[发明专利]基于可拓理论的山区铁路枢纽土质高陡边坡稳定性评价方法

摘要

本发明公开了基于可拓理论的山区铁路枢纽土质高陡边坡稳定性评价方法，为保证高速道岔铺设质量，从运输难度、线路影响、铺设质量及效率、限制因素等方面对常用道岔铺设方案进行对比分析，最后选择跨座式铺设机方案作为高速道岔铺设方案。本发明从地形地貌、地质条件、水文和地震4个方面建立了土质高陡边坡稳定性评价的8个指标，该指标体系可以较好地描述土质高陡边坡特征，评价指标体系较为完整。将该模型应用至重庆西站扩能改造工程中某土质高陡边坡工点的稳定性评价之中，所得结果与有限元法和赤平投影分析法结果吻合，证明了提出模型的有效性，可以推广到其他山区铁路枢纽土质高陡边坡工点的稳定性评价之中。

主权项

1.基于可拓理论的山区铁路枢纽土质高陡边坡稳定性评价方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，S1模型分析S1.1边坡稳定评价指标体系指标整个评价体系最基本的组成元素，反映了影响边坡稳定性的不同因素；通过分析大量山区铁路土质高陡边坡技术经济资料，结合专家意见，将这些因素分为地形地貌、地质条件、气候水文和地震等一级指标，一级指标包含数个二级指标；S1.2指标权值的确定S1.2.1基于OWA算子的赋权方法基本原理边坡稳定影响指标的权值反映了不同因素对边坡稳定性的影响程度，因此确定不同指标的权重是进行边坡稳定性评价的第一步；利用OWA算子计算权重的步骤如下:1)专家打分由n名专家对边坡稳定影响指标X_i的重要性进行打分，得各指标分值(x₁，x₂，…，x_n)，将所得分值按小到大排列，并从1开始进行编号，得到分值组y₁≤y₂≤…≤y_k≤…≤y_n；2)位置赋权根据排列组合数对各评价指标Xi分值组(y₁，y₂，…，y_n)赋权，得到权向量α_k:其中，根据二项式定理，3)确定绝对权重利用权向量α_k对分值组(y₁，y₂，…，y_n)加权，得到边坡稳定影响指标X_i的绝对权值w′_i:4)确定相对权值根据指标X_i绝对权值w′_i其相对权值w_i:根据以上步骤，得各边坡稳定影响指标权重；S1.2.2权值计算研究共咨询了五位专家对边坡稳定性影响因素重要程度进行打分；为了保证打分结果的规范与统一，令分值取值范围为0～10，且是0.5的整倍数，分值越高则说明该专家认为该指标越重要；打分结果见表1；表1 各特征属性得分结果由公式(1)和(2)，计算得各评价指标绝对权值:w′₁＝5.875，w′₂＝6.625，w′₃＝8.125，w′₄＝9.094，w′₅＝5.156，w′₆＝6.500，w′₇＝4.656，w′₈＝5.156；根据式(3)求得各指标权值见表2，其中一级指标权值为二级指标权值之和；表2 各指标权值S1.3指标的标准化处理通过理论分析并结合前人研究成果，将不同工况下的土质高陡边坡稳定程度分为五个等级：稳定I、较稳定II、基本稳定III、不稳定IV和极不稳定V；该某指标实际值大于表中最大范围时，按值域范围最大值选取；各工况条件如表3所示；表3 评价指标的等级量值范围为避免不同指标量纲对评价的影响，应把指标数值进行标准化处理；对于指标值越大对边坡稳定性越有利的指标，标准化公式为：对于指标越大对边坡稳定性越不利的指标，标准化公式为：式中：q_ij为标准化处理后的指标值，p_ij为指标原始值，maxp_ij和minp_ij分别为其最大和最小值；根据式(5)和(6)，对表3中的等级量值范围进行标准化处理，得到表4；表4 评价指标的等级量值范围，无量纲S1.3.1可拓评价物元的基本要素包括事物名称N、特征C以及量值V，即以三元组R＝{N，C，V}对事物进行描述；为减少信息不确定性对土质边坡评价结果的干扰，确保评价结果的准确性，采用两层可拓评价，依次进行二级指标和一级指标的可拓评价；S1.3.1二级指标的可拓评价(1)经典域、节域的确定：按照上述评价标准，将土质高陡边坡稳定性分为个d等级，d＝1，2，…，e，经典域、节域如式所示；式中：R_0d为经典域；N_0d为稳定性等级；C_l为各土质边坡稳定性评价指标；V_0dl＝<a_0dl，b_0dl>为对应等级的评价指标量值范围；R_k为节域；N_k为边坡个体；V_kl＝<a_kl，b_kl>为评价指标等级量值范围的最小值到最大值，即(2)待评价土质边坡：根据表4得到待评价土质边坡N_i关于指标C_i的值V_i，边坡N_i的表示方式为(3)单指标相关度：在可拓理论中，为描述同一类别不同事物的差异，规定x₀表示区间的长度；ρ(x，x₀)称为距，表示x与区间x₀＝[a，b]之间的距；某待评价土质边坡N_i中第i个评价指标关于等级s的相关性函数即单指标相关度为(4)多指标相关度和等级相关度：某待评价土质边坡关于等级s的多指标相关度为式中：w_i为待评价指标的权重，满足为了便于比较及消除评价指标取值区间的不对等所产生的的影响，将u_s(N)进行标准化处理得到等级相关度：若则待评价土质边坡N_i等级为d₀；(5)等级指标值二级指标的等级指标值为S1.3.2一级指标的可拓评价将二级指标评价所得等级特征值作为进行一级指标可拓评价的取值，一级指标的稳定性等级仍为d个，取值范围均匀划为：(1，2)，(2，3)，…，(d，d+1)，当某指标值超出该范围，按最大值选取；其余计算皆与二级指标可拓评价步骤相同；得出一级指标计算单指标相关度、多指标相关度及等级相关度后，变可确定确定边坡的稳定性。