工程巖體的定量分級模型研究.pdf

1、1．研究目的 在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，人們對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)量差的巖體常會在施工和使用過程中出現(xiàn)的地質(zhì)災害，給施工和使用帶來安全隱患。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)量分級方法應(yīng)該反映這些特點。 2．研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)外有多種巖體分級方法，如RQD分類、Q系統(tǒng)、RMR法等。我國對巖體分級方法的

2、研究始于20世紀70年代。在學習和消化國外研究成果的基礎(chǔ)上，國內(nèi)學者提出了一些分級方法，制定了許多國家規(guī)范和行業(yè)標準。縱觀巖體分級的百年歷史，巖體分級方法已由單一指標向多個指標復合發(fā)展。21世紀后，國內(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，簡便地建立巖體分級體系。因此該方法從眾多分級方法中脫穎而出，成為實際工程中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。但該

3、法仍有值得研究的問題，如使用取大取小模型容易丟失信息，導致最后結(jié)果與真實情況不符。當評判等級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，使用最大隸屬原則容易導致評判結(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)量分級的二級模糊綜合評判法。 3．創(chuàng)新點 本文的創(chuàng)新點在于采用冪平均算子建立了工程巖體質(zhì)量分級的二級模糊綜合評判冪平均模型，并對該模型在實際工程巖體質(zhì)量分級中的推廣應(yīng)

4、用的可行性進行了驗證。該模型也是對前人評判方法的改進和完善，希望對進一步豐富巖體等級評判方法做一點貢獻。 4．研究內(nèi)容 本文從工程巖體、巖體質(zhì)量分級兩個定義入手，分析了影響工程巖體質(zhì)量分級的各種因素，基于冪平均算子和加權(quán)平均原則建立了二級模糊綜合評判模型，使用船山石灰石礦露天采場西幫邊坡的工程實例對建立的模型進行綜合評判，并用分項逐一替換法的方法對影響巖體質(zhì)量的因素做了敏感性分析。二級模糊綜合評判的具體步驟為：

5、（1）建立模糊對象因素集。確定工程巖體質(zhì)量分級的評判指標，并把因素集分為兩個層次。以飽和單軸抗壓強度、內(nèi)摩擦角、粘聚力、巖石的泊松比作為巖石物理力學性質(zhì)指標；巖石質(zhì)量指標、巖石風化程度、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；結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀作為體現(xiàn)巖體的力學性質(zhì)的指標；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。 （2）建立模糊對象評判集。根據(jù)國家規(guī)定，確定評判標準為I，II，III，IV，V五個評判等級

6、。 （3）構(gòu)造因素集中各因素到評判集的隸屬函數(shù)。因素集中的評判指標可分為定量指標與定性指標，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，查表換算確定。 （4）建立多因素模糊評判的模糊關(guān)系矩陣。根據(jù)各評判指標歸一化后的隸屬度，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判指標的權(quán)向量。 （6）建立二級模糊綜合評判模型。選用冪平均算子將權(quán)向量與模糊關(guān)系矩陣合成，得到二級模

7、糊綜合評判模型。 （7）用所建立的模型對巖體質(zhì)量進行模糊評判，并對評判結(jié)果進行歸一化處理。 （8）根據(jù)加權(quán)平均原則進行巖體質(zhì)量等級評判，得出巖體質(zhì)量等級。 5．研究結(jié)論 （1）運用船山石灰石礦露天采場西幫邊坡的工程實例對建立的模型進行了綜合評判，結(jié)論為三組灰?guī)r的質(zhì)量均為III級，與可拓學評價法、SMR分類法得出結(jié)果基本一致，驗證了該模型在實際工程中推廣應(yīng)用的可行性。 （2）以鼓勵突出的分級思想為出

8、發(fā)點，質(zhì)量排序為黃龍組灰?guī)r、棲霞組灰?guī)r、船山組灰?guī)r；以鼓勵均衡的分級思想為出發(fā)點，質(zhì)量排序為黃龍組灰?guī)r、船山組灰?guī)r、棲霞組灰?guī)r。 （3）通過單因素敏感性分析，工程巖體質(zhì)量分級的敏感因素為巖石的內(nèi)摩擦角、巖石質(zhì)量指標、完整性系數(shù)和結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。在工程巖體質(zhì)量分級中，應(yīng)充分重視這四種指標的測量與取值。 6．研究意義 冪平均算子能夠很好地體現(xiàn)不同的分級指導思想，使評判結(jié)果更人性化。因此基于冪平均算子的巖體質(zhì)量分級二級模糊