基于专家群组决策的锚固结构安全性评价方法与流程

本发明涉及地质灾害工程
技术领域：
，具体涉及基于专家群组决策的锚固结构安全性评价方法。
背景技术：
：锚固结构目前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，例如三峡、向家坝、溪洛渡、白鹤滩和乌东德水电站的主体工程累计使用锚索约8.57万束、锚杆约957万根，这些锚固结构的长期安全性直接影响到整个水电站运行安全。因此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。锚固结构工程是一个巨大、复杂、开放及动态的系统，受到系统内在因子和外在因子的共同影响，其整体的长期安全性评价近几年已经成为了水电站工程师和专家重点研究内容。对边坡整体稳定性进行评价，虽然评价方法提出了一些，但是鉴于锚固工程的复杂性多变性还有动态性，专家的经验在锚固结构长期安全性评价中应该发挥重要作用。而且每位专家的经验、知识水平、实践经历都有所不同为了更加准确客观的得出评价结果，很有必要引入多专家进行群组决策。基于以上两点，本发明提出了基于专家群组决策的锚固结构长期安全性评价方法。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种基于专家群组决策的锚固结构安全性评价方法，以能够准确快速的评估锚固结构长期安全性等级，提高整个锚固工程的安全性。本发明为了解决其技术问题，提供了一种基于专家群组决策的锚固结构长期安全性评价方法，属于地质灾害工程领域。该评价方法能够准确的对锚杆锚固结构的长期安全性进行评价。该方法包括：群组决策特征根法、群组决策-熵模型、专家进一步研讨变权和模糊综合评判步骤。通过群组决策特征根法，构造了锚固结构长期安全评价的递阶层次结构模型、进行了多专家打分、进行得分矩阵权重计算、得到各指标的权向量。通过群组决策-熵模型的计算，求解得到了个体决策熵、求解群体决策熵、从而求得了个体和群体决策的可靠度。通过群组专家研讨，依据群体决策-熵模型计算所得到的可靠度，进行变权。确定可靠度大的专家权值高，或者进行重新研讨打分。模糊综合评判步骤，通过对输入参数进行等级量化、确定隶属度函数，构造评判矩阵、结合前一步骤分析得到的权重向量进行模糊算子计算、依据最大隶属度原则对模糊计算结果进行评判得到锚固结构的长期安全性等级。与现有的评价方法相比较，本发明能够实现基于群组决策得到合理的权重值，从而使得评估结果更加客观准确。本发明基本评判方法是群组决策和模糊综合评判法相结合的方法，对于锚固结构这种复杂、开放及动态的系统，受到系统内在因子和外在因子的共同影响，而且具有相当的模糊性的对象，专家的经验将起到非常重要的作用。该方法有很好的适用性。本发明是一个完整的针对锚固结构的长期安全性进行评价的方法，有很高的可操作性，可提高锚固结构长期安全性评价的效率，能够快速准确的得出锚固结构的长期安全性等级，为后期对锚固结构体系的处理维护设计提供依据，从而提高了整个锚固工程的安全性。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是本发明基于专家群组决策的锚固结构安全性评价方法一实施例的流程图；图2是本发明的递阶层次结构模型的拓扑图。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是本发明基于专家群组决策的锚固结构安全性评价方法一实施例的流程图。本实施例的锚固结构长期安全性评价方法包含群组决策特征根法步骤、群决策-熵模型计算步骤、群组专家研讨变权和模糊综合评判方法步骤；所述群组决策特征根法步骤，构造了锚固结构长期安全性评价的递阶层次结构模型、通过多专家打分的方法得到由不同因素得分构造成的得分矩阵。通过求解该得分矩阵的最大特征值所对应的特征向量获得了最优的各元素的权重；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则对锚固结构的长期安全性进行评价，项目层包括环境因素b1、检测监测结果因素b2、设计因素b3、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c32及注浆压力系数c33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；具体可参考图2，图2是本发明的递阶层次结构模型的拓扑图。通过群组专家打分的方法构造得分矩阵具体是指：每位专家根据自己的经验对指标以及项目的重要性进行打分，分数越高越重要，共得到5个得分矩阵，分别对应项目层4个指标各自所包含的子指标构成的4个得分矩阵和项目层4个元素打分的构成的1个得分矩阵，即b1中各指标的得分矩阵、b2中各指标的得分矩阵、b3中各指标之间的得分矩阵、b4中各指标之间的得分矩阵以及项目层4个元素b1至b4所构成的得分矩阵；其中，得分矩阵中任意一个元素xij表示第i个专家对于第j个指标的打分。打分的结果见表1至表5，表中第i行第j列的元素即为xij。得分矩阵的形式如下：式中元素xij表示第i个专家对于第j个指标的打分表1环境因素得分矩阵135235357579135357表2检测监测结果因素得分矩阵725523735835725957表3设计因素得分矩阵135135579678456234表4施工因素得分矩阵531753975531753531表5项目层4个元素构成得分矩阵135713571357357915793579群组决策特征根法是指:根据构造的得分矩阵，分别求解各个得分矩阵的最大特征值，最大特征值所对应的特征向量即为该群组决策所得的最优权值，这个最优权值所对应的专家假设为*专家，该特征向量中的元素即为对应下标的元素的权重，所述元素是项目以及指标。各指标的权重如下表6所示，4个项目的权重如下表7所示。评分矩阵x转置自乘(x.xt)记为矩阵f，该矩阵f最大特征根对应的特征向量就是最优权重值。表6群组决策特征根法得到的各指标的权重表7群组决策特征根法得到的项目层的权重环境因素检测监测结果因素设计因素施工因素0.1592383840.3721184090.5509609310.729803453所述群组决策-熵模型步骤式通过对得分矩阵进行评分值单位化，求解专家si关于得分矩阵的决策水平向量ei＝(ei1,ei2,…,ein)，n表示第n个指标或者项目，再由ei求解个体决策熵hi和群组决策熵hg。具体包括如下步骤：对得分矩阵进行评分值单位化，根据下述公式计算出dij：0≤dij≤1，i表示第i个专家，i＝*,1,2,…,m；然后根据dij计算出eij(j＝1、2、…、n)：eij＝1-|n*j-nij|-|d*j-dij|；nki＝(nki1,nki2,…,nkin)表示按专家si(i＝*,1,2,…,m)对k(k＝1、2、…、5)组元素的评分按照大小排列的名次，5组元素分别对应4个指标组和一个项目组，得分最大值取1，最小值取n，m表示专家数。具体可参考文献：《系统工程理论方法应用》，2004年8月所公开的文章《研讨厅中专家意见的可靠性研究》，作者彭本红,孙绍荣,张文健。计算结果见表8至表12。表8环境因素专家决策水平向量表9检测监测结果因素专家决策水平向量极限拉拔力降低率锁定锚固力变幅锚头位移速率s10.9825754890.9104705880.98091356s20.9640623070.9915419770.939612186s30.9931804070.9866920390.998230777s40.9670473770.9870609440.958024195s50.9825754890.9104705880.98091356s60.9477279830.9143751550.984798547表10设计因素专家决策水平向量灌浆材料强度锚固段长度注浆压力s10.7623919550.9440437450.874304465s20.7623919550.9440437450.874304465s30.9949707690.9992047230.996561323s40.9150997430.9895864630.935926817s50.950796590.9932459250.964304739s60.9647517810.9940372070.976677367表11施工因素专家决策水平向量表124个项目专家决策水平向量环境因素检测监测结果因素设计因素施工因素s10.9498705610.9552084270.9945837950.966040837s20.9498705610.9552084270.9945837950.966040837s30.9498705610.9552084270.9945837950.966040837s40.9249777420.9816840040.9956472360.972978476s50.9208256920.9717980240.9905123920.990773239s60.9249777420.9816840040.9956472360.972978476所述群组专家研讨变权步骤，通过对上步骤中所求得的专家决策水平向量计算得到个体决策熵和群组决策熵，基于所求得的熵查表13得出专家个体决策的可靠度和群组决策的可靠度，查表得到可靠度时，若个体决策熵和群组决策熵的大小位于表中两个数值的中间，则向下取值得到可靠度。依据所求的可靠度进行变权，降低可靠度低的专家打分所占的权重，增加可靠度高的专家权重。若群组的可靠度水平较低可以召开专家研讨会进行进一步讨论后重新打分计算。本实施例的结果见表13至表15。表13可靠度和熵值对应表表中n代表专家群组打分的方案或者元素数量个体决策熵的计算流程如下：先计算出然后计算出个体决策熵式中i＝*,1,2,…,mj＝1,2,…,n群组决策熵的计算公式如下：表14熵值汇总表表15可靠度汇总表所述模糊综合评判步骤，通过对测量参数进行等级量化，然后得到标准评分值、确定隶属度函数，构造评判矩阵、结合群组决策特征根法、群组决策-熵模型、群组专家研讨变权步骤得到的权重向量依次进行模糊算子计算、依据最大隶属度原则对模糊计算结果进行评判得到该锚固结构的长期安全性等级。对测量参数进行等级量化然后得到标准评分值，具体是指将测得的各个指标所形成的输入参数根据安全性等级量化标准表确定相应等级，然后采取线性插值的方法依据评价指标安全性分级标准表进行插值，得到输入参数的标准评分值；其中安全性等级量化标准表是指各个评价等级以及对应的分数所构成表，评价指标安全性分级标准表中的各个元素是指各个指标在不同等级下的取值范围。本实施例的输入参数见表16，安全性登记量化标准表见表17，评价指标安全性分级标准表见表18，得到输入参数的标准评分值见表19。表16输入参数表17安全性等级量化标准表评价等级一级二级三级四级五级评分值90～10080～9070～8060～7050～60表18评价指标安全性分级标准表表19输入参数的标准评分值确定隶属度函数，构造评判矩阵具体是指：将输入参数所得的标准评分值带入隶属度函数，求得每个指标对应于各个等级的隶属度，用所得的隶属度构建评判矩阵；评判矩阵中的各个元素分别为各个指标在不同等级下的隶属度值；带入隶属函数后构成评判矩阵见表20，其中表20为4个一级评判矩阵所组成。隶属度函数如下公式(1)至(5)：其中，q表示输入参数所得的标准评分值，μ表示隶属度。表20带入隶属函数后构成评判矩阵一级二级三级四级五级腐蚀面积减少率(％)01000不良地质现象系数00100锚固力年循环次数(次/年)00100极限拉拔力降低率(％)00100锁定锚固力变幅(％)00100锚头位移速率(mm/d)00100灌浆材料强度(兆帕)00100锚固段长度(米)00.10.900注浆压力(兆帕)000.83333333300防腐措施完成率00100钻孔锚杆偏心率(％)00100预应力锁定损失率(％)00100结合层次分析法步骤得到的特征向量依次进行一级和二级模糊算子计算具体指采用下述公式(6)进行计算出n0：式中ui为4个指标组各自包含的指标层因素的等级隶属度向量所构成的4个评判矩阵，即作为4个一级评判矩阵，“○”为模糊算子，在本实施例中，模糊算子“○”选用最为常见的加权平均型模糊算子，wi为项目层中第i个项目包含的指标所对应的权向量，i＝1、2、3、4，w0为项目组中个项目所对应的权向量，分别为4个指标层所含指标的一级综合评价结果向量，即二级评价矩阵中的行向量；n0为二级模糊综合评价的结果向量，即锚杆或锚索安全性等级的隶属度向量；一级模糊综合评价隶属度结果和二级模糊综合评价隶属度结果分别见表21和表22。表21一级模糊综合评价隶属度结果表一级二级三级四级五级环境因素00.3305833981.31514745100检测监测结果因素001.63820630900设计因素00.0563048811.51293175500施工因素001.63931934600表22二级模糊综合评价隶属度结果表一级二级三级四级五级锚杆(索)长期安全性评价00.0836633562.84897588700依据最大隶属度原则对模糊计算结果进行评判得到该锚杆或锚索的安全性等级具体是指：依据所述锚杆或锚索安全性等级的隶属度向量，采用最大隶属度原则得到锚杆或锚索的安全性等级，本实施例确定为三级。采用最大隶属度原则得到锚杆或锚索的安全性等级之后，基于预设的锚杆或锚索的安全等级评价标准及措施表，得到锚杆或锚索的安全状态以及要采取的措施；其中，安全等级评价标准及措施表中元素为不同安全性等级对应的安全状态以及应该采取的措施，具体可见表15。表15锚杆(索)的安全等级评价标准及措施表等级状态措施一级安全无二级较安全引起注意三级基本安全引起重视采取措施进行监控四级不安全必须采取相应处理措施，加强监测并建立预警措施五级很危险高度重视，不惜一切代价采取措施提高锚固边坡的安全性本发明提供一种基于群组决策的锚固结构长期安全性评价方法，能够实现基于群组决策分析法得到合理的权重值，从而使得评估结果更加客观准确。本发明基本评判方法是群组决策和模糊综合评判相结合的方法，对于锚固结构这种复杂、开放及动态的系统，受到系统内在因子和外在因子的共同影响，而且具有相当的模糊性的对象，专家的经验将起到非常重要的作用。该方法有很好的适用性。本发明是一个完整的应用锚固结构长期安全性评价的方法，有很高的可操作性。可提高锚固结构长期安全性评价的准确性和效率等，为后期对锚杆和锚索的维护设计提供依据，从而提高了整个锚固结构体系的安全性。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。当前第1页1 2 3