魏亮

摘要：原位滲透試驗(yàn)通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的模擬試驗(yàn)，獲得江坪河水電站中的墊層料、特殊墊層料的滲透系數(shù)，已解決現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題，常用于水電站、地質(zhì)工程等領(lǐng)域。然而，原位滲透試驗(yàn)仍然存在參數(shù)測(cè)量不準(zhǔn)確，或者部分參數(shù)缺失的問(wèn)題。基于上述原因，本文提出原位滲透試驗(yàn)的改進(jìn)措施，并以江坪河水電站為研究對(duì)象，對(duì)比兩種試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，改進(jìn)型原位滲透試驗(yàn)在準(zhǔn)確率、計(jì)算過(guò)程、參數(shù)選擇方面，由于傳統(tǒng)的原位試驗(yàn)方法。所以，改進(jìn)型原位滲透實(shí)驗(yàn)可以為水電站工程的設(shè)計(jì)和研究提供計(jì)算支持。

關(guān)鍵詞：原位滲透試驗(yàn);水電站工程;參數(shù)測(cè)量;優(yōu)化

原位滲透實(shí)驗(yàn)可以將現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，降低地質(zhì)、水文、風(fēng)等不利因素的影響，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。然而，試驗(yàn)中涉及的數(shù)據(jù)較多[1]，影響試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性。部分無(wú)關(guān)的參數(shù)和指標(biāo)，增加了試驗(yàn)的復(fù)雜程度。如何選擇有效的參數(shù)和指標(biāo)，對(duì)不確定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的選取，是原位滲透試驗(yàn)有效進(jìn)行的關(guān)鍵。粗糙集（Rough Set，RS）是對(duì)水利工程不確定，或者不完整信息的處理工具和方法，最早由Pawlak教授提出，所以對(duì)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分類，在有選擇性的進(jìn)行相關(guān)性分析?；诖植诩脑粷B透試驗(yàn)，可以簡(jiǎn)化集合的數(shù)據(jù)量，通過(guò)關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)和指標(biāo)，進(jìn)行相關(guān)的分析和研究，以提高原位滲透試驗(yàn)的計(jì)算效率。

1.粗糙集的試驗(yàn)方法

1.1滲透參數(shù)集合的構(gòu)建

粗糙集要對(duì)滲透參數(shù)構(gòu)建可辨識(shí)矩陣，找出各個(gè)參數(shù)中核屬性，并依據(jù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，分析各個(gè)測(cè)試的結(jié)果，[10]具體內(nèi)容如下：

1）構(gòu)建原位滲透試驗(yàn)的可辨識(shí)矩陣M，如果矩陣中各個(gè)參數(shù)的值等于1，說(shuō)明該屬性可以作為實(shí)驗(yàn)參數(shù)，否則無(wú)法進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，而且該參數(shù)值不可以去掉;假設(shè) 代表試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)的核屬性集合，那么 是 的簡(jiǎn)約集合，可以進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析[2];

2）假設(shè)S代表M矩陣中所有參數(shù)的集合，且S中無(wú)重復(fù)性的試驗(yàn)數(shù)值;假設(shè)S中含有n個(gè)試驗(yàn)數(shù)值組合，并用Bi表示各個(gè)試驗(yàn)的數(shù)值，其公式化描述為： ?;假設(shè)Bi中含有m條件屬性，代表著原位滲透試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件，那么 其公式化描述為： ;其中， 為集合的基數(shù)。由此可以構(gòu)建出原位滲透試驗(yàn)的系數(shù)值Q，公式化描述為：

1.2試驗(yàn)結(jié)果的約束規(guī)則

約束規(guī)則是原位滲透試驗(yàn)實(shí)施的準(zhǔn)則，以降低試驗(yàn)設(shè)備、外界因素、人為因素的干擾，提高滲透試驗(yàn)的結(jié)果。約束性規(guī)則可以對(duì)不同屬性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類和處理，得到不同規(guī)則下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。約束規(guī)則是以每一個(gè)約束規(guī)則為出發(fā)點(diǎn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)在不同的約束規(guī)則下進(jìn)行遍歷分析，將符合所有試驗(yàn)約束規(guī)則的數(shù)據(jù)納入到最終的分析數(shù)據(jù)中。每一個(gè)約束規(guī)則都設(shè)定判斷分析，只有符合分析規(guī)則的數(shù)據(jù)[3]，才能進(jìn)入下一個(gè)約束規(guī)則的判斷，否則試驗(yàn)數(shù)據(jù)將會(huì)被剔除。約束規(guī)則之間并不存在聯(lián)系，屬于獨(dú)立性的規(guī)則內(nèi)容。試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)約束規(guī)則的處理后，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分類，以及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的提高。

2.實(shí)際案例分析

2.1試驗(yàn)設(shè)備

本文以江坪河水電站為例，試驗(yàn)設(shè)備為：1）內(nèi)徑=22.6cm，高度=15cm，內(nèi)側(cè)刻度為0～10cm，分度值=1mm，外徑為45.2cm，容積為5000～10000ml的供水瓶;2）測(cè)量范圍為0～50℃的溫度計(jì);3）工兵鏟、秒表，以及含水率的測(cè)量設(shè)備等。所有試驗(yàn)流程要符合《水電水利工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)程》DL/T5356-2006、《水電水利工程土工試驗(yàn)規(guī)程》 ?DL/T5355-2006的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2相關(guān)參數(shù)

在可辨識(shí)矩陣M中包括7個(gè)參數(shù)，即 ，分別為KT滲透系數(shù)，單位：cm/s;Q滲透流量，單位：cm3/s;A內(nèi)環(huán)面積，單位：cm2/s;H1水的滲透深度，單位：cm;H2住水坑的深度，單位：cm; H3毛細(xì)管力的水柱高度，單位：cm;K20水溫20度下的滲透系數(shù)，單位：cm/s。上述數(shù)據(jù)每一次測(cè)量20次，并帶入到相關(guān)公式中 （1、2和3），進(jìn)行反復(fù)迭代測(cè)試。每個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)分為三部分，“完全符合”、“不符合”、“似乎符合”，分別賦予1，2，0三個(gè)值。每個(gè)指標(biāo)的值如果>0，說(shuō)明該指標(biāo)屬于關(guān)鍵指標(biāo)，被納入到C中。

2.3原位滲透試驗(yàn)數(shù)值初始化

依據(jù)上述數(shù)據(jù)對(duì)園內(nèi)滲透數(shù)值C進(jìn)行初始化，找出其中的關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)。由于指標(biāo)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行20次的測(cè)試，所以將數(shù)據(jù)的迭代測(cè)試歸為20。又由于數(shù)據(jù)的參數(shù)為7個(gè)，所以將條件數(shù)據(jù)設(shè)置為7個(gè)。在7個(gè)參數(shù)中，所有的屬性均符合要求，無(wú)需進(jìn)行約簡(jiǎn)，所以最后確定約束規(guī)制為7，原位實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果如下：

由上表可知，改進(jìn)原位滲透試驗(yàn)方法與原有實(shí)驗(yàn)方法之間存在差異，兩種方法在進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果均符合要求，但前者的測(cè)量效果更加理想。

2.4準(zhǔn)確度與效率比較

（1）算法準(zhǔn)確率

改進(jìn)原位滲透試驗(yàn)方法對(duì)其數(shù)據(jù)集進(jìn)行整合，剔除影響程度較低的數(shù)據(jù)，將關(guān)鍵性數(shù)據(jù)納入集合中。原位滲透試驗(yàn)方法未對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和處理，數(shù)據(jù)量相對(duì)比較多。兩者均進(jìn)行20次的迭代測(cè)試，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)原位滲透測(cè)量方法在測(cè)試前就體現(xiàn)出自身優(yōu)勢(shì)，測(cè)試準(zhǔn)確率方面顯著優(yōu)于原位滲透實(shí)驗(yàn)法。改進(jìn)原位滲透試驗(yàn)法的準(zhǔn)確率達(dá)到98.6%，原位滲透試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確率在91.3%，雖然兩者均高于90%，但前者的準(zhǔn)確率更高。原位滲透試驗(yàn)方法在迭代12次以后，其準(zhǔn)確率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而改進(jìn)原位滲透實(shí)驗(yàn)法的準(zhǔn)確率整體比較穩(wěn)定。

（2）算法計(jì)算時(shí)間

改進(jìn)原位滲透試驗(yàn)進(jìn)行45次迭代，僅有32s，而傳統(tǒng)原位滲透實(shí)驗(yàn)的計(jì)算時(shí)間超過(guò)55s，是前者的1.5倍以上，所以改進(jìn)原位滲透實(shí)驗(yàn)的計(jì)算時(shí)間較短。改進(jìn)園內(nèi)滲透實(shí)驗(yàn)的傾斜率變化平穩(wěn)，原位滲透實(shí)驗(yàn)的經(jīng)營(yíng)率變化較大，特別是在迭代30次以后。由此說(shuō)明，改進(jìn)原位滲透試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，計(jì)算時(shí)間更短，準(zhǔn)確率更優(yōu)，適合于水電站工程中的滲透參數(shù)測(cè)量，降低人為、自然環(huán)境等不定因素的影響。

3.結(jié)果

原位滲透試驗(yàn)是水電工程中參數(shù)測(cè)量的重要實(shí)驗(yàn)，但在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，由于人為、自然等因素的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，水電工程中的滲透參數(shù)測(cè)量，主要是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。然而，水電工程中滲透參數(shù)中包含部分定性參數(shù)，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和評(píng)估。為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，降低測(cè)量過(guò)程中主觀判斷的影響，需要對(duì)相關(guān)參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行分析和評(píng)估。同時(shí)，在多次測(cè)量結(jié)果中，部分?jǐn)?shù)據(jù)存在著重復(fù)、相似的現(xiàn)象，需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)集合?；诖植诩脑粷B透實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)類似數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集合的優(yōu)化，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和效率。通過(guò)改進(jìn)原為滲透試驗(yàn)與原位滲透實(shí)驗(yàn)的比較，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)原位滲透實(shí)驗(yàn)在測(cè)量準(zhǔn)確度、時(shí)間方面軍體現(xiàn)出自身優(yōu)勢(shì)，適合于實(shí)際的應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 李學(xué)良，盧書(shū)強(qiáng)，張國(guó)棟，等. 滑坡碎石土原位滲透試驗(yàn)及滲透系數(shù)預(yù)測(cè)研究[J]. 人民長(zhǎng)江. 2018， 47（10）： 41-44.

[2] 曹元生. 水泥土防滲墻原位滲透試驗(yàn)方法研究[J]. 土工基礎(chǔ). 2019， 26（03）： 98-100.

[3] 張濤，鄭紹羽，鄒勇. 龍鳳水電站壩基河床強(qiáng)夯試驗(yàn)研究[J]. 水利水電技術(shù). 2019， 42（11）： 74-78.