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。     

某超长铁路隧道地应力测量及岩爆预测分析

地应力是岩爆发生的主要因素,地应力测量已经成为深长隧道地质勘察的重要内容。文章首先介绍了某超长铁路隧道两个钻孔的地应力测量结果,并从地质条件出发分析了代表整个隧道的地应力趋势。其次,运用三种基于强度理论的判别法,预测了隧道沿线岩爆发生的可能性。     

某超长铁路隧道地应力测量及岩爆预测分析

地应力是岩爆发生的主要因素,地应力测量已经成为深长隧道地质勘察的重要内容.文章首先介绍了某超长铁路隧道两个钻孔的地应力测量结果,并从地质条件出发分析了代表整个隧道的地应力趋势.其次,运用三种基于强度理论的判别法,预测了隧道沿线岩爆发生的可能性.     

基于组合赋权-云模型理论的岩爆预测研究

岩爆是地下工程中一种常见的地质灾害现象,其烈度分级对地下工程建设有重要的指导意义。收集了37例发生岩爆灾害的地下工程的调查资料结合已有岩爆理论(按岩石力学性质、围岩应力条件、围岩结构条件3个方面)总结出15个岩爆影响因素评价指标。采用主观赋权(层次分析法)、客观赋权(熵权法)相结合的方式对各影响因素进行赋权。然后采用云模型理论实现岩爆烈度与影响因素间的不确定映射,采用正向云发生器算法求得样本各个岩爆烈度等级的综合确定度,并判别岩爆等级。最后采取该评判模型对某水电站地下洞室进行岩爆烈度等级判别,其判别结果与实际岩爆等级相符,证实该方法具有一定的适用性。     

深埋长大公路隧道岩爆预测及防治研究

岩爆作为深埋长大隧道在开挖后常见的一种地质灾害,极大地威胁着施工人员和设备的安全。文章在全面分析了影响岩爆发生的相关因素的基础上,结合工程实际,从影响岩爆发生的众多因素中,有针对性的选取了六个评价指标建立岩爆预测的物元模型,进行可拓学评价。并针对工程区岩爆的等级提出了相应的防治措施。通过实际分析对比表明,该模型评价结果可靠,精度较高,在岩爆预测中有良好的应用前景。     

基于AHP-TOPSIS评判模型的岩爆倾向性预测

 为验证AHP-TOPSIS评判模型预测岩爆的可行性,依据层次分析法(AHP)与逼近理想解排序法(TOPSIS)的基本理论建立出岩爆预测评判模型,从岩性条件、应力条件与围岩条件3个方面选取岩爆发生的评判指标,再根据评判指标的临界值构建出岩爆等级判断准则,并通过AHP法客观确定各评判指标的权重向量,进而结合TOPSIS法分析贴近度并计算得出岩爆预测等级。实例应用得出,基于AHP-TOPSIS评判模型的岩爆预测结果与实际结果相吻合,同时与模糊数学的评判结果基本相符。该方法较全面地考虑了岩爆发生的多种影响因素,避免了单一判据的局限性,并对各种因素的重要性进行对比分析,使预测结果更为科学,可作为岩爆预测的理论依据,同时可为岩爆灾害预测提供一种可靠的新预测方法。     

山岭隧道塌方风险评估模型及系统研究

塌方是隧道施工过程中经常遇到的灾害问题,由于影响其发生的因子众多,且极具复杂性和模糊性,很难对隧道建设施工过程中的塌方问题进行准确地评估。在综合考虑影响隧道塌方风险因素的基础上,归纳整理了影响塌方风险等级的3大类准则层指标,16项指标层指标,构建了山岭隧道塌方风险等级评估模型;采用模糊数学方法确定各指标的隶属函数,并基于层次分析法的原理,编写权重辅助计算程序计算了各指标的权重;为了避免单指标决策的局限性和主观臆断的缺陷,将人工智能专家系统的方法与模糊数学理论结合起来,以面向对象的表示方法构建知识库,开发基于模糊数学的山岭隧道塌方风险评估专家系统。最后利用隧道塌方实例对所提方法的有效性进行验证,评价结果符合实际情况,为隧道塌方风险的评估提供了一种新的可量化分析方法。     

鄂西地应力测量与隧道岩爆预测分析

国家重点工程宜昌—万州(以下简宜万)铁路穿越鄂西灰岩山区,形成了大量深埋隧道。为了对设计进行优化并指导施工,在宜万铁路沿线进行了多个钻孔的水压致裂法地应力测量,并通过地应力实测资料进行岩爆及塑性大变形分析预测。测试结果表明:鄂西灰岩山区具有中等偏高应力水平,最大水平主应力方向主要为近EW向。基于实测应力结果,通过工程岩体分级标准判别法、Russenes判别法、Turchaninov判别法、Hoek判别法等4种判别方法进行预测,埋深较深的坚硬岩石隧道有岩爆发生的可能,而软岩隧道也有可能发生塑性大变形。在施工过程中应采取合理的开挖方式及防爆安全措施,防止灾害发生。     

基于未确知测度–直觉模糊集的岩爆烈度预测研究

岩爆是深部地下工程主要安全隐患之一,为了有效处理岩爆烈度预测过程中的模糊信息,建立基于未确知测度-直觉模糊集的岩爆烈度预测模型。选取岩石的单轴抗压强度σ_c、岩石的压拉比σ_c/σ_t、岩石的应力系数σ_θ/σ_c、岩石的弹性变形指数W_(et)、岩体的完整性系数K_v为岩爆预测指标。首先利用未确知测度的单指标测度函数处理岩爆指标测度值,得到基于直觉模糊集的指标模糊隶属度,并构建单指标直觉模糊集评价矩阵。然后综合多种主、客观赋权法,构建多源权重的直觉模糊集权重向量,从而获得样本的得分值与岩爆烈度等级。最后,基于直觉模糊集对指标权重模糊性进行分析,得到指标权重变化对岩爆预测结果的影响。将模型应用于20组国内外典型岩爆案例,并将预测结果与实际岩爆情况及其他3种模型的结果对比。研究结果表明,基于未确知测度-直觉模糊集的岩爆烈度预测模型的预测结果与实际情况吻合,指标权重波动敏感性与权重大小无关。该模型提高了岩爆预测的模糊信息表示能力,降低了样本质量对岩爆预测模型的影响。     

穿越近海破碎带隧道工程风险模糊评价和应用

针对矿山法隧道穿越近海破碎带的工程风险评估,通过事故调研,选取围岩失稳和突水风险的四小类影响因素和对应的9个工程风险评价指标,并确定各评价指标的分级标准,形成工程风险的四层次评价体系;采用模糊可变集合工程方法,对实际穿越点的评价指标实测值进行隶属度分析,并通过关联函数法动态赋权,加权求和确定穿越点的工程风险隶属度和特征值,建立矿山法隧道穿越近海破碎带工程风险的四层次模糊评价方法。在工程应用中,结合地质雷达等超前地质预报数据,对青岛地铁某近海区间隧道两次穿越次生构造破碎带进行工程风险评估,结果与实际施工情况一致。     

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。     

可拓理论对复杂条件下岩溶隧道的风险评估

岩溶隧道存在突水、突泥(突砂)、洞穴坍塌等风险,而诱发的主要因素有地质情况、地层岩性、含水状况、可溶岩与非可溶岩接触带、地形地貌、岩层产状、层面与层间裂隙、围岩级别等。基于可拓学,运用可拓理论对隧道进行风险评估,利用可拓优度评价法的全面性与稳定性来确定风险因子,并引入熵权法确定各风险指标的权重系数。在物元模型的基础上建立岩溶隧道的风险评估模型,构建指标体系和评估标准;对定性指标予以量化,同时对各指标归一化、无量纲化预处理。对东风隧道风险段进行了评估,风险等级为极高风险(t=4),根据超前预报及现场实际风险反馈,表明可拓评估在岩溶隧道风险等级评估具有较好的适用性。     

高放废物地下实验室北山预选区岩爆风险预测

结合世界各国经验以及当前国情,我国提出建立埋深500 m左右的地下实验室,用以开展高放废物地质处置前期的相关研究。根据北山预选区三个场址的地应力实测数据,分析发现在埋深600 m范围内地应力处于中等偏低的水平,但局部的应力集中增大了岩爆发生的可能,故开展场址的岩爆风险研究。综合北山岩体力学特性,选取隧道轴线与最大水平主应力方向垂直和平行两种情况,应用工程岩体分级标准判别法、Russense判别法和Turchaninov判别法分别对三个场址400~600 m埋深范围内的岩爆风险进行预测。结果表明:旧井和芨芨槽处隧道开挖均存在不同程度的岩爆风险,而新场处几乎无岩爆发生。从岩爆风险的角度来看,以新场作为地下实验室的场址最为安全。     

岩爆发生过程的能量判别指标

岩爆是一种严重威胁深埋地下工程施工安全的动力灾害,但现有的可用于数值计算的岩爆判别指标都是针对静力数值计算结果提出的,仅能对岩爆发生的危险性做出静态和定性的评价,而不能合理反映实际岩爆发生的动力过程。为对岩爆进行更准确的预测,结合试验和理论分析,通过对岩爆的发生过程和机制进行深入剖析认为,对岩爆机制的研究在本质上应是对岩体中裂纹动态扩展问题的研究,并从裂纹动态扩展的角度给出岩爆的定义;在此基础上,提出一个新的岩爆能量判别指标——单位时间相对能量释放率指标,并将该指标应用于锦屏二级水电站引水隧洞岩爆案例模拟中,所得结果与实际情况基本一致,表明该岩爆判别指标可以很好地对实际岩爆的发生过程进行判别。研究成果可为深埋地下工程施工过程中的岩爆灾害评估和预测提供基本的科学依据与重要的理论支持。     

模糊层次评价法在隧道地质灾害评估中的应用

运用模糊层次评价法对椿树垭隧道施工中可能遇到的地质灾害风险进行了评估。采用德尔菲法建立了椿树垭隧道地质灾害风险评价指标体系;运用层次分析法计算各风险因素的相对权重;以问卷调查的形式对各风险因素进行单因素评价并建立模糊关系矩阵;采用模糊综合评价法计算出椿树垭隧道地质灾害的风险等级及风险值。评估结果:在椿树垭隧道施工中最可能发生的地质灾害风险是岩溶和岩爆,其次为塌方和涌水,而发生大变形和瓦斯的可能性则非常小。椿树垭隧道整体综合评价风险等级为三级,即中等风险。应用表明:该方法是可行的,可以为隧道施工制定或完善施工方案和确定综合超前地质预报方法提供依据。     

隧道总体风险评价的改进模糊评判方法

本文提出了一种改进的模糊评判方法,并将其应用于隧道总体风险评价。在建立了多层次隧道总体风险评价指标体系基础上,提出了采用数组形式进行的权重和隶属度的模糊评判规则,依据简单多数原则分别计算权重和隶属度的模糊评判效度,并计入模糊评判效度对风险评价结果的影响,分别采用简单及格原则和梯形隶属度函数将权重及隶属度去模糊化,并利用扩展指标求均值的方法对总指标隶属度进行修正。某实际隧道工程算例表明,传统的隧道风险模糊综合评价结果有时会低估隧道施工和管理中存在的风险,因而,将所提方法和已有方法相结合进行风险评价可以更充分地反映风险,为采用降低风险的相应措施提供了有效的理论依据。     

基于微震信息的岩爆体积分级与判别方法研究

深埋地下工程岩爆灾害的危害性与其爆坑规模直接相关,为进一步提高岩爆灾害的精细化表征及预测水平,开展基于微震信息的岩爆爆坑体积分级及判别方法研究。首先,通过对收集到的111个来源于锦屏二级水电站深埋隧洞群工程的岩爆案例进行统计分析可知,岩爆孕育过程中的累积微震事件数、累积微震释放能、累积微震视体积、微震事件率、微震能量释放率、微震视体积率这6个指标与岩爆爆坑体积之间具有较高相关性,即岩爆爆坑的体积分布与微震参数取值之间呈现出较为明显的从低到高的层次差异性。其次,利用层次聚类分析手段,从工程实用性与可预测性的角度构建一种岩爆体积分级划分方案,以锦屏隧洞工程为例,将岩爆体积等级划分为五级,并确定相应等级的体积阈值。最后,基于改进的分类回归树(classification and regression tree,简称为CART)算法,构建了用于确定不同岩爆体积等级下各微震参数判别阈值的决策树,形成岩爆体积等级的6个单微震参数判据;进一步,提出一种基于多微震参数的岩爆体积等级综合判别的蛛网图方法,并通过案例反分析确定相应的判别准则,利用该方法可快速实现洞室开挖过程中岩爆潜在规模等级的判别。对收集...     

基于改进综合赋权的岩爆倾向性评价方法研究

为了解决岩爆倾向性评价中指标权重计算随机性大导致预测精度偏低以及岩爆倾向性等级评判过于单一化等问题,提出一种基于改进综合赋权的岩爆倾向性评价方法。综合选取岩性条件、应力条件和围岩条件对应的15个因素作为岩爆倾向性判别指标,应用综合赋权方法,获得综合权重,在此基础上,分别采用云正态模型和理想点法对具体工程案例的岩爆倾向性进行评价,判断岩爆倾向性等级,验证方法准确度与可靠性。研究结果表明:能量储耗指数k,T准则,动态DT参数、弹性能量指数W_(et)和应力指数S五个指标对岩爆倾向性影响较大,改进综合赋权法计算得到的指标权重结果更加合理,而与理想点法相比,云正态模型获得的岩爆倾向性等级评价结果要更加准确,研究结果将为矿山、隧道、水电站等岩土工程岩爆倾向性预测问题提供新思路。     

盾构隧道渗漏等级模糊层次综合评判

针对以往盾构隧道渗漏等级评价方法仅采用单一评价指标的不足,提出盾构隧道渗漏等级模糊层次综合评判方法。在对渗漏状态各变量分析的基础上,构建了渗漏等级评价指标体系和递阶层次评价结构。根据专家对各指标相对重要程度的评分,得出各级指标判断矩阵,由根法求出判断矩阵的特征值和权重向量,并通过一致性检验证明了判断矩阵的合理性。建立抉择评判集以量化所提出的评价指标,并选择常用隶属函数来确定各个评价指标对于抉择评判集的隶属度。在此基础上,对工程实例进行渗漏等级模糊层次综合评判。实例结果表明,模糊层次综合评判方法不仅全面地考虑了软土盾构隧道渗漏等级的各个因子,而且可以得出各级指标的综合评判值,进而为科学评估盾构隧道渗漏等级提供了一种新思路。     

岩爆预测的最大熵最优相对隶属度方法

通过分析国内外岩爆预测的判据,选择岩爆发生所需的力学条件、完整性条件、储能条件和脆性条件作为岩爆预测指标.引入岩爆预测的相对隶属度概念,计算了岩爆的相对隶属度模糊矩阵和预测指标的权重,以信息熵来描述并比较岩爆评价中的不确定性,定义了加权广义权距离来表征岩爆的差异.根据最大熵原理建立了岩爆预测的模糊最优化模型,对一些岩石...