水利工程低弹模混凝土防渗墙适应性评价研究

防渗体系以其结构重要性、技术复杂性、投资比重大等因素,在水利工程中占有重要位置。在土石坝枢纽工程中,防渗体系关系到地基的稳定、大坝的安危,许多大坝失事大都由于防渗体系遭到破坏或失效,因此备受关注。作为水利工程防渗体系的主体部分,低弹模混凝土防渗墙的效果较为可靠,近几年,在土石坝除险加固工程中得到了广泛应用[1, 2]。但如何对工程中已实施的低弹模防渗墙作评价,目前尚无这方面的研究。本文根据水利工程特点,首先建立了低弹模防渗墙适应性评价测度体系和标准,并借助模糊综合评判法进行分析,为管理单位、设计单位等提供一种思路和方法。

1　评价测度体系构建

影响低弹模混凝土防渗墙适应性的因素[3-5]是多方面的,应全方位综合考虑,为此,遵循全面性、代表性、独立性、简约性以及可操作性等原则,深入调查工程防渗墙设计、施工、检测等情况,初步确定防渗墙适应性测度,同时广泛征求专家、行政管理部门以及施工单位的意见和建议,在此基础上,初步建立防渗墙适应性测度体系。

2　防渗墙适应性评价标准　　

要对水利工程上的低弹模混凝土防渗墙的适应性作出评价,首先必须对所拟定的测度特性的“优”、“劣”状况做出评价。测度特性和最终评价目标评价等级数量划分的多少,是一个涉及到已有方法、相应规范、实践经验、人类心理活动等多方面因素的问题。若等级数量划分得过少,将不利于防渗墙适应性状况真实合理地反映;若等级数量划分得过多,又会加大确定等级间界限的难度。参照国内外各种综合测度分级方法将防渗墙适应性等级划分成5个:完全适应、较适应、基本适应、弱适应、不适应,定量表示为[1, 0. 8]、(0. 8, 0. 6]、(0. 6, 0. 5]、(0. 5, 0. 4]、(0. 4, 0]。

3　权重集确定

考虑到各测度所起的作用不同,为了使评价结果更切合实际,必须赋予不同的权重。本文采取AHP确定权重[6],即先根据评价因素间的相对重要性进行标度,再根据标度构建判断矩阵,利用方根法求出判断矩阵的最大特征值及其对应的单位特征向量(即权向量),最后对判断矩阵进行一致性检验,检验权重是否合理,若不合理则调整判断矩阵,直到具有满意的一致性为止,具有满意一致性的判断矩阵所确定的权向量就是所求权重。

4　评判模型

适应性受到多种因素的影响,我们把每一种因素用一个评语来代表,假设有m个评语,它们构成一个评语论域U:U = {u1,u2,…,uj,…,um},　(j=1,2,…,m)。

(1)式中uj代表第j个评语。对于每一个评语,把它适当的分成若干等级,以衡量其重要的程度,假设每个评语分成n个等级,则它们将构成等级论域V:V = {v1,v2,…,vj,…,vn},　(j=1,2,…,n)　。

(2)式中vj代表第j个等级。由于适应性程度和适应性分级标准都具有不确定性,所以用隶属度来确定分级界限更为合理。设vj和vj+1为相邻2级的分级标准,且vj>vj+1,则vj级隶属函数为r(x) =x-vjvj-vj+1　, vj+1≤x≤vj　;0　, x≤vj+1,　x >vj　。vj+1级隶属函数为r(x) =vj-xvj-vj+1　, vj+1≤x≤vj　;0　, x≤vj+1,　x >vj　。一个评语对所有的等级的隶属度构成一个模糊向量Y′,第j个评语的模糊向量可表示为Y′= [r1j,r2j,…,rij,…,rnj]　。

(3)所有评语的模糊向量构成一组模糊关系,记模糊变换矩阵~R:~R=r11r21…rn1r12r22…rn2… … … …r1mr2m…rnm　。

(4)因为在m种因素中,每种因素对低弹模混凝土防渗墙适应性标准影响程度不同,所以必须给每个评语加上适当的权重,这些权重亦构成一个模糊向量~A:~A= [w1,w2,…,wj,…,wm]　。

(5)其中wj是第j个评语的权重。将模糊矩阵~R和模糊向量~A合成,做一次模糊变换:~Y =~A ~R= [w1,w2,…,wj,…,wm];r11r21…rn1r12r22…rn2… … … …r1mr2m…rnm= [y1,y2,…,y3,…,yn]　。

(6)通过模糊变换而得出的模糊向量~Y为~Y= [y1,y2,…,yi,…,yn]。

(7)即为所要得到的低弹模混凝土防渗墙适应性分析的结果,其中yi代表低弹模混凝土的适应性对第i个等级的隶属度。

5　工程实例分析

5.1　工程概况

源口水库位于浙江省武义县境内的熟溪上游,原拦河坝为黏土心墙砂壤土坝壳土石坝,坝高40. 5 m,总库容2 390万m3。水库以灌溉、供水为主,兼顾发电、防洪、养殖等综合利用。为保证水库下游的防洪安全及充分发挥水库的综合作用,需对水库进行打防渗墙为主体的除险加固工程。防渗墙轴线位于坝轴线下游0. 4 m,防渗墙全长480. 1 m,桩号坝0+009. 3 m至坝0+489. 4 m,共分60个槽段。设计墙厚80 cm,伸入弱风化基岩≥0. 5 m,墙顶浇筑高程208. 50 m。

5.2　多级模糊综合评判模型

根据适应性评价测度体系以及源口水库防渗墙设计、施工、检测等情况,对各个测度赋值,并建立如图1的测度体系。

5. 2. 1　权重集确定

根据改进的0. 1~0. 9标度法建立“变形模量”、“强度”、“抗渗性”、“施工质量”、“耐久性”、“周边条件”、“其他”评价测度的模糊一致性矩阵R。R= (rij)m×m=0.5 0.7 0.9 0.8 0.9 0.9 0.90.3 0.5 0.7 0.6 0.7 0.7 0.70.1 0.3 0.5 0.4 0.5 0.5 0.50.2 0.4 0.6 0.5 0.6 0.6 0.60.1 0.3 0.5 0.4 0.5 0.5 0.50.1 0.3 0.5 0.4 0.5 0.5 0.50.1 0.3 0.5 0.4 0.5 0.5 0.5　。计算得到上述测度层各测度的权重向量:W =wi=[0.218 0.168 0.118 0.143 0.118 0.118 0.118]。同法计算测度层Ⅱ、测度层Ⅲ各测度权重向量。

5. 2. 2　模糊变换矩阵确定

根据梯型隶属度,计算“变形模量”下一级测度“配合比(0. 75)”、“混凝土原材料质量(0. 70)”、“检测结果(0. 72)”、“变形观测资料(0. 70)”可以得出模糊变换矩阵R1:R1=0. 00 0. 75 0. 25 0. 00 0. 000. 00 0. 50 0. 50 0. 00 0. 000. 00 0. 60 0. 40 0. 00 0. 000. 00 0. 50 0. 50 0. 00 0. 00　。同法推求R2-R7。

5. 2. 3　一级综合评价

依据模糊综合评价理论,对测度层Ⅱ进行综合评价。B1=A1 R1=[0. 00　0. 39　0. 13　0. 00　0. 00]　。同法依次推求B2-B7。

5. 2. 4　二级综合评价

进行归一化处理后,对测度层Ⅰ进行综合评价。即得:B =A R=[0. 218 0. 168 0. 118 0. 143 0. 118 0. 118 0. 118] 0. 00 0. 75 0. 25 0. 00 0. 000. 00 0. 61 0. 39 0. 00 0. 000. 40 0. 60 0. 00 0. 00 0. 000. 00 0. 77 0. 23 0. 00 0. 000. 00 0. 60 0. 40 0. 00 0. 000. 11 0. 34 0. 55 0. 00 0. 000. 00 0. 55 0. 45 0. 00 0. 00=[0. 067　0. 163　0. 065　0. 00　0. 00]　。按照最大隶属度原则([0. 163]),源口水库大坝低弹模混凝土防渗墙在实际运用中适应程度属于较适应。评价结果表明该工程低弹模混凝土防渗墙可以满足工程实际需要,但其配合比仍可进一步优化。

6　结　语

(1)通过对涉及防渗墙适应性的各影响因素进行分析,认为变形模量、强度、抗渗性、施工质量、耐久性、周边条件、墙身及墙厚等是低弹模混凝土防渗墙在水利工程适应性的主要影响因素,在此基础上建立了防渗墙适应性评价测度体系。

(2)采用多级模糊综合评判法客观地评价低弹模混凝土防渗墙适应性,工程实例表明,该法具有很强的分辨力和较高的灵敏度,评价结果符合工程实际,也为水利部门对低弹模混凝土防渗墙在实际工程运用适应性状况评定提供了一种新方法。