本发明属于水利工程设计,具体涉及一种土石坝建坝条件评价方法。
背景技术:
1、土石坝具有施工简便、料源丰富、地质条件要求低、造价便宜等诸多优势,,是水利水电工程中极为重要的一种坝型。能够明显降低泄水建筑物和施工导流工程量,降低工程投资。但是,土石坝作为当地材料坝,填筑材料受坝址实际条件的影响较其他坝型更为明显。为保证土石坝的建设施工顺利进行,保证土石坝坝型选定具有适度的安全储备,在土石坝布置时,应根据坝址地形地质条件的复杂性,结合已建成土石坝的相应条件进行有针对性的定量评价。但是,多数土石坝坝址的地形地质条件都达不到理想的坝址条件要求,影响土石坝建坝的条件也具有复杂性和综合性。鉴于土石坝施工建设影响因素较多、制约条件复杂,土石坝坝型论证及选定往往缺乏定量评价论证,导致方案存在不确定性。目前,土石坝建坝条件往往是凭设计人员的经验而判定,并没有一个量化的评价方法,造成不同设计人员判断差异性较大。因此,本发明提出一种土石坝建坝条件评价方法。
技术实现思路
1、本发明提供了一种土石坝建坝条件评价方法,其目的在于提供一种能够科学准确地评价土石坝建坝条件,解决现有土石坝坝型选定缺乏定量评价论证的不足,为土石坝坝型论证及选定提供科学有效的定量依据的方法。
2、为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
3、一种土石坝建坝条件评价方法,包括如下步骤,
4、步骤一:确定评价指标集u={坝壳料变形稳定性u1、坝壳料干密度u2、坝壳料击实内摩擦角u3、坝壳料储量富裕度u4、反滤料粒径u5、坝基覆盖层天然密度u6、坝基覆盖层深度u7};
5、步骤二:确定各评价指标的权重wj,得到权重向量w,其中,j为指标数,j=1,2,…,7;
6、步骤三:按照指标集u搜集p个类似土石坝指标数据;
7、步骤四:对s个计算对象指标集u中各指标数据yij进行极差正规法处理,得到决策矩阵x,根据决策矩阵x确定正理想向量和负理想向量;其中,i为待评价土石坝,i=1,2,…,s;j为指标数,j=1,2,…,7;
8、步骤五:根据评价指标权重向量wj、正理想向量和负理想向量,计算待评价土石坝的群体效用si、个体遗憾值fi和总体适应性指数qi;
9、步骤六:将各待评价土石坝的总体适应性指数qi,按照由大到小排列,得到待评价土石坝的条件从优到劣的次序。
10、所述步骤二中确定各评价指标的权重wj的具体过程如下,
11、第一步:由p个专业工程师对7个评价指标进行权重评分,p≥3;
12、第二步:第a个专业工程师对指标j的评分值为cij,且每位专业工程师7个指标评分之和为一致的非零正整数,即有由此得到p个专业工程师的评分值表;
13、其中:k为非零正整数;caj为第a个专业工程师对某个评价土石坝第j个指标的评分值,单位为无量纲;
14、第三步:计算各指标权重:
15、
16、第四步:计算各指标权重的变异系数c·vj
17、
18、
19、其中,c·vj为第j个指标权重的变异系数;为第j个指标权重的均值;
20、第五步:当存在第j个指标权重的变异系数c·vj>1时,则再邀请1位专业工程师进行评分,结合所有专业工程师评分再次计算各个指标权重的变异系数c·vj,以此循环,直至所有指标权重的c·vj<1,当存在第j个指标权重的变异系数c·vj>1.5时,采用新邀请的专业工程师的指标权重代替该专业工程师指标权重,并再次计算各个指标权重的变异系数c·vj,以此循环,直至所有指标权重的c·vj<1,得到权重向量w={w1,w2,…,w7}。
21、所述步骤三中的具体过程如下,
22、其特征在于:按照指标集u搜集p个类似土石坝指标数据,p≥3。同时满足:与待评价土石坝的坝高差异小于40m、与待评价土石坝的防渗型式相同。
23、所述步骤四的具体过程如下,
24、第一步:设有s个计算对象(含待评价土石坝),基于7个评价指标,形成指标数据矩阵y=(yij)s×7;
25、第二步:将指标数据矩阵y转换为决策矩阵x,x=(xij)s×7,xij∈[0,1];
26、转换时,当第j项指标为高优指标时,变换公式为:
27、
28、式中:i=1,2,…,s;j为指标数,j=1,2,…,7;xij为第i个评价土石坝第j个指标的正规化值,单位为无量纲;yij为第i个评价土石坝第j个指标值;当第j项指标为低优指标时,变换公式为:
29、
30、式中:i=1,2,…,s;j为指标数,j=1,2,…,7;
31、第三步:确定决策矩阵x的正理想向量x+、负理想向量x-分别为:
32、x+=(xmax1,xmaxj,…,xmax7)
33、x-=(xmin1,xminj,…,xmin7)
34、式中,xmax1表示第1个指标的最优值,xmin1表示第1个指标的最劣值,其他类推。
35、所述步骤五的具体过程如下,
36、待评价土石坝中的第i个待评价土石坝的群体效用si采用如下公式进行计算得到:
37、
38、式中,xij表示转换后的指标数值;xjmax表示各评价土石坝第j个指标正规化的最大值,单位为无量纲;xjmin表示各评价土石坝第j个指标正规化的最小值,单位为无量纲;
39、待评价土石坝中的第i个待评价土石坝的个体遗憾值fi采用如下公式进行计算得到:
40、
41、所述待评价土石坝中的第i个待评价土石坝的总体适应性指数qi采用如下公式进行计算得到
42、qi=v(si-smin)/(smax-smin)+(1-v)(fi-fmin)/(fmax-fmin)
43、式中,smin=miinsi;smax=miaxsi;fmin=miinfi;fmax=miaxfi,v=0.5。
44、所述步骤六中的具体过程实现如下,
45、对各待评价土石坝的总体适应性指数qi排序,记待评价土石坝的qi的排序为a,记待评价土石坝的qi的排序与计算对象总数之比为b,即b=a/s。
46、0<b≤0.4,则表明待评价土石坝建坝条件成熟可行,应当作为主要坝型方案并优先进行充分设计论证;
47、0.4<b≤0.7,则表明待评价土石坝建坝条件基本满足要求,应当作为主要坝型方案之一进行合理开展设计论证;
48、0.7≤b≤1,则表明待评价土石坝建坝条件不满足,土石坝坝型方案应当作为比较或备选方案。
49、所述步骤一中的具体过程实现如下,
50、坝壳料变形稳定性u1为,其为高优指标。对于砂砾石为坝壳料的土石坝,采用砂砾石料压缩模量的平均值;对于块石料为坝壳料的土石坝,采用块石料变形模量的平均值与软化系数的乘积,单位为“mpa”。
51、坝壳料干密度u2为砂砾石料或块石料干密度均值,单位为“g/cm3”,其为高优指标;
52、所述坝壳料储量富裕度u3为坝壳料有效储量与筑坝所需量之比,其为高优指标。其中,坝壳料有效储量采用如下公式计算:
53、
54、式中,m为坝壳料有效储量;k为坝壳料料场总数,单位“个”;li为第i个料场到土石坝坝轴线中点的运距,单位“km”;pi为第i个坝壳料料场有用层储量吗,单位“立方米”;h1i为第i个坝壳料料场与土万石坝基面的竖直高差;
55、当存在第j个料场时,则该料场不参与坝壳料主要料场有用层储量计算,即pj=0。
56、反滤料粒径u4为土石坝防渗体相邻反滤料的d15下包线粒径,单位为“mm”,其为高优指标;
57、所述坝基覆盖层天然密度u5为土石坝坝轴线河床段覆盖层天然密度ρ,单位为“g/cm3”,其为高优指标;
58、坝基覆盖层深度u6土石坝坝轴线河床段覆盖层平均深度,记为h,单位为“m3/s”,其为低优指标。
59、坝基覆盖层压缩模量u7为土石坝坝轴线河床段压缩模量,单位为“mpa”,其为高优指标。
60、有益效果:
61、本发明在土石坝设计时,以土石坝建坝制约条件分为u1、u2、……、u7,对各评价指标规定优劣性并进行量化,建立vikor土石坝建坝条件评价模型,对土石坝建坝条件进行评价。本方法提高了土石坝坝型方案决策的科学性和准确性,对于混凝土面板防渗、沥青混凝土防渗、土工膜防渗等防渗体,以及斜墙防渗体和心墙防渗体等不同的结构型式,均有较好的适用性。解决了现有土石坝坝型选型过程中存在的指标不易量化、模型较难广泛应用的不足,降低人为主观性决策误差对土石坝坝型确定的不利影响,为土石坝坝型因地制宜推广应用、为挡水建筑物方案设计提供科学合理的定量的判断依据。