基于熵权正态云模型的软岩等级评价

软岩是地下工程施工中常见的复杂地质情况之一,科学准确的对其分类是进行安全施工的重要前提。针对软岩环境的复杂性和不确定性,选取单轴抗压强度σ_c、完整性系数K_v、黏聚力σ_n、软化系数K_f和软化指数f_s 5项定量化指标建立软岩评价指标体系,采用熵权法确定各指标权重,结合云理论建立熵权-正态云模型,对软岩的类型进行分级评价。以4组软岩工程实例对所建立模型进行检验,并与未确知度法、模糊评价法和BQ法的判别结果进行对比。研究结果表明,熵权-正态云模型在软岩等级判别中具有良好的实用性和可靠性,可为软岩类型预测提供一种新思路。      

基于可拓学理论的围岩分级方法在变质软岩隧道中的应用

对可拓学中物元、可拓集合的概念进行了阐述,并以火车岭隧道为例,结合影响变质软岩区隧道稳定性的岩性、结构面、地下水等主要因素,选取钻孔岩芯质量、隧道埋深、地下水流量、饱和单轴抗压强度、结构面间距作为评价指标,同时选择3个典型岩段,建立相应的待评物元模型;对各评价指标及各围岩级别的关联度指标进行了计算,据此对3个岩段进行分级的结果表明,绿泥钠长石英片岩岩段为Ⅲ级,与原设计相符;绢云母石英片岩岩段为Ⅱ级,比原设计低一级;白云钠长石英片岩岩段为Ⅳ级,比原设计高一级.该分级方法与RMR法、Q法及公路隧道规范分级方法的对比结果表明,传统方法与现场条件存在较大误差,证明基于可拓学理论的围岩分级方法能较好地满足该围岩条件的要求,同时分析了传统围岩分级方法在该地质条件下应用的缺陷.     

围岩质量分级的模糊综合评判研究

岩体本身具有许多不确定性和随机性,围岩质量分级取决于许多因素。选择岩石单轴饱和抗压强度Re、岩体完整程度（RQD）、平均节理裂隙间距d、不连续面状态系数f、结构面方位φ以及地下水状态w六个指标,采用模糊数学方法,引入模糊数学隶属函数的概念,建立边坡岩体质量综合评判模型,并将其应用于黄河上游某电站引水隧洞围岩岩体质量评价。评判结果显示,该模型使用模糊综合评价的评价结果与现场定性判断及报告中RMR分类结果基本一致。     

基于熵权-正态云模型的岩爆烈度分级预测研究

岩爆是深埋地下工程主要的工程地质灾害之一,其烈度分级预测是必须解决的岩石工程重大问题。针对岩爆烈度分级的不确定性,选取岩石单轴抗压强度与抗拉强度比σ_c/σ_t、切向应力与岩石单轴抗压强度比σ_θ/σ_c、弹性变形能指数Wet和岩石完整性系数K_v等定量化指标建立评价指标体系,应用熵权法确定各评价指标权重,结合云理论建立了岩爆烈度分级预测的熵权-正态云模型。以国内外12组典型岩爆工程实例对所建模型进行检验,并与逼近理想解法、高斯径向基函数法的判别结果及实际情况进行对比。为进一步考察该模型的有效性和实用性,利用该模型对终南山公路隧道工程竖井的岩爆实例进行分析。研究结果显示,基于熵权-正态云模型的岩爆判别预测结果与实际岩爆情况较吻合,表明熵权-正态云模型在研究岩爆烈度分级预测中具有良好的实用性和可靠性,可为深部地下工程岩爆烈度分级预测提供一种新思路。     

极软围岩中隧洞施工方法探讨

以甘肃省引洮供水二期工程中的极软岩隧洞施工过程为例,对隧洞掘进方式进行探讨,对爆破开挖(钻爆法)和机械开挖对两种开挖方式在工程中的应用情况及优缺点进行对比分析,结果显示:引洮供水二期工程中隧洞围岩类别多为Ⅳ、Ⅴ类,Ⅳ、Ⅴ类围岩以软岩～极软岩为主,机械开挖应用较为广泛。为以后在极软围岩隧洞掘进施工提供参考。     

洞室围岩质量多因素模糊综合评价模型及应用

由于洞室围岩质量及其影响因素的复杂性和不确定性,以往采用定指标、定权重的评价方法不尽合理,因此,有必要建立一多因素模糊评价模型.首先,应用模糊数学方法,建立了考虑岩石的单轴抗压强度σc,RQD指标,结构面间距J1,结构面摩擦系数f和岩体的声波速度V的多因素洞室围岩综合评价模型;然后,以地下洞室围岩为工程背景,对岩体质量进行了模糊综合评价,结果表明:模糊评价方法适用于不同岩体工程,能最大限度地利用工程勘察成果,是解决多因素、多指标综合问题的有效决策方法.得到的结果与可拓学评价法以及RMR法得到的结果大致相同,符合实际情况,说明多因素综合评价模型的正确性.     

蚀变岩工程分级与物理力学性质研究

在岩石工程中,蚀变作用通常会引发各种工程地质问题。以新疆北部某深埋长隧洞中蚀变岩为对象,研究了蚀变岩的微观特征和物理力学性质,并对蚀变岩隧洞段进行了数值模拟。结果表明岩石蚀变类型为黑云母的绿泥石化和钾长石的黏土化,利用蚀变岩中绿泥石含量与黏土矿物含量提出了蚀变指数概念,并结合蚀变岩的宏观表观特征,对其进行蚀变程度分级。随着蚀变程度的增加,岩石的吸水性、孔隙率随之变大,块体密度、饱和单轴抗压强度、弹性模量、变形模量大幅度降低。工程实例模拟发现,随着岩石蚀变程度的增强,隧洞围岩位移明显增大,揭示了蚀变作用对围岩变形破坏有很大影响。研究成果对蚀变岩地区类似工程具有一定的参考价值。     

基于组合赋权和未确知测度的深埋隧道岩爆危险性评价——以川藏交通廊道桑珠岭隧道为例

针对复杂山区深埋隧道岩爆危险性评价中的诸多不确定性因素问题,通过归纳分析典型高地应力条件下深埋隧道岩爆破坏特征及关键影响因子,从客观反映高地应力环境、岩石力学性能和围岩性质3个层面确定5项岩爆评价指标,利用未确知测度理论建立隧道岩爆危险性评价模型.为了充分考虑岩爆危险性评价的主观因素和客观因素,通过引入距离函数,采用熵权法和层次分析法相结合构建组合赋权法,综合确定各指标的权重系数.基于未确知测度理论及计算规则,结合岩爆危险性分级标准,构建直线型单指标测度函数,计算单指标测度评价矩阵和多指标测度向量,依照置信度准则进行岩爆危险性评价.将构建的岩爆危险性评价未确知测度模型应用于川藏交通廊道桑珠岭隧道,并与强度应力比法、Russenes判据、岩石脆性系数、岩体完整性系数、岩石弹性能指数等单指标判据评价结果及实际岩爆结果进行对比.研究结果表明:该模型评价结果的准确率达到94.4%,比单指标岩爆判据的准确率高16.7%~66.7%.      

基于可拓理论的高地应力隧道围岩分级法及应用

随着大量深埋特长隧道的修建,地应力问题特别是高地应力问题对围岩分级的影响愈发突出。围岩分级是一个复杂的矛盾问题,目前常用的围岩分级方法是选取固定的几个指标,然后采用集商、求和等方式进行评分分级。但有些围岩分级计算方法不能根据实际地质情况灵活地选取分级指标,而且有些分级指标之间存在相关影响。可拓学理论可将矛盾问题转化为相容问题,是一种值得探索和运用的方法。本文将可拓理论方法与高地应力隧道围岩分级相结合,建立基于可拓理论的高地应力隧道围岩分级法。该方法主要是通过选取能够反映和体现围岩分级的各项重要参数指标岩石单轴抗压强度Rc,RQD指标,岩石完整性指标Kv,地下水状态指标,特别是考虑了地应力值这项重要指标,然后在物元理论、可拓集合论和关联函数运算的基础上,建立了隧道围岩分级的物元模型; 通过实际的隧道围岩级别关联度的计算,最终确定围岩级别。通过可拓理论围岩分级的实际应用表明,该方法在高地应力隧道围岩分级中具有较好的适用性。     

引红济石引水隧洞围岩力学特性研究

引红(红岩河)济石(石头河)引水隧洞围岩断层带破碎松软,岩石强度低,自稳能力差,易产生大变形。以上不良地质条件使其隧洞施工过程中经常会遇到TBM卡机等一系列特殊问题。针对引红济石引水隧洞施工中存在的软岩隧洞大变形问题,首先开展了X射线衍射、崩解试验,分析了试样的组成成分、黏土矿物含量对崩解性影响;再通过一系列单轴压缩试验、三轴压缩试验和蠕变试验研究了该类岩石不同应力条件下的变形破坏特征及蠕变特性。试验结果表明,该类岩石含有大量的黏土矿物(33.49%),对水比较敏感,遇水膨胀易崩解,导致岩体软化;试样具有较大塑性压缩变形,其应力-应变曲线为应变强化型,且没有明显的峰值。基于试验研究成果和现场监测数据,对该软岩隧洞大变形机制进行了分析,并提出了在围岩与管片之间安装聚氨酯缓冲层的新型支护方案,通过数值计算对支护方案的合理性进行了验证。分析结果表明:聚氨酯缓冲层可以很好地吸收围岩形变压力,避免应力集中带来的管片错台,从而大大减小管片上破坏区的产生。研究成果对该类岩体中隧洞的设计施工以及长期稳定性分析具有重要的参考作用。     

基于熵权的模糊综合评价法在公路洪灾风险评价中的应用

公路洪灾是一个多因素耦合的复杂系统,本文针对公路洪灾风险的复杂性、模糊性及不确定性,构造了基于熵权的模糊综合评价模型,通过熵权使权重由主观判断转为由各指标数据之间的关系来确定,从危险性和易损性两方面选取24个评价因子,定量地对重庆境内渝黔高速公路进行洪灾风险评价。评价结果表明,熵权模糊综合评价法是科学可行的,为公路洪灾风险趋势预测以及风险等级划分提供了良好的分析方法,在实践中具有一定的应用价值。     

点荷载法测试易风化泥质岩强度的可靠性分析

在川南地区在近年的煤炭开发过程中,多数基建矿井在巷道开拓期间大量出现围岩软弱、易风化、节理裂隙发育、变形大、支护难、多次返修等严重困扰矿井正常投产的支护难题,为合理选取支护技术,必须对软岩类型及等级进行划分。首先进行地质工程调查,选择巷道主要分布的厚层黑灰色泥岩为研究对象,在井下采用点荷载测试仪对新鲜不规则岩块进行强度测试。在对可疑数据采用Grubbs准则进行取舍后,采用传统法、ISRM法、工程分级法分别进行点荷载强度计算,所得结果采用F检验法和t检验法对各公式计算结果进行随机误差和系统误差检验,研究各方法的适宜性。研究发现,在对泥岩进行点荷载测试时,传统法和ISRM法较工程分级法所得单轴抗压强度平均值的随机误差和系统误差小,更适宜作为该类岩性进行工程软岩分级评价时的重要指标;点荷载所获泥岩强度值的偏差系数在11%～30%范围内,与一般岩石单轴抗压强度测定值偏差系数接近,具有可靠、快速、方便、费用低的优点,适宜作为围岩取样困难的巷道进行软岩类型评价的测试方法。     

基于灰色关联分析的综合评价模型在爆破方案选定中的应用

针对爆破方案选择的复杂性,在灰色关联分析的基础上,利用层次分析法,结合判断矩阵对各指标进行权值分配,将指标的关联系数与其权值相结合,提出了爆破方案综合评价模型,该模型以权重的形式体现各个评价指标对整体的影响程度,利用判断矩阵进行权值分配克服了以往权重赋值主观性较强的局限,最终以关联度为定量指标来对爆破方案进行比较分析,并以回坡底矿爆破方案评价为实例,具体说明了该模型的科学合理性。     

基于联系熵的围岩稳定性评价研究

围岩稳定性评价涉及许多不确定因素。由于集对理论和联系熵模型能有效地处理不确定问题,故将联系熵方法应用于围岩分类,建立矿岩分类的联系熵模型,计算围岩的联系熵值,相应地进行矿岩稳定性等级评价。是对系统不确定性进行量化的一种尝试,为矿岩稳定性评价提供了一种新的方法。实例模型表明,联系熵越大,则矿岩的稳定性越差,越危险。     

隧道岩质围岩亚级分级可靠度分析方法及其工程应用

在隧道工程岩体分级中,由于岩土体参数本身的不确定性,加之各定性、定量评定指标在获取过程中由仪器误差、人为操作等产生的离散性及随机性,往往是应用同一评价体系及分级标准,却得出不同的评判等级,尤其是在围岩亚级分级中,评定结果鲁棒性差,甚至出现跳级,这就决定了围岩类别的可靠性的存在。据此,基于《工程岩体分级标准》,通过分析岩石强度及岩体完整程度等评价指标的概率分布规律,引入体系可靠度分析理论,构建不同围岩等级的功能函数,经Monte Carlo法计算围岩隶属于各评定等级的可靠概率,进而提出了基于国标BQ法的围岩亚级分级可靠度分析方法。该方法充分利用了分类系统本身蕴含的信息,考虑了评价指标的不确定性及离散性,所计算可靠性指标可更为直观地对围岩等级作出稳健评估,且可靠概率在一定程度上综合考虑了包括局部破碎带、软弱夹层等掌子面围岩信息的离散程度。研究成果应用于济南绕城高速老虎山超大断面隧道的围岩亚级分级中,所评价结果与实际围岩等级完全吻合,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估,为合理确定工法转换区间,优化支护参数提供数据支撑。研究成果对类似超大断面隧道的围岩亚级分级有一定参考价值。     

水资源资产价格模糊数学综合评价指标体系构建——以黑河中游张掖市为例

针对水资源本身的模糊性和不确定性,基于模糊数学综合评价模型,从水量、水质、人口、社会经济和生态环境5个方面选取18个评价指标,结合AHP法与熵权法确定指标权重,对张掖市2010-2014年的水资源价格进行动态评价,水价计算模糊数学模型由水资源价值评价和水资源价格计算两部分组成.结果表明：采用水资源价值模糊综合指数对水资源价值进行测算,5 a间张掖市水资源模糊综合指数介于水资源价值指数的“中等”与“偏低”之间,说明张掖市水资源价值属于中等偏低;在2010-2014年5 a间水资源价格呈明显上升趋势,核算期初的2010年为2.12元·m^-3,证实了张掖市目前水资源价格偏低,水资源资产价格存在较大的上升空间,而核算期末的2014年最高达4.96元·m^-3.基于熵权与AHP相结合确定权重的水资源价格模糊数学综合评价模型,评价结果更客观合理,为下一步水资产负债表编制中水资产与负债价值核算提供数据支持.     

伊朗卡尔赫软岩的工程分类

本文主要结合卡尔赫工程的砾岩、砂岩和泥岩等软岩，探讨软岩的工程分类方法。采用岩石的可钻性、渗透性、动力特征和变形性质等参数对隧洞围岩进行分类，为洞线的选择、隧洞的结构设计和施工提供了依据。     

基于ANP-KL-TOPSIS法的铁路隧道围岩安全性评价

为客观评价隧道围岩安全状态,结合围岩岩体结构及地质特征等影响因素,建立隧道围岩安全评价指标体系。用ANP法应用Super Decision软件建立指标因素关联图并计算出各指标权重。在传统TOPSIS法的基础上结合相对熵原理,用Kull-back-Leibler距离计算贴近度,构建隧道围岩安全评价模型。运用该模型对张吉怀铁路兰新乡隧道进口段七处隧道段的围岩进行安全性评价,得出各隧道段围岩安全等级,评价结果切合实际,对隧道施工有一定的指导意义。该评价模型简单可操作,可运用于隧道围岩安全性评价研究中。     

热-应力-损伤耦合作用下深埋隧洞围岩稳定性分析

以热力学和弹塑性力学理论为基础,分析岩石热-力完全耦合作用及其对力学参数和热特性参数的影响,建立了岩石热-力-损伤耦合模型及其参数演化方程,以ABAQUS软件为平台对其进行二次开发,并通过典型算例验证了岩石热-力完全耦合的重要性。然后以某深埋软岩隧洞为例,研究温度和开挖卸载共同作用下的隧洞围岩力学行为和损伤过程。计算结果表明：温度对岩石的力学性质和损伤演化过程影响显著,开挖损伤和热应力诱发的损伤对围岩热力学参数的影响不可忽略;所提出的力学模型可以有效反映围岩损伤演化、调热圈演化以及热力学参数演化,具有一定的借鉴作用。     

红层软岩隧洞围岩变形破坏机制研究

红层软岩的物质组成、化学成分、物理力学性质等方面在国内外已有较系统的研究,但对软岩隧道围岩的变形破坏机理及其治理一直是工程技术人员关心问题。通过对回龙宫隧洞的地质环境分析及有限元数值计算,阐明了红层隧洞围岩的膨胀变形破坏机理,最后提出了在此类围岩中修建水工隧洞的过程中,防止围岩变形破坏的建议。