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1、伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析申康1，窦明健1，候巴迪1，袁铭2，陈敏2，秦国武3(1 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，西安7 1 0 0 6 4；2 新疆建设兵团设计院，乌鲁木齐8 3 0 0 0 2；3 新疆兵团交通局，鸟鲁木齐8 3 0 0 0 2)摘要：在公路边坡稳定性分析中，运用因素敏感性分析方法可以对边坡稳定性有较大影响的因素进行检查和分析，进而使边坡灾害防治和监测工作更具有针对性，使治理设计更趋于安全、可靠和经济。本文结合伊昭公路边坡病害工程实例分析，讨论了正交设计在公路边坡稳定性敏感性分析中的应用。关键词：边坡稳定性；因素；敏感性分析；正交设计T h eS e n
2、 s i t i v i t yA n a l y s i so fI n f l u e n c eF a c t o r so fS l o p eD i s e a s e so fY i z h a oH i g h w a yS h e n 尬昭1，D o uM i r r 舒r i a n l，H o uB a d i1，Y u a nM i n 9 2，C h e r tM i t t 2，Q i nC a l o 肌3(1 S c h o o lo fH i g h w a y，C h u g a nU n i v e r s i t y，X i a n7 1 0 0 6 4；
3、2 T h ed e s i g n i n gi n s t i t u t eo fp r o d u c t i o nc o n s t r u c t i o nc r o p si nX i n j i a n g，W u h m u q i8 3 0 0 0 2；3 1 1 1 eh i g h w a yb u r e a uo fX i n J i a n gp r o d u c t i o na n dc o n s t r u c t i o ng r o u p，W u l u m u q i8 3 0 0 0 2)A b s t r a c t：S e n s i
4、t i v i t ya n a l y s i si so n eo fi m p o r t a n ta s p e c t$i nt h er e s e a r c ho fl a n d s l i d es t a b i l i t y，I l l es e n s i t i v i t ya n a l-y s i so fi n f l u e n c ef a c t o r 8c a np h yai m p o r t a n tr o l ei nr e g u l a t i n gu n s t a b l es l o p e O r d i n a r y
5、m e t h o da b o u ts e n s i t i v i t ya n a l y s i si si n t r o d u c e d B u tb e c a u s eo ft h el i m i to fo r d i n a r ym e t h o d，a n o t h e rm e t h o d，o r t h o g o n a ld e s i g ni sb r o u g h ti nt oc o n s u n m m t et h et h e o r ys y s t e mo fm u l t i p l ef a c t o rs e
6、n s i t i v i t ya n a l y s i s O nt h eb a s i so ft h e o r e t i c a ld i s c u s s i o n，ac a s es t u d yi sm a d ew i t ht h es t a b i l i t yo fs l o p eo fY i z h a oh i g h w a ya sa ne x a m p l e K e yw o r d s：T h es t a b i l i t yo fs l o p e；I n f l u e n c ef a c t o r s；T h es e n
7、 s i t i v i t ya n a l y s i s；O r t h o g o n a ld e s i g n1引言伊宁一昭苏公路位于新疆维吾尔自治区西北部，北起伊宁市，南终昭苏县城，全长1 1 6 k m，沿线翻越天山山脉，海拔高程介于1 9 2 6 3 1 7 7 2 m 之间。受地形条件的限制，路线沿地形等高线绕沟盘梁布设，沿线公路边坡病害严重且典型，主要的病害有：崩塌、滑坡、溜滑、泥石流、碎落及坡面冲刷等。这几种边坡病害发生密度和强度极高，导致交通中断的现象时常发生，严重影响伊昭公路的正常运营。因此，找出影响公路边坡稳定性最敏感因素，也就是抓住导致公路边坡病害最主要的“症
8、结”，是伊昭公路边坡病害治理预防的关键。2 影响因素敏感性分析方法2 1 基本思路伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析的基本思想是：采用正交设计方法，对公路边坡稳定性的5 0申康等伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析影响因素，根据实际情况，给出各影响因素的变化范围，按一定的步长逐步变动这些因素，计算相应稳定性系数的变化值，比较基本指标值，即可知道各因素对于稳定性系数的敏感程度，从而得到影响边坡稳定性的敏感因素。2 2 正交试验设计方法简介正交设计方法是一种数理统计方法，简言之，就是利用一套现成的规格化的表正交表来安排多因素试验，并对结果进行统计分析的一种科学方法。具体来说，它能回答下面的问题：(1
9、)因素的主次，即各因素对所考察指标影响的大小顺序；(2)因素与指标的关系，即每个因素水平不同时，指标是如何变化的。正交试验设计的工具是正交表，记为。(t。)，其中工为正交表符号，t 为每一因素所需设置的水平个数(即因素状态的个数)，n 为正交表行数(即最多可安排因数的个数)，m 为正交表列数(即最多可安排因素的个数)。将所选取的各因素随机地填入表的列上方，称之为表头设计。随后，在各因素给定水平下安排试验方案。2 3 正交试验指标、因素及因素水平的选取和试验计算方案的确定在伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析的正交试验设计中，试验指标为边坡病害情况，如崩塌、落石、溜滑、泥石流等，这些只是概念上的说
10、法，不能直接作为指标进行级差分析和方差分析等数学处理，应当将其量化。根据伊昭公路边坡破坏的调查资料，结合日本对边坡破坏量化的思想，将公路边坡划分为松散质边坡和岩石质边坡，对各类边坡的破坏情况进行量化，如表1 一表3 所示。袭l 松散质边坡滑坡敏感度评估量化表评估项目分数评估项目分数坡高为2 0 m 以上4坡高为1 4 4 2 0 m 之间2坡高为1 4 4 m 以下l坡度为3 0。以下3坡度为2 3 0 一3 0 0 芝2 间2坡度为2 3 0 以下l坡体表土层厚O 5 m 以上1曾经滑动过l周围构造物发生异样3出现下陷、上拱、裂隙、坍方等4位于断层或破碎带、岩层遭强烈风化或变质l顺向坡l有渗
11、水、泉水、涌水等现象l易于汇集地表水之地形l合计r注：高敏感度：z 7；中敏感度：6 r 3；低敏感度：r 2。表2 松散质边坡崩塌敏感度评估化表评估项目分数评估项目分数坡高为2 5 m 以上7坡高为2 5 m 以下l坡度为3 7 0 以上3坡度为3 7 0 以下l坡体表层滚石浮石多I涌水l周围有崩塌现象3构造物出现异样3合计r注：高敏感度：r 1 2；中敏感度：儿r 6；低敏感度：r 5。5 l第五届交通运输领域国际学术会议论文集(道路工程分册)表3 石质边坡滑坡、崩塌敏感度评估化表项目编号调查项目项目区分，分数5 l O0 51 0 月 3 041坡面高(m)3 0 日 5 095 0 H
12、1 05 5 0 口l O2坡面坡度(6)4 5 0 口 5 5。5口 4 5 0l无构造物坡面的突出物73坡面突出物有构造物坡面的突出物4无突出物O重坡面滚石浮石多，顺向坡具自由端l O要坡面卵石多，顺向坡具表土7风化、变质、龟裂发达岩层6土砂间砾石5因4坡面形态风化、变质龟裂发达之岩层4砂土4素粘质土l无龟裂发达之岩层O0 6 5 m 以上35表土厚度O 5 0 6 5 ml0 5 m 以下。0有26涌水无0频度一年一次以上57落石、崩塌一年未满一次3无O评估项目及其打分量化值确定以后，然后选取因素水平。针对伊昭公路边坡岩、土质情况，选用不同的因素，对于土质边坡，选用坡高和自然坡度两个因素
13、；对于石质边坡，选用坡高、边坡坡体破碎程度和自然坡度三个因素。因素水平如表4、表5 所列。表4 松散质边坡因素水平水平坡高自然坡度l低(5 1 5 m)缓(1 6 0 一2 4 3 0)2中(1 5 2 5 m)中(2 4 3 0。2 7 6 0)3高(2 5 4 5 m)陡(”6 0 一3 4 7 0)表5 岩石质边坡因素水平水平坡高边坡坡体破碎程度自然坡度l低(1 5 2 5,-)完整缓(2 0 0 一3 0 0)2中(2 5。3 5,-)中等中(3 驴一4 5 0)3高(3 5 5 5 m)破碎陡(4 5 0 6 0 0)5 2申康等伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析因素水平确定以后，根
14、据正交试验设计的思想，从调查资料中选取的试验里程桩号的边坡破坏情况，并根据以上标准给予打分量化。选用L 9(3 2)规格化正交表来安排试验计算方案。试验计算方案是和计算结果如表6、表7 所示。表6 松散质边坡试验计算方案及计算结果试验号里程桩号坡高自然坡度敏感度lK 3 6+0 0 02242K 5 6+3 5 02353K 6 7+0 0 01234K 4 4+3 0 02245l c 7 6+3 3 0ll26K 8 3+3 5 02l37K 6 2+1 6 03258聃l+7 5 04269K 5 7+4 0 0437表7 岩石质边坡试验计算方案及计算结果试验号里程桩号坡高岩石质坡破碎程
15、度自然坡度敏感系数ll 诅l+9 0 0lll62K 5 4+8 5 012293K 5 4+9 3 0l331 74K 5 7+5 0 02l295K 6 3+0 0 02232 36K 5 6+5 5 023l1 77K 5 9+伽O3l31 78K 8 0+4 0 03212 09l+3 5 03322 62 4 正交试验计算分析对正交试验计算的数据结果进行分析，得出极差分析和方差分析的两种结果表8 一表1 1 所示。表8 松散质边坡极差分析结果表项目坡高自然坡度项目坡高自然坡度第一水平均值1 3 3 31 5极差顺序l2第二水平均值1 1 6 6 71 6 6 7极差1 8 3 3 3
16、O 6 6 6第三水平均值32 3 3 3表9 岩石质边坡极差分析结果表项目坡高岩石质坡破碎程度自然坡度第一水平均值1 0 6 6 7l O 6 6 71 4 3 3 3第二水平均值1 6 3 31 7 3 31 4 6 7第三水平均值2 12 01 9极差1 0 3 3 39 3 3 34 6 6 7极差顺序l235 3第五届交通运输领域国际学术会议论文集(道路工程分册)方差分析常用的显著性水平a 为0 1、0 0 5、0 0 l，用，值与以上3 种显著性水平凡进行比较，可将因素对试验指标影响的显著性水平划分为4 个等级：A F F o 讲，为有特别显著影响；B 凡F 凡o I，有显著影响；
17、C F o 1，F o，有影响，但不显著；D F 凡I，无影响。表1 0 松散质边坡方差分析结果表方差来源自由度平方和均方FF。显著性坡高26 1 6 73 0 8 43 7 1 5 1R 0 1=9 9显著影响自然坡度21 1 6 70 5 8 3 57 0 3F o=1 9无影响误差2O 1 6 60 3Y o 1=9总和67 5表1 1 岩石质边坡方差分析结果表方差来源自由度平方和均方，F。显著性坡高21 6 48 22 0 5凡优=9 9显著影响岩石质坡21 5 37 6 51 9 1 2 5，o=1 9显著影响自然坡度24 1撕l O 2 5F o 12 9有影响误差284总和83
18、6 62 5 正交试验结果分析运用正交试验设计对伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析可以看出，对于松散质边坡，不论是极差分析还是方差分析其结果对所选2 个因素的敏感性排序都为：坡高一自然坡度。从方差分析结果还可以看出，坡高对伊昭公路土质边坡有显著影响，而自然坡度是影响因素但不是显著因素。在其他条件相同情况下，自然坡度大加上坡高则更容易产生灾害。对于岩石质边坡，极差分析和方差分析的结果对所选的3 个因素的敏感性排序都为：坡高一岩石质边坡破碎程度一坡度。从方差分析结果可以看出，坡高和岩石质边坡破碎程度均对边坡的稳定有显著影响，而坡度是影响因素但不是显著因素。当然，影响伊昭公路边坡稳定性的因素还有岩石
19、类型、材料特性、地下水以及地面集水面积大小等。但坡度、坡高、岩体表面形态等是边坡灾害发生的最基本条件，是表征边坡形态的主要指标。因此，伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析中只重点选取了这些因素。3 结语公路边坡稳定性受多种内外因素的影响，诸如边坡的具体形态、岩土体的物理力学性质、地震力的作用、地下水和地表水的变化、人类工程活动等。在边坡稳定性分析中，运用因素敏感性分析方法可以对边坡稳定性有较大影响的因素进行检查和分析，进而使边坡灾害防治和监测工作更具有针对性，使治理设计更趋于安全、可靠和经济。在公路边坡病害影响因素敏感性分析的正交试验设计中，应在现场实际调查的基础上，建立客观的评判标准，对作为试
20、验指标的公路边坡病害情况进行量化，才能保证正交试验所分析出来结果的准确性。5 4串康等伊鹾公格边坡藏害影嚷嚣索敏感稚分析伊昭公路边坡瘸害影噙因素敏感性分析表明，坡高对伊昭公路边坡的稳定性有粳当重要的影魄，同时岩石质边坡破碎程度对石质边坡的稳定有显著的影响。由此可见，在高边坡地段，不管是松散质边坡还是对炭石质边坡，应毖做好边坡防护工作。羁者，应当加强对岩石质高边坡尤其是坡藏有破损地段的防护。参考文献 1 刘正刚日本滑坡治理主鼯思想及统计分析铁道工稷学报 J 。2】汪荣鑫陡撬过稷嚣安：嚣安交遥大学出版桂 艇】，1 9 8 7【3 葛华等万问草衡子双堰墉滑坡稳定性影响因素敏感性分析中 4】倪恒正交设计在滑坡敏感性分析申的应用岩石力学与工程学1 9 9 8(6)国地质灾害与防治学报(J ，2 0 0 3(2)报 J】，：a x e 2(7)5 5伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析伊昭公路边坡病害影响因素敏感性分析作者：申康，窦明健，候巴迪，袁铭，陈敏，秦国武作者单位：申康,窦明健,候巴迪(长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,西安 710064)，袁铭,陈敏(新疆建设兵团设计院,乌鲁木齐 830002)，秦国武(新彊兵团交通局,乌鲁木齐830002)本文链接：http:/