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基于改进变权的锚固边坡失稳风险评估(3)

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表1 风险评估指标体系Table 1 Risk assessment indicator system目标层准则层一级指标层二级指标层锚固边坡安全风险性评估锚索框架梁锚固桩坡顶水平位移坡顶垂直位移深层水平位移锚索拉力框架梁土压力桩顶水平位移桩侧土压力累计形变(A1)变形速率(A2)累计形变(A3)变形速率(A4)累计形变(A5)变形速率(A6)累计拉力(A7)累计形变(A8)累计形变(A9)变形速率(A10)累计形变(A11)

3.2 各监测项目风险等级

笔者将边坡失稳风险划分为5个等级，对应的评语集V={Ⅰ级,Ⅱ级,Ⅲ级,Ⅳ级,Ⅴ级}={安全状态,跟踪状态,预警状态,报警状态,危险状态}，则评判指标i也划分为5个等级标准区间，并以各个监测项目规范或设计文件规定的各项形变设计允许值为基准，考虑到设计较为保守，以设计允许值的60%、90%、110%、120%、125%对形变累计指标进行分级，以设计允许值的50%、80%、100%、110%、115%对速率指标进行分级[19-20]，具体如表2。

表2 指标评估等级标准划分Table 2 Index evaluation grade standard division一级指标二级指标允许值安全状态跟踪状态预警状态报警状态危险状态(Ⅰ级)(Ⅱ级)(Ⅲ级)(Ⅳ级)(Ⅴ级)坡顶水平位移A1/mm350～2121.0～31.531.5～38.538.5～42.042.0～43.5A2/( mm·d-1)10～0.50.5～0.80.8～1.01.0～1.11.10～1.15坡顶垂直位移A3/mm350～2121.0～31.531.5～38.538.5～42.042.0～43.5A4/(mm·d-1)10～0.50.5～0.80.8～1.01.0～1.11.10～1.15深层水平位移A5 /mm400～2424～3636～4444～4848～50A6/( mm·d-1)10～0.50.5～0.80.8～1.01.0～1.11.10～1.15锚索拉力A7/kN4620～～～～～577.5框架梁土压力A8/kPa300～1818～2727～3333～3636.0～37.5桩顶水平位移A9/mm300～1818～2727～3333～3636.0～37.5A10/(mm·d-1)10～0.50.5～0.80.8～1.01.0～1.11.10～1.15桩侧土压力A11/kPa300～1818～2727～3333～3636.0～37.5

3.3 指标变形监测数据

笔者以累计形变量最大监测点量测数据作为指标数据。该隧道进口2018年4月27日上台阶开挖，2018年5月31日隧道上台阶约开挖30 m，2018年6月30日隧道开挖约65 m，2018年7月31日隧道开挖约80 m，2018年7月5日完成明洞仰拱、洞口管棚支护，此过程中，隧道开挖对边坡的扰动从逐渐增大到逐渐降低到可忽略，且该边坡受其它因素影响较小，因此5、6、7月是该边坡失稳风险高峰期，对其进行评估则可以把握该边坡失稳风险变化情况及未来边坡稳定情况，对该3个月监测数据平均每半个月进行一次评估，各指标监测数据数值如表3。

表3 各指标各期监测数值Table 3 Monitoring values of each indicator in each period监测日期A1/mmA2/( mm·d-1)A3/mmA4/(mm·d-1)A5/mmA6/(mm·d-1)A7/kNA8/kPaA9/mmA10/(mm·d-1)A11/kPa5/.465/..6125/..4176/..6206/..2227/./.235.850..223

3.4 锚固边坡失稳风险评估

1)常权权重的确定

笔者邀请到5位专家分别运用“1～9标度法”对各指标权重三角模糊打分，计算得到一级常权权重：W*=(0.219,0.148,0.194,0.088,0.063,0.165,0.123)。由于采用最大变形速率比采用最大变形值来判断评估变形体的失稳风险更加准确[21]，故确定W累计形变∶W变形速率=2∶3，即δ1=0.4，δ2=0.6，最终得到常权权重，如表4。

2)变权权重的确定

首先由指标评估等级标准划分阈值和各期指标监测数值构造初始判断矩阵，并进行标准化，得到指标监测值标准化判断矩阵C，即指标状态值；经状态变权模型，计算得到各评估方案样本的组态失衡度R及变权向量，其中α=0.3，β=0.7，τ=0.8，具体结果见表4。为方便对比分析，增加常权权重，

表4 各方案样本变权权重Table 4 Variable weight of each scheme sample样本Rw1w2w3w4w5w6w7w8w9w10w11F1F2阈值阈值阈值阈值///////常权———

参考文献[6]中变权调节度的算法,以状态变权函数与1的偏差绝对值的均值之和除以状态值在“激励平衡区间”之外的指标个数得到变权调节度F1。

3)评估结果计算

由矩阵C和表4中各方案变权向量，得到各方案贴近度E，即边坡失稳风险概率值。为验证笔者评估模型的优越性，增加常权、文献[11]中具有代表性的混合型状态变权函数与TOPISIS法结合的评估模型作对比，其中参数取值与笔者相同，变权调节度F2见表4，变权评估结果见表5。

表5 各评估模型评估结果Table 5 Evaluation results of each evaluation model确权方案阈值2阈值3阈值4阈值55/25/165/316/156/287/137/29常权笔者变权对比变权

3.5 结果分析

1)状态变权结果分析

部分监测和阈值方案各指标变权权重与常权权重对比情况，如图2。由图2可知，阈值样本各指标变权权重与常权基本相等，而监测样本各指标变权权重与常权偏差较为明显。笔者各指标阈值按各设计允许值等比设置，且各对应等级间比例较为接近，其组态较为均衡，各阈值方案权重基本无需调整，监测数据样本各指标状态相差较大，需进行权重调整，而图2中阈值样本权重变化情况与理论相符，这证明笔者变权模型具有合理性。

文章来源：《岩土工程学报》网址: http://www.ytgcxb.cn/qikandaodu/2021/0720/700.html