基于變形狀況的巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代交通工程建設(shè)中，路塹作為常見(jiàn)的土方工程形式，其邊坡的穩(wěn)定性對(duì)于交通線路的安全運(yùn)營(yíng)起著舉足輕重的作用。巖質(zhì)路塹邊坡廣泛存在于公路、鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，由于開(kāi)挖等工程活動(dòng)改變了原巖的應(yīng)力狀態(tài)，加之受到地質(zhì)、水文、氣象等多種復(fù)雜因素的綜合影響，邊坡的變形、沉降甚至塌陷等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，給交通建設(shè)和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了極大的安全隱患。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，在山區(qū)公路建設(shè)中，因巖質(zhì)路塹邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致的交通中斷、工程延誤等事故屢見(jiàn)不鮮，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重威脅到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。傳統(tǒng)的巖質(zhì)路塹邊坡穩(wěn)定性分析方法，如極限平衡法、數(shù)值模擬法等，雖然在一定程度上能夠?qū)吰碌姆€(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，但往往側(cè)重于對(duì)邊坡的靜態(tài)力學(xué)分析，難以全面考慮邊坡在各種復(fù)雜因素作用下的動(dòng)態(tài)變形過(guò)程。而邊坡的變形狀況實(shí)際上是其內(nèi)部力學(xué)狀態(tài)變化的外在表現(xiàn)，通過(guò)對(duì)變形狀況的深入研究，可以更直觀、準(zhǔn)確地了解邊坡的穩(wěn)定性變化趨勢(shì)?；谧冃螤顩r的巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況評(píng)價(jià)方法，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤邊坡的變形過(guò)程，捕捉其變形特征和發(fā)展規(guī)律，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為邊坡的安全監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)。因此，開(kāi)展基于變形狀況的巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況評(píng)價(jià)方法研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于保障交通工程的安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)、降低地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、提高工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都具有不可忽視的作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)研究在巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，發(fā)展出了多種監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法。早期，主要采用傳統(tǒng)的大地測(cè)量方法，如全站儀測(cè)量、水準(zhǔn)儀測(cè)量等。這些方法通過(guò)定期測(cè)量邊坡上監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化，獲取邊坡的位移、沉降等變形信息。全站儀能夠高精度地測(cè)量水平角、垂直角和距離，從而計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，在許多公路巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用，為邊坡變形分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。水準(zhǔn)儀則主要用于監(jiān)測(cè)邊坡的垂直位移，通過(guò)測(cè)量不同時(shí)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程變化，判斷邊坡是否存在沉降現(xiàn)象。傳統(tǒng)大地測(cè)量方法具有測(cè)量精度較高、數(shù)據(jù)可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在監(jiān)測(cè)效率較低、難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、受地形和通視條件限制較大等缺點(diǎn)，對(duì)于一些地形復(fù)雜、交通不便的巖質(zhì)路塹邊坡，實(shí)施起來(lái)較為困難。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸應(yīng)用于巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)中。合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）技術(shù)利用雷達(dá)波的干涉原理，能夠獲取大面積邊坡的微小變形信息，具有監(jiān)測(cè)范圍廣、精度較高、可實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)不同時(shí)期的SAR影像進(jìn)行處理和分析，可以得到邊坡的變形場(chǎng)，直觀地展示邊坡的變形分布情況。差分干涉合成孔徑雷達(dá)（D-InSAR）技術(shù)進(jìn)一步提高了監(jiān)測(cè)精度，能夠檢測(cè)到毫米級(jí)的變形，在一些大型巖質(zhì)路塹邊坡工程中得到了成功應(yīng)用，為邊坡變形監(jiān)測(cè)提供了新的手段。然而，InSAR技術(shù)也存在一些局限性，如對(duì)數(shù)據(jù)處理要求較高、受大氣干擾影響較大、監(jiān)測(cè)精度在一定程度上依賴于地形和植被覆蓋情況等，在實(shí)際應(yīng)用中需要結(jié)合其他監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行綜合分析。此外，基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的監(jiān)測(cè)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。GNSS能夠?qū)崟r(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，具有自動(dòng)化程度高、全天候監(jiān)測(cè)、精度較高等特點(diǎn)。通過(guò)在邊坡上布置多個(gè)GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)邊坡的變形情況，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行分析處理。GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)在巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用，尤其是對(duì)于一些需要長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的邊坡工程，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，GNSS監(jiān)測(cè)也會(huì)受到衛(wèi)星信號(hào)遮擋、多路徑效應(yīng)等因素的影響，在山區(qū)等地形復(fù)雜的區(qū)域，監(jiān)測(cè)精度可能會(huì)受到一定程度的制約。光纖傳感技術(shù)作為一種新型的監(jiān)測(cè)技術(shù)，近年來(lái)在巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)中也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。光纖布拉格光柵（FBG）傳感器能夠?qū)囟?、?yīng)變等物理量進(jìn)行精確測(cè)量，具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、可分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。將FBG傳感器埋入邊坡巖體內(nèi)部或粘貼在邊坡表面，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖體的應(yīng)變變化，進(jìn)而反演邊坡的變形情況。分布式光纖傳感技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)邊坡的連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲取沿光纖路徑上的變形信息，為全面了解邊坡的變形狀態(tài)提供了有力支持。光纖傳感技術(shù)在巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，為解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法難以實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)問(wèn)題提供了新的途徑，但目前該技術(shù)還存在成本較高、安裝和維護(hù)較為復(fù)雜等問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。1.2.2巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)方法研究在巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)方法方面，國(guó)內(nèi)外研究成果豐碩，涵蓋了定性分析、定量分析以及不確定性分析等多個(gè)方面。定性分析方法主要依靠工程地質(zhì)勘察和專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。自然（成因）歷史分析法通過(guò)研究邊坡的地質(zhì)構(gòu)造、巖石特性、風(fēng)化程度、水文地質(zhì)條件等因素，分析邊坡的形成過(guò)程和演化歷史，推斷其未來(lái)的穩(wěn)定性變化趨勢(shì)。工程類比分析法是將待評(píng)價(jià)邊坡與已有的類似工程邊坡進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)類似邊坡的穩(wěn)定性狀況和處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)待評(píng)價(jià)邊坡的安全性做出判斷。圖解法如赤平投影法、邊坡穩(wěn)定性系數(shù)圖解法等，通過(guò)繪制邊坡巖體結(jié)構(gòu)面和滑動(dòng)面的投影圖，直觀地分析邊坡的穩(wěn)定性條件。這些定性分析方法能夠綜合考慮影響邊坡穩(wěn)定性的多種因素，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性做出初步判斷，但其主觀性較強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果受專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平的影響較大，缺乏定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。定量分析方法是基于一定的數(shù)學(xué)模型和力學(xué)理論，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行量化計(jì)算。極限平衡分析法是邊坡穩(wěn)定性分析中應(yīng)用最為廣泛的定量分析方法之一，該方法將邊坡巖體視為剛體，通過(guò)建立邊坡滑動(dòng)體的靜力平衡方程，計(jì)算邊坡的安全系數(shù)，以判斷邊坡的穩(wěn)定性。常用的極限平衡分析方法包括瑞典圓弧條分法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法等。這些方法計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，物理意義明確，參數(shù)和安全系數(shù)可以結(jié)合室內(nèi)外試驗(yàn)、工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)規(guī)范確定，在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。然而，極限平衡分析法將巖土體視為剛體，不考慮巖土體的變形，與實(shí)際情況存在一定的差異，無(wú)法準(zhǔn)確反映邊坡在變形過(guò)程中的力學(xué)行為。數(shù)值分析方法如有限元法、離散元法、邊界元法等，通過(guò)建立邊坡的數(shù)值模型，模擬邊坡在各種荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和變形過(guò)程，從而對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。有限元法能夠考慮巖土體的非線性本構(gòu)關(guān)系和復(fù)雜的邊界條件，較為準(zhǔn)確地模擬邊坡的力學(xué)行為，在巖質(zhì)路塹邊坡穩(wěn)定性分析中得到了廣泛應(yīng)用。離散元法則適用于分析節(jié)理裂隙發(fā)育的巖體邊坡，能夠模擬巖體的離散性和塊體之間的相互作用。邊界元法在處理無(wú)限域問(wèn)題和具有復(fù)雜邊界條件的問(wèn)題時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)。數(shù)值分析方法能夠彌補(bǔ)極限平衡分析法的不足，更加真實(shí)地反映邊坡的實(shí)際情況，但數(shù)值模型的建立需要準(zhǔn)確的巖土體參數(shù)和合理的邊界條件，計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，計(jì)算成本較高。隨著對(duì)邊坡穩(wěn)定性研究的深入，不確定性分析方法逐漸受到重視。由于邊坡工程中存在大量的不確定性因素，如巖土體參數(shù)的不確定性、邊界條件的不確定性、荷載的不確定性等，傳統(tǒng)的確定性分析方法難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)邊坡的安全性?？煽慷确治龇▽⑦@些不確定性因素視為隨機(jī)變量，通過(guò)概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，計(jì)算邊坡的失效概率和可靠指標(biāo)，以評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性。模糊綜合評(píng)價(jià)法利用模糊數(shù)學(xué)的理論，將影響邊坡穩(wěn)定性的各種因素進(jìn)行模糊化處理，通過(guò)建立模糊關(guān)系矩陣和綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)邊坡的安全性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?；疑到y(tǒng)理論則通過(guò)對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析，建立灰色預(yù)測(cè)模型，對(duì)邊坡的變形和穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。這些不確定性分析方法能夠更加全面地考慮邊坡工程中的不確定性因素，為邊坡的安全評(píng)價(jià)提供了更加科學(xué)的依據(jù)，但目前這些方法還存在理論不完善、計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)確定困難等問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜上所述，國(guó)內(nèi)外在巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)和安全評(píng)價(jià)方法方面取得了豐碩的研究成果，各種監(jiān)測(cè)技術(shù)和評(píng)價(jià)方法不斷涌現(xiàn)，為保障巖質(zhì)路塹邊坡的安全穩(wěn)定提供了有力的技術(shù)支持。然而，當(dāng)前的研究仍然存在一些不足之處。在變形監(jiān)測(cè)方面，雖然各種監(jiān)測(cè)技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但單一監(jiān)測(cè)技術(shù)往往難以全面、準(zhǔn)確地獲取邊坡的變形信息。不同監(jiān)測(cè)技術(shù)之間的數(shù)據(jù)融合和協(xié)同監(jiān)測(cè)研究還不夠深入，如何將多種監(jiān)測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高監(jiān)測(cè)的精度和可靠性，是亟待解決的問(wèn)題。此外，對(duì)于一些復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖質(zhì)路塹邊坡，如深部巖體變形監(jiān)測(cè)、隱蔽性結(jié)構(gòu)面的探測(cè)等，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)還存在一定的局限性，需要進(jìn)一步研發(fā)新的監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法。在安全評(píng)價(jià)方法方面，目前的評(píng)價(jià)方法大多側(cè)重于對(duì)邊坡的靜態(tài)穩(wěn)定性分析，難以考慮邊坡在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中受到的各種動(dòng)態(tài)因素的影響，如地震、降雨、風(fēng)化等。如何建立能夠綜合考慮多種動(dòng)態(tài)因素的邊坡安全評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，是未來(lái)研究的重點(diǎn)方向之一。同時(shí)，各種評(píng)價(jià)方法之間的對(duì)比和驗(yàn)證研究還不夠充分，不同評(píng)價(jià)方法得到的結(jié)果可能存在差異，如何選擇合適的評(píng)價(jià)方法，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，也是需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。此外，基于變形狀況的巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況評(píng)價(jià)方法研究還相對(duì)較少，目前的研究主要集中在邊坡穩(wěn)定性分析和變形監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面，將兩者有機(jī)結(jié)合的研究還不夠深入。如何建立基于變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的邊坡安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)從變形監(jiān)測(cè)到安全評(píng)價(jià)的一體化，是本研究需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文基于變形狀況的巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況評(píng)價(jià)方法研究，主要涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容：巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)技術(shù)研究：綜合分析全站儀測(cè)量、水準(zhǔn)儀測(cè)量、InSAR、GNSS、光纖傳感技術(shù)等多種監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理、特點(diǎn)及適用范圍，研究如何根據(jù)巖質(zhì)路塹邊坡的具體地質(zhì)條件、地形地貌和工程要求，合理選擇和優(yōu)化組合監(jiān)測(cè)技術(shù)，構(gòu)建多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合的監(jiān)測(cè)體系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡變形的全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。巖質(zhì)路塹邊坡變形特征與規(guī)律分析：通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，運(yùn)用時(shí)間序列分析、頻譜分析、小波分析等方法，研究巖質(zhì)路塹邊坡在不同地質(zhì)條件、氣象條件、工程活動(dòng)等因素影響下的變形特征，包括變形的類型（如水平位移、垂直位移、傾斜、裂縫擴(kuò)展等）、變形的分布規(guī)律（如沿邊坡高度、長(zhǎng)度方向的分布）、變形的發(fā)展趨勢(shì)（如變形速率的變化、變形的階段性特征）等，揭示邊坡變形的內(nèi)在規(guī)律?；谧冃螤顩r的巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建：在充分考慮邊坡變形特征、地質(zhì)條件、工程荷載等因素的基礎(chǔ)上，篩選出能夠有效反映邊坡安全狀況的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如變形速率、累計(jì)變形量、變形加速度、巖體應(yīng)力變化等，并確定各指標(biāo)的合理閾值和權(quán)重，構(gòu)建科學(xué)合理的巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)模型建立與驗(yàn)證：運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、模糊數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)理論等方法，建立基于變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)模型，如支持向量機(jī)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊綜合評(píng)價(jià)模型、灰色預(yù)測(cè)模型等。通過(guò)對(duì)實(shí)際工程案例的分析和驗(yàn)證，評(píng)估模型的準(zhǔn)確性和可靠性，不斷優(yōu)化模型參數(shù)和結(jié)構(gòu)，提高模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力。巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況評(píng)價(jià)實(shí)例分析：選取具有代表性的巖質(zhì)路塹邊坡工程實(shí)例，運(yùn)用本文提出的基于變形狀況的安全評(píng)價(jià)方法，對(duì)邊坡的安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，預(yù)測(cè)邊坡的變形發(fā)展趨勢(shì)和潛在的安全隱患，提出相應(yīng)的防治措施和建議，為工程實(shí)踐提供參考和指導(dǎo)。1.3.2研究方法為了實(shí)現(xiàn)上述研究?jī)?nèi)容，本文擬采用以下研究方法：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)和安全評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問(wèn)題，總結(jié)前人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法：選擇典型的巖質(zhì)路塹邊坡工程，布置多種監(jiān)測(cè)儀器，如全站儀、水準(zhǔn)儀、GNSS接收機(jī)、光纖傳感器等，對(duì)邊坡的變形進(jìn)行長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取豐富的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析研究提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)分析與處理方法：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、信號(hào)處理方法等，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、分析和挖掘，提取邊坡變形的特征信息和規(guī)律，為安全評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。數(shù)值模擬法：采用有限元法、離散元法等數(shù)值模擬軟件，建立巖質(zhì)路塹邊坡的數(shù)值模型，模擬邊坡在不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和變形過(guò)程，分析邊坡的穩(wěn)定性，與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，進(jìn)一步深入研究邊坡的變形機(jī)理和破壞模式。理論分析法：結(jié)合巖石力學(xué)、土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)巖質(zhì)路塹邊坡的變形特征、破壞機(jī)理、穩(wěn)定性分析方法等進(jìn)行理論研究，為安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建和評(píng)價(jià)模型的建立提供理論依據(jù)。案例分析法：通過(guò)對(duì)實(shí)際巖質(zhì)路塹邊坡工程案例的分析，驗(yàn)證本文提出的安全評(píng)價(jià)方法的可行性和有效性，總結(jié)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出針對(duì)性的防治措施和建議，為類似工程提供參考。二、巖質(zhì)路塹邊坡變形相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1巖質(zhì)路塹邊坡概述巖質(zhì)路塹邊坡是指在公路、鐵路等交通工程建設(shè)過(guò)程中，因開(kāi)挖山體形成的由巖石構(gòu)成的人工邊坡。在公路工程中，尤其是山區(qū)公路，為了滿足線路走向和高程要求，常常需要對(duì)山體進(jìn)行大規(guī)模的開(kāi)挖，從而形成大量的巖質(zhì)路塹邊坡。在鐵路工程建設(shè)中，當(dāng)線路穿越山區(qū)、丘陵等地形復(fù)雜區(qū)域時(shí)，巖質(zhì)路塹邊坡同樣是常見(jiàn)的工程結(jié)構(gòu)形式。巖質(zhì)路塹邊坡作為交通線路的重要組成部分，承擔(dān)著確保線路穩(wěn)定和行車安全的關(guān)鍵作用。其穩(wěn)定性直接關(guān)系到交通基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)營(yíng)和使用壽命。穩(wěn)定的巖質(zhì)路塹邊坡能夠?yàn)榻煌ň€路提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)支撐，保證車輛在其上安全、平穩(wěn)地行駛。若邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，如滑坡、崩塌等，不僅會(huì)導(dǎo)致交通中斷，影響正常的交通運(yùn)輸秩序，還可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在一些山區(qū)公路，因巖質(zhì)路塹邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致的道路堵塞、車輛被埋等事故時(shí)有發(fā)生，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活帶來(lái)了極大的不便。因此，對(duì)巖質(zhì)路塹邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行深入研究和有效保障，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2.2邊坡變形基本理論2.2.1變形類型巖質(zhì)路塹邊坡的變形類型復(fù)雜多樣，主要包括滑坡、崩塌、錯(cuò)落等，每種變形類型都具有獨(dú)特的特征，對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不同程度的影響?；率沁吰聨r體在重力作用下，沿貫通的剪切破壞面發(fā)生整體滑動(dòng)的現(xiàn)象?；碌陌l(fā)生通常需要具備一定的條件，如存在軟弱結(jié)構(gòu)面、地下水活動(dòng)、坡體巖土體強(qiáng)度降低等。在滑坡形成過(guò)程中，坡體首先會(huì)出現(xiàn)局部的變形和微破裂，隨著變形的發(fā)展，滑面逐漸形成，最終導(dǎo)致坡體整體滑動(dòng)?；碌囊?guī)模大小不一，小型滑坡可能僅涉及局部的巖體，而大型滑坡則可能對(duì)整個(gè)邊坡甚至周邊地區(qū)造成嚴(yán)重影響。滑坡發(fā)生時(shí)，滑體的移動(dòng)速度和方向也各不相同，有的滑坡移動(dòng)速度較慢，可能在數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天內(nèi)逐漸滑動(dòng)；而有的滑坡則可能在短時(shí)間內(nèi)迅速滑動(dòng)，形成巨大的沖擊力，對(duì)下方的建筑物、道路等造成毀滅性破壞。在山區(qū)公路建設(shè)中，因滑坡導(dǎo)致的道路阻斷、橋梁垮塌等事故并不罕見(jiàn)，給交通運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了極大的安全隱患。崩塌是邊坡前緣的部分巖體被陡傾角的破裂面分割，以突然的方式脫離母體，翻滾而下，巖塊相互撞擊破碎，最后堆積于坡腳形成巖堆的現(xiàn)象。崩塌通常發(fā)生在高陡邊坡的前緣地段，高陡的地形和陡傾的裂隙是崩塌發(fā)生的重要條件。在自然因素如地震、強(qiáng)降雨、風(fēng)化作用等或人為因素如爆破、開(kāi)挖等的觸發(fā)下，邊坡巖體的穩(wěn)定性受到破壞，前緣巖體突然失穩(wěn)崩塌。崩塌具有突發(fā)性和破壞性強(qiáng)的特點(diǎn)，其發(fā)生往往難以預(yù)測(cè)，瞬間產(chǎn)生的巨大沖擊力和破壞力可能對(duì)周邊的人員和設(shè)施造成嚴(yán)重傷害。在一些峽谷地區(qū)的公路巖質(zhì)路塹邊坡，由于地形陡峭，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，在暴雨等極端天氣條件下，經(jīng)常發(fā)生崩塌災(zāi)害，嚴(yán)重威脅過(guò)往車輛和行人的安全。錯(cuò)落是指邊坡巖體沿近似垂直的破裂面發(fā)生整體下坐位移，其垂直位移量大于水平位移量的現(xiàn)象。錯(cuò)落通常發(fā)生在節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎的邊坡中，由于巖體的完整性受到破壞，在重力和其他外力作用下，巖體沿垂直或近垂直的破裂面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。錯(cuò)落的變形特征表現(xiàn)為邊坡巖體的整體下坐，錯(cuò)動(dòng)面相對(duì)較陡，錯(cuò)落體的規(guī)模大小不等。錯(cuò)落發(fā)生后，邊坡的形態(tài)會(huì)發(fā)生明顯改變，可能導(dǎo)致上部巖體松動(dòng)，增加后續(xù)崩塌、滑坡等災(zāi)害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。在一些鐵路巖質(zhì)路塹邊坡工程中，由于施工過(guò)程中對(duì)巖體的擾動(dòng)，導(dǎo)致巖體節(jié)理裂隙進(jìn)一步發(fā)育，從而引發(fā)了錯(cuò)落現(xiàn)象，影響了鐵路線路的正常運(yùn)行。2.2.2變形階段邊坡從初始變形到失穩(wěn)破壞是一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程，通?？煞譃槌跏甲冃坞A段、累進(jìn)性變形階段和失穩(wěn)破壞階段，每個(gè)階段都具有明顯的特點(diǎn)。在初始變形階段，邊坡在開(kāi)挖等工程活動(dòng)或自然因素作用下，應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，坡體開(kāi)始出現(xiàn)微小的變形。此時(shí)，坡體內(nèi)部的應(yīng)力重新分布，在坡面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致巖體出現(xiàn)少量的微裂隙和局部的微小位移。這些變形通常較為微弱，難以通過(guò)肉眼直接觀察到，但可以通過(guò)高精度的監(jiān)測(cè)儀器如光纖傳感器、全站儀等監(jiān)測(cè)到坡體的微小應(yīng)變和位移變化。在這個(gè)階段，邊坡的穩(wěn)定性雖然受到一定影響，但整體仍處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效的加固措施，如噴射混凝土、錨桿支護(hù)等，可以阻止變形的進(jìn)一步發(fā)展。隨著時(shí)間的推移和各種因素的持續(xù)作用，邊坡進(jìn)入累進(jìn)性變形階段。在這個(gè)階段，坡體的變形逐漸加劇，微裂隙不斷擴(kuò)展、連通，形成較大的裂縫，巖體的強(qiáng)度逐漸降低。坡體的位移量和變形速率也逐漸增大，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以明顯觀察到邊坡變形的發(fā)展趨勢(shì)。此時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性開(kāi)始下降，處于一種臨界狀態(tài)，任何外界因素的擾動(dòng)都可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。在累進(jìn)性變形階段，需要加強(qiáng)對(duì)邊坡的監(jiān)測(cè)頻率和力度，及時(shí)掌握變形的發(fā)展情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的加固和防護(hù)措施，如增加錨索數(shù)量、設(shè)置擋土墻等，以提高邊坡的穩(wěn)定性。當(dāng)邊坡的變形發(fā)展到一定程度，巖體的強(qiáng)度無(wú)法承受自身重力和外部荷載時(shí)，邊坡就會(huì)進(jìn)入失穩(wěn)破壞階段。在這個(gè)階段，坡體沿著滑動(dòng)面或破裂面發(fā)生整體滑動(dòng)、崩塌等破壞現(xiàn)象，導(dǎo)致邊坡的完全失穩(wěn)。失穩(wěn)破壞的發(fā)生往往非常突然，具有極大的危害性，會(huì)對(duì)周邊的交通設(shè)施、建筑物和人員生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。一旦邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞，應(yīng)立即采取應(yīng)急措施，如疏散人員、封鎖現(xiàn)場(chǎng)、進(jìn)行搶險(xiǎn)救援等，并對(duì)破壞后的邊坡進(jìn)行修復(fù)和加固，以防止再次發(fā)生災(zāi)害。2.3影響邊坡變形的因素2.3.1地質(zhì)因素地質(zhì)因素是影響巖質(zhì)路塹邊坡變形的內(nèi)在基礎(chǔ)，主要包括巖石性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造等方面。巖石性質(zhì)對(duì)邊坡變形有著重要影響。不同類型的巖石，其物理力學(xué)性質(zhì)如抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量等存在顯著差異。一般來(lái)說(shuō)，堅(jiān)硬巖石如花崗巖、石英巖等，具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，抵抗變形的能力較強(qiáng)，邊坡相對(duì)較為穩(wěn)定。而軟弱巖石如頁(yè)巖、泥巖等，強(qiáng)度較低，遇水易軟化、崩解，抗風(fēng)化能力弱，在相同的外部條件下，更容易發(fā)生變形和破壞。在一些頁(yè)巖構(gòu)成的巖質(zhì)路塹邊坡中，由于頁(yè)巖的強(qiáng)度低且遇水軟化特性，在降雨后常常出現(xiàn)邊坡表層巖體的剝落、坍塌等變形現(xiàn)象。巖石的風(fēng)化程度也會(huì)改變其性質(zhì)，隨著風(fēng)化程度的加深，巖石的結(jié)構(gòu)逐漸破碎，強(qiáng)度不斷降低，邊坡的穩(wěn)定性也隨之下降。巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的組合方式，它對(duì)邊坡的變形和破壞模式起著決定性作用。結(jié)構(gòu)面如節(jié)理、裂隙、層理、斷層等，將巖體切割成大小和形狀各異的結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、密度、張開(kāi)度、充填物等特征，會(huì)影響巖體的完整性和力學(xué)性能。當(dāng)結(jié)構(gòu)面的走向與邊坡坡面平行或接近平行，且傾向一致時(shí)，邊坡巖體容易沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)破壞。在某鐵路巖質(zhì)路塹邊坡工程中，由于巖體中存在一組傾向與坡面一致的節(jié)理，且節(jié)理密度較大，在開(kāi)挖過(guò)程中，邊坡巖體沿著節(jié)理面發(fā)生了大規(guī)模的滑動(dòng)，導(dǎo)致工程進(jìn)度受阻。此外，結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)度和充填物性質(zhì)也會(huì)影響巖體的抗剪強(qiáng)度，張開(kāi)度較大且充填物為軟弱物質(zhì)的結(jié)構(gòu)面，其抗剪強(qiáng)度較低，容易成為邊坡變形的薄弱部位。地質(zhì)構(gòu)造對(duì)邊坡變形的影響也不容忽視。褶皺構(gòu)造會(huì)使巖體產(chǎn)生彎曲變形，在褶皺的軸部和翼部，巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，容易出現(xiàn)張裂隙和剪裂隙，增加了邊坡變形的可能性。斷層是巖體中的薄弱帶，斷層破碎帶的巖石破碎、強(qiáng)度低，且可能存在地下水活動(dòng)，會(huì)顯著降低邊坡的穩(wěn)定性。在斷層附近的巖質(zhì)路塹邊坡，由于受到斷層活動(dòng)的影響，巖體的完整性遭到破壞，在外部荷載作用下，容易發(fā)生崩塌、滑坡等變形破壞現(xiàn)象。在一些山區(qū)，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，存在多條斷層和褶皺，巖質(zhì)路塹邊坡的變形問(wèn)題較為突出，給工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。2.3.2環(huán)境因素環(huán)境因素是導(dǎo)致巖質(zhì)路塹邊坡變形的重要外在條件，主要包括降雨、地震、風(fēng)化等方面。降雨是引發(fā)邊坡變形的最常見(jiàn)環(huán)境因素之一。降雨過(guò)程中，雨水會(huì)滲入邊坡巖體內(nèi)部，使巖體的含水量增加，導(dǎo)致巖體的重度增大，有效應(yīng)力減小，抗剪強(qiáng)度降低。同時(shí)，雨水的入滲還會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力和靜水壓力，進(jìn)一步增加了邊坡巖體的下滑力。當(dāng)降雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間達(dá)到一定程度時(shí)，邊坡巖體的穩(wěn)定性就會(huì)受到嚴(yán)重威脅，容易引發(fā)滑坡、崩塌等變形破壞現(xiàn)象。在山區(qū)的暴雨季節(jié)，常常會(huì)發(fā)生因降雨導(dǎo)致的巖質(zhì)路塹邊坡滑坡事故，大量的巖體在雨水的作用下沿著滑動(dòng)面下滑，掩埋道路，阻斷交通。此外，降雨還會(huì)使邊坡表面的風(fēng)化層軟化、剝落，加速邊坡的變形過(guò)程。地震是一種具有強(qiáng)大破壞力的自然現(xiàn)象，對(duì)巖質(zhì)路塹邊坡的穩(wěn)定性影響巨大。地震發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的地震波，使邊坡巖體受到水平和垂直方向的地震力作用。地震力的作用會(huì)使巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生急劇變化，導(dǎo)致巖體內(nèi)部的裂隙擴(kuò)展、貫通，強(qiáng)度降低。同時(shí)，地震還可能引發(fā)山體崩塌、滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害。在一些地震多發(fā)地區(qū)，巖質(zhì)路塹邊坡在地震作用下，常常出現(xiàn)巖體的崩塌、滾落，邊坡的整體穩(wěn)定性遭到嚴(yán)重破壞。例如，在某次地震中，某山區(qū)公路的巖質(zhì)路塹邊坡發(fā)生了大規(guī)模的崩塌，大量的巖石滾落至路面，造成交通中斷，修復(fù)工作耗費(fèi)了大量的人力、物力和時(shí)間。風(fēng)化作用是長(zhǎng)期的自然地質(zhì)過(guò)程，對(duì)巖質(zhì)路塹邊坡的變形起著潛移默化的影響。風(fēng)化作用包括物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。物理風(fēng)化主要是由于溫度變化、凍融循環(huán)等因素，使巖石發(fā)生崩解、破碎。在晝夜溫差較大的地區(qū)，巖石表面因溫度變化產(chǎn)生脹縮不均，導(dǎo)致巖石逐漸破碎。化學(xué)風(fēng)化則是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，改變巖石的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，使其強(qiáng)度降低。生物風(fēng)化是由生物的生命活動(dòng)引起的，如植物根系的生長(zhǎng)會(huì)對(duì)巖石產(chǎn)生擠壓作用，加速巖石的破碎。隨著風(fēng)化作用的持續(xù)進(jìn)行，邊坡巖體的結(jié)構(gòu)逐漸疏松，強(qiáng)度不斷下降，邊坡的穩(wěn)定性逐漸變差，容易發(fā)生剝落、坍塌等變形現(xiàn)象。2.3.3人為因素人為因素在巖質(zhì)路塹邊坡變形中扮演著重要角色，主要包括工程開(kāi)挖、加載、排水等工程活動(dòng)。工程開(kāi)挖是巖質(zhì)路塹邊坡形成的主要原因，同時(shí)也是影響邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。在開(kāi)挖過(guò)程中，會(huì)改變?cè)瓗r的應(yīng)力狀態(tài)，使邊坡巖體產(chǎn)生卸荷回彈現(xiàn)象。卸荷回彈會(huì)導(dǎo)致巖體內(nèi)部產(chǎn)生新的裂隙，或使原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，從而降低巖體的完整性和強(qiáng)度。開(kāi)挖方式和開(kāi)挖順序不合理也會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。采用大爆破等劇烈的開(kāi)挖方式，會(huì)對(duì)邊坡巖體造成強(qiáng)烈的擾動(dòng)，使巖體破碎，增加邊坡變形的風(fēng)險(xiǎn)。如果開(kāi)挖順序不當(dāng)，先開(kāi)挖下部巖體，使上部巖體失去支撐，也容易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。在某公路巖質(zhì)路塹邊坡工程中，由于采用了不合理的開(kāi)挖方式和順序，在開(kāi)挖過(guò)程中，邊坡巖體出現(xiàn)了大量的裂縫，隨后發(fā)生了局部坍塌，不得不暫停施工，進(jìn)行邊坡加固處理。加載是指在邊坡附近進(jìn)行的各種工程活動(dòng)，如建筑物的修建、堆載等，這些活動(dòng)會(huì)增加邊坡巖體的荷載，從而影響邊坡的穩(wěn)定性。在邊坡頂部或坡肩附近修建建筑物，會(huì)使邊坡的附加應(yīng)力增大，導(dǎo)致邊坡巖體的變形加劇。在邊坡坡腳附近堆載，會(huì)改變邊坡的應(yīng)力分布，使坡腳處的剪應(yīng)力增大，容易引發(fā)邊坡的滑動(dòng)破壞。在某巖質(zhì)路塹邊坡旁修建大型建筑物時(shí)，由于建筑物的基礎(chǔ)荷載較大，導(dǎo)致邊坡巖體發(fā)生了明顯的位移和變形，不得不對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理，以確保建筑物和邊坡的安全。排水措施不當(dāng)也是導(dǎo)致巖質(zhì)路塹邊坡變形的重要人為因素之一。邊坡巖體中的地下水對(duì)其穩(wěn)定性有著重要影響，如果排水不暢，地下水會(huì)在巖體中積聚，使巖體的含水量增加，重度增大，抗剪強(qiáng)度降低。同時(shí)，地下水的動(dòng)水壓力和靜水壓力也會(huì)對(duì)邊坡巖體產(chǎn)生不利作用。在一些巖質(zhì)路塹邊坡工程中，由于排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量不佳，導(dǎo)致地下水無(wú)法及時(shí)排出，在降雨后，邊坡巖體因地下水的作用而發(fā)生滑坡、坍塌等變形現(xiàn)象。因此，合理設(shè)計(jì)和施工排水系統(tǒng)，確保邊坡巖體中的地下水能夠及時(shí)排出，對(duì)于維持邊坡的穩(wěn)定性至關(guān)重要。三、巖質(zhì)路塹邊坡變形狀況監(jiān)測(cè)3.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容巖質(zhì)路塹邊坡變形狀況監(jiān)測(cè)是評(píng)估其安全狀況的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)邊坡的表面位移、深部變形、裂縫等多個(gè)方面進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取邊坡的變形信息，為后續(xù)的安全評(píng)價(jià)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。邊坡表面位移監(jiān)測(cè)是變形監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一，主要包括水平位移和垂直位移監(jiān)測(cè)。水平位移監(jiān)測(cè)能夠反映邊坡在水平方向上的移動(dòng)情況，對(duì)于判斷邊坡是否存在滑動(dòng)趨勢(shì)具有重要意義。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，通常采用全站儀、GNSS接收機(jī)等儀器進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)。全站儀通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的角度和距離，計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化，從而得到水平位移量。在某公路巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，利用全站儀對(duì)邊坡上的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定期測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制水平位移-時(shí)間曲線，清晰地展示了邊坡水平位移的發(fā)展趨勢(shì)。GNSS接收機(jī)則通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平位移的高精度監(jiān)測(cè)。由于GNSS監(jiān)測(cè)具有全天候、自動(dòng)化的特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤邊坡的水平位移變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。垂直位移監(jiān)測(cè)即沉降監(jiān)測(cè)，用于了解邊坡在垂直方向上的變形情況。水準(zhǔn)儀是常用的垂直位移監(jiān)測(cè)儀器，通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)與水準(zhǔn)基點(diǎn)之間的高差變化，確定邊坡的沉降量。在一些鐵路巖質(zhì)路塹邊坡工程中，采用精密水準(zhǔn)儀對(duì)邊坡進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，定期觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，對(duì)比不同時(shí)期的測(cè)量數(shù)據(jù)，分析邊坡的沉降規(guī)律。此外，也可利用GNSS接收機(jī)同時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直位移的監(jiān)測(cè)。深部變形監(jiān)測(cè)對(duì)于了解邊坡巖體內(nèi)部的變形情況至關(guān)重要，能夠?yàn)榕袛噙吰碌臐撛诨瑒?dòng)面和穩(wěn)定性提供重要依據(jù)。常用的深部變形監(jiān)測(cè)方法有測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)和多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)。測(cè)斜儀通過(guò)測(cè)量鉆孔內(nèi)不同深度處的傾斜角度，計(jì)算出邊坡巖體的水平位移隨深度的變化情況。將測(cè)斜管埋入邊坡巖體鉆孔中，測(cè)斜儀探頭在測(cè)斜管內(nèi)移動(dòng)，測(cè)量不同位置的傾斜角度，根據(jù)角度變化反演巖體的水平位移。在某大型巖質(zhì)路塹邊坡工程中，布置了多個(gè)測(cè)斜孔，通過(guò)測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確地確定了邊坡巖體內(nèi)部的潛在滑動(dòng)面位置和深度，為邊坡加固設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。多點(diǎn)位移計(jì)則通過(guò)測(cè)量鉆孔內(nèi)不同深度處的位移，獲取邊坡巖體的深部變形信息。多點(diǎn)位移計(jì)由多個(gè)測(cè)點(diǎn)組成，每個(gè)測(cè)點(diǎn)通過(guò)錨固件與巖體固定，當(dāng)巖體發(fā)生變形時(shí)，測(cè)點(diǎn)隨之移動(dòng)，通過(guò)測(cè)量測(cè)點(diǎn)的位移量，得到巖體不同深度的變形情況。在一些復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖質(zhì)路塹邊坡，多點(diǎn)位移計(jì)能夠有效地監(jiān)測(cè)巖體深部的變形，為分析邊坡的穩(wěn)定性提供全面的數(shù)據(jù)。裂縫監(jiān)測(cè)是邊坡變形監(jiān)測(cè)的重要組成部分，裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展往往是邊坡失穩(wěn)的前兆。裂縫監(jiān)測(cè)主要包括裂縫寬度、長(zhǎng)度和深度的監(jiān)測(cè)。裂縫寬度監(jiān)測(cè)通常采用裂縫計(jì)進(jìn)行，裂縫計(jì)有多種類型，如振弦式裂縫計(jì)、電測(cè)式裂縫計(jì)等。振弦式裂縫計(jì)通過(guò)測(cè)量裂縫兩側(cè)的相對(duì)位移，將位移變化轉(zhuǎn)化為振弦的頻率變化，從而計(jì)算出裂縫寬度。在某巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)中，在裂縫兩側(cè)安裝振弦式裂縫計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裂縫寬度的變化，當(dāng)裂縫寬度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。裂縫長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)可通過(guò)定期實(shí)地測(cè)量或采用攝影測(cè)量等方法進(jìn)行。實(shí)地測(cè)量時(shí)，使用鋼尺等工具直接測(cè)量裂縫的長(zhǎng)度；攝影測(cè)量則是通過(guò)拍攝邊坡裂縫的照片，利用圖像處理技術(shù)分析裂縫的長(zhǎng)度變化。裂縫深度監(jiān)測(cè)相對(duì)較為困難，常用的方法有超聲波檢測(cè)法、地質(zhì)雷達(dá)法等。超聲波檢測(cè)法利用超聲波在不同介質(zhì)中的傳播特性，通過(guò)測(cè)量超聲波在裂縫中的傳播時(shí)間和速度，計(jì)算裂縫深度。地質(zhì)雷達(dá)法則是利用電磁波在巖體中的傳播特性，通過(guò)分析反射波的特征來(lái)確定裂縫深度。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體情況選擇合適的裂縫深度監(jiān)測(cè)方法。3.2監(jiān)測(cè)方法3.2.1傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法在巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用歷史悠久，技術(shù)成熟，其中全站儀監(jiān)測(cè)和水準(zhǔn)儀測(cè)量是較為常用的手段。全站儀監(jiān)測(cè)是基于極坐標(biāo)測(cè)量原理，通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)之間的水平角、垂直角和距離，利用三角測(cè)量的方法計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在實(shí)際操作中，首先要在邊坡附近穩(wěn)定的區(qū)域設(shè)置測(cè)站點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)，然后將全站儀安置在測(cè)站點(diǎn)上，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，獲取基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)作為參考。隨后，對(duì)邊坡上的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，記錄水平角、垂直角和距離數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件，根據(jù)測(cè)量原理計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，并與初始坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，從而得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化。全站儀監(jiān)測(cè)具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，在良好的觀測(cè)條件下，其測(cè)距精度可達(dá)毫米級(jí)，測(cè)角精度可達(dá)秒級(jí)，能夠滿足大多數(shù)巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)的精度要求。它可以對(duì)邊坡上的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行快速測(cè)量，獲取較為全面的邊坡表面位移信息。然而，全站儀監(jiān)測(cè)也存在一些明顯的缺點(diǎn)。它需要通視條件良好，在地形復(fù)雜、植被茂密的巖質(zhì)路塹邊坡，可能會(huì)因?yàn)橐暰€受阻而無(wú)法進(jìn)行觀測(cè)。此外，全站儀監(jiān)測(cè)通常需要人工操作，監(jiān)測(cè)頻率較低，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且在惡劣天氣條件下，如暴雨、大霧等，測(cè)量精度會(huì)受到較大影響。水準(zhǔn)儀測(cè)量主要用于監(jiān)測(cè)邊坡的垂直位移，即沉降監(jiān)測(cè)。其原理是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，讀取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，通過(guò)測(cè)量不同時(shí)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)與水準(zhǔn)基點(diǎn)之間的高差變化，來(lái)確定邊坡的沉降量。在進(jìn)行水準(zhǔn)儀測(cè)量時(shí)，首先要在遠(yuǎn)離邊坡且不受邊坡變形影響的穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)，作為高程測(cè)量的基準(zhǔn)。然后在邊坡上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上豎立水準(zhǔn)尺。將水準(zhǔn)儀安置在合適的位置，使水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間保持良好的通視。通過(guò)水準(zhǔn)儀觀測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，計(jì)算出兩者之間的高差。隨著時(shí)間的推移，多次進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比不同時(shí)期的高差數(shù)據(jù)，就可以得到邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量。水準(zhǔn)儀測(cè)量的精度較高，能夠精確測(cè)量出邊坡的微小沉降變化，在一些對(duì)沉降要求嚴(yán)格的巖質(zhì)路塹邊坡工程中，如高速鐵路路基邊坡監(jiān)測(cè)，水準(zhǔn)儀測(cè)量發(fā)揮著重要作用。它的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備和專業(yè)的技術(shù)人員。但是，水準(zhǔn)儀測(cè)量也存在一定的局限性。它同樣受通視條件的限制，在地形起伏較大、障礙物較多的區(qū)域，測(cè)量工作會(huì)受到阻礙。水準(zhǔn)儀測(cè)量效率較低，每次測(cè)量只能獲取一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)，對(duì)于大型巖質(zhì)路塹邊坡，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和人力進(jìn)行測(cè)量。而且，水準(zhǔn)儀測(cè)量也難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不能及時(shí)反映邊坡沉降的動(dòng)態(tài)變化情況。3.2.2現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)隨著科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)在巖質(zhì)路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，GNSS監(jiān)測(cè)和光纖傳感監(jiān)測(cè)是其中具有代表性的技術(shù)。GNSS監(jiān)測(cè)技術(shù)是基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡變形的監(jiān)測(cè)。其工作原理是利用衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間和衛(wèi)星的已知位置，通過(guò)距離交會(huì)法計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。在巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)中，通常在邊坡上布置多個(gè)GNSS監(jiān)測(cè)站，每個(gè)監(jiān)測(cè)站配備GNSS接收機(jī)和天線。GNSS接收機(jī)接收來(lái)自多顆衛(wèi)星的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算出監(jiān)測(cè)站的坐標(biāo)。通過(guò)對(duì)比不同時(shí)刻監(jiān)測(cè)站的坐標(biāo)變化，就可以得到邊坡的位移信息，包括水平位移和垂直位移。GNSS監(jiān)測(cè)具有諸多優(yōu)勢(shì)。它不受通視條件的限制，無(wú)論邊坡地形多么復(fù)雜，只要能夠接收到衛(wèi)星信號(hào)，就可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)。GNSS監(jiān)測(cè)具有高度的自動(dòng)化和實(shí)時(shí)性，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，便于及時(shí)掌握邊坡的變形動(dòng)態(tài)。GNSS監(jiān)測(cè)的精度較高，在采用差分技術(shù)等手段后，定位精度可以達(dá)到毫米級(jí)，滿足邊坡變形監(jiān)測(cè)的高精度要求。此外，GNSS監(jiān)測(cè)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低了監(jiān)測(cè)人員的工作強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)。光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用光纖的光傳輸特性，將外界物理量的變化轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡變形的監(jiān)測(cè)。其中，光纖布拉格光柵（FBG）傳感器是一種常用的光纖傳感器。FBG傳感器的工作原理是基于光纖的布拉格反射原理，當(dāng)外界溫度、應(yīng)變等物理量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起光纖光柵的周期和折射率發(fā)生改變，從而導(dǎo)致反射光的波長(zhǎng)發(fā)生漂移。通過(guò)測(cè)量反射光波長(zhǎng)的變化，就可以獲取外界物理量的變化信息。在巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)中，將FBG傳感器埋入邊坡巖體內(nèi)部或粘貼在邊坡表面，當(dāng)邊坡巖體發(fā)生變形時(shí)，會(huì)使FBG傳感器受到應(yīng)力作用，導(dǎo)致反射光波長(zhǎng)發(fā)生變化。通過(guò)光纖傳輸系統(tǒng)將光信號(hào)傳輸?shù)浇庹{(diào)儀進(jìn)行解調(diào)，就可以得到應(yīng)變變化數(shù)據(jù)，進(jìn)而反演邊坡的變形情況。光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有靈敏度高的特點(diǎn)，能夠檢測(cè)到微小的應(yīng)變變化，對(duì)于早期發(fā)現(xiàn)邊坡的潛在變形隱患具有重要意義。它抗電磁干擾能力強(qiáng)，在復(fù)雜的電磁環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。光纖傳感監(jiān)測(cè)還可以實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量，能夠?qū)φ麄€(gè)邊坡進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲取沿光纖路徑上的變形信息，全面了解邊坡的變形狀態(tài)。不過(guò)，目前光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)還存在成本較高、安裝和維護(hù)較為復(fù)雜等問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。三、巖質(zhì)路塹邊坡變形狀況監(jiān)測(cè)3.3監(jiān)測(cè)案例分析3.3.1工程概況本監(jiān)測(cè)案例為某山區(qū)高速公路巖質(zhì)路塹邊坡工程，該路段位于山區(qū)，地形起伏較大，線路走向需穿越多處山體，因此形成了大量的巖質(zhì)路塹邊坡。其中，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的邊坡段落長(zhǎng)約300m，最大邊坡高度達(dá)50m，邊坡坡度在35°-45°之間。該區(qū)域的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，主要地層巖性為花崗巖。巖體中發(fā)育有多組節(jié)理裂隙，節(jié)理走向和傾向各異，將巖體切割成大小不等的塊狀結(jié)構(gòu)。其中，一組節(jié)理走向與邊坡坡面近似平行，傾向坡外，傾角約為40°，對(duì)邊坡穩(wěn)定性構(gòu)成較大威脅。地下水主要為基巖裂隙水，補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水。在雨季，地下水位明顯上升，地下水通過(guò)節(jié)理裂隙在巖體中滲流，對(duì)邊坡巖體的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響，降低了巖體的抗剪強(qiáng)度。此外，該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季降水集中，年平均降水量較大，且多暴雨天氣，強(qiáng)降雨容易引發(fā)邊坡失穩(wěn)。同時(shí)，該地區(qū)地震活動(dòng)相對(duì)頻繁，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震作用也可能對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。3.3.2監(jiān)測(cè)方案實(shí)施為全面掌握該巖質(zhì)路塹邊坡的變形狀況，制定了科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)方案。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方面，綜合考慮邊坡的地形地貌、地質(zhì)條件和潛在滑動(dòng)趨勢(shì)等因素。在邊坡的坡頂、坡腰和坡腳等關(guān)鍵部位共布置了15個(gè)表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用全站儀和GNSS接收機(jī)聯(lián)合監(jiān)測(cè)的方式，確保能夠準(zhǔn)確獲取邊坡表面不同位置的水平位移和垂直位移信息。其中，在坡頂布置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，坡腰布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，坡腳布置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在深部變形監(jiān)測(cè)方面，在邊坡中鉆孔埋設(shè)了3根測(cè)斜管，分別位于邊坡的中部和兩側(cè)，測(cè)斜管深度為30m，能夠監(jiān)測(cè)邊坡巖體內(nèi)部不同深度的水平位移變化情況。為監(jiān)測(cè)邊坡裂縫的發(fā)展情況，在已出現(xiàn)裂縫的部位和潛在裂縫發(fā)育區(qū)域布置了8個(gè)裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用振弦式裂縫計(jì)監(jiān)測(cè)裂縫寬度的變化。監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)邊坡的施工進(jìn)度和變形情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。在邊坡開(kāi)挖初期，施工活動(dòng)對(duì)邊坡巖體的擾動(dòng)較大，變形可能較為劇烈，因此監(jiān)測(cè)頻率設(shè)定為每天1次。隨著邊坡開(kāi)挖的進(jìn)行，當(dāng)變形逐漸趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測(cè)頻率調(diào)整為每周2-3次。在雨季、地震等特殊時(shí)期，加密監(jiān)測(cè)頻率，每天監(jiān)測(cè)2-3次，以便及時(shí)捕捉邊坡變形的異常變化。整個(gè)監(jiān)測(cè)周期從邊坡開(kāi)挖前開(kāi)始，一直持續(xù)到邊坡防護(hù)工程完成后的運(yùn)營(yíng)期，共計(jì)24個(gè)月。在邊坡開(kāi)挖前進(jìn)行了3次初始測(cè)量，獲取了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始數(shù)據(jù)，作為后續(xù)變形分析的基準(zhǔn)。在施工期間，嚴(yán)格按照監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)記錄和整理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在運(yùn)營(yíng)期，繼續(xù)定期對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以評(píng)估邊坡防護(hù)工程的效果和邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定性。3.3.3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析，得到了該巖質(zhì)路塹邊坡變形隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。從表面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，在邊坡開(kāi)挖初期，坡頂和坡腰的水平位移和垂直位移增長(zhǎng)較快。其中，坡頂?shù)淖畲笏轿灰圃陂_(kāi)挖后的前3個(gè)月內(nèi)達(dá)到了20mm，垂直位移達(dá)到了10mm。隨著邊坡開(kāi)挖的進(jìn)行，位移增長(zhǎng)速率逐漸減緩。在邊坡防護(hù)工程完成后，位移基本趨于穩(wěn)定，水平位移和垂直位移的變化量均在5mm以內(nèi)。通過(guò)繪制水平位移-時(shí)間曲線和垂直位移-時(shí)間曲線，可以清晰地看到位移變化的階段性特征。在開(kāi)挖初期，曲線斜率較大，表明位移增長(zhǎng)較快；在防護(hù)工程完成后，曲線趨于平緩，說(shuō)明邊坡穩(wěn)定性得到了有效控制。深部變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在邊坡巖體內(nèi)部，水平位移隨深度的增加而逐漸減小。在靠近坡面的淺層巖體中，水平位移較大，最大水平位移出現(xiàn)在深度5-10m處，達(dá)到了30mm。隨著深度的增加，水平位移逐漸減小，在深度20m以下，水平位移基本可以忽略不計(jì)。通過(guò)分析測(cè)斜管監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還可以確定邊坡巖體內(nèi)部的潛在滑動(dòng)面位置。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某一測(cè)斜管在深度15m處出現(xiàn)了明顯的位移突變，結(jié)合地質(zhì)條件分析，此處可能存在潛在滑動(dòng)面。裂縫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，部分裂縫寬度逐漸增大。其中，位于坡腰的一條裂縫在開(kāi)挖后的6個(gè)月內(nèi)，寬度從初始的2mm增大到了8mm。隨著邊坡防護(hù)工程的實(shí)施，裂縫寬度增長(zhǎng)得到了抑制，在防護(hù)工程完成后的12個(gè)月內(nèi)，裂縫寬度基本保持穩(wěn)定，變化量在1mm以內(nèi)。通過(guò)對(duì)裂縫寬度變化數(shù)據(jù)的分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡的潛在破壞跡象，為采取加固措施提供依據(jù)。綜合分析各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以得出該巖質(zhì)路塹邊坡在開(kāi)挖初期，由于施工擾動(dòng)和地質(zhì)條件的影響，變形較為明顯。但隨著邊坡防護(hù)工程的實(shí)施，邊坡的穩(wěn)定性得到了有效改善，變形逐漸趨于穩(wěn)定。同時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)了邊坡巖體內(nèi)部存在的潛在滑動(dòng)面和裂縫發(fā)展等問(wèn)題，為后續(xù)的邊坡維護(hù)和加固提供了重要參考。四、基于變形狀況的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建4.1評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取是構(gòu)建基于變形狀況的巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科學(xué)合理的指標(biāo)選取原則能夠確保所選取的指標(biāo)全面、準(zhǔn)確地反映邊坡的安全狀況。全面性原則要求選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠涵蓋影響巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況的各個(gè)方面。邊坡的變形是多種因素綜合作用的結(jié)果，因此評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包括地質(zhì)因素、環(huán)境因素、人為因素以及邊坡自身的變形特征等。地質(zhì)因素方面，巖石性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造等對(duì)邊坡穩(wěn)定性起著決定性作用，如巖石的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度，巖體中節(jié)理、裂隙的產(chǎn)狀和密度，褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造的分布情況等都應(yīng)作為考慮因素。環(huán)境因素中的降雨、地震、風(fēng)化等會(huì)對(duì)邊坡產(chǎn)生不同程度的影響，降雨會(huì)使巖體含水量增加，降低抗剪強(qiáng)度；地震會(huì)產(chǎn)生地震力，改變巖體應(yīng)力狀態(tài)；風(fēng)化作用會(huì)使巖體結(jié)構(gòu)破碎，強(qiáng)度降低。人為因素如工程開(kāi)挖、加載、排水等工程活動(dòng)也會(huì)改變邊坡的原始狀態(tài)，影響其穩(wěn)定性。邊坡自身的變形特征，如表面位移、深部變形、裂縫發(fā)展等，是邊坡安全狀況的直接反映，也應(yīng)納入評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。只有全面考慮這些因素，才能構(gòu)建出完整、有效的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。代表性原則強(qiáng)調(diào)選取的指標(biāo)應(yīng)能夠準(zhǔn)確代表邊坡安全狀況的關(guān)鍵特征。在眾多影響因素中，有些因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響較為顯著，而有些因素的影響相對(duì)較小。應(yīng)選取那些對(duì)邊坡安全狀況影響較大、具有代表性的指標(biāo)。在變形指標(biāo)中，變形速率和累計(jì)變形量是兩個(gè)重要的代表性指標(biāo)。變形速率能夠反映邊坡變形的快慢程度，變形速率越大，說(shuō)明邊坡變形越劇烈，安全隱患越大。累計(jì)變形量則反映了邊坡在一定時(shí)間內(nèi)的總變形程度，累計(jì)變形量越大，邊坡的穩(wěn)定性越差。在地質(zhì)因素中，巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀和強(qiáng)度對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，選取與結(jié)構(gòu)面相關(guān)的指標(biāo)，如結(jié)構(gòu)面的傾角、走向、抗剪強(qiáng)度等，能夠較好地代表地質(zhì)因素對(duì)邊坡安全狀況的影響。通過(guò)選取代表性指標(biāo)，可以使評(píng)價(jià)指標(biāo)體系更加簡(jiǎn)潔明了，突出重點(diǎn)，提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和有效性?？蓽y(cè)性原則要求選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能夠通過(guò)現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。只有能夠?qū)嶋H測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，才能為安全評(píng)價(jià)提供可靠的依據(jù)。在邊坡變形監(jiān)測(cè)中，全站儀、水準(zhǔn)儀、GNSS接收機(jī)、光纖傳感器等監(jiān)測(cè)儀器能夠測(cè)量邊坡的表面位移、深部變形、裂縫寬度等指標(biāo)，這些指標(biāo)滿足可測(cè)性原則。對(duì)于一些難以直接測(cè)量的指標(biāo)，可以通過(guò)間接測(cè)量或基于已有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算來(lái)獲取。巖體的應(yīng)力狀態(tài)難以直接測(cè)量，但可以通過(guò)監(jiān)測(cè)邊坡的變形數(shù)據(jù)，利用相關(guān)的力學(xué)理論和數(shù)值模型進(jìn)行反演計(jì)算，得到巖體的應(yīng)力變化情況。遵循可測(cè)性原則，能夠確保評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)來(lái)源可靠，保證安全評(píng)價(jià)工作的順利開(kāi)展。獨(dú)立性原則要求各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間應(yīng)相互獨(dú)立，避免指標(biāo)之間存在過(guò)多的相關(guān)性。如果指標(biāo)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，會(huì)導(dǎo)致信息重復(fù)，增加評(píng)價(jià)的復(fù)雜性，同時(shí)也可能影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在選取變形指標(biāo)時(shí)，水平位移和垂直位移雖然都反映了邊坡的位移情況，但它們?cè)谖锢硪饬x和對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響機(jī)制上有所不同，是相互獨(dú)立的指標(biāo)。而變形速率和累計(jì)變形量之間存在一定的關(guān)聯(lián)，但它們各自從不同角度反映了邊坡的變形特征，也可以作為相對(duì)獨(dú)立的指標(biāo)納入評(píng)價(jià)體系。通過(guò)確保指標(biāo)的獨(dú)立性，可以使評(píng)價(jià)指標(biāo)體系更加科學(xué)合理，提高評(píng)價(jià)的精度和可靠性。4.2主要評(píng)價(jià)指標(biāo)4.2.1變形指標(biāo)變形指標(biāo)是基于變形狀況評(píng)估巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況的核心指標(biāo)之一，它直接反映了邊坡的變形特征和發(fā)展趨勢(shì)。位移速率是衡量邊坡變形快慢的重要指標(biāo)，它能夠直觀地反映邊坡在某一時(shí)間段內(nèi)的變形劇烈程度。位移速率的計(jì)算公式為：v=\frac{\Deltad}{\Deltat}，其中v表示位移速率，\Deltad表示在時(shí)間間隔\Deltat內(nèi)的位移變化量。在某巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)中，通過(guò)對(duì)GNSS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算得到某監(jiān)測(cè)點(diǎn)在一周內(nèi)的水平位移變化量為15mm，時(shí)間間隔為7天，則該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移速率為v=\frac{15}{7}\approx2.14mm/d。位移速率越大，表明邊坡變形越活躍，安全隱患也就越大。當(dāng)位移速率超過(guò)一定閾值時(shí)，說(shuō)明邊坡可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要引起高度重視。在實(shí)際工程中，通常會(huì)根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件、工程要求等因素，確定位移速率的預(yù)警閾值。對(duì)于一些地質(zhì)條件復(fù)雜、穩(wěn)定性較差的邊坡，位移速率的預(yù)警閾值可能設(shè)置得較低，如1-2mm/d；而對(duì)于地質(zhì)條件較好、穩(wěn)定性較高的邊坡，預(yù)警閾值可以適當(dāng)提高。累計(jì)位移量是指邊坡在一定時(shí)間段內(nèi)的總位移量，它反映了邊坡變形的積累程度。累計(jì)位移量越大，說(shuō)明邊坡的變形越大，穩(wěn)定性越差。累計(jì)位移量可以通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的累加計(jì)算得到。在某巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，從邊坡開(kāi)挖開(kāi)始，對(duì)某監(jiān)測(cè)點(diǎn)的垂直位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)過(guò)12個(gè)月的監(jiān)測(cè)，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)垂直位移量達(dá)到了50mm。累計(jì)位移量的大小與邊坡的穩(wěn)定性密切相關(guān)，當(dāng)累計(jì)位移量超過(guò)一定范圍時(shí)，邊坡可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。不同類型的邊坡，其累計(jì)位移量的允許范圍也不同。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于高度較高、坡度較陡的巖質(zhì)路塹邊坡，累計(jì)位移量的允許范圍相對(duì)較小；而對(duì)于高度較低、坡度較緩的邊坡，允許范圍可以適當(dāng)放寬。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)具體情況，結(jié)合相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，確定合理的累計(jì)位移量允許值。變形加速度是位移對(duì)時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)，它反映了位移速率的變化情況。變形加速度的計(jì)算公式為：a=\frac{\Deltav}{\Deltat}，其中a表示變形加速度，\Deltav表示在時(shí)間間隔\Deltat內(nèi)的位移速率變化量。變形加速度能夠反映邊坡變形的加速或減速趨勢(shì)，對(duì)于判斷邊坡的穩(wěn)定性變化具有重要意義。當(dāng)變形加速度為正值時(shí)，說(shuō)明位移速率在增大，邊坡變形有加劇的趨勢(shì)；當(dāng)變形加速度為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明位移速率在減小，邊坡變形有減緩的趨勢(shì)。在某巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)位移速率數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算得到某時(shí)間段內(nèi)的變形加速度為0.1mm/d^2，表明該時(shí)間段內(nèi)邊坡的位移速率在逐漸增大，變形有加劇的趨勢(shì)，需要密切關(guān)注邊坡的穩(wěn)定性變化。變形加速度的大小也可以作為邊坡安全評(píng)價(jià)的一個(gè)參考指標(biāo)，當(dāng)變形加速度超過(guò)一定閾值時(shí)，可能預(yù)示著邊坡即將進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)。4.2.2地質(zhì)指標(biāo)地質(zhì)指標(biāo)是影響巖質(zhì)路塹邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)在因素，對(duì)安全評(píng)價(jià)起著至關(guān)重要的作用。巖石強(qiáng)度是地質(zhì)指標(biāo)中的關(guān)鍵因素之一，它直接決定了巖體抵抗變形和破壞的能力。巖石的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度是衡量巖石強(qiáng)度的重要指標(biāo)?？箟簭?qiáng)度是指巖石在單向壓力作用下抵抗破壞的能力，通常通過(guò)室內(nèi)巖石抗壓試驗(yàn)測(cè)定。在某巖質(zhì)路塹邊坡工程中，對(duì)采集的巖石樣本進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，測(cè)得巖石的抗壓強(qiáng)度為80MPa?？箟簭?qiáng)度越高，巖石越堅(jiān)硬，邊坡的穩(wěn)定性相對(duì)越好?？辜魪?qiáng)度是指巖石抵抗剪切破壞的能力，它與巖石的內(nèi)摩擦角和粘聚力密切相關(guān)。內(nèi)摩擦角反映了巖石顆粒之間的摩擦特性，粘聚力則表示巖石顆粒之間的膠結(jié)強(qiáng)度。通過(guò)室內(nèi)直剪試驗(yàn)等方法可以測(cè)定巖石的內(nèi)摩擦角和粘聚力。在某邊坡工程中，測(cè)得巖石的內(nèi)摩擦角為35°，粘聚力為15kPa。巖石的抗剪強(qiáng)度越高，邊坡在受到剪切力作用時(shí)越不容易發(fā)生滑動(dòng)破壞。在進(jìn)行邊坡安全評(píng)價(jià)時(shí)，巖石強(qiáng)度是一個(gè)重要的考慮因素，強(qiáng)度較低的巖石更容易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。巖體完整性是指巖體被結(jié)構(gòu)面切割的程度，它對(duì)邊坡的穩(wěn)定性有著顯著影響。巖體完整性可以通過(guò)巖體完整性系數(shù)來(lái)衡量，巖體完整性系數(shù)是指巖體縱波波速與巖石縱波波速之比的平方。通過(guò)聲波測(cè)試等方法可以測(cè)定巖體和巖石的縱波波速，進(jìn)而計(jì)算出巖體完整性系數(shù)。在某巖質(zhì)路塹邊坡監(jiān)測(cè)中，測(cè)得巖體縱波波速為3000m/s，巖石縱波波速為4000m/s，則巖體完整性系數(shù)為K_v=(\frac{3000}{4000})^2=0.5625。巖體完整性系數(shù)越大，說(shuō)明巖體被結(jié)構(gòu)面切割的程度越小，巖體越完整，邊坡的穩(wěn)定性越好。當(dāng)巖體完整性系數(shù)較低時(shí)，巖體中存在較多的節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面會(huì)降低巖體的強(qiáng)度和抗變形能力，增加邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。在某節(jié)理裂隙發(fā)育的巖質(zhì)路塹邊坡中，由于巖體完整性系數(shù)較低，在降雨等因素的作用下，巖體沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生了滑動(dòng)破壞。結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀是指結(jié)構(gòu)面在空間的位置和方向，包括走向、傾向和傾角。結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀對(duì)邊坡的穩(wěn)定性有著重要影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)面的傾向與邊坡坡面的傾向一致，且傾角小于邊坡坡角時(shí)，邊坡巖體容易沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)破壞。在某巖質(zhì)路塹邊坡中，存在一組結(jié)構(gòu)面，其傾向與邊坡坡面傾向一致，傾角為30°，而邊坡坡角為40°，這種情況下，邊坡巖體在重力和其他外力作用下，很容易沿著該結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)。此外，結(jié)構(gòu)面的走向也會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性，當(dāng)結(jié)構(gòu)面走向與邊坡坡面走向平行時(shí)，會(huì)增加邊坡的不穩(wěn)定因素。在進(jìn)行邊坡安全評(píng)價(jià)時(shí)，需要詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀，并分析其對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。4.2.3環(huán)境指標(biāo)環(huán)境指標(biāo)是影響巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況的重要外部因素，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性變化起著關(guān)鍵作用。降雨量是引發(fā)巖質(zhì)路塹邊坡失穩(wěn)的常見(jiàn)環(huán)境因素之一，它對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，降雨會(huì)使邊坡巖體的含水量增加，導(dǎo)致巖體的重度增大，有效應(yīng)力減小，抗剪強(qiáng)度降低。根據(jù)飽和-非飽和滲流理論和有效應(yīng)力原理，降雨入滲后，巖體中的孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力減小，從而降低了巖體的抗剪強(qiáng)度。在某巖質(zhì)路塹邊坡工程中，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定，當(dāng)巖體含水量從5%增加到15%時(shí)，其抗剪強(qiáng)度降低了30%。另一方面，降雨產(chǎn)生的坡面徑流和地下水滲流會(huì)對(duì)邊坡巖體產(chǎn)生動(dòng)水壓力和靜水壓力，增加邊坡的下滑力。在強(qiáng)降雨條件下，坡面徑流速度加快，對(duì)邊坡坡面的沖刷作用增強(qiáng)，可能導(dǎo)致邊坡表層巖體的剝落和坍塌。同時(shí)，地下水滲流會(huì)在巖體內(nèi)部形成滲流場(chǎng)，產(chǎn)生動(dòng)水壓力，進(jìn)一步破壞邊坡的穩(wěn)定性。在某山區(qū)公路巖質(zhì)路塹邊坡，在一次暴雨后，由于降雨量過(guò)大，導(dǎo)致邊坡巖體抗剪強(qiáng)度降低，下滑力增大，最終發(fā)生了滑坡事故。地震動(dòng)參數(shù)是衡量地震對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的重要指標(biāo)，主要包括地震動(dòng)峰值加速度、地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期等。地震動(dòng)峰值加速度是指地震過(guò)程中地面運(yùn)動(dòng)的最大加速度，它反映了地震的強(qiáng)烈程度。在某地震多發(fā)地區(qū)的巖質(zhì)路塹邊坡工程中，該地區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.2g。地震發(fā)生時(shí)，地震動(dòng)峰值加速度越大，邊坡巖體受到的慣性力越大，越容易導(dǎo)致巖體的破壞和邊坡的失穩(wěn)。地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期則與場(chǎng)地的地質(zhì)條件密切相關(guān)，不同的場(chǎng)地條件具有不同的特征周期。在軟土地基上，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期較長(zhǎng)；而在堅(jiān)硬地基上，特征周期較短。特征周期會(huì)影響邊坡巖體的動(dòng)力響應(yīng)，當(dāng)特征周期與邊坡巖體的自振周期接近時(shí)，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致邊坡巖體的振動(dòng)加劇，穩(wěn)定性降低。在某巖質(zhì)路塹邊坡位于軟土地基上，其自振周期與該地區(qū)的地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期接近，在一次地震中，邊坡巖體發(fā)生了強(qiáng)烈的共振，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)了大量裂縫和局部坍塌。4.3指標(biāo)權(quán)重確定方法準(zhǔn)確確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是基于變形狀況的巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。不同的權(quán)重確定方法各有其特點(diǎn)和適用范圍，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法。本文將介紹層次分析法（AHP）、熵權(quán)法以及組合賦權(quán)法這三種常用的權(quán)重確定方法。4.3.1層次分析法（AHP）層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）是一種將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。它能夠?qū)?fù)雜的多目標(biāo)決策問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多層次的有序遞階結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩兩比較的方式確定各層次中元素的相對(duì)重要性，進(jìn)而計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重。AHP方法具有系統(tǒng)性、綜合性、定性與定量相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，在邊坡安全評(píng)價(jià)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。AHP確定指標(biāo)權(quán)重的原理是基于決策者對(duì)各指標(biāo)相對(duì)重要性的主觀判斷，通過(guò)構(gòu)建判斷矩陣來(lái)反映這種判斷。判斷矩陣是AHP方法的核心，它是一個(gè)方陣，其中的元素表示不同指標(biāo)之間的相對(duì)重要性程度。對(duì)于n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，判斷矩陣A=(aij)n×n，其中aij表示指標(biāo)i相對(duì)于指標(biāo)j的重要性程度，取值通常采用1-9標(biāo)度法。1-9標(biāo)度法是一種常用的相對(duì)重要性標(biāo)度方法，其含義如下：1表示兩個(gè)指標(biāo)具有同等重要性；3表示指標(biāo)i比指標(biāo)j稍微重要；5表示指標(biāo)i比指標(biāo)j明顯重要；7表示指標(biāo)i比指標(biāo)j強(qiáng)烈重要；9表示指標(biāo)i比指標(biāo)j極端重要；2、4、6、8則表示上述相鄰判斷的中間值。例如，在巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)中，若認(rèn)為位移速率比累計(jì)位移量稍微重要，則a12=3，同時(shí)a21=1/3，因?yàn)榕袛嗑仃嚲哂谢シ葱?，即aij=1/aji。AHP計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：建立層次結(jié)構(gòu)模型：將巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)問(wèn)題分解為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。目標(biāo)層為巖質(zhì)路塹邊坡安全狀況評(píng)價(jià)；準(zhǔn)則層可包括變形指標(biāo)、地質(zhì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)等；指標(biāo)層則是具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如位移速率、巖石強(qiáng)度、降雨量等。通過(guò)這種層次結(jié)構(gòu)，能夠清晰地展示各指標(biāo)之間的關(guān)系和層次。構(gòu)造判斷矩陣：針對(duì)準(zhǔn)則層中的每一個(gè)準(zhǔn)則，對(duì)其下一層的指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，根據(jù)1-9標(biāo)度法確定判斷矩陣中的元素。對(duì)于變形指標(biāo)準(zhǔn)則下的位移速率和累計(jì)位移量這兩個(gè)指標(biāo)，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶋H情況判斷它們的相對(duì)重要性，確定判斷矩陣中相應(yīng)的元素。層次單排序：計(jì)算判斷矩陣的特征向量和最大特征根，通過(guò)特征向量來(lái)確定各指標(biāo)對(duì)于上一層準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重。常用的計(jì)算方法有特征根法、和積法、方根法等。以特征根法為例，首先計(jì)算判斷矩陣A的最大特征根λmax，然后求解方程(A-λmaxI)W=0，其中I為單位矩陣，W為特征向量，將W歸一化后即可得到各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。一致性檢驗(yàn)：由于判斷矩陣是基于主觀判斷構(gòu)建的，可能存在不一致的情況，因此需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)，其中n為判斷矩陣的階數(shù)。隨機(jī)一致性指標(biāo)RI可通過(guò)查表得到，不同階數(shù)的判斷矩陣對(duì)應(yīng)不同的RI值。一致性比率CR=CI/RI，當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直到滿足一致性要求。在實(shí)際應(yīng)用中，若CR>0.1，可重新審視指標(biāo)的相對(duì)重要性判斷，調(diào)整判斷矩陣中的元素，使其一致性得到改善。層次總排序：計(jì)算各指標(biāo)對(duì)于目標(biāo)層的組合權(quán)重，即將層次單排序得到的各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和。通過(guò)層次總排序，能夠得到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在整個(gè)安全評(píng)價(jià)體系中的最終權(quán)重，從而確定各指標(biāo)對(duì)邊坡安全狀況的影響程度。4.3.2熵權(quán)法熵權(quán)法是一種基于數(shù)據(jù)信息熵的客觀賦權(quán)方法，它根據(jù)各指標(biāo)數(shù)據(jù)的變異程度來(lái)確定權(quán)重。在信息論中，熵是對(duì)不確定性的一種度量，信息熵越小，表明數(shù)據(jù)的變異程度越大，該指標(biāo)所包含的信息量就越大，其權(quán)重也就越大；反之，信息熵越大，數(shù)據(jù)的變異程度越小，指標(biāo)所包含的信息量越小，權(quán)重也就越小。熵權(quán)法能夠充分利用數(shù)據(jù)本身的信息，避免了人為因素的干擾，使權(quán)重的確定更加客觀、合理。熵權(quán)法基于數(shù)據(jù)信息熵確定權(quán)重的方法步驟如下：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理：由于不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱和數(shù)量級(jí)可能不同，為了消除量綱和數(shù)量級(jí)的影響，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。對(duì)于正向指標(biāo)（指標(biāo)值越大，邊坡安全性越好），標(biāo)準(zhǔn)化公式為：xij'=(xij-min(xj))/(max(xj)-min(xj))；對(duì)于負(fù)向指標(biāo)（指標(biāo)值越大，邊坡安全性越差），標(biāo)準(zhǔn)化公式為：xij'=(max(xj)-xij)/(max(xj)-min(xj))，其中xij為第i個(gè)樣本的第j個(gè)指標(biāo)的原始值，xij'為標(biāo)準(zhǔn)化后的值，max(xj)和min(xj)分別為第j個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值。在巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)中，位移速率、累計(jì)位移量等指標(biāo)為負(fù)向指標(biāo)，巖石強(qiáng)度等指標(biāo)為正向指標(biāo)，需要按照相應(yīng)公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。計(jì)算指標(biāo)信息熵：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的信息熵ej，公式為：ej=-k∑i=1mpijln(pij)，其中k=1/ln(m)，m為樣本數(shù)量，pij=xij'/∑i=1mxij'。信息熵ej反映了第j個(gè)指標(biāo)的信息無(wú)序程度，ej越小，說(shuō)明該指標(biāo)的數(shù)據(jù)變異程度越大，包含的信息量越多。計(jì)算指標(biāo)熵權(quán)：指標(biāo)熵權(quán)wj的計(jì)算公式為：wj=(1-ej)/∑j=1n(1-ej)，其中n為指標(biāo)數(shù)量。通過(guò)計(jì)算得到的熵權(quán)wj表示第j個(gè)指標(biāo)在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中的相對(duì)重要程度，熵權(quán)越大，說(shuō)明該指標(biāo)對(duì)邊坡安全狀況的影響越大。4.3.3組合賦權(quán)法層次分析法是一種主觀賦權(quán)法，它充分考慮了專家的經(jīng)驗(yàn)和判斷，能夠體現(xiàn)決策者對(duì)各指標(biāo)的重視程度，但主觀性較強(qiáng)；熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法，依據(jù)數(shù)據(jù)的變異程度確定權(quán)重，避免了人為因素的干擾，但可能會(huì)忽略指標(biāo)的實(shí)際重要性。為了綜合利用兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)各自的不足，采用組合賦權(quán)法將AHP和熵權(quán)法結(jié)合起來(lái)確定綜合權(quán)重。組合賦權(quán)法的基本思路是根據(jù)AHP和熵權(quán)法確定的權(quán)重，通過(guò)一定的組合方式得到綜合權(quán)重。常見(jiàn)的組合方式有加法組合和乘法組合。加法組合的公式為：wj''=αwjAHP+(1-α)wjentropy，其中wj''為第j個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重，α為AHP權(quán)重的權(quán)重系數(shù)，取值范圍為[0,1]，wjAHP為AHP法確定的第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，wjentropy為熵權(quán)法確定的第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。乘法組合的公式為：wj''=wjAHP×wjentropy/∑j=1n(wjAHP×wjentropy)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體情況選擇合適的組合方式和權(quán)重系數(shù)α。通過(guò)多次試驗(yàn)和分析，確定在某巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)中，α取值為0.6時(shí)，綜合權(quán)重能夠較好地反映各指標(biāo)的重要性。組合賦權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)在于它既考慮了專家的主觀經(jīng)驗(yàn)，又充分利用了數(shù)據(jù)本身的信息，使確定的權(quán)重更加科學(xué)合理。在巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)中，采用組合賦權(quán)法能夠綜合考慮各種因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，提高安全評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠性。五、巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建與應(yīng)用5.1常見(jiàn)評(píng)價(jià)模型介紹5.1.1模糊綜合評(píng)價(jià)模型模糊綜合評(píng)價(jià)模型是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的評(píng)價(jià)方法，主要用于處理多因素、模糊性和不確定性問(wèn)題。在巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)中，由于影響邊坡穩(wěn)定性的因素眾多，且這些因素往往具有模糊性和不確定性，如巖石的風(fēng)化程度、巖體結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況等，難以用精確的數(shù)值進(jìn)行描述，因此模糊綜合評(píng)價(jià)模型具有較強(qiáng)的適用性。該模型的基本原理是通過(guò)模糊變換將多個(gè)評(píng)價(jià)因素對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響進(jìn)行綜合考慮，從而得出評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。具體來(lái)說(shuō)，首先確定評(píng)價(jià)因素集U={u1,u2,…,un}，其中ui表示第i個(gè)評(píng)價(jià)因素，如位移速率、巖石強(qiáng)度、降雨量等；評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)集V={v1,v2,…,vm}，vj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，如安全、較安全、較危險(xiǎn)、危險(xiǎn)等。然后，通過(guò)專家評(píng)價(jià)、問(wèn)卷調(diào)查等方式確定各評(píng)價(jià)因素對(duì)不同評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度，構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣R=(rij)n×m，其中rij表示評(píng)價(jià)因素ui對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)vj的隸屬度。隸屬度的確定是模糊綜合評(píng)價(jià)模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常采用模糊統(tǒng)計(jì)法、隸屬函數(shù)法等方法來(lái)確定。采用隸屬函數(shù)法確定位移速率對(duì)不同評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度，根據(jù)位移速率的大小范圍，建立相應(yīng)的隸屬函數(shù)，計(jì)算出位移速率在不同評(píng)價(jià)等級(jí)下的隸屬度。在確定了模糊關(guān)系矩陣R后，還需要確定各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重向量A=(a1,a2,…,an)，權(quán)重向量反映了各評(píng)價(jià)因素在評(píng)價(jià)體系中的相對(duì)重要程度。如前文所述，可以采用層次分析法（AHP）、熵權(quán)法等方法來(lái)確定權(quán)重向量。利用AHP法確定位移速率、累計(jì)位移量、巖石強(qiáng)度等評(píng)價(jià)因素的權(quán)重。最后，通過(guò)模糊合成運(yùn)算B=A?R得到綜合評(píng)價(jià)向量B=(b1,b2,…,bm)，其中bj表示評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)vj的綜合隸屬度。根據(jù)最大隸屬度原則，確定評(píng)價(jià)對(duì)象的最終評(píng)價(jià)等級(jí)，即選擇綜合隸屬度最大的評(píng)價(jià)等級(jí)作為邊坡的安全評(píng)價(jià)結(jié)果。5.1.2物元模型物元模型是基于可拓學(xué)理論發(fā)展起來(lái)的一種評(píng)價(jià)方法，它以事物的名稱N、特征c和量值v構(gòu)成的物元R=(N,c,v)為基本單元，通過(guò)建立物元模型來(lái)描述事物的狀態(tài)和變化，并利用可拓變換對(duì)事物進(jìn)行定性和定量分析。在巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)中，物元模型能夠有效地處理多指標(biāo)、不確定性和矛盾性問(wèn)題，全面考慮影響邊坡穩(wěn)定性的各種因素。在物元模型中，首先需要確定評(píng)價(jià)事物，即巖質(zhì)路塹邊坡；確定影響邊坡穩(wěn)定性的特征因素集C={c1,c2,…,cn}，如變形指標(biāo)（位移速率、累計(jì)位移量等）、地質(zhì)指標(biāo)（巖石強(qiáng)度、巖體完整性等）、環(huán)境指標(biāo)（降雨量、地震動(dòng)參數(shù)等）；確定各特征因素的量值范圍，包括經(jīng)典域和節(jié)域。經(jīng)典域是指各評(píng)價(jià)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的特征量值范圍，節(jié)域則是指特征量值的取值范圍。對(duì)于位移速率這一特征因素，將其劃分為不同的評(píng)價(jià)等級(jí)，如安全、較安全、較危險(xiǎn)、危險(xiǎn)，分別確定每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的位移速率經(jīng)典域范圍，同時(shí)確定位移速率的節(jié)域范圍。然后，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或調(diào)查資料，確定待評(píng)物元R=(N,C,V)，其中V=(v1,v2,…,vn)為待評(píng)物元的特征量值。通過(guò)計(jì)算待評(píng)物元與各評(píng)價(jià)等級(jí)物元之間的關(guān)聯(lián)度，來(lái)判斷待評(píng)物元屬于哪個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。關(guān)聯(lián)度的計(jì)算是物元模型的核心內(nèi)容，常用的方法有距和位值的概念，通過(guò)計(jì)算待評(píng)物元特征量值與經(jīng)典域、節(jié)域的距，進(jìn)而計(jì)算關(guān)聯(lián)度。根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小，按照最大關(guān)聯(lián)度原則，確定巖質(zhì)路塹邊坡的安全評(píng)價(jià)等級(jí)。物元模型在處理巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)問(wèn)題時(shí)，能夠?qū)⒍ㄐ苑治雠c定量分析相結(jié)合，充分考慮評(píng)價(jià)因素的不確定性和可變性，為邊坡安全評(píng)價(jià)提供了一種新的思路和方法。5.1.3BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型BP（BackPropagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種基于誤差反向傳播算法的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它由輸入層、隱含層和輸出層組成，各層之間通過(guò)權(quán)重連接。在巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型通過(guò)對(duì)大量樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，自動(dòng)提取影響邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素和特征，建立輸入與輸出之間的非線性映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡安全狀況的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的工作原理是基于誤差反向傳播算法。在訓(xùn)練過(guò)程中，首先將輸入樣本（如變形指標(biāo)、地質(zhì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)等數(shù)據(jù)）輸入到輸入層，經(jīng)過(guò)隱含層的處理后，輸出預(yù)測(cè)結(jié)果。將預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際的邊坡安全等級(jí)進(jìn)行比較，計(jì)算誤差。誤差反向傳播算法就是將誤差從輸出層反向傳播到輸入層，通過(guò)調(diào)整各層之間的權(quán)重和閾值，使誤差不斷減小，直到滿足預(yù)設(shè)的訓(xùn)練終止條件，如最大迭代次數(shù)、最小誤差等。在訓(xùn)練過(guò)程中，權(quán)重的調(diào)整是根據(jù)梯度下降法進(jìn)行的，即沿著誤差函數(shù)的負(fù)梯度方向調(diào)整權(quán)重，以加快收斂速度。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有很強(qiáng)的非線性映射能力和自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，能夠處理復(fù)雜的非線性問(wèn)題。它可以自動(dòng)學(xué)習(xí)和提取影響巖質(zhì)路塹邊坡穩(wěn)定性的各種因素之間的復(fù)雜關(guān)系，無(wú)需事先建立明確的數(shù)學(xué)模型。而且，經(jīng)過(guò)大量樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)未見(jiàn)過(guò)的樣本數(shù)據(jù)也具有一定的泛化能力，能夠?qū)π碌倪吰掳踩珷顩r進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。然而，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型也存在一些不足之處，如訓(xùn)練時(shí)間較長(zhǎng)、容易陷入局部最優(yōu)解、對(duì)樣本數(shù)據(jù)的依賴性較強(qiáng)等。為了克服這些缺點(diǎn)，可以采用改進(jìn)的BP算法，如附加動(dòng)量法、自適應(yīng)學(xué)習(xí)率法等，以提高訓(xùn)練效率和模型性能。五、巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建與應(yīng)用5.2模型選擇與改進(jìn)5.2.1模型對(duì)比分析在巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)中，不同的評(píng)價(jià)模型各有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局限性，適用于不同的工程場(chǎng)景和數(shù)據(jù)條件。模糊綜合評(píng)價(jià)模型的優(yōu)點(diǎn)在于能夠有效地處理評(píng)價(jià)因素的模糊性和不確定性，將定性分析與定量分析相結(jié)合。在考慮巖石的風(fēng)化程度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響時(shí)，風(fēng)化程度難以用精確的數(shù)值描述，模糊綜合評(píng)價(jià)模型可以通過(guò)模糊統(tǒng)計(jì)法或隸屬函數(shù)法，合理地確定其對(duì)不同安全等級(jí)的隸屬度，從而全面考慮該因素對(duì)邊坡安全狀況的影響。該模型的計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，易于理解和操作。它也存在一些缺點(diǎn)，如評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于專家的經(jīng)驗(yàn)和判斷，不同專家對(duì)同一問(wèn)題的評(píng)價(jià)可能存在差異，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的主觀性較強(qiáng)。隸屬度函數(shù)的確定也缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的確定方法可能會(huì)得到不同的評(píng)價(jià)結(jié)果。物元模型的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)⑹挛锏亩鄠€(gè)特征進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)構(gòu)建物元模型，將巖質(zhì)路塹邊坡的變形指標(biāo)、地質(zhì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)等納入一個(gè)統(tǒng)一的框架中進(jìn)行分析。物元模型在處理多指標(biāo)、不確定性和矛盾性問(wèn)題方面具有獨(dú)特的能力，能夠有效地解決邊坡安全評(píng)價(jià)中復(fù)雜因素之間的相互關(guān)系。它可以通過(guò)關(guān)聯(lián)度的計(jì)算，準(zhǔn)確地判斷邊坡所處的安全等級(jí)。物元模型也有一定的局限性，模型中經(jīng)典域和節(jié)域的確定需要大量的工程經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)支持，若確定不合理，會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。該模型對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性要求較高，若數(shù)據(jù)存在缺失或異常，可能會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)偏差。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的突出優(yōu)點(diǎn)是具有強(qiáng)大的非線性映射能力和自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)和提取影響巖質(zhì)路塹邊坡穩(wěn)定性的各種復(fù)雜因素之間的關(guān)系，無(wú)需事先建立明確的數(shù)學(xué)模型。在處理復(fù)雜的地質(zhì)條件和多種因素耦合作用下的邊坡安全評(píng)價(jià)問(wèn)題時(shí)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠通過(guò)對(duì)大量樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)邊坡的安全狀況。它對(duì)新數(shù)據(jù)的泛化能力較強(qiáng)，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的模型可以對(duì)未見(jiàn)過(guò)的樣本進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。然而，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型也存在一些不足之處，訓(xùn)練過(guò)程需要大量的樣本數(shù)據(jù)，若樣本數(shù)據(jù)不足或代表性不強(qiáng)，會(huì)影響模型的性能。訓(xùn)練時(shí)間較長(zhǎng)，計(jì)算復(fù)雜度較高，容易陷入局部最優(yōu)解，導(dǎo)致模型的收斂速度較慢和預(yù)測(cè)精度不高。綜合對(duì)比分析，模糊綜合評(píng)價(jià)模型適用于評(píng)價(jià)因素模糊性較強(qiáng)、對(duì)計(jì)算精度要求相對(duì)不高、需要快速得到評(píng)價(jià)結(jié)果的情況；物元模型適用于評(píng)價(jià)指標(biāo)較多、因素之間關(guān)系復(fù)雜、需要綜合考慮多種因素的工程；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型則適用于數(shù)據(jù)量豐富、地質(zhì)條件復(fù)雜、需要高精度預(yù)測(cè)的巖質(zhì)路塹邊坡安全評(píng)價(jià)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的工程特點(diǎn)和數(shù)據(jù)條件，選擇最合適的評(píng)價(jià)模型。5.2.2模型改進(jìn)思路針對(duì)選定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合變形狀況數(shù)據(jù)特點(diǎn)，提出以下改進(jìn)思路，以提高模型的性能和評(píng)價(jià)精度?？紤]到巖質(zhì)路塹邊坡變形狀況數(shù)據(jù)往往存在噪聲干擾，會(huì)影響模型的學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)能力。因此，采用數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，如濾波、降噪等方法，對(duì)原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。利用小波變換對(duì)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，去除數(shù)據(jù)中的高頻噪聲，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。采用歸一化方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將不同量綱和數(shù)量級(jí)的變形指標(biāo)、地質(zhì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)等數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相同的尺度范圍內(nèi)，以加快模型的收斂速度，提高模型的訓(xùn)練效率和預(yù)測(cè)精度。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在訓(xùn)練過(guò)程中容易陷入局部最優(yōu)解，導(dǎo)致模型的泛化能力下降。為了解決這一問(wèn)題，引入自適應(yīng)學(xué)習(xí)率和動(dòng)量項(xiàng)。自適應(yīng)學(xué)習(xí)率能夠根據(jù)訓(xùn)練過(guò)程中誤差的變化自動(dòng)調(diào)整學(xué)習(xí)率的大小，當(dāng)誤差下降較快時(shí)，適當(dāng)增大學(xué)習(xí)率以加快收斂速度；當(dāng)誤差下降緩慢或出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，減小學(xué)習(xí)率以避免錯(cuò)過(guò)最優(yōu)解。動(dòng)量項(xiàng)則可以幫助模型跳出局部最優(yōu)解，加速收斂過(guò)程。在模型訓(xùn)練過(guò)程中，設(shè)置動(dòng)量因子為0.9，自適應(yīng)學(xué)習(xí)率初始值為0.01，根據(jù)誤差變化動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)率，從而提高模型的訓(xùn)練效果和泛化能力。傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型