王騰

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311122）

基于層次分析法的土壩量化安全評價(jià)體系與方法

王騰

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311122）

對土壩的安全性進(jìn)行分析，提出了基于層次分析法的土壩安全評價(jià)體系，其包含了3個(gè)3級模型，2個(gè)子級模型。從結(jié)構(gòu)和滲流角度構(gòu)建了土壩的安全評價(jià)體系與方法，提出了一種量化的安全值評價(jià)法，以一個(gè)算例進(jìn)行了方法分析，得出了安全管理的重點(diǎn)指標(biāo)與量化安全值。

土壩；穩(wěn)定性；層次分析法；安全管理；安全評價(jià)；重點(diǎn)指標(biāo)

由于日常管理的疏忽，對土壩的小險(xiǎn)情未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，導(dǎo)致重大事故的發(fā)生已屢見不鮮［1-3］，因此有必要構(gòu)建一種全面的土壩安全管理體系與安全評價(jià)方法，而目前關(guān)于土壩安全管理體系方法的研究文獻(xiàn)較少［4-5］，與其有關(guān)的安全系數(shù)法，與安全管理體系仍有較大區(qū)別，用于安全管理適用性較差。安全系數(shù)法是從結(jié)構(gòu)角度考慮土壩的穩(wěn)定性，對滲流視角考慮較少，而對于土壩安全管理體系的構(gòu)建，則需要全面地考慮土壩的結(jié)構(gòu)與滲流。

基于從穩(wěn)定性角度對土壩安全管理體系進(jìn)行構(gòu)建，是一種基礎(chǔ)視角，該視角是除了“人的因素”以外的較全面的視角，基于此，可以較全面地構(gòu)建一種非人管理因素以外的較全面的安全管理體系，因此該安全評價(jià)管理體系，暫不考慮人為因素。

1 3個(gè)3級安全評價(jià)指標(biāo)體系的建立

基于土壩的穩(wěn)定性視角，從土壩的安全性角度出發(fā)，下向建立層次分析模型，即由頂上事件往下逐漸建立分析模型，以土壩的安全性能差為頂層設(shè)計(jì)事件，認(rèn)為土壩安全性差的原因是土壩的穩(wěn)定性差，因此以土壩的穩(wěn)定性差為中層設(shè)計(jì)事件，認(rèn)為引起穩(wěn)定性差的因素分為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)因素和滲流失穩(wěn)因素，將其設(shè)為下層事件。土壩安全性能層次模型的上層模型如圖1。

圖1 上層模型

土壩安全性能層次模型的下層模型，即對結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和滲流失穩(wěn)的分析模型，分別如圖2和圖3。

由圖2可知，對于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)模型，認(rèn)為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)由壩體因素和壩基因素導(dǎo)致。下層對中層與中層對上層的致因皆為“且”的關(guān)系。子指標(biāo)符號標(biāo)示在圖2中。

圖2 結(jié)構(gòu)失穩(wěn)模型

由圖3可知，對于滲流失穩(wěn)模型，認(rèn)為滲流失穩(wěn)是由壩體因素、壩基因素、滲體周邊銜接因素三者導(dǎo)致。其中，下層對中層與中層對上層的致因皆為“且”的關(guān)系。子指標(biāo)符號標(biāo)示在圖3中。

圖3 滲流失穩(wěn)模型

圖1，圖2，圖3即為土壩安全評價(jià)的指標(biāo)體系，即3個(gè)3級模型，模型以事故致因的邏輯順序進(jìn)行，由頂上事件逐層向下展開因素，即下向展因。而在分析時(shí)，是由下往上分析，故為上向分析。

2 基于層次分析法的安全評價(jià)值法

采用層次分析法對上述層次模型進(jìn)行分析，層次分析法由因素集和評價(jià)集組成［6-7］。層次分析法AHP基于式（1）～式（4）：

式中 R為因素集與評價(jià)集之間的關(guān)系矩陣；rij表示第i（i=1…n）個(gè)因素對第j（j=1…n）種評語的可信程度。

多層次綜合評判的數(shù)學(xué)模型見式（2）。

式中 A為層次矩陣；B為權(quán)重指標(biāo)矩陣。

對于建立的3級模型，先進(jìn)行第3層的運(yùn)算，分別得到Bij=Aij·Rij，即：

按照式（4），進(jìn)行AHP分析，即可得到個(gè)層次的權(quán)重Bm。

基于以上層次分析法的原理，可定義一種量化的安全評價(jià)方法，該方法的公式為：

將S定義為該層次的安全值，同時(shí)，將該安全評價(jià)方法稱為安全值法，以S值的大小評定層次的安全程度，以此達(dá)到量化效果。該方法是一種權(quán)重相乘的歸一化方法，其設(shè)計(jì)來源于可靠性理論工程的復(fù)雜系統(tǒng)理論，即同等情況下，復(fù)雜系統(tǒng)的安全度要小于簡單系統(tǒng)，波動(dòng)較大的系統(tǒng)安全度要小于波動(dòng)較小的安全度，即越穩(wěn)定，安全性越高，基于該原理對土壩穩(wěn)定性方面安全評價(jià)的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行量化的土壩安全評價(jià)。

3 實(shí)例計(jì)算與安全評價(jià)

基于以上公式，以某水庫土壩為例，進(jìn)行計(jì)算。該水庫的具體參數(shù)情況見參考文獻(xiàn)［8］，將其中的參數(shù)及相關(guān)比較原則代入以上公式得表1、表2。

表1 結(jié)構(gòu)失穩(wěn)層次分析法權(quán)重

表2 滲流失穩(wěn)層次分析法權(quán)重

對以上層次分析法所得的權(quán)重作為安全評價(jià)參考。

3.1 水庫土壩結(jié)構(gòu)失穩(wěn)

從表1可以看出，筑壩材料因素F1是最易引起土壩結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的因素，在安全評價(jià)中，應(yīng)尤其重視該指標(biāo)，對于筑壩材料應(yīng)投入人力物力，監(jiān)管其可能發(fā)生的缺陷與問題。除此之外，還應(yīng)重視不利地形因素F7，該因素易引發(fā)壩基失穩(wěn)，在安全評價(jià)中，應(yīng)將不利地形作為一個(gè)重要的指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。而結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的其他因素雖然權(quán)重指標(biāo)比F1和F7低，但其權(quán)重值仍然較高，需做好各項(xiàng)指標(biāo)的安全防護(hù)，但應(yīng)有針對性的重視筑壩材料和不利地形因素。

3.2 水庫土壩滲流失穩(wěn)

從表2可以看出，防滲體與壩殼間反滲層的設(shè)置因素f1是最易引起滲流失穩(wěn)的因素，在安全評價(jià)中，應(yīng)尤其重視該指標(biāo)，對于防滲體與壩殼間反滲層的設(shè)置，應(yīng)投入人力物力去監(jiān)管。除此之外，從表2可以看出，壩體因素對滲流失穩(wěn)的影響較大，壩體失穩(wěn)的5項(xiàng)指標(biāo)在引起滲流失穩(wěn)的所有指標(biāo)排名占據(jù)前5名，因此，從安全評價(jià)角度考慮，要對壩體因素高度重視。

基于安全值法，即根據(jù)式（5）對上述結(jié)果進(jìn)行安全評價(jià)可得：對于水庫的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，所得安全值為0.1145，對于水庫的滲流失穩(wěn)，所得安全值為0.02484，由此可以看出，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的安全程度要大于滲流失穩(wěn)，這是由于滲流失穩(wěn)影響因素多，屬于復(fù)雜系統(tǒng)，且其穩(wěn)定性差，波動(dòng)性大的原因，由此，其安全程度必然小于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的安全程度。

基于該例，構(gòu)建了一種安全評價(jià)體系，細(xì)分了內(nèi)部指標(biāo)的安全程度，并從總體上對兩大類的安全程度進(jìn)行了量化的評估，因此，該文提供了一種既可以微觀細(xì)分又可以宏觀量化的安全評價(jià)體系與方法。

4 結(jié)語

（1）提出了一種基于土壩穩(wěn)定性視角的土壩安全管理體系與評價(jià)方法，其考慮了土壩的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和滲流失穩(wěn)，建立了3個(gè)3級層次模型。

（2）提出了一種量化的安全值評價(jià)方法，結(jié)合案例，對所建立的土壩安全管理體系進(jìn)行了權(quán)重分析與安全值分析，以所得結(jié)果作為安全評價(jià)的參考。

（3）得出了筑壩材料F1是最易引起土壩結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的因素；壩體失穩(wěn)是最易引起滲流失穩(wěn)的因素。從安全評價(jià)角度考慮，要引起高度重視。

［1］趙玉芹，賈忠清，黃九權(quán)，等.平原水庫大壩安全監(jiān)測［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2010（5）：76-78.

［2］龍起華，石自堂，王磊.紫檀沖水庫劈裂灌漿時(shí)主壩塌陷分析［J］.陜西水利，2011（4）：73-74.

［3］許尚杰.土壩的耐久性與安全評價(jià)方法研究［D］.西安：西安理工大學(xué)，2010.

［4］安健，李慧敏.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云技術(shù)的大壩安全管理［J］.水利建設(shè)與管理，2015（6）：57-60.

［5］魏海，沈振中.土壩滲透穩(wěn)定可靠性分析方法及應(yīng)用［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2008，18（9）：1404-1409.

［6］申志東.運(yùn)用層次分析法構(gòu)建國有企業(yè)績效評價(jià)體系［J］.審計(jì)研究，2013，12（2）：106-112.

［7］劉江.基于層次分析法的企業(yè)運(yùn)輸方式的選擇［D］.北京：對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，2006.

［8］許尚杰.土壩的耐久性與安全評價(jià)方法研究［D］.西安：西安理工大學(xué)，2010.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

The evaluation system and method of the dam safety quantity based on the AHP evaluation method

WANG Teng
（East China Investigation and Design Institute of China Electric Power Construction Group Co.，Ltd.，Hangzhou 311122，China）

Security analysis is taking on based on stability view angle of earth dam，a dam safety evaluation system and method is proposed based on analytic hierarchy process，which contains three-threemodels and two sub grademodel，the safety evaluation system and method of the earth dam seepage angle is from the structure and construction，at the same time，the analysis of AHPweights is taking on in one case，the key indicators of safetymanagement can be as a guide for the safetymanagementofwater conservancy construction.

dam；stability；AHP；safetymanagement；safety evaluation；key indicators

TV698

：B

：1672-9900（2017）04-0003-04

2017-03-21

王 騰（1980-），男（漢族），山東濱州人，本科，主要從事工程管理方向研究，（Tel）13750859691。