工程巖體的定量分級(jí)模型研究.pdf

1、1．研究目的 在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，人們對(duì)不同類型和用途的巖體工程的需求日益增多。質(zhì)量好的巖體可以保證工程施工和使用的安全，質(zhì)量差的巖體常會(huì)在施工和使用過(guò)程中出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，給施工和使用帶來(lái)安全隱患。影響工程巖體質(zhì)量的因素有很多，且具有模糊性、層次性和影響程度的差異性，因此理想的巖體質(zhì)量分級(jí)方法應(yīng)該反映這些特點(diǎn)。 2．研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)外有多種巖體分級(jí)方法，如RQD分類、Q系統(tǒng)、RMR法等。我國(guó)對(duì)巖體分級(jí)方法的

2、研究始于20世紀(jì)70年代。在學(xué)習(xí)和消化國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了一些分級(jí)方法，制定了許多國(guó)家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?？v觀巖體分級(jí)的百年歷史，巖體分級(jí)方法已由單一指標(biāo)向多個(gè)指標(biāo)復(fù)合發(fā)展。21世紀(jì)后，國(guó)內(nèi)外專家又紛紛提出模糊分類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類等多種智能化方法。 模糊綜合評(píng)判法能較全面地考慮影響巖體質(zhì)量分類的各種因素，避免人為因素，簡(jiǎn)便地建立巖體分級(jí)體系。因此該方法從眾多分級(jí)方法中脫穎而出，成為實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。但該

3、法仍有值得研究的問(wèn)題，如使用取大取小模型容易丟失信息，導(dǎo)致最后結(jié)果與真實(shí)情況不符。當(dāng)評(píng)判等級(jí)并非等距或最大隸屬度值與其他隸屬度值之間的差距較小時(shí)，使用最大隸屬原則容易導(dǎo)致評(píng)判結(jié)論不理想等。 鑒于以上情況，本文基于冪平均算子和加權(quán)平均原則，提出了巖體質(zhì)量分級(jí)的二級(jí)模糊綜合評(píng)判法。 3．創(chuàng)新點(diǎn) 本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用冪平均算子建立了工程巖體質(zhì)量分級(jí)的二級(jí)模糊綜合評(píng)判冪平均模型，并對(duì)該模型在實(shí)際工程巖體質(zhì)量分級(jí)中的推廣應(yīng)

4、用的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。該模型也是對(duì)前人評(píng)判方法的改進(jìn)和完善，希望對(duì)進(jìn)一步豐富巖體等級(jí)評(píng)判方法做一點(diǎn)貢獻(xiàn)。 4．研究?jī)?nèi)容 本文從工程巖體、巖體質(zhì)量分級(jí)兩個(gè)定義入手，分析了影響工程巖體質(zhì)量分級(jí)的各種因素，基于冪平均算子和加權(quán)平均原則建立了二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型，使用船山石灰石礦露天采場(chǎng)西幫邊坡的工程實(shí)例對(duì)建立的模型進(jìn)行綜合評(píng)判，并用分項(xiàng)逐一替換法的方法對(duì)影響巖體質(zhì)量的因素做了敏感性分析。二級(jí)模糊綜合評(píng)判的具體步驟為：

5、（1）建立模糊對(duì)象因素集。確定工程巖體質(zhì)量分級(jí)的評(píng)判指標(biāo)，并把因素集分為兩個(gè)層次。以飽和單軸抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、粘聚力、巖石的泊松比作為巖石物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)；巖石質(zhì)量指標(biāo)、巖石風(fēng)化程度、節(jié)理間距、節(jié)理組數(shù)系數(shù)、裂隙面情況作為巖體的完整性指標(biāo)；結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀作為體現(xiàn)巖體的力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)；地下水的滲流量、地應(yīng)力影響系數(shù)作為巖體賦存環(huán)境影響指標(biāo)。 （2）建立模糊對(duì)象評(píng)判集。根據(jù)國(guó)家規(guī)定，確定評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為I，II，III，IV，V五個(gè)評(píng)判等級(jí)

6、。 （3）構(gòu)造因素集中各因素到評(píng)判集的隸屬函數(shù)。因素集中的評(píng)判指標(biāo)可分為定量指標(biāo)與定性指標(biāo)，前者的隸屬函數(shù)為正態(tài)函數(shù)，后者的隸屬度則根據(jù)相應(yīng)的隸屬度表和轉(zhuǎn)換表，查表?yè)Q算確定。 （4）建立多因素模糊評(píng)判的模糊關(guān)系矩陣。根據(jù)各評(píng)判指標(biāo)歸一化后的隸屬度，得到模糊關(guān)系矩陣。 （5）確定權(quán)重。采用層次分析法確定各評(píng)判指標(biāo)的權(quán)向量。 （6）建立二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型。選用冪平均算子將權(quán)向量與模糊關(guān)系矩陣合成，得到二級(jí)模

7、糊綜合評(píng)判模型。 （7）用所建立的模型對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行模糊評(píng)判，并對(duì)評(píng)判結(jié)果進(jìn)行歸一化處理。 （8）根據(jù)加權(quán)平均原則進(jìn)行巖體質(zhì)量等級(jí)評(píng)判，得出巖體質(zhì)量等級(jí)。 5．研究結(jié)論 （1）運(yùn)用船山石灰石礦露天采場(chǎng)西幫邊坡的工程實(shí)例對(duì)建立的模型進(jìn)行了綜合評(píng)判，結(jié)論為三組灰?guī)r的質(zhì)量均為III級(jí)，與可拓學(xué)評(píng)價(jià)法、SMR分類法得出結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了該模型在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用的可行性。 （2）以鼓勵(lì)突出的分級(jí)思想為出

8、發(fā)點(diǎn)，質(zhì)量排序?yàn)辄S龍組灰?guī)r、棲霞組灰?guī)r、船山組灰?guī)r；以鼓勵(lì)均衡的分級(jí)思想為出發(fā)點(diǎn)，質(zhì)量排序?yàn)辄S龍組灰?guī)r、船山組灰?guī)r、棲霞組灰?guī)r。 （3）通過(guò)單因素敏感性分析，工程巖體質(zhì)量分級(jí)的敏感因素為巖石的內(nèi)摩擦角、巖石質(zhì)量指標(biāo)、完整性系數(shù)和結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。在工程巖體質(zhì)量分級(jí)中，應(yīng)充分重視這四種指標(biāo)的測(cè)量與取值。 6．研究意義 冪平均算子能夠很好地體現(xiàn)不同的分級(jí)指導(dǎo)思想，使評(píng)判結(jié)果更人性化。因此基于冪平均算子的巖體質(zhì)量分級(jí)二級(jí)模糊