，监测施工
Ⅳ级 较不稳定，采取措施增强稳定性，并进行监测施工
Ⅴ级 不稳定，避免施工，并采取措施增强稳定性

表2

单因素边坡稳定性评价标准"

评价指标 各稳定性级别对应的指标值
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
内摩擦角/（°） 37～45 29～37 21～29 13～21 0～13
黏聚力/MPa 0.22～0.32 0.12～0.22 0.08～0.12 0.05～0.08 0～0.05
弹性模量/MPa 33～60 20～33 6～20 1.3～6 0～1.3
边坡高度/m 0～30 30～45 45～60 60～80 80～100
边坡角度/（°） 0～10 10～20 20～30 30～40 40～90
月累计降水量/mm 0～50 50～100 100～150 150～250 250～300
日最大降雨量/mm 0～20 20～40 40～60 60～100 100～150

表3

边坡指标实测值"

评价指标 数值 评价指标 数值
内摩擦角/（°） 28 边坡角度/（°） 65
黏聚力/MPa 0.032 月累计降水量/mm 209.7
弹性模量/MPa 40 日最大降雨量/mm 135.4
边坡高度/m 6

表4

各指标基本概率分配"

评价指标 各稳定性等级基本概率分配
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
内摩擦角 0.00 0.32 0.68 0.00 0.00
黏聚力 0.00 0.00 0.00 0.05 0.95
弹性模量 0.85 0.15 0.00 0.00 0.00
边坡高度 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00
边坡角度 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00
月累计降水量 0.00 0.00 0.00 0.97 0.03
日最大降雨量 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00

表5

各指标间的距离"

评价指标 内摩擦角 黏聚力 弹性模量 边坡高度 边坡角度 月累计降水量 日最大降雨量
内摩擦角 0.0000 1.2101 1.1041 1.2506 1.2506 1.2305 1.2506
黏聚力 1.2101 0.0000 1.2847 1.3785 0.0744 1.3037 0.0744
弹性模量 1.1041 1.2847 0.0000 0.2080 1.3229 1.3039 1.3229
边坡高度 1.2506 1.3785 0.2080 0.0000 1.4142 1.3965 1.4142
边坡角度 1.2506 0.0744 1.3229 1.4142 0.0000 1.3780 0.0000
月累计降水量 1.2305 1.3424 1.3039 1.3965 1.3780 0.0000 1.3780
日最大降雨量 1.2506 0.0744 1.3229 1.4142 0.0000 1.3780 0.0000

表6

各指标权重"

指标 权重 指标 权重
内摩擦角 0.1210 边坡角度 0.1688
黏聚力 0.1718 月累计降水量 0.1022
弹性模量 0.1403 日最大降雨量 0.1688
边坡高度 0.1271

表7

岩土边坡稳定性评价结果"

稳定等级 支持度 稳定等级 支持度
Ⅰ 0.0738 Ⅳ 0.0201
Ⅱ 0.0000 Ⅴ 0.9061
Ⅲ 0.0000

表8

可拓法评价岩土边坡稳定等级的关联度"

稳定等级 关联度 稳定等级 关联度
Ⅰ -0.4581 Ⅳ -0.4626
Ⅱ -0.5817 Ⅴ -0.1037
Ⅲ -0.5488

图1

稀土矿山边坡失稳破坏"

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