基于组合权重–理想点法的应变型岩爆五因素预测分级

基于理想点法的基本理论,综合考虑了岩爆发生机理,选取围岩洞壁最大主应力与岩石单轴抗压强度的比值、围岩洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度与岩石单轴抗拉强度比值、岩石弹性能指数以及岩体完整性系数作为评判预测指标,通过层次分析法和熵权理论计算主客观权重,综合确定各个指标的权重系数,构建了应变型岩爆组合权重–理想点法预测分析模型。通过统计相关工程案例,利用模型进行工程实例分析,验证了该模型的可行性与适用性。基于岩爆预测分级模型,开发了相应程序,可以为类似工程岩爆预测与等级划分提供重要支撑。     

基于贝叶斯判别法的工程岩爆危险评估与预测

基于岩爆在工程中的特点和岩爆烈度分级预测理论,运用贝叶斯判别原理,确定了工程岩爆危险评估与预测的贝叶斯判别分析法。通过辨别对岩爆产生作用的因子,拣选了围岩最大切向地应力/岩石单轴抗压强度(σθ/σc),岩石单轴抗压强度/岩石单轴抗拉强度(σθ/σt),弹性能量指数(Wet)作为贝叶斯判别分析模型的判别因子,从而进行岩爆误判概率的计算与岩爆危险评估与预测。以贵州省江口至都格、江口至瓮安高速、杭瑞高速等公路工程实例作为学习样本,进行训练判别,通过与现场观测、聚类分析、人工神经网络方法(NN)的预测进行对比,结果发现与训练模型回判的结果一致,验证了贝叶斯判别准则的可行性与可靠性,其对岩爆危险的准确分级和预测,具有较高的工程应用价值。     

岩爆预测的粒子群优化投影寻踪模型

岩爆是深部高地应力区地下岩体工程中的主要工程地质灾害之一,对其发生及烈度预测是一个复杂的不确定系统问题。结合投影寻踪算法、粒子群优化算法和逻辑斯谛曲线函数,并选取洞室最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、脆性系数和弹性能量指数作为判别指标,建立了岩爆预测的粒子群优化投影寻踪模型。该模型一方面采用粒子群算法优化投影指标函数及逻辑斯谛曲线函数参数,确保了模型参数的准确性;另一方面利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系。模型的测试结果显示了良好的精度。将该模型应用到秦岭隧道和冬瓜山铜矿的岩爆预测中,预测结果与实际情况吻合较好,表明该模型在岩爆预测中的可行性和有效性。     

基于物元矩阵和理想点法的岩爆烈度预测

针对岩爆烈度预测问题,采用物元矩阵和理想点法进行了相关研究。在综合考虑影响岩爆发生的主要因素的基础上,以影响岩爆烈度的围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比σ_θσ_c、岩石单轴抗压强度与岩石单轴抗拉强度比σ_cσ_t和弹性能量指数w_et等三个常用影响因子为评价指标,并且通过改进的层次分析法和熵值法相结合的组合赋权法来评价各个指标的影响程度,构建了岩爆烈度的物元矩阵,以靠近岩爆烈度理想点的远近程度为判断标准,基于此原理建立了岩爆烈度预测的物元－理想点模型。最后,将该模型应用于秦岭隧道、灵宝东峪矿区和冬瓜山铜矿的岩爆烈度预测中,结果表明,该模型的预测结果与实际岩爆烈度基本一致,验证了该模型的可行性。同时,将本文模型和ANN法、Bayes法以及DDA法进行比较,预测结果大致相同,且该模型不需要任何先验知识,求解过程完全由样本驱动,可操作性较强,进一步证明了该模型的合理性和有效性。     

人工鱼群投影寻踪回归在洞室岩爆预测中的应用

通过对国内外地下工程施工中所发生岩爆的实例进行分析,探讨了岩爆发生的机理,得出了影响岩爆发生的主要因素为:围岩最大切向应力σθ、岩石单轴抗压强度σc、岩石单轴抗拉强度σt和岩石冲击倾向指数Wet。针对传统岩爆预测分析方法存在的问题,提出了基于人工鱼群算法岩爆预测的投影寻踪方法,并建立了相应的岩爆预测分析模型。选取15个工程实例作为训练样本、3个工程实例作为预测样本,以σθ/σc、σc/σt及Wet3个指标作为影响岩爆发生主要参数,进行了地下洞室的岩爆预测实例检验。研究表明,用投影寻踪回归分析法进行岩爆预测,评价过程中无需人为确定权重,避免了传统预测方法由于主观原因造成的误差,预测结果具有较高的准确率、方法简单,为岩爆的预测提供了新途径。     

基于SOFM神经网络模型的岩爆烈度等级预测方法

为简化岩爆烈度等级预测指标体系、解决预测分级模糊问题、利于工程人员分析预测结果,建立基于SOFM神经网络的岩爆烈度等级预测模型,并根据竞争层拓扑结构的不同将预测模型拓展成3个模型。将硐壁最大切向应力、岩石单轴抗压强度、岩石单轴抗拉强度作为模型输入向量,将40组国内外岩爆工程数据作为数据集输入3个模型进行训练、测试,3个模型在测试集上岩爆烈度等级预测正确率均达到90%。比较3个模型的聚类、测试及训练效果,得到竞争层神经元个数为16的预测模型最优。将最优预测模型的预测结果与可拓理论、Russenes判据、基于模糊C–均值算法粗糙集理论云模型的预测结果对比,基于SOFM神经网络模型的岩爆烈度等级预测方法优于其他方法,表明该方法具有一定可行性和实用性,为岩爆预测提供了一种新的方法和手段。     

岩爆预测和烈度分级的属性数学模型及其应用

基于属性数学理论,建立岩爆发生预测和烈度分级的属性识别模型。该模型选择影响岩爆的主要因素,如最大切向应力σθ,单轴抗压强度σc,单轴抗拉强度σt以及弹性能量指数Wet,并以σθ/σc,σc/σt以及Wet作为岩爆评价指标和烈度分级标准,通过构造属性测度函数以计算单指标属性测度,以相似数定义相似权的方法确定评价指标的权重,应用置9+信度准则对岩爆进行属性识别。针对一些岩石地下工程实例对模型进行验证,评判结果与实际情况符合得较好,并且与模糊综合评判     

基于粒子群算法和广义回归神经网络的岩爆预测

 岩爆是岩石深部开挖中一种常见的工程地质灾害。为评价岩爆发生的可能性,提出一种基于粒子群算法和广义回归神经网络模型(PSO-GRNN模型)的岩爆预测方法。该方法利用已有岩爆数据,通过神经网络技术建立回归模型,采用粒子群算法对模型参数进行优化,减少人为因素对神经网络设计的影响。据此方法,在能量理论的基础上,选取洞壁围岩最大切向应力、岩石单轴抗压强度、抗拉强度和弹性能量指数作为主要影响因素,利用国内外26组已有工程数据建立岩爆预测的PSO-GRNN模型。通过对苍岭隧道和冬瓜山铜矿岩爆预测的工程实例分析验证该方法的可行性和适用性。所提方法可为类似工程的岩爆预测提供参考。     

模糊概率模型在岩爆烈度分级预测中的应用

 岩爆是深部高地应力区岩石地下工程中的一种常见地质灾害,对其发生的可能性及其烈度分级预测是地下工程建设中亟待解决的重大课题之一。以模糊概率理论为基础,选取影响岩爆的一些主要因素,如洞壁最大切向应力sq、岩石单轴抗压强度sc、岩石单轴抗拉强度st以及岩石弹性能量指数Wet,并以sq /sc,sc /st和Wet作为评价影响因子,同时将岩爆烈度划分为无岩爆、弱岩爆、中岩爆和强岩爆4个等级,建立岩爆烈度分级预测的模糊概率模型。在此模型中,提出了模糊权重的概念,可充分考虑权重的模糊性。模糊概率模型不仅继承了经典模糊综合评判法的思想和优点,同时也克服了其在实际应用中评价影响因子权重取值的局限性,因而具有明显的合理性。应用该模型对冬瓜山深埋硬岩矿山、秦岭隧道工程以及某大型水电站地下厂房3个典型工程岩爆的实例分析表明,其预测结果与实际情况符合较好。为进一步考察该模型的可靠性与实用性,对国内外23个大型岩石地下工程实例进行计算分析,其预测结果与实际岩爆情况也相当吻合。由此可见,模糊概率模型为深部岩石地下工程岩爆预测问题提供了一种新途径。     

岩爆预测的概率模型

基于岩石单轴抗压破坏特征和强度概率分布规律，首次引入岩爆烈度是岩石概率破坏表现的观点，建立岩爆烈度与岩石单轴压缩强度概率密度函数的对应关系，进而确定不同应力强度比条件下各级岩爆烈度发生概率的计算式。该预测模型能够反映洞室岩爆发生的基本规律，并可以预测不同应力条件下的各级岩爆的发生概率。工程实例分析表明该预测模型是有效的。     

未确知测度模型在岩爆烈度分级预测中的应用

 针对岩爆烈度分级预测评价中诸多因素不确定性问题,应用未确知测度理论并结合工程实际,根据岩爆的特点及成因,选取最大切应力sθ、单轴抗压强度sc、单轴抗拉强度st及岩石的弹性能量指数Wet,并以应力系数sθ/sc、岩石脆性系数sc/st及弹性能量指数Wet作为岩爆烈度分级的评价指标,建立岩爆烈度分级预测的未确知测度评价模型。以国内外18组工程岩爆分析初始数据进行分级判别,根据实际情况建立各评价因子的未确知测度函数,对其进行定量分析,并利用熵计算各评价指标的权重,依照置信度识别准则进行等级判定,最后得出岩爆烈度分级预测的评价结果。并与模糊综合评判法、属性综合评判法、灰色聚类法、物元分析法及实际情况的结果进行比较。为进一步考察该模型的有效性与实用性,运用该模型对秦岭隧道工程的岩爆实例进行分析。研究结果表明：该模型判别预测结果与实际岩爆情况较吻合,且方法科学合理,意义明确,为岩爆烈度分级预测提供一种新思路。     

深部巷道地应力测量及岩爆倾向性分析

采用岩石声发射Kaiset效应法对工程岩体原岩应力场进行了测试,结果表明,工程岩体部位应力水平较高,以构造应力为主。利用所测得的地应力场数据,通过三维有限元反演工程区的初始应力场,在初始应力场和隧道围岩岩石力学性质研究的基础上,结合巷道断面开挖数值分析结果和现有岩爆判别准则,对巷道岩爆的倾向性进行预测,为制定合理的开挖支护方案提供依据,在岩爆预测理论和工程应用方面具有很好的参考价值。     

基于改进的灰评估模型在岩爆中的预测研究

岩爆是深部高地应力区岩体开挖过程中常见的一种复杂的动力失稳现象。由于影响因素众多,且各因素在岩爆的孕育过程中所起的作用尚不十分明确,可以将岩爆与其影响因素间的复杂关系当作灰色系统,利用灰色聚类方法进行研究。根据岩爆的成因及特点,选取洞壁围岩的最大切应力 、单轴抗压强度 、单轴抗拉强度 及岩石弹性能量指数 作为影响岩爆的主要因素,并以应力系数 / 、脆性系数 / 及弹性能量指数 作为评价指标,通过对灰色白化权函数进行优化,建立改进的岩爆预测灰评估模型。该模型解决了传统模型存在的灰类多重交叉性及不满足规范性等问题,理论上更完备。采用改进模型对国内外若干深部岩石工程岩爆初始数据进行研究,并与传统模型的预测结果进行对比,发现改进模型的结果与实际情况吻合更好,预测精度更高,从而验证了改进模型的有效性及实用性。研究方法为岩爆的准确预测提供一种切实可行的途径。     

深埋特长公路隧道岩爆预测综合研究

岩爆预测一直是地下工程世界性难题之一。以台缙高速公路苍岭隧道的岩爆预测为例,从隧道区围岩的岩体特征和隧道区初始应力场两方面着手,通过工程地质调查研究和区域地质资料分析,对隧道区进行工程地质分类。划分隧道沿线各洞段隧道围岩类别,通过室内岩石力学试验,掌握隧道沿线围岩的物理力学特性;分析区域地震震源机制解、地应力实测资料,揭示区域构造地应力场环境。在研究过程中选取典型部位,采用水压致裂法实测工程区地应力的大小和方向。通过三维有限元反演工程区的初始应力场,在初始应力场和隧道围岩岩石力学性质研究的基础上,结合各洞段隧道断面开挖数值分析结果和现有国内外多种岩爆判别准则,对苍岭隧道岩爆发生的部位和等级进行预测,为制定合理的开挖支护方案提供依据。     

一种新的岩爆倾向性指标

从岩石的变形和破坏过程中的能量储存和能量耗散出发，指出岩石的单轴抗压强度与单轴抗拉强度之比值可以表征结构较完整岩石的弹性变形能的储存能力以及峰值前后的应变量之比值可以表征岩石的能量储存与耗散之间的相对大小，提出用这两种比值的乘积作为岩爆倾向性指标。采用铜陵有色金属公司冬瓜山深部矿床的典型矿岩进行试验，对这种新的岩爆倾向性指标与现有的岩爆倾向性指标进行对比分析，结合该矿床实际的岩爆调查，说明新指标可以较好地表征岩石的岩爆倾向性，并提出了这种新指标判据的初步建议。