CN111090921A - 一种边坡锚固结构体系的安全性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种边坡锚固结构体系的安全性评价方法，本发明建立了一个完整的针对锚固结构体系长期安全性的评价方法，有很高的可操作；基于专家经验和指标实测值的变权，初始权重也是基于专家经验形成的判断矩阵得到的，因此可以实现针对不同的边坡赋予更准确的权重，从而使得评估结果更加客观准确。因此该评价方法可以准确快速得评估出边坡锚固结构体系的长期安全性等级，从而提高边坡锚固工程有效性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及地质灾害工程技术领域，具体涉及一种边坡锚固结构体系的安全性评价方法。
背景技术
我国幅员辽阔，滑坡分布十分广泛，是世界上受滑坡危害较为严重的国家之一。随着我国经济建设高速发展，特别是“西部大开发”的战略决策实施过程中，大型水利水电工程相继在地质条件复杂、滑坡地质灾害频发区建设，带来巨大经济效益的同时，诱发了大量的滑坡。因此专家提出了多种多样的工程治理手段。其中锚固工程是最主要的治理手段之一。
锚索(杆)已经成为我国水利水电工程高边坡、地下洞室和结构加固的主要手段，集团公司三峡、向家坝、溪洛渡、白鹤滩和乌东德水电站主体工程累计使用锚索约8.57万束、锚杆约957万根，锚索(杆)的长期有效运行直接影响电站运行安全。开展边坡锚固结构体系长期安全性研究，评价锚固系统在长期运行条件下的安全性，对于确保水电站长期运行安全有着重大意义。但对于边坡锚固结构体系，还未建立完整有效的安全性评价方法。
因此，迫切需要建立一种锚固结构体系安全性方法，边坡锚固结构体系的安全性进行评价，为后期锚固结构的维护提供依据。对于水电站等重大工程的长期运行安全也有着重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种边坡锚固结构体系长期安全性评价方法，其能够准确快速的评估边坡锚固结构体系长期安全性等级，提高边坡锚固工程的有效性和安全性。
本发明解决其技术问题，采用了一种边坡锚固结构体系的安全性评价方法，属于地质灾害工程领域，该评价方法能够准确的对边坡锚固结构体系的长期安全性进行评价，包括：层次分析法步骤、变权和评估指标体系步骤、物元分析理论步骤。
通过所述层次分析法，构造了锚固结构体系长期安全性评价的递阶层次结构模型、构造了判断矩阵、计算了各元素的相对权重、最终获得了各元素的权重。
变权和评估指标体系，通过信息权重和影响权重从而更加客观准确的评价锚固结构体系的长期安全性、评估指标体系获取了不同长期安全性等级的取值范围，是层次分析法的基础，同时决定该评价方法操作的可能性。
物元分析理论获取了指标层中各指标对应各个长期安全性等级的关联度、基于指标层关联度的评估结果获取了项目层对应于各个长期安全性等级的关联度、最后对整个锚固结构体系的长期安全性等级进行评估。与现有的评价方法相比较，本发明能够实现基于专家经验和指标实测值的变权，初始权重也是基于专家经验形成的判断矩阵得到的，因此可以实现针对不同的边坡赋予更准确的权重，从而使得评估结果更加客观准确。
本发明提供的一种边坡锚固结构体系安全性评价方法与现有的评价方法相比较，本发明能够实现基于专家经验和指标实测值的变权，初始权重也是基于专家经验形成的判断矩阵得到的，因此可以实现针对不同的边坡赋予更准确的权重，从而使得评估结果更加客观准确。能够建立一个完整的针对锚固结构体系长期安全性的评价方法，有很好的可操作。可提高锚固结构体系长期安全性评价的效率，能够快速准确的得出锚固结构体系的长期安全性等级，为后期对锚固结构体系的处理提供依据，从而提高了边坡锚固工程的有效性和安全性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明提供的边坡锚固结构体系长期安全性评价方法一实施例的流程图；
图2为本发明提供的锚固结构体系长期安全性评价的递阶层次结构模型图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，图1为本发明提供的边坡锚固结构体系长期安全性评价方法一实施例的流程图。在本实施例中，边坡锚固结构体系的安全性评价方法包含层次分析法步骤、变权和评估指标体系步骤以及物元分析理论步骤；
层次分析法步骤构造锚固结构体系安全性评价的递阶层次结构模型、通过专家打分的方法构造判断矩阵、计算了各元素的相对权重并最终获得了各元素的权重；其中递阶层次结构模型分为三层分别是准则层、项目层、指标层，准则层用于采用预设的准侧对边坡锚固结构体系进行安全性评价，项目层包括环境因素B1、检测监测结果因素B2、设计因素B3以及施工因素B4四个项目，在指标层中共有12个指标，指标腐蚀横截面积减少率C11、不良地质现象系数C12及锚固力年循环次数C13构成B1，极限拉拔力降低率C21及锁定锚固力变幅C22及锚头位移速率C23构成B2，灌浆材料强度系数C31、锚固段长度系数C31及注浆压力系数C31构成B3，防腐措施未完成率C41、钻孔锚杆偏心率C42以及预应力锁定损失率C43构成B4，具体的可参考图2，图2为本发明提供的锚固结构体系长期安全性评价的递阶层次结构模型图。
通过专家打分的方法构造判断矩阵具体是指：专家根据专家经验对指标以及项目之间的相对重要性进行打分，分数越高越重要，共得到4个判断矩阵，分别对应共4个指标组之间的相对重要性，分别是B1中各指标之间的相对重要性、B1中各指标之间的相对重要性、B2中各指标之间的相对重要性、B3中各指标之间的相对重要性以及B4中各指标之间的相对重要性；其中，判断矩阵为方阵，判断矩阵中任意一个元素aij表示指标i相对于指标j的打分或者项目i相对项目j的打分。本实施例中，4个指标组之间的打分具体见表1至表4，以表1为例，行有左至右、列由上至下依次为指标腐蚀横截面积减少率C11、不良地质现象系数C12及锚固力年循环次数C13，本发明的其他表格的各行和各列的顺序可以参考表1。
表1环境因素判断矩阵
| 1.00 | 3.00 | 2.00 |
| 0.33 | 1.00 | 0.50 |
| 0.50 | 2.00 | 1.00 |
表2检测监测结果因素判断矩阵
| 1.00 | 0.50 | 0.50 |
| 2.00 | 1.00 | 1.00 |
| 2.00 | 1.00 | 1.00 |
表3设计因素判断矩阵
| 1.00 | 2.00 | 3.00 |
| 0.50 | 1.00 | 2.00 |
| 0.33 | 0.50 | 1.00 |
表4施工因素判断矩阵
| 1.00 | 0.20 | 0.50 |
| 5.00 | 1.00 | 7.00 |
| 2.00 | 0.14 | 1.00 |
变权和评估指标体系步骤通过引入信息权重和影响权重的方式实现变权，具体实现方法是：
假设某评估指标的实测值为xi，评估分级标准最大值为ximax，则该指标的信息权重的取值为：
设该指标的初始的影响权重为Wi 0，则其一次修正后的影响权重为Wi 1：
其中，评估分级标准ximax的含义是指xi所属等级的上限值；初始的影响权重Wi 0的获取方法是：根据构造的判断矩阵，求解判断矩阵的特征向量作为初始的影响权重Wi 0。
项目层的变权是指：对于任意一个项目，将该项目下所有指标的变权后的影响权重进行求和，作为该项目的变权后的权重。
基于表1至表4的数据，指标层和项目层初始权重分别见表5至表6。
表5层次分析法得到的各指标的初始权重
| B1 | B2 | B3 | B4 | |
| 1 | 0.293408 | 0.062185 | 0.052587 | 0.005059 |
| 2 | 0.08886 | 0.124371 | 0.02894 | 0.035649 |
| 3 | 0.161468 | 0.124371 | 0.015926 | 0.007178 |
表6层次分析法得到的项目层的初始权重
| B1 | B2 | B3 | B4 |
| 0.543736 | 0.310926 | 0.097453 | 0.047885 |
物元分析理论步骤是指获取指标层中各指标对应各个安全性等级的关联度、根据各指标的指标分级标准表(具体见表7-表10)获取基于指标层关联度的评估结果，将求得的各指标的关联度和变权后的权重对应的进行加权求和得到项目层4个元素的关联度，进而将项目层的关联度和项目层各元素的变权后的权重加权求和得到准则层关于各个等级的关联度，最后基于准则层关于各个等级的关联度，依据最大关联度原则对整个边坡锚固结构体系的安全性等级进行评估。
表7环境指标评估标准表
表8检测检测指标评估标准表
表9设计指标评估标准表
表10施工指标评估标准表
其中，获取指标层中各指标对应各个安全性等级的关联度是根据下述公式(3)至(6)计算得出：
式中Kj(xi)为某元素下属的评估指标i对j等级的关联度，j为1，2，3，4级；xi为评估指标i的实测值或评估值；x0ji为评估指标i相对j等级的分级标准；xpj为评估指标i相对j等级的量值范围；
ρ(X，x)为点x与有限实区间X＝＜a，b＞的距离称为距函数，且有
ρ(xi,x0ji)＝(xi-b)/2 (4)
ρ(xi,x0ji)＝(a-xi)/2 (6)
当j为1级时，距函数的确定为式(4)；为2级或3级时则参考式(5)；4级时为式(6)。
根据公式(1)(2)结合该实例实测得到的数据如下表11所示，结合指标分级标准表，可得变权后的权值如下表12和表13所示。
表11各指标测量值
| C11 | C12 | C13 | C21 | C22 | C23 | C31 | C32 | C33 | C41 | C42 | C43 |
| 50 | 60 | 9 | 0.09 | 40 | 40 | 0.4 | 0.2 | 2 | 90 | 15 | 50 |
表12变权后指标层的权值
| B1 | B2 | B3 | B4 | |
| 1 | 0.359424 | 0.069181 | 0.062626 | 0.005326 |
| 2 | 0.104854 | 0.161682 | 0.040102 | 0.051691 |
| 3 | 0.179634 | 0.161682 | 0.03026 | 0.008793 |
表13变权后项目层的权值
| B1 | B2 | B3 | B4 |
| 0.643912 | 0.392545 | 0.132988 | 0.06581 |
得到对应的各指标对应各等级的关联度如下表14所示。
表14各指标对应各等级得关联度
| C11 | C12 | C13 | C21 | C22 | C23 | C31 | C32 | C33 | C41 | C42 | C43 | |
| 一级 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| 二级 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| 三级 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| 四级 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
根据各指标对应各等级的关联度值，结合各因素权值，加权求和后可得到项目层关于各等级的关联度值如表15所示，同理可得准则层关于各等级关联度如表16所示。
表15项目层关联度
| B1 | B2 | B3 | B4 | |
| 一级 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| 二级 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| 三级 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| 四级 | 1 | 1 | 1 | 1 |
表16判断层关联度
| A | |
| 一级 | -1 |
| 二级 | -1 |
| 三级 | -1 |
| 四级 | 1 |
根据最大关联度原则可得该边坡锚固结构体系得长期安全性等级为四级。应立刻封锁影响区域，及时进行加固处理。表17是边坡锚固结构体系长期安全性等级的状态和采取的措施表。
表17边坡锚固结构体系长期安全性等级和措施表
通过提供一种边坡锚固结构体系安全性评价方法，建立一个完整的针对锚固结构体系长期安全性的评价方法，有很高的可操作。基于专家经验和指标实测值的变权，初始权重也是基于专家经验形成的判断矩阵得到的，因此可以实现针对不同的边坡赋予更准确的权重，从而使得评估结果更加客观准确。因此该评价方法可以准确快速得评估出边坡锚固结构体系的长期安全性等级，从而提高边坡锚固工程有效性和安全性。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (2)
1.一种边坡锚固结构体系的安全性评价方法，其特征在于，包含层次分析法步骤、变权和评估指标体系步骤以及物元分析理论步骤；
层次分析法步骤构造锚固结构体系安全性评价的递阶层次结构模型、通过专家打分的方法构造判断矩阵、计算了各元素的相对权重并最终获得了各元素的权重；其中递阶层次结构模型分为三层分别是准则层、项目层、指标层，准则层用于采用预设的准侧对边坡锚固结构体系进行安全性评价，项目层包括环境因素B1、检测监测结果因素B2、设计因素B3以及施工因素B4四个项目，在指标层中共有12个指标，指标腐蚀横截面积减少率C11、不良地质现象系数C12及锚固力年循环次数C13构成B1，极限拉拔力降低率C21及锁定锚固力变幅C22及锚头位移速率C23构成B2，灌浆材料强度系数C31、锚固段长度系数C31及注浆压力系数C31构成B3，防腐措施未完成率C41、钻孔锚杆偏心率C42以及预应力锁定损失率C43构成B4；
通过专家打分的方法构造判断矩阵具体是指：专家根据专家经验对指标以及项目之间的相对重要性进行打分，分数越高越重要，共得到4个判断矩阵，分别对应共4个指标组之间的相对重要性，分别是B1中各指标之间的相对重要性、B1中各指标之间的相对重要性、B2中各指标之间的相对重要性、B3中各指标之间的相对重要性以及B4中各指标之间的相对重要性；其中，判断矩阵为方阵，判断矩阵中任意一个元素aij表示指标i相对于指标j的打分或者项目i相对项目j的打分；
所述变权和评估指标体系步骤通过引入信息权重和影响权重的方式实现变权，具体实现方法是：
假设某评估指标的实测值为xi，评估分级标准的最大值为ximax，则该指标的信息权重的取值为：
设该指标的初始的影响权重为Wi 0，则其一次修正后的影响权重为Wi 1：
其中，评估分级标准ximax的含义是指xi所属等级的上限值；
项目层的变权是指：对于任意一个项目，将该项目下所有指标的变权后的影响权重进行求和，作为该项目的变权后的权重；
物元分析理论是指获取指标层中各指标对应各个安全性等级的关联度，将求得的各指标的关联度和变权后的影像权重对应的进行加权求和得到4个项目层的关联度，进而将项目层的关联度和项目层各元素的变权后的影像权重加权求和得到准则层关于各个等级的关联度。最后基于所求得的准则层关于各个等级的关联度，依据最大关联度原则对整个边坡锚固结构体系的安全性等级进行评估；
其中，获取指标层中各指标对应各个安全性等级的关联度是根据下述公式(3)至(6)计算得出：
式中Kj(xi)为某元素下属的评估指标i对j等级的关联度，j为1，2，3，4级；xi为评估指标i的实测值或评估值；x0ji为评估指标i相对j等级的分级标准；xpj为评估指标i相对j等级的量值范围；
ρ(X，x)为点x与有限实区间X＝<a，b>的距离称为距函数，且有
ρ(xi,x0ji)＝(xi-b)/2 (4)
ρ(xi,x0ji)＝(a-xi)/2 (6)
当j为1级时，距函数的确定为式(4)；为2级或3级时则参考式(5)；4级时为式(6)。
2.根据权利要求1所述的边坡锚固结构体系的安全性评价方法，其特征在于，初始的影响权重Wi 0的获取方法是：根据构造的判断矩阵，求解判断矩阵的特征向量作为初始的影响权重Wi 0。
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