基于多目标平衡的水泥稳定碎石材料配合比的优化方法技术

本发明专利技术涉及基于多目标平衡的水泥稳定碎石材料配合比的优化方法，属于道路工程技术领域。本发明专利技术基于多目标平衡的思想，以水泥稳定碎石强度、抗压回弹模量、抗裂性、抗冲刷等材料性能为设计指标，提出了水稳定碎石基层材料配合比优选新方法；本发明专利技术不但量化计算不同水泥稳定碎石配合比的平衡度，实现配合比的优选，还可以通过各材料性能指标权重调整，从而反映不同工程项目对水泥稳定碎石材料性能指标实际要求。本发明专利技术实现了在不改变路面结构组合及各结构层厚度的前提下通过对水泥稳定碎石材料的性能设计指标平衡分析和配合比优选。其对减缓水泥稳定碎石基层路面早期的病害，延长路面使用寿命的有一定现实意义。面使用寿命的有一定现实意义。面使用寿命的有一定现实意义。

【技术实现步骤摘要】
基于多目标平衡的水泥稳定碎石材料配合比的优化方法


[0001]本专利技术涉及基于多目标平衡的水泥稳定碎石材料配合比的优化方法，属于道路工程


技术介绍

[0002]据统计我国已修建的高等级公路沥青路面中有90％为半刚性基层。水泥稳定碎石以其强度高、稳定性好、造价低等特点被广泛应用于高等级公路的基层或底基层中。然而水泥稳定碎石还存在一些缺点，如抗冲刷性能低，易产生收缩等。
[0003]现行《公路路面施工技术规范》(JTJ034
‑
2000)、《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51
‑
2009)等仅对水泥稳定碎石的抗压强度提出了具体要求，但对其抗压回弹模量、抗裂性能和冲刷性能没有相应规定，造成公路技术人员在进行水泥稳定碎石配合比设计时，仅进行抗压强度、抗压回弹模量等力学性能试验，并基于试验结果给出材料配合比，最终导致路面使用寿命远达不到设计使用年限。
[0004]为了平衡兼顾水泥稳定碎石基层的强度、刚度、抗裂性、抗冲刷等性能目标，本专利专利技术了基于多目标平衡的水泥稳定碎石配合比优化设计新方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供水泥稳定碎石路面基层材料配合比优化设计的新方法。该方法以水泥稳定碎石强度、抗压回弹模量、抗裂性、抗冲刷等材料性能为设计指标，基于多目标平衡的思想提出了水稳定碎石基层材料配合比优选新方法。该方法可以兼顾评价的主观性与客观性，避免单一赋权评价法的不足，实现对水泥稳定碎石综合性能的量化分析，通过比较各配合比的平衡度，最终得到最佳配合比。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]水泥稳定碎石路面基层材料配合比的优化方法，包括以下步骤：
[0008]S1、根据道路所在区域气候条件、交通量等级、路面结构组合及各结构层厚度等因素选定强度、刚度、抗裂性、抗冲刷等m个水泥稳定碎石材料性能设计指标；
[0009]S2、参照经验或正交试验设计等方法确定n组水泥稳定碎石材料配合比；
[0010]S3、按照现有规范、规程规定的相关试验方法，通过室内试验分别获取设计指标n个配合比的强度、刚度、抗裂性、抗冲刷性等m个性能指标数据X
ij
，X
ij
表示第i个配合比的第j个设计指标的试验数值；
[0011]S4、通过层次分析法对m个设计指标进行主观赋权，计算确定各设计指标客观权重
[0012]S5、通过熵权法对m个设计指标进行客观赋权，计算确定各设计指标主观权重w
′
j
；
[0013]S6、将主客观权重进行耦合，得组合权重；
[0014][0015]S7、利用TOPSIS确定出水泥稳定碎石各组配合比的平衡度；
[0016]S8、按照平衡度分值越大越好的评判标准进行比较，选出最有配合比。
[0017]F＝Max(S
i
)
[0018]优选的，所述步骤S4具体包括：
[0019]S401：根据当地实际情况和专家建议，对m个性能指标进行两两比较，给出相对重要程度，建立判断矩阵A：
[0020][0021]式中，a
j
表示第j个设计指标的相对权重；a
m
/a
j
表示第m个设计指标与第j个设计指标的相对权重；
[0022]S402：计算一致性指标CI：
[0023][0024]式中，λ
max
为A1判断矩阵的最大特征值，m为判断矩阵所考虑的设计指标数量。
[0025]S403：计算一致性比率CR，并进行一致性判断：
[0026][0027]式中，CI为一致性指标；RI为平均随机一致性指标；判断一致性比率CR是否小于0.1，若是，则权重系数有效且一致性检验通过，若否，则一致性检验不通过。
[0028]S404：对判断矩阵A求取最大特征向量并做标准化处理，得到各指标的主观权重。
[0029]优选的，所述步骤S5具体步骤：
[0030]S501：对不同配合比的强度、刚度、抗冲刷、抗裂性材料性能试验结果进行同趋势化处理，若性能指标为绝对数低优指标则采用倒数法相对数低优指标采用插值法(1
‑
X
ij
)；
[0031]S502：对同趋势化后的数据进行归一化处理：
[0032][0033]式中：Z
ij
表示第i个配合比的第j个设计指标归一化处理后的数据。
[0034]S503：计算样本占该设计设计指标比重：
[0035][0036]P
ij
第i个配合比的第j个设计指标所占的比重。
[0037]S504：计算各设计指标的熵值：
[0038]其中
[0039]ej为第j项设计指标的熵值；n为参与配合比方案比选的个数。
[0040]S505：计算各设计指标的信息熵冗余度d
j
：
[0041]d
j
＝1
‑
e
j
，
[0042]S506：计算各项设计指标的熵权w
′
j
：
[0043][0044]式中，w
′
j
为第j项设计指标的客观熵权；m为需要量化考量的设计指标总个数。
[0045]优选的，所述步骤S7具体步骤：
[0046]S701：确定最优方案Z
+
和最劣方案Z
‑
：
[0047]Z
+
＝(maxZ
i1
,maxZ
i2
，
…
，maxZ
ij
)
[0048]Z
‑
＝(minZ
i1
,minZ
i2
，
…
，maxZ
ij
)
[0049]S702：计算正理想序列和负理想序列
[0050][0051][0052]S703：确定n个配合比的得分S
i
，对得分S
i
进行归一化处理得平衡度H
i
：
[0053][0054]式中：S
i
为第i个配合比的得分；平衡度H
i
为水泥稳定碎石基层材料综合考虑各项性能设计指标之后的得分。
[0055]步骤S1中的设计指标可根据具体的气候条件和交通等级进行更换；具体设计指标：的X
ij
为水泥稳定碎石的强度试验数据、X
i2
为水泥稳定碎石的抗压回弹模量试验数据、X
i3
为水泥稳定碎石的抗冲刷试验数据，X
i4
为水泥稳定碎石的抗裂性试验数据。
[0056]步骤S401中两两设计指标的相对权重，可使用Satty梯度来反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多目标平衡的水泥稳定碎石材料配合比的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据道路所在区域气候条件、交通量等级、路面结构组合及各结构层厚度等因素选定强度、刚度、抗裂性、抗冲刷m个水泥稳定碎石材料性能设计指标；S2、参照经验或正交试验设计方法确定n组水泥稳定碎石材料配合比；S3、通过室内试验分别获取设计指标n个配合比的强度、刚度、抗裂性、抗冲刷性m个性能指标数据X
ij
，X
ij
表示第i个配合比的第j个设计指标的试验数值；S4、通过层次分析法对m个设计指标进行主观赋权，计算确定各设计指标客观权重S5、通过熵权法对m个设计指标进行客观赋权，计算确定各设计指标主观权重w
′
j
；S6、将主客观权重进行耦合，得组合权重；S7、利用TOPSIS确定出水泥稳定碎石各组配合比的平衡度；S8、按照平衡度分值越大越好的评判标准进行比较，选出最有配合比。2.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石路面基层材料配合比的优化方法，其特征在于：所述S4具体包括：S401：根据实际情况，对m个性能指标进行两两比较，给出相对重要程度，建立判断矩阵A：式中，a
j
表示第j个设计指标的相对权重；a
m
/a
j
表示第m个设计指标与第j个设计指标的相对权重；S402：计算一致性指标CI：式中，λ
max
为A1判断矩阵的最大特征值，m为判断矩阵所考虑的设计指标数量；S403：计算一致性比率CR，并进行一致性判断：式中，CI为一致性指标；RI为平均随机一致性指标；判断一致性比率CR是否小于0.1，若是，则权重系数有效且一致性检验通过，若否，则一致性检验不通过；S404：对判断矩阵A求取最大特征向量并做标准化处理，得到各指标的主观权重。3.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石路面基层材料配合比的优化方法，其特征在于：
所述S5具体包括：S501：对不同配合比的强度、刚度、抗冲刷、抗裂性材料性能试验结果进行同趋势化处理，若性能指标为绝对数低优指标则采用倒数法相对数低优指标采用插值法(1
‑
X
ij
)；S502：对同趋势化后的数据进行归一化处理：式中：Z
ij
表示第i个配合比的第j个设计指标归一化处理后的数据；S503：计算样本占该设计设计指标比重：P
ij
第i个配合比的第j个设计指标所占的比重；S504：计算各设计指标的熵值：其中ej为第j项设计指标的熵值；n为参与配合比方案比选的个数；S505：计算各设计指标的信息熵冗余度d
j
：d
j
＝1
‑
e
j
S506：计算各项设计指标的熵权w
′
j
；式中，w
′...

【专利技术属性】
技术研发人员：马士宾，蒋佳俊，杨林森，高翔，张宇，盖茜，侯立成，袁琪杰，李云华，杨小宾，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：