CN112131634B - 基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法 - Google Patents

基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法，涉及风险评估技术领域，包括四步骤：建立层次模型；确定准则层第i个项目与方案层各项目之间的函数关系，通过建立数值分析标准模型，计算得到基坑的力学性能；确定准则层第i个项目下的方案层各项目权重；确定层次总排序，给出风险评估结果。通过引入数值分析模型，根据方案层对准则层影响程度，采用定量法确定单层次权重，使复杂的决策问题清晰化，减少了一致性检验的工作量与难度，去掉了人为打分主观环节，避免了不通过一致性检验的情况。

Description

基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法
技术领域
本发明涉及风险评估技术领域，尤其涉及一种基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法。
背景技术
现代大中城市地下工程越来越多，包括高层建筑物的基础、地铁车站、地下车库等工程。以上工程采用明挖法施工均涉及基坑工程。基坑在施工过程，工程措施控制不当便会出现坍塌、失稳等事故。
层次分析法常用于基坑工程风险评估，该方法包括建立层次模型、构造判断矩阵、单层次排序与一致性检验，层次总排序。但是在进行构造判断矩阵时，需要专家打分。专家打分具有以下特点：1）专家数量要求多；2）具有主观性，且与专家对工程的认识密切相关；3）重复性打分，经常出现多个专家判断不一致的情况导致无法通过一致性检验。综上，现有层次分析法工作量大、工作繁琐且效果并不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法，能够减少主观评价过程，根据风险评估结果，可提出基坑工程关键控制措施，降低基坑工程事故的风险。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法，包括以下步骤：
第一步：建立层次模型，该模型包括目标层、准则层与方案层，给出以上三个层次的具体项目，其中目标层为基坑工程风险，准则层包括n个项目，方案层包括m个项目；
准则层包括的n个项目中任何一个项目出现问题，基坑便会出现事故，准则层中每个项目的权重为1/n；
第二步：确定准则层第i个项目与方案层各项目之间的函数关系，通过建立数值分析标准模型，计算得到基坑的力学性能；
准则层中第i个项目在数值分析标准模型中对应的指标为y ij，方案层中的第j个项目对应数值分析方法中的相应参数为x ji；在标准数值分析模型中，第k次调整参数x ji为x jik，得到对应的y ijk；根据xjik与yijk变化关系，通过线性拟合得到，准则层第i个项目指标与方案层第j个项目指标之间的函数关系：yij=aji*xji+bji；
第三步：确定准则层第i个项目下的方案层各项目权重；
根据准则层下的第i个项目与方案层第j个项目指标之间的函数关系，yij=aji*xji+bji，将方案层第j个项目按照比例扩大或缩小c倍，得到准则层下的第i个项目指标为yijc=aji*c*xji+bji，其变化值为，
Figure 726177DEST_PATH_IMAGE001
定义一个极小值d，使得|1-c|*d作为方案层项目是否对准则层项目指标有影响的判别标准；通过计算，当变化值Δyij小于|1-c|*d时，方案层第j个项目的指标对于准则层第i个项目指标没有影响，则将该方案层项目指标在按照比例扩大或缩小c倍下引起的准则层中第i个项目指标的变化值设定为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003A
；
方案层各项目指标在相同比例放缩下引起的准则层中第i个项目指标的变化情况的比值为，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005A
根据其比值，确定单准则层下权重，其计算方法为，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
；
第四步：确定层次总排序；
根据单层次排序结果，给出方案层m个项目的总权重，方案层第i个项目的总权重为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
根据方案层每个项目的总权重，进行总排序，给出风险评估结果。
优选的，所述准则层包括基坑支护结构与土体的强度、刚度与稳定性。
优选的，所述方案层的内容通过调整数值分析方法中相应参数得到对于准则层中各项目的影响。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于： 与现有技术相比，本发明基于层次分析模型，建立了一种定量的基坑风险评估方法，通过引入数值分析模型，根据方案层对准则层影响程度，采用定量法确定单层次权重，使复杂的决策问题清晰化，减少了一致性检验的工作量与难度，去掉了人为打分主观环节，避免了不通过一致性检验的情况。
附图说明
图1是本发明一个实施例中的层次分析模型；
图2是本发明一个实施例中提供的基坑风险评估层次分析图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法，风险评估层次分析如图2所示。本发明以内撑式围护结构基坑为例，首先建立层次分析模型，确定基坑稳定性为总目标，基坑整体稳定性、抗隆起稳定性、抗倾覆稳定性为准则，围护结构嵌固深度、基坑超挖、地面超载为方案，具体分析层析模型如图1所示。
步骤一：建立基坑数值分析标准模型，计算模型中围护结构嵌固深度、基坑超挖与地面超载分别为x1-0，x2-0，x3-0，得到在设计情况下的基坑整体稳定性、抗隆起稳定性与抗倾覆稳定性的安全系数，分别为y1-0，y2-0，y3-0。
步骤二：在标准基本模型下，4次调整围护结构嵌固深度参数x1-0为x1-1，x1-2，x1-3，x1-4，通过数值分析计算结果，分别得到基坑基坑整体稳定性、抗隆起稳定性与抗倾覆稳定性安全系数分别为y11-1，y11-2，y11-3，y11-4，y21-1，y21-2，y21-3，y21-4，y31-1，y31-2，y31-3，y31-4。
步骤三：在标准基本模型下，4次调整基坑超挖参数x2-0为x2-1，x2-2，x2-3，x2-4，通过数值分析计算结果，分别得到基坑基坑整体稳定性、抗隆起稳定性与抗倾覆稳定性安全系数分别为y12-1，y12-2，y12-3，y12-4，y22-1，y22-2，y22-3，y22-4，y32-1，y32-2，y32-3，y32-4。
步骤四：在标准基本模型下，4次调整地面超载参数x3-0为x3-1，x3-2，x3-3，x3-4，通过数值分析计算结果，分别得到基坑整体稳定性、抗隆起稳定性与抗倾覆稳定性安全系数分别为y13-1，y13-2，y13-3，y13-4，y23-1，y23-2，y23-3，y23-4，y33-1，y33-2，y33-3，y33-4。
步骤五：根据以上计算结果，进行参数线性拟合。（x1-0，y1-0），（x1-1，y11-1），（x1-2，y11-2），（x1-3，y11-3），（x1-4，y11-4），拟合得到y11=a11*x11+b11；根据计算结果（x1-0，y2-0），（x1-1，y21-1），（x1-2，y21-2），（x1-3，y21-3），（x1-4，y21-4），拟合得到y21=a12*x12+b12；（x1-0，y3-0），（x1-1，y31-1），（x1-2，y31-2），（x1-3，y31-3），（x1-4，y31-4），拟合得到y31=a13*x13+b13；
步骤六，重复步骤五，得到线性拟合方程，y12=a21*x21+b21，y22=a22*x22+b22，y32=a23*x23+b23，y13=a31*x31+b31，y23=a32*x32+b32，y33=a33*x33+b33。
步骤七：根据拟合线性方程，将围护结构嵌固深度、基坑超挖与地面超载参数均放缩c倍。计算得到对应的基坑整体稳定性、抗隆起稳定性与抗倾覆稳定性安全系数变化值，分别为Δy11=a11*c*x11，Δy21=a12*c*x12，Δy31=a13*c*x13，Δy12=a21*c*x21，Δy22=a22*c*x22，Δy32=a23*c*x23，Δy13=a31*c*x31，Δy23=a32*c*x32，Δy33=a33*c*x33。
具体实施例中，可取|1-c|*d=0.001。根据计算结果，若安全系数变化值Δy11、Δy23小于0.001，则取Δy11=a11*x11=Δy23=a32*x32=0.001。
步骤八：基坑整体稳定性层次下权重确定。围护结构嵌固深度、基坑超挖与地面超载在基坑整体稳定性层次下权重分别为：
w11=(a11*x11)/(a11*x11+a21*x21+a31*x31)
w21=(a21*x21)/(a11*x11+a21*x21+a31*x31)
w31=(a31*x31)/(a11*x11+a21*x21+a31*x31)。
步骤九：抗隆起稳定性层次下权重确定。围护结构嵌固深度、基坑超挖与地面超载在基坑整体稳定性层次下权重分别为：
w12=(a12*x12)/(a12*x12+a22*x22+a32*x32)
w22=(a22*x22)/(a12*x12+a22*x22+a32*x32)
w32=(a32*x32)/(a12*x12+a22*x22+a32*x32)。
步骤十：抗倾覆稳定性层次下权重确定。围护结构嵌固深度、基坑超挖与地面超载在基坑整体稳定性层次下权重分别为：
w13=(a13*x13)/(a13*x13+a23*x23+a33*x33)
w23=(a23*x23)/(a13*x13+a23*x23+a33*x33)
w33=(a33*x33)/(a13*x13+a23*x23+a33*x33)。
步骤十一：在基坑稳定性总目标下，基坑整体稳定性、抗隆起稳定性与抗倾覆稳定性任何一项不满足要求基坑均会出现坍塌或失稳风险，以上三个准则在总目标下的权重均为1/3。
步骤十二：确定围护结构嵌固深度、基坑超挖与地面超载总体权重，分别为w1=（w11+w12+w13）/3，w2=（w21+w22+w23）/3，w3=（w31+w32+w33）/3。
步骤十三：确定总体排序，根据w1，w2，w3计算结果，对围护结构嵌固深度、基坑超挖与地面超载进行排序。
以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：建立层次模型，该模型包括目标层、准则层与方案层，给出以上三个层次的具体项目，其中目标层为基坑工程风险，准则层包括n个项目，方案层包括m个项目；
准则层包括的n个项目中任何一个项目出现问题，基坑便会出现事故，准则层中每个项目的权重为1/n；
第二步：确定准则层第i个项目与方案层各项目之间的函数关系，通过建立数值分析标准模型，计算得到基坑的力学性能；
准则层中第i个项目在数值分析标准模型中对应的指标为y ij，方案层中的第j个项目对应数值分析方法中的相应参数为x ji；在标准数值分析模型中，第k次调整参数x ji为x jik，得到对应的y ijk；根据xjik与yijk变化关系，通过线性拟合得到，准则层第i个项目指标与方案层第j个项目指标之间的函数关系：yij=aji*xji+bji；
第三步：确定准则层第i个项目下的方案层各项目权重；
根据准则层下的第i个项目与方案层第j个项目指标之间的函数关系，yij=aji*xji+bji，将方案层第j个项目按照比例扩大或缩小c倍，得到准则层下的第i个项目指标为yijc=aji*c*xji+bji，其变化值为，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
定义一个极小值d，使得|1-c|*d作为方案层项目是否对准则层项目指标有影响的判别标准；通过计算，当变化值Δyij小于|1-c|*d时，方案层第j个项目的指标对于准则层第i个项目指标没有影响，则将该方案层项目指标在按照比例扩大或缩小c倍下引起的准则层中第i个项目指标的变化值设定为
Figure DEST_PATH_IMAGE003A
；
方案层各项目指标在相同比例放缩下引起的准则层中第i个项目指标的变化情况的比值为，
Figure DEST_PATH_IMAGE005A
根据其比值，确定单准则层下权重，其计算方法为，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
第四步：确定层次总排序；
根据单层次排序结果，给出方案层m个项目的总权重，方案层第i个项目的总权重为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
根据方案层每个项目的总权重，进行总排序，给出风险评估结果。
2.根据权利要求1所述的基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法，其特征在于：所述准则层包括基坑支护结构与土体的强度、刚度与稳定性。
3.根据权利要求2所述的基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法，其特征在于：所述目标层为基坑稳定性，所述准则层包括基坑整体稳定性、抗隆起稳定性、抗倾覆稳定性，所述方案层为围护结构嵌固深度、基坑超挖、地面超载。
4.根据权利要求1所述的基于层次分析模型的基坑工程风险评估方法，其特征在于：所述方案层的内容通过调整数值分析方法中相应参数得到对于准则层中各项目的影响。
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