AHP_FUZZY综合评价在边坡稳定性中的应用

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叶片角度的完全可控。 3 结语 通过该实验尾水管可以观察到水流的变化、 旋涡的改变， 对于初接触流体的学者具有重大意义，可用于众多学校的观 察演示实验。更为重要的是： 在安装涡流发生器以后， 实验管 道前后的压力有明显变化。通过压力差， 我们不难发现： 涡流 发生器对于提高水源的利用率有显著的作用。 结合当前节能、 绿色等要求， 预期通过实验， 能够提高实 验水管的能量利用效率提高 3 到 5 个百分点，进而实现发电 效率至少一个百分点的提高。如果能将其应用于工业领域， 对于众多低水源、 中水源的发电机厂及相关企业， 应用前景是 相当广阔的。 注释： 梁武科， 刘胜柱， 罗兴錡， 王德意.尾水管的改造设计与 CFD 分析.中国农村水利水电， 2003 年第 10 期， 14-27. 由彩唐， 何成连.中水头电站尾水管形式优化分析[R].水利 水电工程设计， 1997. 水利水电科学研究院编.水轮机尾水管译丛(第一辑)[R].水 （图 3） 利水电科学研究院,1964. 潘华辰等.新型尾水管及制作方法[P]. M.塞万提斯.改变尾水管地板角度提高转浆式水轮机效率 [J].水利水电快报， 2006 年第 27 卷 20 期. 机械设计手册[S].机械工业出版社,2004. 彭伟忠. 一种普通快滤池用水流缓冲器.CN200420110812.3. PRO/E 机构仿真运动[M].人民邮电出版社,北京. 孙全颖等.机械优化设计[M].哈尔滨工业大学出版社,2007. 刘毅.机械原理课程设计[M].华中科技大学出版社,2007.
文章编号：1007-3973（2010）02-023-03
1 引言 岩土质边坡是一种自然体，由于用以描述岩土物理力学 性质的容重、 内聚力、 内摩擦角等参数不是唯一确定的， 故而 边坡稳定性分析是不确定性问题，具有相当的模糊性。传统 的分析方法多为定值分析法，并不能反映分析对象真实的安 全性和可靠性。本文试图将模糊层次综合评价方法引入边坡 稳定性分析中， 建立评价模型， 并结合三峡库区的实际情况选 择了主要关联因数、 构造了新的隶属函数， 进而对赵树岭滑坡 进行了稳定性评价。 2 滑坡模糊综合评价的数学模型 模糊综合评价是应用模糊变换原理和最大隶属度原则， 综合考虑被评价的相关因数及其权重，进而进行等级或类别 评价。 评价时所着眼的 m 个关联因数的集合为 ， n 个评语的集合为 。 若用 rij 表示第 i 个因数 对第 j 种评语的隶属度， 则关联因数论域与评论域之间的模糊 关系可用评价矩阵：
—— 科协论坛 ・ 2010 年第 2 期 （下） ——23来自 工程技术与 产业经济
对表 1 中的定性指标， 采用线性插值函数：
图 1 滑坡剖面潜在滑动面及条块剖分图 考虑到赵树岭滑坡在三峡库区水库蓄水后可能遇到的情 况， 对主剖面， 选择以下计算工况： （1） 米水位； 175 （2） 米水位＋地震力 175 （Ⅵ度） ； （3） 米水位＋地震力 175 （Ⅶ度） ； （4） 米水位骤降到 135 米水位； 175 （5） 米水位骤降到 135 米水位＋地震力 175 （Ⅵ度） ； 重要程度模糊子集 A， 通过层次分析法 （AHP） 得到。 根据 统计数据和专家意见， 采用 1~9 标度法所得判断矩阵见表 2： 表 2 层次分析法判断矩阵 （6） 米水位骤降到 135 米水位＋地震力 175 （Ⅶ度） 。 经资料收集和实地勘查， 主要关联因素实测值见表 3。 表 3 关联因素实测值
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的问题， 可适当增加考虑的关联因素， 扩展边界值矩阵， 即可进 行模糊综合分析。 （3） 针对赵树岭滑坡的实例分析基本结论为： 赵树岭滑坡 整体比较稳定， 单独的地震或水位骤降都不会对其稳定性造成 较大的影响， 只有当两者叠加的时候， 滑坡才接近临界失稳状 态。 因此对赵树岭滑坡除常规预防措施外， 还应加强库区水位 变化期间的变形监测。 参考文献： [1] 张跃. 模糊数学方法及其应用[M]. 北京： 煤炭工业出版社， 1992. [2] 王元汉， 李卧东， 李启光等. 岩爆预测的模糊数学综合评判 方法[J]. 岩石力学与工程学报， 1998， （5） 493~501. 17 ： [3] 胡毓达. 实用多目标最优化[M]. 上海： 上海科学技术出版 社， 1990 [4] 方云,陈爱云,,孙兵. 模糊优选神经网络在边坡稳定性分析 中的应用[J]. 水文地质工程地质， （增刊） 43~45. 2004 ： [5] 中国地质大学 （武汉） 工程学院.三峡工程库区巴东新县城 赵树岭滑坡稳定性预测及防治对策研究[R]. 2001.9.
涡流发生器是由一系列三角形的平面叶片组成， 每个叶 片包含长边、 短边与安装边依次首尾顺次相接， 两两配对使用。 由于在仅靠管道内壁的水流不规则性较大，所以涡流发生器 必须安装在紧贴管壁的内表面。通过 CFD 模拟实验验证： 在 本实验模型中涡流发生器应安装在距入口 0.1 米处。在本实 验中长边长取 0.25 米， 短边长取 0.15 米， 这样也保证了长边 与安装边的夹角在最优区间内。此外涡流发生器还要求对称 使用， 我们一个侧面选择四组并将其均匀分布在管壁内表面。 其装配图如图 3 所示：
为保证两叶片本身的配合，在实验过程中将叶片设计为 可调的。两叶片孔中心间距为 0.25 米， 使得每个叶片的间距 与每组叶片的间距均匀且稳定。由于叶片的安装方向与水流 方向一致，叶片每有一个小的角度变化对水流的影响都比较 大， 所以必须设定一个敏感的系统， 可以精确确定一组中两个 叶片的夹角。所以本实验选择一级传动，用曲柄倒杆结构 ， 将一组叶片的夹角能在 40°~60°任意变化。依据曲柄倒杆机 构原理， 本实验当中倒杆每移动 1cm， 叶片转动 4°， 进而实现 （上接第 24 页） 从以上的对比中可以看出： （1） 若以稳定性系数 1.30、 1.20、 1.10、 1.00 分别对应滑 坡稳定、 基本稳定、 欠稳定、 临界失稳、 失稳的分界点， 则对 主滑面 （pm1） 的评价两种结果基本一致， 赵树岭滑坡整 即： 体比较稳定， 单独的地震或水位骤降都不会对其稳定性造成 较大的影响， 只有当两者叠加的时候， 滑坡才接近临界失稳 状态。 （2） 模糊综合评价作为一种有待完善的评价手段， 其在主 滑面稳定性的评价上与经典理论剩余推力法的评价结果基本 一致说明： 剩余推理法作为经典理论， 其结论是经得起考验的， 而模糊综合评价作为一种考虑主要滑动因素的不确定性的分 析方法， 在大型滑坡的稳定性分析中存在优势。 5 结论与建议 (1) 岩土质边坡是一种自然地质体， 其稳定性在很大程度 上是不确定性问题， 具有模糊性， 因而模糊数学分析是边坡稳 定性分析的有效途径之一， 值得推广运用。 （2） 本文仅讨论影响边坡稳定性的 8 个主要关联因素， 这 些因素都是边坡稳定性调查研究的基本对象， 其值便于确定， 一般情况下， 已能较好地刻划边坡稳定性状况。 对于十分特殊
根据国家标准规范， 前人在三峡库区的工程实践， 选定与 斜坡稳定性相关联的主要因素为 9 个， 其等级划分见表 1。 表 1 关联因素等级表
由于表 1 的等级评定标准是 “一刀切” 的确定性标准， 没 有考虑等级间的边界模糊性， Fuzzy 综合评判法的优势即在 而 于此， 它通过取隶属函数， 充分考虑等级间的中间过渡状态。 根据工程实践拟合隶属函数如下：
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□ 袁勇涛
陕西・西安 710043） (中铁第一勘察设计院集团有限公司地路处 摘
要： 依据模糊综合评价原理， 充分考虑工程实际经验， 建立了适用于三峡库区的 Fuzzy 综合评判模型。根
据不同的稳定状态， 将边坡划分为五个等级； 并分析了影响边坡稳定的各种作用因素， 由层次分析法确定了相对 权重； 最后结合巴东县城赵树岭滑坡进行了分析， 得出了符合实际情况的结论。 关键词：模糊评价 FUZZY 层次分析法 AHP 中图分类号： 文献标识码：A 三峡库区 滑坡稳定性 影响因素
来表示， 其中
； 表示隶
对表 1 中的定量指标， 采用岭形隶属函数。
属函数关系， 2， …,m； 2， i=1， 3， j=1， 3,…,n。 各关联因数对于所评价的事物或其属性具有不同的重要 程度， 可用模糊子集 A 表示： 其中,0≤ai≤1,i=1,2,…,m； aj为vi对A~的隶属度， 且 。 将 A~与 R~的合成 B~看作对被评价对象的最终评价， 则模糊 综合评价的数学模型为： 式中 表示广义模糊运算符。对此运算符的定义不同， “o” 则对应不同的模糊综合评价模型。根据前人的研究成果，为 了避免出现失真和失效，并提高精度，以选取加权平均型 为最佳。 根据“最大隶属度判别准则” 可对滑坡的稳定性状态进 ， 行分类。依照 “贴近度” 原则， 可进一步细分滑坡。 3 滑坡稳定性模糊综合评价物理模型 在斜坡稳定性评价中， 评语集合可取为 V ＝{v1,v2,v3,v4, }={稳定， v5 基本稳定， 欠稳定， 临界失稳， }。 失稳
如前述， 将表 3 的值输入自编的 MATLAB 模糊分析软件 子系统， 即可得到模糊综合评价结果 （表 4） ： 通过特征向量法 （EM） 得到重要程度模糊子集为 （即权重 向量） ： A={0.0556,0.1944,0.1111,0.083,0.0278,0.2222,0.167,0.0178} 由 （4-8） 、 （4-9） 各式得到各元素 rij， 归一化处理后便得到 评价矩阵 R， 进而根据 （4-7） 式按模型 4 工程实例 赵树岭滑坡位于巴东新城区云沱赵树岭一带，地形总体 为东西向展布的南高北低， 向北东、 北西呈扇形展布的斜坡， 总体坡度较缓， 大体上陡、 中缓、 临江陡。地层主要为上部第 四系松散堆积 （包括残坡积层、 崩坡积层、 滑坡堆积层等） 其 ， 下基岩为中三叠统巴东组泥质灰岩和泥质粉砂或粉砂质泥岩 构成的互层。区域地质构造主要受赵树岭东侧 F6 断层和西 侧 F7 断层，对滑坡影响较大。赵树岭地区地下水不太丰富， 主要包括， 第四系松散堆积层孔隙水和碎屑岩裂隙水， 对滑坡 的整体稳定性的影响较小，一般只对局部斜坡稳定性造成一 定的影响。 根据赵树岭滑坡的工程地质条件及滑动机理分析，滑坡 可能因失稳而导致整体变形破坏，因此选择赵树岭滑坡主剖 面来评价滑坡的整体稳定性。如图所示： —— 科协论坛 ・ 2010 年第 2 期 （下） —— （下转第 32 页） 根据模糊数学“最大隶属度判别准则” 将表 4 的计算结 ， 果转化为定性结论， 并与 PUSH 法的计算结果进行对比如下： 表 5 模糊数学 （FUZZY） 与剩余推力 （PUSH） 计算结果对比表 ， 计算即可得到 终评子集 B， 最后按最大隶属度原则选取即可。 表 4 模糊综合评价结果表