隧道圍巖的安全性分級方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隧道圍巖評價技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種隧道圍巖的安全性分級方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，我國修建了大量的鐵路、公路和城市地 鐵隧道工程，出于資源和能源開發(fā)的需要，礦山隧（巷）道的建設(shè)規(guī)模也達到了空前的水 平。隨著我國交通設(shè)施向邊遠山區(qū)的推進與礦山開采深度的加大，帶來的突出問題就是圍 巖條件變差，圍巖穩(wěn)定性控制逐漸成為核心問題，而隧道工程又對地質(zhì)條件具有絕對的依 賴性。因此，圍巖條件在很大程度上決定了隧道工程的安全性、經(jīng)濟性和工程建設(shè)方案。在 隧道工程中，圍巖條件的差異性很大，為此國內(nèi)外普遍采用圍巖分級方案進行設(shè)計和施工。
[0003] 目前，現(xiàn)有的隧道圍巖的穩(wěn)定性評價方法主要包括：基于隧道開挖后一定空間尺 度圍巖的自穩(wěn)時間及其差異性，對隧道圍巖的穩(wěn)定性進行評價和分級的。
[0004] 上述現(xiàn)有的隧道圍巖的穩(wěn)定性評價方法的缺點為：各種隧道圍巖的穩(wěn)定時間差別 非常之大，有些隧道圍巖的自穩(wěn)時間甚至可以為無限長，對這類圍巖理論上是可以不進行 支護的；而有些隧道圍巖的自穩(wěn)時間為零，在工程上表現(xiàn)為隨挖隨垮，這類隧道圍巖的組成 又可能千差萬別，對工程影響也不盡相同，但其共性特點就是圍巖不具備穩(wěn)定性，顯然該類 圍巖的穩(wěn)定性其實已無實際意義。該類圍巖的代表為"復(fù)雜隧道圍巖"，主要包括軟弱、破 碎、松散、復(fù)合地層、富水地層以及深埋引起的高地應(yīng)力地層等。
[0005] 因此，上述現(xiàn)有的隧道圍巖的穩(wěn)定性評價方法不適用于復(fù)雜隧道圍巖等不具備穩(wěn) 定性的隧道圍巖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實施例提供了一種隧道圍巖的安全性分級方法，以實現(xiàn)對隧道圍巖進行 有效的安全性分級。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種隧道圍巖的安全性分級方法，包括：
[0008] 根據(jù)隧道圍巖分級的因素集和評價集建立因素等級評價矩陣R ;
[0009] 根據(jù)隧道圍巖分級的因素集中各因素對評價對象的影響大小，建立因素權(quán)重集 A；
[0010] 對所述因素等級評價矩陣R和所述因素權(quán)重集A進行模糊矩陣的合成運算，得到 一級的模糊矩陣，將各個一級模糊矩陣依次排列得到二級模糊矩陣；
[0011] 根據(jù)所述二級的模糊矩陣通過最大隸屬度法或者加權(quán)平均法計算出隧道圍巖分 級的評價結(jié)果。
[0012] 優(yōu)選地，所述的根據(jù)隧道圍巖分級的因素集和評價集建立因素等級評價矩陣R，包 括：
[0013] 建立隧道圍巖分級的因素集：U = Iu1, U2,…，un}，所述U是因素集，UiQ = 1，2···， η)代表各因素，η為因素的個數(shù)，每個因素按照對評價對象的影響程度分為m個等級=Ui = {un，ui2，…，uim} (i = I，2...，η);
[0014] 建立隧道圍巖分級的評價集：V = Iv1, v2, ···，vk}，ViQ = 1，2···，k)代表各評價指 標(biāo)；
[0015] 將所述因素集中的因素Ui的每個等級對所述評價集中的每個評價指標(biāo)的影響程 度用隸屬度函數(shù)表示，將所有的隸屬度函數(shù)組成所述因素仏的等級評價矩陣R i:
【主權(quán)項】
1. 一種隧道圍巖的安全性分級方法，其特征在于，包括： 根據(jù)隧道圍巖分級的因素集和評價集建立因素等級評價矩陣R ; 根據(jù)隧道圍巖分級的因素集中各因素對評價對象的影響大小，建立因素權(quán)重集A ; 對所述因素等級評價矩陣R和所述因素權(quán)重集A進行模糊矩陣的合成運算，得到一級 的模糊矩陣，將各個一級模糊矩陣依次排列得到二級模糊矩陣； 根據(jù)所述二級的模糊矩陣通過最大隸屬度法或者加權(quán)平均法計算出隧道圍巖分級的 評價結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道圍巖的安全性分級方法，其特征在于，所述的根據(jù)隧道 圍巖分級的因素集和評價集建立因素等級評價矩陣R，包括： 建立隧道圍巖分級的因素集：U = Iu1, U2,…，un}，所述U是因素集，UiQ = 1，2···，η) 代表各因素，η為因素的個數(shù)，每個因素按照對評價對象的影響程度分為m個等級=Ui = {un，ui2，…，uim} (i = 1，2...，η); 建立隧道圍巖分級的評價集：V = Iv1, ν2,…，vk}，ViQ = 1，2···，k)代表各評價指標(biāo)； 將所述因素集中的因素仏的每個等級對所述評價集中的每個評價指標(biāo)的影響程度用 隸屬度函數(shù)表示，將所有的隸屬度函數(shù)組成所述因素仏的等級評價矩陣R i:
〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道圍巖的安全性分級方法，其特征在于，所述的根據(jù)隧道 圍巖分級的因素集中各因素對評價對象的影響大小，建立因素權(quán)重集A，包括： 根據(jù)隧道圍巖分級的因素集中各因素對評價對象的影響大小，通過設(shè)定的權(quán)重值計算 方法給隧道圍巖分級的因素集中各個因素賦予相應(yīng)的權(quán)重，將各個因素的權(quán)重組成的集合 稱為因素權(quán)重集：A = (B1, a2,…，an); 其中，S1, a2,…，811表不權(quán)重，各個因素的權(quán)重應(yīng)滿足歸一化條件，即： Σα/ =1 〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道圍巖的安全性分級方法，其特征在于，所述的通過設(shè)定 的權(quán)重值計算方法給隧道圍巖分級的因素集中各個因素賦予相應(yīng)的權(quán)重，包括： 采集層次分析法給隧道圍巖分級的因素集中各個因素賦予相應(yīng)的權(quán)重，具體計算過程 如下： 1、 根據(jù)設(shè)定的因素間比較判斷標(biāo)度值對應(yīng)表，得出隧道圍巖分級的因素集中兩兩因素 之間的比較判斷標(biāo)度值，將所有的比較判斷標(biāo)度值組成判斷矩陣：R = (Bij)ηΧη，其中，aij為 因素 i和因素 j比較的標(biāo)度，η為因素的個數(shù)； 2、 計算所述判斷矩陣R中每一行元素的乘積Mi,再求％的η次方根 Wi=^T 對向量[示，F(xiàn)2, 做歸一化處理，獲得特征向量： 刁=[砂;，;，_·.，％] 計算出所述判斷矩陣的最大特征值：
3、計算出所述判斷矩陣R的一致性指標(biāo)CI ;
計算出所述判斷矩陣R的一致性比值
所述RI為設(shè)定的平均隨機一致性指標(biāo)， 當(dāng)所述CR小于設(shè)定的閾值時，則確定所述判斷矩陣R具有一致性，將所述特征向量 作為各因素的權(quán)重集A ; // = ("丨，"2，.，〃"），5 = ，…，％]。 B1= W !，B2= W 2, *··, Bn= Wn
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的隧道圍巖的安全性分級方法，其特征在于，所述的因素間比 較判斷標(biāo)度值對應(yīng)表，包括： 各因素兩兩比較判斷矩陣表
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項所述的隧道圍巖的安全性分級方法，其特征在于，所述的 對所述因素等級評價矩陣R和所述因素權(quán)重集A進行模糊矩陣的合成運算，得到一級的模 糊矩陣，將各個一級模糊矩陣依次排列得到二級模糊矩陣，包括： 對某個因素等級評價矩陣Ri和某個因素權(quán)重集Ai進行模糊矩陣的合成運算，得到某個 一級的模糊矩陣Bi;
"。"表示模糊矩陣的合成運算，采用M(·，+)算法，"。"的表達式為 t*ik - ^ a ijrijk 將各個一級模糊矩陣&依次排列，得到二級的模糊矩陣B
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的隧道圍巖的安全性分級方法，其特征在于，所述的根據(jù)所述 二級的模糊矩陣通過最大隸屬度法或者加權(quán)平均法計算出隧道圍巖分級的評價結(jié)果，包 括： 計算
將所述C作為模糊綜合評價集； 當(dāng)采用最大隸屬度法時，利用所述模糊綜合評價集C，取最大隸屬度(^對應(yīng)于評價集所 對應(yīng)的評價指標(biāo)V1，作為所述隧道圍巖的安全性的評價結(jié)果Vs;
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的隧道圍巖的安全性分級方法，其特征在于，所述的根據(jù)所 述二級的模糊矩陣通過最大隸屬度法或者加權(quán)平均法計算出隧道圍巖分級的評價結(jié)果，包 括： 計算
將所述C作為模糊綜合評價集； 當(dāng)采用加權(quán)平均法時，以h為權(quán)重，對評價集中各備擇元素'_進行加權(quán)處理的值作為 所述隧道圍巖的安全性的評價結(jié)果Vs;
如果評判指標(biāo)CiB歸一化，則
O
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供了一種隧道圍巖的安全性分級方法。該方法主要包括：根據(jù)隧道圍巖分級的因素集和評價集建立因素等級評價矩陣R；根據(jù)隧道圍巖分級的因素集中各因素的影響大小，建立因素權(quán)重集A；對所述因素等級評價矩陣R和所述因素權(quán)重集A進行模糊矩陣的合成運算，得到一級的模糊矩陣，一級模糊矩陣依次排列得到二級模糊矩陣，根據(jù)所述二級的模糊矩陣通過最大隸屬度法或者加權(quán)平均法計算出隧道圍巖分級的評價結(jié)果。本發(fā)明實施例主要針對不具備穩(wěn)定性的特殊圍巖條件，分級指標(biāo)重點考慮隧道施工影響下的圍巖超前變形和破壞狀況，安全性可采用圍巖變形量、破壞區(qū)范圍及分布規(guī)律來表征，分級指標(biāo)抓住了復(fù)雜隧道圍巖的本質(zhì)特征，從而能夠準(zhǔn)確、有效地對隧道圍巖進行安全性分級。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104657601
【申請?zhí)枴緾N201510052222
【發(fā)明人】張頂立, 臺啟民, 房倩, 宋浩然, 陳立平, 于富才, 孟猛
【申請人】北京交通大學(xué), 中國鐵路總公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月30日