灰色优势分析在沥青混凝土面板防渗层性能研究中的应用.pdf

第1 1 5 1 ( 总 第1 1 6 期) 中国水能 及电气化 N o l l( T O T A L N o 1 1 6 ) 2 0 1 4 年1 1 月 C h i n a Wa t e r P o w e r &E l e c t r i fi c a t i o n 灰色优 势分析在 沥青混凝土面板 防渗层 性 能研究 中的应 用 尚伯忠， 李文娟 ( 中国水 电建设集 团港航建设有限公司，天津3 0 0 4 5 7 ) 摘 要：本文将灰色优势分析运用在实际沥青混凝土面板施工质量控制中，分析重点控制因素和敏感因素，旨 在为类似工程的沥青混凝土质量控制提供参考。 关键词 ：灰色优势分析；沥青混凝土 ；防渗层 中图分类号：T V 5 2 3 文献标识码 ：A 文章编号：1 6 7 3 - 8 2 4 1( 2 0 1 4 )1 1 - 0 0 5 2 -05 Ap p l i c a t i o n o f Gr a y Ad v a n t a g e An a l y s i s i n As p h a l t Co n c r e t e Pa n e l I mpe r v i o us La y e r Pe r f or ma nc e Re s e a r c h S H A N G B o z h o n g ； L I We n - j u a n ( S i n o h y d r o H a r b o u r C o ， L t d ，T i a n fi n 3 0 0 4 5 7 ，C h i n a ) Abs t r ac t ： I n t h e p a pe r，g r a y a d v a n t a g e a na l y s i s i s u t i l i z e d i n a c t u a l a s ph a l t c o nc r e t e pa n e l c o n s t r u c t i o n q u a l i t y c o n t r o 1 Ke y c o n t r o l f a c t o r s a n d s e n s i t i v i t y f la c t 0 r s a r e a n a l y z e dt h e r e b y p r o v i d i n g r e f e r e n c e f o r a s p h a l t c o n c r e t e q u ali t y c o n t r o l i n s i m i l a r p r o j e c t s Ke ywor ds： g r a y a dv a n t a g e a n a l y s i s ；a s p h a h c o n c r e t e；i mp e r v i o us l a y e r 1 概述 近年来 ，随着 我国优质沥青 的开发 、施工水平 的 提 高和专业施工 队伍 的建立 ，沥青混凝 土面板 已被 推 主要的防渗任务。防渗层混合料中含沥青及填料较 多 ，碾压不 当易导致高温流淌或面层 老化 。因此研 究 沥青及填料含量 、压实条件对 防渗层性能 的影响有实 际意义 。 广应用 到抽 水 蓄能 电站 的库盆 防渗 中 ，如装 机 容量 本文 以某抽水蓄能 电站为背景 ，基于实 际工程 的 1 2 0 7 i k w 的浙江天荒坪抽水蓄能 电站、装机容量 试验数据 ，提 出利用灰色优势分析理论确定影 响防渗 1 0 0万 k w 的河北张河湾抽水蓄能电站 以及装机 1 2 0 层性能的优势因素 ，以提高沥青混凝土面板防渗层质 万 k w 的山西某抽水蓄能电站等。 量控制水平 。 沥青混凝土面板 的主要构造层是 防渗层 ，它承担 科 学研究及工程设计 S c i e n t i f i c R e s e a r c h En g i n e e r i n g D e s i g n 2 灰色优势分析理论 2 1 灰色关联度 当子样容量有限，不足 以反映母体的全部信息 时 ，则称该子样具有 一定灰 度。运 用具有灰度 的子样 进行数理统计缺乏准确性，并且容易导致量化结果与 定性分析不一致，这时就要用到灰色系统分析方法。 灰色关联度分析法是通过因素之间发展趋势的相 似或相异程度，来衡量因素间关联程度的方法。由于 该方法是通过发展趋势进行分析的，因此不过分要求 样本容量 的多少 ，也不 要求具有典 型 的分 布规律 ，计 算量小且关联度的量化结果与定性分析结果保持一致。 具体步骤如下： a 对优化设计考虑因素的参数进行比选和计算。 b 选择参考数据列 。 c 计 算关联系数和关联度 。 参考数列和各比较方案数列的确定。参考数列 由 个因素构成，这些因素均具备最主要性并能够确 切量化 ： 。 。 ( ) = ( 1 ) ， 。 ( 2 ) ， ( 3 ) 。 ( n ) ， 将 每个 因 素 的 相 应 值 记 为 比 较 方 案 数 列 ， ， ， ( n ) ， 预选方案中各因素形成方案数据列。假定有 m 个预选方案 ，每个方案包含 7 , 个因素，则形成的数据 列如下 ： 。 ( k ) = ( 1 ) ， ( 2 ) ， ( 3 ) ， ， 。 ( n ) ： ( k ) = ： ( 1 ) ， ： ( 2 ) ， ： ( 3 ) ， ， ： ( n ) ( k ) = ( 1 ) ， ( 2 ) ， ( 3 ) ， ， ( 1 ) ( 1 ) 计算因素的绝对差。求各比较方案与参考数列 各个因素间的绝对差： A i ( k ) = l 。 ( k )一 ( k )I ( 2 ) m a x l 。 ( )一 ( k )I 是第 i 个方案中从 =1 ，n 的 n个因素 中找 出的第一 级最 大差 ，再 由 i =1 ， ， n的所 有方案 中找出最大差 ，即为两级最大差 ： m a x m a x l 。 ( )一 ( ) l ( 3 ) 计算关联系数。要求用作关联度计算的数列具 有相 同量纲 ，否则应进行无量纲转化 。因此应先对数 列进行初值化 ，也就是用其他数分别除以第一个数。 通过初值化 ，除了可使数列无量纲 外 ，还可得到公 共 交点 ( 即第 1 点) 。 关联系数 叼 ( )的计算公式为 ra i nm i nI 0 ( )一 ( k ) l + m a x m a x l 0 ( )一 ( k )I ( )= 可 ( 4 ) 式 中， 称 为 分 辨 系 数 ，介 于 01之 间 ，常 取 0 5 。 计算关联度。采用不同的标准选择参数，就得 到不同的关联系数，这样，同一方案中存在多个不同 的关联 系数 ，不利于进一步 比较分析 。因此通 过取各 关联 系数 的平 均值将某 个方 案各关联 系数进行 集 中 ， 该均值称为关联度 。一般表示为 y ： r i ( ) ( 5 ) y 刍L L ) 上式也可看作方案中各因素权重的平均值。从工 程 的角度来说 ，关联度也可表示为各 因素关 联系数取 不同权重 ( k )的加权平均值 ，即 = ( ) 田 ( ) ( 6 ) 最后 进行 优 化决 策 ，关联 度 最大 的方案 为 最优 方案 。 2 2 优势分析 如果参考数列 和被 比较 因素均 大于一个 时 ，可 以 进行优 势分析 。将参 考数列称 为母 数列或母 因素 ，比 较数列称为子数列或子因素，母数列与子数列构成关 联矩 阵。如有 m个母 因素 、t , 个子 因素 ，那么就可 以 建立 m行 n 列的关联矩阵。每一行元素分别为第 i 个 母因素对 n 个子因素的 n 个关联度。 利用关联矩阵各元素间的关系，可以分析哪些因 5 3 科学研究及工程设计 S c i e nt i fi c Re s e a r c h En g i n e e r i n g De s i g n 素是优势 ，哪些 因素是非优势 。关联矩 阵中 ，每一行 代表 同一母 因素对不 同子 因素 的影响 ；每一列代 表不 同母因素对同一子因素的影响 。 优势因素为起主要影响的因素，相应地称为优势 母因素与优势子因素。 3 某沥青混凝土面板质量参数优势分析 3 1 工程概况 某抽水蓄能电站位 于 山西 省忻州 市 五 台县 境 内 ， 是山西 省 目前 唯一 的抽水 蓄能电站 。电站 总装 机容量 为 1 2 0 0万 k W，额 定水 头高 达 6 4 4 m。该 站有 上 下两 个水 库 ，上水库有一座 主坝 和两座 副坝 ，总防渗面积 约为 2 1 5 7万 m ，使 用沥 青混凝 土共 4 6万 r n ；下 水库挡水坝 坝型 为面板堆 石坝 ，防渗 总面 积为 1 1 2 5 万 m ，使用沥青混凝土共 2 8 6万 m 。上下库面板均 为简式结构 ，其中整平层厚 1 0 c m，防渗层厚 2 0 c m， 封 闭层厚 2 m m。 3 2 沥青及填料偏差优势分析 对 防渗 层性 能影 响 较大 的 因素是 沥 青及 填料 含 量，因此有必要分析沥青及填料偏差对防渗层性能的 影响程度 。该工程分别改变沥青 及填料 含量进行性 能 检测 ，得到 的试验结果见表 1 。 表 1 沥青和填料含量在偏差范围内变化的试验结果 成 型条件 沥青含量 ( ) 填料含量 ( ) 密度 ( g m ) 孑 L 隙率 ( ) 渗透系数 ( 1 0 ) 7 5 l 2 2 3 7 2 1 3 o 4 8 7 8 1 2 2 3 6 4 1 2 0 2 6 l 5 0 8 1 1 2 2 3 5 8 o 9 7 O 2 3 5击 7 8 l 1 2 3 6 8 1 0 8 o 3 7 7 8 1 3 2 3 6 9 o 9 7 0 3 9 技术指标 2 3 5 3 1 试验结果见图 1 、图2 。可以看出，孑 L 隙率和渗 透系数随填料含量的增加变化较小，密度随填料含量 的增加先减小后增大。当沥青含量偏差在 0 3 范 围内时，沥青混凝土的孑 L 隙率、密度、渗透系数都满 慧 足技术指标要求 ，而且变化不大 ；且 当填料含量偏 差 在 1 0 的范围内时，沥青混凝土的孔隙率 、密度 、 渗透系数也均满足技术指 标要求 ，且变化不大 。 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 7 4 7 6 7 8 8 8 2 沥青含量( ) 图 1 沥青含量与参数关联度示意图 填料含量( ) 图 2 填料 含量 与参数 关联度 示意图 根据式 ( 1 ) 式 ( 6 )计算 关 联度 矩 阵 ，密度 的关联度计算过程见表 2 表 4 。 表 2 原 始 数 据 密度 ( g c m ) 2 3 7 2 2 3 6 4 2 3 5 8 2 3 6 8 2 3 6 9 沥青含量( ) 7 5 7 8 8 1 7 8 7 8 填料含量( ) l 2 1 2 l 2 l 】 l 3 科学研究及工程设计 S c i e nt i f i c Re s e a r c h En g i n e e r i n g De s i g n 表 3 初 始 化 计 算 密度 ( g c m ) 1 0 9 9 6 6 2 7 0 9 9 4 0 9 8 0 9 9 8 3 1 4 0 9 9 8 7 3 5 沥青含量( ) l 1 0 4 1 0 8 1 0 4 1 0 4 填料含量 ( ) 1 1 1 0 9 1 6 6 6 7 1 0 8 3 3 3 3 表 4 极 差 及 关 联 系 数 计 算 1 O 0 0 4 3 0 0 8 6 0 0 4 2 0 0 41 2 O 0 0 0 3 0 0 0 6 0 0 8 2 0， 0 8 5 1 1 0 4 9 8 0 3 3 3 0 5 0 7 0 5l 0 2 1 0 9 2 7 0 8 7 9 0 3 4 5 0 3 3 7 m i n m i n l 0 ( 后 )一( k )l =0 max m a x l o ( )一 0 ( k )l=0 0 8 6 计算得到的关联度为0 5 7 0 、 0 6 9 8 。同理可计算 孔隙率和渗透系数关联度 ，得到关联度矩阵为 7 。 6 R=l 0 5 4 7 0 6 1 6 l 0 5 7 6 0 6 0 5 l 可 以看 出 ，关 联度 矩 阵 中每 一 行关 联 度 相差 不 大 ，也就是说 沥青含量 和填 料含量变化对 沥青 t 昆 凝土 性能的影响差不多；第一列中0 5 7 6较大，表示沥青 含量对 渗 透 系数 的 影 响最 大 ，密 度居 中 ，孔 隙率 最 小 ；第二列 同理 ，对 密度影 响最大 的是填 料含量 ，孔 隙率次 之 ，最小 的是 渗透系数 。 关联矩 阵中第 一行各元 素较大 ，因此密度 为沥青 混凝土 的优 势母元 素 ，对 沥青混 凝土性 能 影 响最大 ， 孑 L 隙率次之。第二列的各元素均大于第一列，说明优 势子元素为矿料含量，即需要重点控制填料含量。 由于试验次数偏少，灰度太大，且沥青含量与填 料含量 变动范围较小 ，所得的关联度偏小 。 3 3 碾压条件优势分析 通过改变试件的碾压遍数和成型温度 ，分别测试 不同条件下试件 的孔 隙率和渗透系数 ，以确定这两个 因素对 沥 青 混 凝 土 密 实 度 的 影 响 。见 表 5和 图 3 、 图 4。 表 5 通过变化碾压条件进行敏 感性试 验后的结果 沥青含量 碾压温度 碾压遍 数 密度 孔 隙率 渗透系数 f 1 ( ) ( 遍 ) ( g m ) ( ) ( 1 0I 9 ) l 5 O 3 5 2 3 5 2 1 2 9 2 4 1 3 0 3 5 2 3 6 4 1 _ 1 l 5 4 7 8 l 1 0 3 5 2 3 6 2 1 2 8 7 2 l 5 O 4 0 2 3 6 1 1 3 3 4 1 5 0 3 0 2 3 6 6 1 2 4 2 技术指标 2 3 5 3 l 0 i 型 O 碾压温度 ( ) 图 3 碾 压温度与参数关联度示意 图 图 4 碾压遍数与参数关联度示意 图 碾压遍数 a 图形分析 。从 以上试验结果可 以看 出： 当碾压 3 5遍 、碾压温度为 1 5 01 I O C时，试 件的密度 、孔隙率及渗透系数均合格，密度和孔隙率 变化不大，但渗透系数逐渐减小，分析原因主要是碾 压温度升高 ，沥青混凝土流动性变大使碾压更易施 工 ，因而渗透 系数变小 。因此 ，为 了保证 沥青混凝 土 质量 ，碾压温度应选择较高值 ，但沥青在高温时比较 容易老化和氧化，一般控制碾压温度在 1 6 0 C 左右。 5 5 5 O 5 0 5 O 5 O 5 O 4 4 3 3 2 2 1 1 O 科学研究及工程设计 S c i en t i f i c Re s e a r c h& Eng i n e e r i n g De s i g n 当碾压温度设为 1 5 0 C时，调整碾压遍数，密 度和孑 L 隙率变化不大；当碾压遍数从 3 0增加 到 4 0 时 ，渗透系数先减小后 增大 ，这是 因为增加碾压遍数 肯定会使沥青混凝 土更 加密 实 ，但 也不 是始 终如此 ， 当超过 3 5遍 时 ，可能骨 料 已经被 碾碎 ，渗 透 系数反 而增大。这说 明不可盲 目增加混凝土 的碾压遍数 ，应 根 据实际情况通 过试验确定最佳碾压遍数 。 b 灰 色优 势分 析。上述 试 验虽 然能 够说 明一 些 问题 ，但 因样本数量有 限，缺乏准确性 和全面性 。因 此 笔者进 一步采用灰色 系统方法 的优势分析 方法判断 敏感 性 。计 算 关 联 度 得 到 二 行 三 列 的关 联 度 矩 阵 如下 ： 6 5。 7 8 5 R = l 0 6 4 5 0 7 5 0 I l 0 6 2 3 0 6 4 0J 根据上述矩阵 ，每一行关联度相 差不大 ，也就是 说碾压温度和碾压遍 数对沥青混凝 土 的性能影 响差不 多；第一列中0 7 6 5 较其他数据明显偏大，即碾压温度 最敏感 ，孑 L 隙率 居 中，渗透 系数 最 小 ；第 二 列 同理 ， 碾压遍数最为敏感 ，孔隙率居中 ，渗透系数最小。 从关联度矩 阵还可 以看 出 ，第一行各元 素均大于 二 、三行 的相应元素 ，即密度为优势母元 素 ，对沥青 混凝土性能影响最大 ，孔隙率次之。第- uj 各 元素均 大 于第一列元素 ，即碾压遍数是优势子元素 ，也 就是 说碾压遍数需要重点控制 。 4 结论 a 沥 青 含 量 偏 差 在 - 4- 0 3 、填 料 含量 偏 差 在 1 0 时 ，沥青混凝 土 的孔 隙率 、密 度 、渗 透系 数 均达到合格标准 。 b 碾压温 度越 高 ，防渗性 能越 好 ，但 为 防止 面 板老化 ，一般碾压温度控制在 1 6 0 左 右。 c 碾压越密实，防渗性能越好，但为防止碾碎 骨料 ，不宜盲 目增加 碾压遍数 。 d 防渗层 最敏 感 的性 能参 数是 密度 ，其次 是孔 隙率和渗透系数。 e 填料 含量 和碾 压遍 数对 沥青混 凝 土性能 的影 响要 大于沥青含量及碾压温度 ，是重点控制 的对象 。 卜 “+ + +“ +一 + +“ “ + - + 一“ +“ +“+- 一 + +- + 一 - 4 - +- +” q - + 一” +“ 卜 ” +“+“ + + +- + + +” +4 - 一 +r +“ +一+一 + -+l+一 + ( 上接 第 6 0页)钳位在 V c c ，B点 电压基本保 持零 电 网调峰 、调频和 电压调节 中提供 了支撑作用 。 位 ，有效地抑 制 了 I L产 生 的负压 对 电源的 干扰 ，降 对监控系统运行 中出现 的问题 ，本文提 出了相应 低了电磁开关分合对其他输入输出信号的影响。 的解决方案。底层传感器的维护、计算机监控系统与 Vc c K 图 3 续流电路 5结语 N C 2 0 0 0 在 下坂地 电站 已投 运 4年 ，其技术 实用 、 操作方便 、运行稳定 ，状态和报警 点采集周期不 大于 1 S ，电气模 拟量数据采 集周期 不大 于 2 5 0 m s ，非 电气 模拟量数据采集周期不大于 1 S 、L C U从接受控制命令 到执行命令的响应时间不大于 1 S ，画面动态数据刷 新 时间不大于B O O m s ，从报警产生到画面信息显示时间 不大于 2 s ，A G C执行 周期在 3 s 1 m i n内可调 ；在 电 5 6 水情测报 、火灾报警系统的通信及告 警有待不断完善 ； 现有的状态监测 与分析系统基本停 留在对运 行状态异 常检测和趋势分析 上 ，智能分 析与趋势 预警 有待强 化 ，“ 状态检修”系统有待于不断探索 、总结 、提高。 参考文献 1 D L T 5 1 8 6 -2 0 0 4水力发 电厂机电设计规范 s 2 李斌 ， 庞敏 ， 等 新时代下的 NC 2 0 0 0计算机监控系统 J 水 电 厂 自动化 ， 2 0 0 7 ( 4) ： 3 1 - 3 3 3 陈帆 施耐德 P L C在水电厂计算 机监控 系统 中 的应 用 J 自 动化应用 ， 2 0 1 0 ( 5) ： 4 3 4 5 4 方辉钦现代水 电厂计算机监控技术与试验 M 北京 ： 中国 电力出版社， 2 0 0 4： 2 3 5 陈邕怀 水 电站 计算 机控 制 D 武 汉水 利 电力 大学 ， 1 9 9 7： 67