重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074
摘要：通过山区公路特点结合路基水害资料，分析了山区河流对沿线路基损毁机理；并选取造成路基水害形成的多个内外影响因子组成水害因子集，以各因子条件下路基水害关系为依据，建立模糊综合评价体系进行分析。研究表明：模糊综合评价体系对认识山区沿河公路路基水害影响因子具有一定的可靠性和参考性，根据结果可实施具有行针对性的处治方案。
关键词：山区公路；路基水害；模糊综合评价体系
0 引言
我国山区面积约占全国陆域面积的三分之二以上[1]，由于公路选线通常从地形以及沿线人口密度等考虑，大多路段沿蜿蜒曲折的山区河道铺设。山区河流具有落差大、水流急、水深且面窄等特点，面对夏季集中的暴雨，导致局部出现突发性山洪，极易引起结构失稳。而已有研究成果对于弯曲型河道路基水害影响因子综合评价较少。
1 河水对沿河路基损毁过程及机理
1.1 路基水害过程
山区沿河公路路基多采用填挖结合的方式进行修筑，沿路基一侧多紧临河道，或为河道的一部分。夏季暴雨集中，导致局部出现突发性山洪，引起河水暴涨暴落，对路基反复冲刷，形成潜在破裂面，最终路基大面积损毁。本文把山区河水运动作为路基水害的主要影响来源，将山区沿河公路路基水毁看作是一个被动灾变过程，仅分析在水流作用下山区公路路基的破坏。
1.2 路基水害机理
水动力荷载大小是导致路基毁损的外因，路基岩土体结构的抗洪水冲蚀的能力高低是路基毁损的内因，二者的相互对抗作用贯穿在公路路基从劣化到破坏的整个过程。这种相互对抗作用属于典型的流固耦合动力学问题，洪水流体和路基固体之间的流固耦合动力相互作用通过它们之间的界面进行力和能量的传递，在相互作用的过程中流固耦合界面随着路基的逐渐破坏也处于动态变化的过程中[2]。
河流水动力荷载作用于山区路基防护构造物之上，引起结构失稳，产生破坏后又影响着路基本体的损毁，当路基出现缺口，填筑料沉积、分散于河床之上，导致水流的方向改变，进一步导致路基与水流相互作用。
2 路基水害因子分析
2.1 内部孕灾因子
1）路基填料类型：一般选用土石类散体材料作为路基填料，填料的粘聚力、内摩擦角对路基边坡稳定性影响较大。
2）积水部位：通常路面由面层、基层和基底层组成，水分变化导致公路结构特性发生改变，在荷载和老化作用下产生裂缝，路表水渗入路基，路基水分含量增加降低其弹性模量，土体的膨胀和收缩引起路基失稳。
3）路基压实度：路堑及路堤基底均应按要进行压实处理，土壤的压实度与其刚度和含水量直接相关[3]。在较低的压实度下，压实度与刚度之间的增长率很高，经过多次压实后，它逐渐缩小并趋于一个常量，压实度越高，密度越大，整体性能越好。
2.2 外部孕灾因子
1）防护措施防：降雨后，道路上形成了地表径流，通过已有路基的裂缝渗入，削弱了土的抗剪强度，河水的渗透或直接冲刷作用也可以促进这种现象发展。通过拦水坝、路表引流、修筑坡面防冲刷构造物等方式，其型式、强度、布设位置均影响防路基的抗冲刷能力。
2）检修周期：路基沉陷破坏、塑性变形为常见损害形式，发生灾害后对其处治是否合理及时，关系到公路安全与经济损失大小。
3）区域降水：山区水源大都来自降雨或冰雪融水，短期时间内水流汇集导致河水暴涨，破坏结构的稳定性。降水强度能够反映单位时间内降水过程的快慢缓急，对河水径流量起决定性作用。
2.3 弯曲型河道孕灾因子
弯曲型河道的形成通常是河床与河道之间的不断演变，具有相互运动关系。在河道冲刷速度大于水流通过速度，且河床有足够宽度时，才会形成弯曲型河道。若年内水流量变幅小，可冲刷土壤减少，山区河流在横向输送泥沙时，河床就处于平衡状态，不会发生平面移动；若纵向输送泥沙保持平衡，则对河道顶冲点的稳定性有利，不发生急剧的冲淤变化。面对可侵蚀沿河公路，弯道水流受重力和离心力作用，形成的弯道横向环流导致河床加剧变化，造成了断面流速的不均，对沿河路基带来严重的危害。
3 山区沿河公路路基水害综合评价
3.1 水害影响因子选取
通过前文对河水路基的损毁内外孕灾因子的分析，将路基自身水稳定性
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，路基人工防护措施
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，区域降雨情况
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，路基沿线的弯曲河道
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作为研究对象
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，并使用二级模糊综合评判的方法进行分析。
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划分影响子集为：
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3.2 评价集与权重向量的选取
1）将影响山区沿河公路路基水害的评价集设为
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，分别代表极危险，高危险，高危险，低危险4个等级。
2）权重分配模糊矢量，反映了各因数的重要程度，通常是根据经验给出权重，具有很大的主观性，对最终的评价结果会产生很大的影响。这里使用层次分析法得到：
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式中，水害影响子集因子的个数为4，并且满足要求。
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3.3 隶属函数的选取与模糊矩阵
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的确立
3.3.1 影响子集隶属函数的选取
在山区沿河路基水毁灾害评价中，各水害影响子集具有非连续性，难以量化，因此可将其转化为定量研究，用具有正态分布的数值来代替。对于定量指标隶属度函数的确定，可以采用升降半梯形函数和线性三角形函数4]。
3.3.2 影响子集模糊矩阵
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建立路基水害影响子集与评价集的模糊映射，使用单因数矩阵
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进行评判，得到每个影响因子对各评价的隶属程度。
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式中：
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为水害影响因子对等级的隶属程度。
3.4 路基水害影响因子模糊综合判别
1）通过已建立的权重
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和单因素评价矩阵
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进行模糊计算，可得水害影响子集的结果
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，根据最大隶属原则进行评判。
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2）经过对影响子集的判别，再将水害影响集中因数用
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矩阵作为它的单因子评判，用影响集权重与影响集单因子评判矩阵进行二次模糊变换，进而得到水害因子的综合评判。
4 结语
1）山区公路路基水害受到多方面影响，可从路基自身的水稳定性和外部孕灾环境两个方面做出思考。
2）对于路基沿弯曲型河道修筑时，应该综合考虑区域最大径流量和降雨强度对水流特性的影响，并提供可靠的防治措施，及时和合理地运用在公路路基修筑及使用全过程。
3）河水对山区沿河公路路基的损毁，是风险的主要来源，在运用模糊综合评价，对引起河水暴涨的相关因数进行划分权重时，应该合理地区分隶属度，不能出现超模糊现象，避免造成评判的失败。
参考文献：
[1]谢和平，许唯临，刘超，等.山区河流水灾害问题及应对[J].工程科学与技术，2018，50（03）：1-14.
[2]陈远川，陈洪凯.沿河公路路基冲失水毁机制[J].公路工程，2013，38（03）：1-4.
[3]DARABADI B K.Evaluation of the compactness of subbase and base geomaterials by using stiffness[J].Sādhanā，2018，43（12）：195.
[4]曹伟，陈继，张波，等.青海柴木铁路多年冻土区片石路基工程措施效果的模糊评价[J].冰川冻土，2015，37（06）：1555-1562.