模糊層次綜合評(píng)價(jià)法在渡槽安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

劉濤

摘要：目前我國(guó)未有詳細(xì)的關(guān)于渠系建筑物的安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則，本文參考《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2000）將渡槽安全類別分為四類。本文將層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論結(jié)合起來，先采用層次分析法確定渡槽各影響因素在安全評(píng)價(jià)中所占的權(quán)重，再采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合判斷渡槽的安全類別，具體工程實(shí)例采用該方法的評(píng)價(jià)結(jié)果與該渡槽安全評(píng)價(jià)單位所得出的結(jié)論一致，該方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、評(píng)價(jià)結(jié)果可信，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵字：渡槽安全評(píng)價(jià) 層次分析法 模糊數(shù)學(xué)法

中圖分類號(hào)： X932 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（c）0000-00

1 前言

灌區(qū)渠系建筑物的建設(shè)有利于農(nóng)田的灌溉、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，渡槽屬渠系建筑物中的一種，主要為渠道與山谷、道路等相交時(shí)所修建的建筑物，可對(duì)整個(gè)灌區(qū)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著重要作用。水利工程的建設(shè)需要消耗大量的人力物力，因此應(yīng)盡可能的延長(zhǎng)其使用壽命，方可符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，而在對(duì)其維修、加固前，必須經(jīng)過全面的安全評(píng)價(jià)。目前我國(guó)未有詳細(xì)的關(guān)于渠系建筑物的安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則，本文參照《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2000）將渡槽安全類別分為四類，分別為一類（正常）、二類（基本正常）、三類（不正常）、四類（危險(xiǎn)）。

模糊層次綜合評(píng)價(jià)法[1]是將層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論結(jié)合起來，使用層次分析法先確定各指標(biāo)的權(quán)重，再采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行綜合評(píng)定。該方法可在渡槽安全評(píng)價(jià)中得到運(yùn)用。

2 模糊層次綜合評(píng)價(jià)法基本原理

2.1構(gòu)建渡槽安全評(píng)定層次結(jié)果關(guān)系

影響渡槽安全的因素有很多，如渡槽的水力、結(jié)構(gòu)、地基條件，運(yùn)行管理情況等，它們之間互相作用、互相聯(lián)系、相互影響，筆者據(jù)此構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型：目標(biāo)層P、以及指標(biāo)準(zhǔn)則層E、二級(jí)指標(biāo)層U、三級(jí)指標(biāo)層K。

2.2利用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重

（1）按照層次結(jié)構(gòu)圖，采用1～9標(biāo)度法[2]，在同層元素中進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣，以確立各元素的權(quán)重。

表2-1 1～9標(biāo)度的含義

標(biāo)度 含義

1 元素Ⅰ與元素Ⅱ同等重要

3 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，稍微重要

5 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，明顯重要

7 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，強(qiáng)烈重要

9 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，極端重要

2、4、6、8 介于上列重要度之間

（2）按照公式（1）確定同一層各元素對(duì)于上層某元素的相對(duì)重要度的排序權(quán)值。

（1）

式中： 為所求的權(quán)重值，nb為某一判斷準(zhǔn)則的影響元素?cái)?shù)量； 為判斷矩陣中的元素值，表示元素Ⅰ相對(duì)于Ⅱ的重要性。

（3）進(jìn)行判斷矩陣的一次性檢驗(yàn)：計(jì)算判斷矩陣的一致性指標(biāo)以得到其偏離一致性的程度。一致性指標(biāo)C.I.采用公式（2）計(jì)算，所得出的值越小，判斷矩陣一致性越好。

（2）

按上述步驟所得的層次結(jié)構(gòu)模型及各元素權(quán)重值見表2.1所示。

表2.1 渡槽安全鑒定層次結(jié)構(gòu)模型及各元素權(quán)重值

目標(biāo)層P 準(zhǔn)則層E 權(quán)重 二級(jí)指標(biāo)U 權(quán)重 三級(jí)指標(biāo)K 權(quán)重

渡槽安全評(píng)價(jià) 水力條件評(píng)價(jià)E1 0.09 流速 0.1220 進(jìn)口流速 0.5000

出口流速 0.5000

過流量 0.3196 1.0000

槽身超高 0.5584 1.0000

運(yùn)行管理評(píng)價(jià)E2 0.08 渡槽觀測(cè) 0.1494 1.0000

渡槽維修 0.4742 1.0000

渡槽管理 0.3764 1.0000

結(jié)構(gòu)變形評(píng)價(jià)E3 0.26 槽身 0.1618 跨中撓度 1.0000

拱架、橫墻或支墩 0.7510 頂部水平位移 1.0000

漸變段 0.0872 進(jìn)口 0.5000

出口 0.5000

結(jié)構(gòu)破損、滲漏評(píng)價(jià)E4 0.32 槽身 0.3329 表面破損 0.1109

鋼筋外漏、銹蝕 0.4176

裂縫與漏水 0.4715

拱架、橫墻或支墩 0.3133 表面破損 0.1109

鋼筋外漏、銹蝕 0.4176

裂縫與漏水 0.4715

止水材料 0.3538 1.0000

基礎(chǔ)評(píng)價(jià)E5 0.25 基礎(chǔ) 0.4000 1.0000

地基 0.6000 1.0000

2.3模糊綜合評(píng)價(jià)

（1）確定隸屬函數(shù)

本文研究的隸屬函數(shù)采用半梯形分布函數(shù)來確定指標(biāo)的隸屬度，見公式（3-5）。

（3）

（4）

（5）

式中： 表示某一指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值， 表示該指標(biāo)的實(shí)際值（對(duì)于不能定量表示的定性指標(biāo)，采用工程經(jīng)驗(yàn)和專家打分相結(jié)合的方法評(píng)定）， 表示該指標(biāo)的隸屬度。

（2）模糊綜合評(píng)價(jià)

將已有元素量化的數(shù)據(jù)代入上述隸屬度函數(shù)中，可得到模糊關(guān)系矩陣R。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)中的模糊運(yùn)算B=W·R進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，其中W為權(quán)向量，B為評(píng)價(jià)向量。計(jì)算式從最底層開始，逐層向上綜合，最終得到最頂層的評(píng)價(jià)值向量B=（b1，b2，…，bn），B需滿足歸一化條件。最后根據(jù)總體評(píng)價(jià)值，通過最大隸屬度法確定渡槽評(píng)價(jià)的總體結(jié)論[3]。

3某渡槽模糊綜合評(píng)價(jià)實(shí)例

某渡槽建設(shè)于1977年6月，設(shè)計(jì)流量2.64m3/s，加大流量3.30m3/s，全長(zhǎng)175.36m，其進(jìn)口漸變段長(zhǎng)14.78m，槽身段長(zhǎng)141.40m，出口漸變段長(zhǎng)19.18m。渡槽為空腹型雙曲拱結(jié)構(gòu)，槽型為有拉桿矩形槽，槽內(nèi)凈寬2.00m，高1.65m，鋼筋混凝土槽身，主拱共5跨，單跨23m，腹拱44跨，單跨1.8m，基礎(chǔ)采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該渡槽槽身、進(jìn)出口漸變段、主拱、腹拱裂縫較大，止水材料老化，滲漏嚴(yán)重，側(cè)墻混凝土局部缺失，鋼筋外漏銹蝕嚴(yán)重，混凝土強(qiáng)度滿足規(guī)范最低要求，碳化深度未能達(dá)到鋼筋保護(hù)層厚度。經(jīng)計(jì)算當(dāng)采用設(shè)計(jì)流量時(shí)，流速及渡槽超高滿足規(guī)范要求，采用加大流量計(jì)算時(shí)，流速及超高不滿足規(guī)范要求。為了確保渡槽的安全運(yùn)行，充分發(fā)揮灌溉效益，急需對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)及除險(xiǎn)加固。

3.1建立模糊矩陣

將各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值代入隸屬度函數(shù)中得到該渡槽安全評(píng)價(jià)的模糊矩陣為：

。

按照公式B=W·R從最底層開始，逐層向上進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)，經(jīng)計(jì)算， ，滿足歸一化條件，最大隸屬度為0.4996，按照最大隸屬度原則，該渡槽處于不正常狀態(tài)，需要對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

4結(jié)論

該渡槽基于本文方法得出的評(píng)價(jià)結(jié)論與安全評(píng)價(jià)單位作出的“三類”（不正常狀態(tài)）評(píng)價(jià)一致，說明模糊層次綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果是可信的，該方法可區(qū)別各種因素對(duì)渡槽安全的影響，和目前通用的評(píng)價(jià)方法相比，能作出更加直觀、準(zhǔn)確的定量化評(píng)價(jià)，方便實(shí)用，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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[3]相楊.灌區(qū)渠系建筑物安全鑒定方法研究.華北水利水電學(xué)院碩士學(xué)位論文，2011-05.