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基于改进变权的锚固边坡失稳风险评估(4)

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摘要：

图2 变权与常权权重对比Fig.2 Comparison of variable weight and constant weight

将表4中各评价等级阈值方案及各期监测数据方案对应的两种变权函数的变权调节度F1、F2,与组态失衡度R绘制成图3。由图3可见，各方案的指标组组态失衡度大小顺序为“阈值2<阈值3<5/16<6/28<6/15<7/13<5/02<7/29<阈值4<5/31<阈值5”，按文献[12]中状态变权函数模型求得的变权调节度大小顺序为“阈值2<阈值3<6/28<5/16<5/02<6/15<阈值4<7/13<5/31<7/29<阈值5”，笔者中状态变权函数模型求得的变权调节度大小顺序为“阈值2<阈值3< 5/16<6/28<6/15<7/13<5/02<7/29<阈值4<5/31<阈值5”。由文献[4]～[9]可知，指标组组态失衡程度越大，权重所需调节度越大。按文献[11]中的状态变权函数得到变权调节度并未随组态失衡度增大而严格增大，笔者包含组态失衡度的状态变权函数得到的状态变权向量严格满足这一要求，这证明笔者的变权模型更优越。

图3 状态变权调节度分析Fig.3 State variable weight adjustment analysis

2)案例锚固边坡失稳风险分析

对比3种评估模型综合评估结果，如图4。在风险等级方面，3者得到的等级阈值完全一致，其中7月13日和7月29日变权评估模型得到的风险等级比常权高一级；在风险评估数值方面，变权方模型比常权评估模型得到的各期监测数据的失稳风险值整体偏大，3者评估结果值变化趋势相同，其中2种变权评估模型得到的失稳风险峰值都较常权评估模型提前了5天左右，且2种变权评估方案得到的风险值和风险等级都具有高度的相似性。综上可知，笔者变权模型科学合理，同时在锚固边坡失稳风险评估中，变权评估模型优于常权评估模型。

图4 各评估模型结果对比Fig.4 Comparison of results of each evaluation model注：图中曲线两侧较靠上的数据标签为笔者变权评估模型得到的评估结果，靠下的数据标签为文献中变权评估模型得到的评估结果。

如图4，笔者变权模型得到的锚固边坡失稳风险峰值及失稳风险较小值都比文献变权评估模型得到的结果大，失稳风险程度一般的结果相对较小。在混合变权模型在风险偏好类的评估中，权重调整通常会使得评估结果更倾向于负面，因为它将状态较为恶劣的指标权重调大，将状态较优的指标权重调小，以常权评估结果作为参照，权重调节力度越大评价结果增大越明显。结合图3可知，笔者的变权模型在组态失衡程度较大时，权重调整力度较大，组态失衡程度较小时，权重调整力度较小，而2种变权评估模型设置的参数大小相同，这说明笔者变权模型，相较对比模型对状态较为极端的指标敏感性较高，较均衡的状态值敏感性较低，这更符合变权混合变权模型的要求“提升对极端指标的关注度”。因此，在锚固边坡的失稳风险评估中，笔者变权模型优于对比变权模型。

分析笔者变权评估模型综合评估结果可知，该案例锚固边坡失稳风险概率值从5月2日至6月10日左右不断增大，从6月10日左右至7月10日左右，不断减小，从7月10日至7月29日缓慢变化。5月2日至5月13日左右，该锚固边坡失稳风险等级为“Ⅰ级”，风险状态为“安全状态”。5月13日左右至7月29日，该锚固边坡失稳风险等级为“Ⅱ级”，风险状态为“跟踪状态”。

结合工程施工进展分析，该隧道口锚固边坡于2018年4月27日开挖，开挖之初，由于洞口管棚和明洞仰拱支护施工未完成，加之开挖施工扰动，边坡应力释放，进行表生改造和应力场调整，应力和位移变形加快，使得边坡失稳风险概率升高；6月初，开挖超过30m，超出了坡面里程范围，随着边坡下方施工的继续进行，其施工扰动逐渐减小，边坡应力场逐渐转化为自重应力场为主，边坡应力和位移减缓，其失稳风险概率降低；7月10日，随着洞口管棚、明洞仰拱支护的完成和施工开挖深入，支护达到饱和状态，坡体下滑力和支撑力达到平衡，锚固边坡整体上逐渐趋于稳定。综上可知，所得评估结果与该锚固边坡实际情况完全相符，证明笔者变权评估模型适用于锚固边坡失稳风险评估。由于该锚固边坡今后所受工程扰动较小，且处于地震低发地带，地下水不发育，其负面影响因素较少，加固设施完备，故可判定之后该锚固边坡失稳风险等级将不高于“Ⅱ级”，即“跟踪状态”，较为安全。

4 结论

1)在实际应用中，基于指标状态到“激惩平衡区间”的距离的组态失衡度能较好的体现指标组态失衡情况。

2)包含组态失衡度的状态变权函数模型，在决策评估对象包含多组组态失衡度相差较大的状态值时，得到的变权调节度依然满足“指标组状态失衡程度越大，变权调节度越大”的要求，即适用性更高，同时其对优势和劣势状态敏感度更高，对较平衡的状态敏感度更低，效果更好。

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