CN113077177B - 基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆质量综合评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆质量综合评价方法，其特征在于：包括以下步骤：根据灌浆工程施工质量的行业标准规范选定一级指标和二级指标，所述一级指标为灌前可灌性、设计及施工合理性和灌后质量，所述灌前可灌性的二级指标为岩体属性和浆液性质，所述设计及施工合理性的二级指标为设计参数和施工参数，所述灌后质量的二级指标为渗透性、密实性和耐久性；并将灌浆工程质量等级标准划分为五个级别标准，所述灌浆工程质量等级的级别标准包括优秀、良好、中等、合格和差。本发明解决了现有灌浆综合评价结果较为主观和对原始数据要求过高以及可信性差的问题。
Description
技术领域
本发明属于水利工程灌浆质量综合评价的技术领域，尤其是一种基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆工程施工的质量综合评价方法。
背景技术
可变模糊集作为一种可以有效处理具有模糊性、不确定性的复杂影响因素问题的方法已应用于众多领域中。
中国专利(CN103177187B)公开了一种基于可变模糊集理论的公路隧道健康状态的评价方法。另外樊贵超等基于透水率、岩石质量等级和裂缝填充率等三指标，实现了灌浆质量的模糊综合评价；闫福根等建立基于模糊综合评价法的灌浆效率评价模型，对灌浆效果进行综合评价；祝玉珊等引入可灌性作为新的指标提出了一种考虑评估过程不确定性的灌浆效果的评估方法；伍宇腾等考虑不同填充特征的裂隙对灌浆效果的影响，建立了基于裂隙填充的评价标准。
综上所述，以上方法在实际应用时略有不足，其表现为评价结果较为主观和对原始数据要求过高，评价结果的可信性差。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供了一种基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆质量综合评价方法，本发明解决了现有灌浆综合评价结果较为主观和对原始数据要求过高以及可信性差的问题。
为此，本发明所采取的技术解决方案是：
一种基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆质量综合评价方法，包括以下步骤：
(a)根据灌浆工程施工质量的行业标准规范选定一级指标和二级指标，所述一级指标为灌前可灌性、设计及施工合理性和灌后质量，所述灌前可灌性的二级指标为岩体属性和浆液性质，所述设计及施工合理性的二级指标为设计参数和施工参数，所述灌后质量的二级指标为渗透性、密实性和耐久性；并将灌浆工程质量等级标准划分为五个级别标准，所述灌浆工程质量等级的级别标准包括优秀、良好、中等、合格和差；
(b)对于已知多个级别标准h(h＝1,2,…c,c为级别个数)和多个指标i(i＝1,2,…,m,m为评价指标总数)的评价对象而言，首先建立其指标标准矩阵：
(c)可变模糊集中评价对象对级别等级h的综合相对隶属度可通过下式求得：：
式中：ωi为各指标权重；p为可变距离参数，α为可变优化准则参数。在可变模糊理论中，通常p和α均可取1或2，故存在四种参数组合，当p＝1为海明距离，p＝2为欧式距离；α＝1为最小一乘准则，α＝2为最小二乘准则。令Uh表示由综合相对隶属度向量uh组成的综合相对隶属度矩阵，不同参数组合均可得到相应的非归一化综合相对隶属度矩阵Uh，对其进行归一化，Iab可得到归一化的各指标综合相对隶属度矩阵
令C表示级别矩阵，即C＝[1 2 … c]。则通过下式可对待评价对象进行级别特征值求解：
则最终评价结果为：
式中，t表示p和α两个参数的4种组合方式，t＝1,2,3,4。再结合判断准则：
判断该灌浆工程质量所处的等级。
作为进一步优选，所述的二级指标中定量指标包括施工参数、渗透性、密实性和耐久性，所述施工参数采用孔位偏差进行衡量计算，所述渗透性采用渗水性Lu值来进行衡量计算，所述密实性采用灌后声波波速来进行评价，所述耐久性采用HCO3-含量进行衡量计算。
作为进一步优选，所述的二级指标中定性指标包括岩体属性、设计参数和浆液性质，所述岩体属性和所述设计参数按照0～100等级划分区间的方式，采用专家咨询法求取评价量值，所述浆液性质是对灌浆实际压力和浆液水灰比进行评价，采用实际灌浆孔成果表与其需满足技术要求的段次比对两者进行衡量计算。
上述技术方案的有益效果在于：
本发明的灌浆质量综合评价方法是结合层次分析法和可变模糊集理论，将指标分为两级和五个级别标准，运用层次分析法确定各指标权重，运用可变模糊集理论确定评价特征值与区间矩阵，并根据区间矩阵求其相对隶属度和点值矩阵，根据相对隶属度确定综合相对隶属度与级别特征值，再根据级别特征值确定灌浆工程归属等级以完成对工程的评价，降低了原始数据要求，通过客观数据采样计算评价等级，增强评价结果的可信性；本发明的灌浆质量综合评价方法结合终端设备计算可以快速输出质量综合评价结果且准确率高，减少了一级指标和二级指标选取的数量，可通过实验验证选取指标的可信性从而获得最优解，可以缩短综合评价时间。
附图说明
图1为本发明的灌浆质量综合评价方法流程图。
图2为本发明的灌浆施工质量综合评价指标体系图。
图3为本发明的层次分析法计算步骤图。
具体实施方式
为使本发明的特点和优点更加清楚，下面结合具体实施例进行描述。
如图1～图3所示，本发明涉及的法律法规和现行行业标准规范包括《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62-2014)、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T5148-2012)、《水电水利工程钻孔压水试验规程》(DL/T5331-2005)、《电力工程钻探技术规程》(DL/T 5096-2008)、《水电水利基本建设工程单元工程质量等级评定标准》第1部分：土建工程(DL/T5113.1-2005)、《中华人民共和国安全生产法》(2014年最新修订)、《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-2011)、《水电水利工程施工通用安全技术规程》(DL/T5370-2017)等，指标选取来自上述法律法规和现行行业标准规范但不限于上述指标，根据灌浆质量综合评价法的需要可选取其它指标进入评价体系，例如施工参数可选取偏斜率、终孔孔径、孔序等指标，密实性可选取岩石质量等级和裂隙填充率，耐久性可选取Mg2+离子等。
对于已知多个级别标准h(h＝1,2,…c,c为级别个数)和多个指标i(i＝1,2,…,m,m为评价指标总数)的评价对象而言，首先建立其指标标准矩阵：
当指标标准值为区间矩阵时，将待评价样本的各指标按照c个级别划分成评价区间，令1级最差，c级最好，区间等级按数字顺序分布，用[aih,bih]表示第i个指标第h级别的取值区间，构成指标标准区间矩阵Iab：
将指标标准区间矩阵Iab转化为指标可变范围区间矩阵Icd，即：
式中：
通过可变范围区间矩阵Icd及式(4)计算隶属度为1的点值矩阵Mih：
将样本指标特征值xi与点值矩阵Mih进行比较：
当xi落在Mih左侧时：
当xi落在Mih右侧时：
根据指标特征值xi与Mih，再利用公式(5)(6)，可得相对隶属度矩阵：
可变模糊集中评价对象对级别等级h的综合相对隶属度可通过式(8)求得：
式中：ωi为各指标权重；p为可变距离参数，α为可变优化准则参数。在可变模糊理论中，通常p和α均可取1或2，故存在四种参数组合，当p＝1为海明距离，p＝2为欧式距离；α＝1为最小一乘准则，α＝2为最小二乘准则。
令Uh表示由综合相对隶属度向量uh组成的综合相对隶属度矩阵，不同参数组合均可得到相应的非归一化综合相对隶属度矩阵Uh，对其进行归一化，可得到归一化的各指标综合相对隶属度矩阵
令C表示级别矩阵，即C＝[1 2 … c]
则通过式(9)可对待评价对象进行级别特征值求解：
则最终评价结果为：
式中，t表示p和α两个参数的4种组合方式，t＝1,2,3,4。
再结合判断准则：
判断该灌浆工程质量所处的等级。
实施1：
以黑龙江省牡丹江市荒沟抽水蓄能电站上库盆帷幕灌浆为例，选取上水库主坝48单元灌浆数据作为评价原始数据。
所建立灌浆工程质量等级以及所述评价指标的定性与定量判定标准如表1所示。
表1灌浆工程质量综合评价指标和等级取值标准
对评价原始数据进行调查分析处理后，求得各评价指标的评价值如表2所示。
表2上水库主坝48单元工程各评价指标的评价量值表
(3)邀请5名囊括施工、设计、管理职能等单位，并且在水利水电工程灌浆工程领域有丰富工程经验的专家，对灌浆工程的决策指标体系进行重要程度判断，并以此求解各评价指标的权重。最终权重计算结果如表3所示。
表3灌浆工程质量综合评价体系权重计算值
(4)根据可变模糊集理论及式(1)～式(3)，依据表2中有关评价级别标准数据，构造等级评价区间矩阵Iab和可变区间矩阵Icd如下：
根据式(4)可得各评价对象各区间隶属度为1的点值矩阵Mih为：
(5)根据表2中该灌浆单元各评价指标实测量值与等级评价区间矩阵Iab、可变区间矩阵Icd和点值矩阵Mih，利用式(5)～式(7)可计算出指标实测值相对隶属矩阵，将该矩阵进行归一化，结果为：
根据综合隶属度计算式(8)～式(10)和表2中各评价指标权重，求取4种参数组合下的综合隶属度和级别特征值，如表4所示。
表4灌浆工程施工质量综合评价的综合隶属度和级别特征值
(6)根据表4可知，该单元灌浆工程指标特征值H＝4.2807，根据工程实际和评价分别可知，该单元工程灌浆质量评价等级为4级，偏向第5级，即第48单元工程灌浆质量综合评价的等级为“良好”，并倾向于“优秀”。
实际第48单元工程质量等级评定资料和使用传统模糊数学评价法对第48单元工程灌浆质量进行综合评价结果，见表5所示。
表5不同评价方法对灌浆质量综合评价的结果对比
由表5可以看出，实际工程验评资料，该单元工程各孔质量评价为100％优良，采用模糊数学评价方法和本发明提出的可变模糊评价法与其结果存在一定差异，分析其原因在于，实际工程验评资料虽然也有主控项目和一般项目等多项指标划分，但实际上这些指标主要以工程实际施工参数和压水试验结果为主，未能考虑灌浆工程的灌前岩体可灌性和灌后密实性和渗透性等模糊、不确定性影响因素。而模糊数学评价结果为“良”，这与本发明提出的可变模糊集法结果基本一致，但模糊数学评价方法由于遵循最大隶属度原则，隶属函数确定只能为静态，虽然评价等级为“良”，但结果“良”和“中等”的隶属度十分接近，其评价结果介于良与中等之间，等级边界划分较为模糊，在实际应用中可能会存在隶属度信息丢失，出现判断失真的可能，而本专利所提出的可变模糊集方法在模糊概念判断中具有动态性，结果更为细化，更为准确，更加接近真实结果。综上分析，本发明采用的可变模糊集方法，可客观准确合理的进行灌浆工程质量综合评价，为将来灌浆工程质量综合评价研究提供一种新的思路。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆质量综合评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)根据灌浆工程施工质量的行业标准规范选定一级指标和二级指标，所述一级指标为灌前可灌性、设计及施工合理性和灌后质量，所述灌前可灌性的二级指标为岩体属性和浆液性质，所述设计及施工合理性的二级指标为设计参数和施工参数，所述灌后质量的二级指标为渗透性、密实性和耐久性；并将灌浆工程质量等级标准划分为五个级别标准，所述灌浆工程质量等级的级别标准包括优秀、良好、中等、合格和差；
(b)对于已知多个级别标准h(h＝1,2,…c,c为级别个数)和多个指标i(i＝1,2,…,m,m为评价指标总数)的评价对象而言，首先建立其指标标准矩阵：
当指标标准值为区间矩阵时，将待评价样本的各指标按照c个级别划分成评价区间，令1级最差，c级最好，区间等级按数字顺序分布，用[aih,bih]表示第i个指标第h级别的取值区间，构成指标标准区间矩阵Iab：
将指标标准区间矩阵Iab转化为指标可变范围区间矩阵Icd，即：
式中：
通过可变范围区间矩阵Icd及下式计算隶属度为1的点值矩阵Mih，即：
将样本指标特征值xi与点值矩阵Mih进行比较：当xi落在Mih左侧时：
当xi落在Mih右侧时：
根据指标特征值xi与Mih，再利用上式，可得相对隶属度矩阵：
(c)可变模糊集中评价对象对级别等级h的综合相对隶属度可通过下式求得：：
式中：ωi为各指标权重；p为可变距离参数，α为可变优化准则参数， 在可变模糊理论中，通常p和α均可取1或2，故存在四种参数组合，当p＝1为海明距离，p＝2为欧式距离；α＝1为最小一乘准则，α＝2为最小二乘准则， 令Uh表示由综合相对隶属度向量uh组成的综合相对隶属度矩阵，不同参数组合均可得到相应的非归一化综合相对隶属度矩阵Uh，对其进行归一化，Iab可得到归一化的各指标综合相对隶属度矩阵
令C表示级别矩阵，即C＝[1 2 … c]， 则通过下式可对待评价对象进行级别特征值求解：
则最终评价结果为：
式中，t表示p和α两个参数的4种组合方式，t＝1,2,3,4， 再结合判断准则：
判断该灌浆工程质量所处的等级。
2.根据权利要求1所述的基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆质量综合评价方法，其特征在于：所述的二级指标中定量指标包括施工参数、渗透性、密实性和耐久性，所述施工参数采用孔位偏差进行衡量计算，所述渗透性采用渗水性Lu值来进行衡量计算，所述密实性采用灌后声波波速来进行评价，所述耐久性采用HCO3-含量进行衡量计算。
3.根据权利要求1所述的基于层次分析法和可变模糊集理论的灌浆质量综合评价方法，其特征在于：所述的二级指标中定性指标包括岩体属性、设计参数和浆液性质，所述岩体属性和所述设计参数按照0～100等级划分区间的方式，采用专家咨询法求取评价量值，所述浆液性质是对灌浆实际压力和浆液水灰比进行评价，采用实际灌浆孔成果表与其需满足技术要求的段次比对两者进行衡量计算。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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