一种膨胀土渠道边坡长期稳定性的评估方法及系统与流程

本发明属于工程设计，涉及一种边坡稳定性的评估方法及系统。

背景技术：

1、膨胀土边坡变形失稳是膨胀土地区渠道施工及安全运行面临的最大问题，具有发生频率高、难预测、渠道建成后处理难度大的特点。在膨胀土渠道边坡失稳中，结构面控制型滑坡规模相对较大，从边坡开挖到滑动破坏的间隔期相差悬殊，有的开挖即失稳，有的滞后数年至数十年，常见的失稳滞后时间从数个月到二年左右不等。

2、然而，膨胀土的工程性质较为特殊，膨胀土的超固结性使得膨胀土在开挖时产生明显的卸荷回弹，引起裂隙张开、土体含水率升高，同时膨胀土的多裂隙性是造成土体含水量得以反复干湿变化和强度下降的主要原因，膨胀土的胀缩性则是造成浅部土体结构破坏和裂隙化的主因。由于膨胀土特殊的破坏机理，膨胀土渠道边坡失稳的内外因素众多，采用传统稳定性分析方法或依靠变形监测评估膨胀土渠道边坡稳定性时不确定性很大，难以预测评估膨胀土边坡的长期稳定性，给工程边坡处理设计带来困难，要么方案过于保守造成施工浪费，要么对风险认识不足导致处理措施不够，后期渠道运行期间一旦发生边坡失稳，会造成巨大的直接损失和高昂的处理代价。

技术实现思路

1、为解决背景技术中所述的膨胀土边坡的长期稳定性难以预测评估的问题，本发明提供一种膨胀土渠道边坡长期稳定性的评估方法及系统。

2、本发明的方法包括以下步骤：

3、s1、根据膨胀土渠道边坡长期稳定性的历史数据、膨胀土渠道边坡的变形破坏机理以及膨胀土的特性，确定影响膨胀土渠道边坡长期稳定性的多个主要评估因素；针对每个主要评估因素，建立对应的至少一个次级评估因素，构建膨胀土渠道边坡长期稳定性预测的评估层次构架，并依据膨胀土渠道边坡长期稳定性预测的各个次级评估因素的实际情况，制定各个次级评估因素的评分准则；

4、s2、依据ahp层次分析法建立相对重要性比例标度，并对每个主要评估因素两两进行比较，依据相对重要性比例标度进行赋值，并构造判断矩阵计算各个主要评估因素的权重；对每个次级评估因素两两进行比较，依据相对重要性比例标度进行赋值，并构造判断矩阵计算各个次级评估因素的权重；

5、s3、对构造的判断矩阵进行一致性检验计算得出一致性检验因子cr，若一致性检验因子cr＜0.1，则输出膨胀土渠道边坡长期稳定性预测的评估层次构架、各个主要评估因素的权重和各个次级评估因素的权重；若一致性检验因子cr≥0.1，重复步骤s2的操作，再进行一致性检验，直到cr＜0.1为止；

6、s4、依据膨胀土渠道边坡长期稳定性预测的评估层次构架、各个次级评估因素的评分准则、各个主要评估因素的权重和各个次级评估因素的权重构成的膨胀土渠道边坡长期稳定性的预测评价体系，计算膨胀土渠道边坡长期稳定性的总评分，根据总评分对膨胀土渠道边坡长期稳定性进行分级评估。

7、进一步地，所述s1中，膨胀土渠道边坡长期稳定性的主要评估因素包括：胀缩特性、裂隙特征、地质结构、水文地质和工程因素。

8、更进一步地，所述s1中，主要评估因素胀缩特性对应的次级评估因素包括：膨胀性、形成年代；主要评估因素裂隙特征对应的次级评估因素包括：长大裂隙长度、长大裂隙产状、缓倾角裂隙连通率、长大裂隙面起伏状态、长大裂隙面充填情况、微小裂隙发育程度；主要评估因素地质结构对应的次级评估因素包括：地层界面、膨胀性界面、膨胀性较强的夹层；主要评估因素水文地质对应的次级评估因素包括：地下水赋存类型、岩土富水程度、坡面渗水状况；主要评估因素工程因素对应的次级评估因素包括：坡高、开挖坡比、施工保护、工程处理措施。

9、更进一步地，所述2中，相对重要性比例标度为第i个评估因素相比第j个评估因素的重要程度值，其中1≤i≤n,1≤j≤n,n为评估因素个数；当极其重要时，相对重要性比例标度为9，当十分重要时，相对重要性比例标度为7，当重要时，相对重要性比例标度为5，当略重要时，相对重要性比例标度为3，当同等重要时，相对重要性比例标度为1，当略次要时，相对重要性比例标度为1/3,当次要时，相对重要性比例标度为1/5,当次要时，相对重要性比例标度为1/5,当十分次要时，相对重要性比例标度为1/7,当极其次要时，相对重要性比例标度为1/9。

10、更进一步地，所述s2中，判断矩阵a为：

11、

12、其中，aij表示评估因素{a1，a2，a3…an}中任意2项ai、aj的相对重要度；1≤i≤n,1≤j≤n,n为评估因素个数。

13、更进一步地，所述s2中，假设评估因素{a1，a2，a3…an}在上一级某一元素作为评估基准下,其权重值分别为{w1、w2、w3…wn}，则权重值所构成的向量如下表示：，则权重值所构成的向量如下表示：

14、

15、则判断矩阵a可改写为：

16、

17、

18、更进一步地，所述s3中，一致性检验的判断因子cr为：

19、

20、其中，λmax为最大特征根，n为评估因素个数；ri为平均随机一致性检验指标，由判断矩阵维数决定。

21、本发明提出了一种膨胀土渠道边坡长期稳定性的评估系统，包括评估层次构架及评分准则构建模块、评估因素的权重计算模块、一致性检验模块和长期稳定性分级评估模块。

22、所述评估层次构架构建模块，用于根据膨胀土渠道边坡长期稳定性的历史数据、膨胀土渠道边坡的变形破坏机理以及膨胀土的特性，确定影响膨胀土渠道边坡长期稳定性的多个主要评估因素；针对每个主要评估因素，建立对应的至少一个次级评估因素，构建膨胀土渠道边坡长期稳定性预测的评估层次构架，并依据膨胀土渠道边坡长期稳定性预测的各个次级评估因素的实际情况，制定各个次级评估因素的评分准则。

23、所述评估因素的权重计算模块，用于依据ahp层次分析法建立相对重要性比例标度，并对每个主要评估因素两两进行比较，依据相对重要性比例标度进行赋值，并构造判断矩阵计算各个主要评估因素的权重；对每个次级评估因素两两进行比较，依据相对重要性比例标度进行赋值，并构造判断矩阵计算各个次级评估因素的权重。

24、所述一致性检验模块，用于对构造的判断矩阵进行一致性检验计算得出一致性检验因子cr，若一致性检验因子cr＜0.1，则输出膨胀土渠道边坡长期稳定性预测的评估层次构架、各个主要评估因素的权重和各个次级评估因素的权重；若一致性检验因子cr≥0.1，重复评估因素的权重计算模块的操作，再进行一致性检验，直到cr＜0.1为止。

25、所述长期稳定性分级评估模块，用于依据膨胀土渠道边坡长期稳定性预测的评估层次构架、各个次级评估因素的评分准则、各个主要评估因素的权重和各个次级评估因素的权重构成的膨胀土渠道边坡长期稳定性的预测评价体系，计算膨胀土渠道边坡长期稳定性的总评分，根据总评分对膨胀土渠道边坡长期稳定性进行分级评估。

26、本发明还提出了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而实现上述所述的一种膨胀土渠道边坡长期稳定性的评估方法和一种膨胀土渠道边坡长期稳定性的评估系统。

27、本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的一种膨胀土渠道边坡长期稳定性的评估方法和一种膨胀土渠道边坡长期稳定性的评估系统。

28、本发明与现有技术相比，根据膨胀土渠道边坡长期稳定性的历史数据、膨胀土渠道边坡的变形破坏机理以及膨胀土的特性，建立影响膨胀土渠道边坡长期稳定性的多个主要评估因素及其对应的次级评估因素，构建评估层次构架；采用定量分析与定性分析相结合的ahp层次分析法，建立相对重要性比例标度构造判断矩阵，构造判断矩阵，计算各评估因素的权重，并通过对判断矩阵进行一致性检验以避免出现逻辑错误；最后通过制定各个次级评估因素的评分准则，以及计算得到的各评估因素的权重，计算膨胀土渠道边坡长期稳定性的总评分，根据总评分对膨胀土渠道边坡长期稳定性进行分级评估。本发明解决了依靠传统稳定性计算分析方法不能预测膨胀土渠道边坡长期稳定性的问题，为膨胀土地区渠道施工及安全运行设计提供了依据。