基于层次分析法的小型土石坝安全评价.pdf

年第 期 水电与新能源 第 卷.:././.收稿日期:作者简介:刘桢义女工程师主要从事水旱灾害防御及工程运行管理工作基于层次分析法的小型土石坝安全评价刘桢义郭春香李淑祎申屠毅蔡先锋章振华金 洁林颖典(.杭州市余杭区林业水利局浙江 杭州 .杭州市临平区农业农村局浙江 杭州.杭州鲁尔物联科技有限公司浙江 杭州 .杭州市临平区水利项目管理有限公司浙江 杭州.浙江大学浙江 杭州)摘要:构建小型水库土石坝安全评价指标体系通过 标度法确定各级指标的判断矩阵并结合层次分析法对评价指标体系中的各级指标进行权重计算 以浙江省杭州市康门大坝为例验证所提出的安全评价方法结果表明康门大坝在三级评估体系中判断等级为一级计算逻辑清晰评价等级与工程实际情况相符可供小型水库土石坝工程安全评价参考关键词:层次分析法小型水库土石坝安全评价中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:随着我国经济建设的快速发展水库大坝作为防洪、灌溉、供水的重要建筑结构其安全稳定运行意义重大 土石坝是我国最常见的水库大坝之一由于其建筑材料和结构构件的特殊性在洪水漫坝、坝坡稳定、渗透稳定等方面都需要进行溃坝风险分析 在众多水库坝体的技术状况评定中传统的人工巡检费时费力且存在主观误差等不可量化的因素现代的监测设备成本较高局部布设仪器不能满足整体监测的需求 因此建立适宜的小型水库土石坝安全评价体系与方法对提高大坝抗风险能力、避免水库溃坝的安全评价具有重要的现实意义 基础理论土石坝的安全稳定受多种因素影响包括地层特性、岩土特性、荷载环境条件、护坡条件、气候条件、水库运行特征等失稳模式多样无统一的分类标准相刘桢义等:基于层次分析法的小型土石坝安全评价 年 月关研究工作由经验到理论、由定性到定量、由单一评价到综合评价、由传统理论方法到新理论和新技术的发展过程 严磊针对土石坝考虑随机水位、随机地震力等风险因素的影响基于断裂扩展有限元研究了强震作用下的坝体破坏路径为工程结构使用寿命和维修决策提供参考 沙成刚以典型土石坝为例总结渗流分析和边坡稳定分析中的基本理论和分析方法模拟评估大坝边坡的稳定安全性 王小敏等结合土石坝的有限元分析模型对大坝变形进行仿真分析和反分析研究包含三维实体模型和基岩本构关系等内容 这类研究主要利用定量方法缺乏定量与定性结合对土石坝整体病害程度和安全稳定进行评价的方法层次分析法能够针对目标结构做出定性与定量结合的决策分析并以简洁的形式将结果展现出来因此本文基于现有的层次分析法相关理论研究开展对小型水库土石坝的安全评价研究以期为小型水库土石坝的安全管理和评价提供参考 构建土石坝综合评价模型.评价体系及等级确定对土石坝进行安全评价时应以结构体系为目标进行评价而不是单个构件的失效准则作为评估标准其目的是判定土石坝结构是否会在整体结构层次上发生破坏或失效现象 全国水库大坝安全评价工作内容、方法及标准主要以水库大坝安全评价导则()为依据结合水库大坝安全鉴定办法(水建管 号)、小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范()构建土石坝安全评价体系 根据土石坝的大坝类型和工程等别以及枢纽工程和主要建筑物对评价指标体系进行完善修改设立指标体系如图 所示 方面的评价结果分为安全可靠、基本安全但有缺陷、不安全三个等级图 小型水库土石坝安全评价体系.指标权重确定运用层次分析法进行计算时首先需要构建评价指标体系建立层次结构模型如图 所示 其次将同一准则层的各个元素进行两两比较依据各指标的相对重要性构建比较判断矩阵构建时常采用 标度法各标度含义如表 所示然后对所构建的比较判断矩阵进行一致性检验求解评估指标权重的过程实质上是求解判断矩阵的最大特征根对应的特征向量以特征向量作为元素重要性代表 计算公式如式()所示 其中 是第 行元素的乘积的 次方根表 标度法含义标度含义两指标重要性相同一个指标与另一个指标相比稍微重要一个指标与另一个指标相比明显重要一个指标与另一个指标相比强烈重要一个指标与另一个指标相比极端重要两指标的重要性比较量化值介于上述相邻标度的中间值水 电 与 新 能 源 年第 期 ()判断矩阵是否满足一致性的标准是.当.时矩阵达不到一致性要求需要重新构建 的值按照式()进行计算:()式中 ()/()代表矩阵的阶数.时判断矩阵完全一致不需要检验 其中是矩阵的最大特征根其值按照式()计算 利用 衡量 的大小通常情况下其值与比较判断矩阵的阶数呈正相关 ().安全评价在满足一致性检验的条件下小型水库土石坝安全评价可根据式()确定相应评定等级划分如表 所示 ()式中 为安全评价总得分为依据专家调查及行业规范进行的二级指标评分取值按区间内评分为归一化后的二级指标权值表 小型水库土石坝安全评估风险指数安全风险指数安全可靠(基本安全(不安全(工程实例.工程概况康门水库位于浙江省杭州市余杭区良渚街道安溪村属东苕溪水系 康门水库大坝为灌溉型小型水库土石坝水库坝址以上集雨面积.主流长度为.水库总库容为.万 是一座以灌溉为主的小()型水库承担下约 农田灌溉任务其区级以上河道分布如图 所示 本文采用所构建的水库大坝安全评价体系(如图)对康门水库大坝进行安全评价图 杭州市余杭区区级以上河道分布示意图.各因素权重计算基于图 所示的小型水库土石坝安全评价指标体系依据行业规范要求和相关工程实例采用 标度法构建比较判断矩阵再根据式()式()计算各级指标权重向量并进行一致性检验 以一级指标与二级指标为例计算结果如表 所示表 权重向量计算与一致性检验指标././././././.库区水位.调洪计算 正常蓄水位.抗洪能力防洪标准及大坝抗洪能力满足规范要求.结构安全坝体年均沉降量.坝体年均水平位移.坝体不均匀沉降差值.坝体稳定分析稳定.其他建筑物结构安全合格.渗流安全坝基渗流量./.坝体浸润面高度稳定.原有渗透控制措施有且完善.金属结构安全现场检查合格.安全检测合格.计算分析合格.抗震安全控制流域面积.水库运行时间 年.抗震设防烈度.结构综合评分根据式()计算小型水库土石坝结构安全综合评分为.分 根据表 所示的小型水库土石坝安全评估风险指数等级划分杭州市余杭区康门大坝在三级评估体系中判断等级为二级 结合现场勘测结果及大坝定检报告等资料利用本文所提出的评估体系得到的安全评判等级符合实际情况验证了本文模型的准确性和实用性 结 语本文构建了小型水库土石坝结构安全综合评价指标体系通过 标度法确定各级指标判断矩阵并结合层次分析法对小型水库土石坝安全综合评价体系中各级指标进行权重计算该方法综合考虑现行领域规范与工程实例情况为小型水库土石坝安全综合评价的工程实践提供了一种可靠思路 通过浙江省杭州市余杭区康门大坝作为实例验证该土石坝结构在三级评价体系中判断等级为一级结合专家调查方法与综合评价结果可知该坝体的结构安全和抗震安全均存在一定危险隐患需按照规范要求采取相应措施进行整治参考文献:李萌 邓念武.熵权云模型在土石坝安全综合评价中的应用.水电与新能源():江超 王丽俊.小型水库大坝安全鉴定典型问题与工作建议.中国农村水利水电():孙玮玮 龙智飞 周克发.小型水库除险加固绩效评估指标体系研究.水利水电技术 ():严磊.大坝运行安全风险分析方法研究.天津:天津大学 沙成刚.基于 的土石坝渗流与稳定分析研究.兰州:兰州理工大学 王小敏.基于有限元方法的大坝变形分析与仿真研究.武汉:武汉大学 哈仙.层次分析法在水利工程评标过程中的应用探究.水电与新能源 ():蔡吉娜.层次分析法在小型水库运行管理评价中的应用.水利科技():郭英嘉 朱凯 付浩雁 等.大坝安全综合评价研究.中国农村水利水电():郭金玉 张忠彬 孙庆云.层次分析法的研究与应用.中国安全科学学报 ():