基于可拓學(xué)理論的工程巖體質(zhì)量評價.pdf

1、隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，隧道、邊坡以及地下空間的開發(fā)利用越來越受到人們的重視，尤其是國家在西部大開發(fā)的建設(shè)中，越來越多的大型水電站已經(jīng)或即將開工建設(shè)，隨之而來的各種工程災(zāi)害問題也日益增多。因此，對大型地下工程圍巖以及邊坡巖體質(zhì)量的穩(wěn)定性進(jìn)行可靠的評價就變得尤為重要。巖體質(zhì)量的可靠性評價是工程設(shè)計和施工中安全控制的關(guān)鍵因素，對于可研和設(shè)計階段整體方案的規(guī)劃、施工過程中開挖和支護(hù)方案的制定具有重要的指導(dǎo)意義。工程巖體質(zhì)量是復(fù)雜巖體工程地質(zhì)特

2、征的綜合反映，它不僅客觀地反映了巖體結(jié)構(gòu)固有的物理力學(xué)特性，而且為工程穩(wěn)定性分析、巖體的合理利用以及正確選擇各類巖體力學(xué)參數(shù)等提供了可靠的依據(jù)。因此，巖體質(zhì)量評價是連接巖體工程勘察、設(shè)計、施工的橋梁與紐帶。 在巖體中進(jìn)行施工，必須對施工區(qū)域的圍巖加以分類，對巖體質(zhì)量進(jìn)行分級評價。當(dāng)前，對巖體質(zhì)量的評價方法有很多，而在國內(nèi)巖石工程中應(yīng)用較多的巖體分級方法主要有國標(biāo)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》、RMR分級以及Q系統(tǒng)分級三種。這三種方法的側(cè)重

3、點各不相同，這些方法都是以定性和定量相結(jié)合來評價巖體質(zhì)量的，所考慮的因素都是固定的，而現(xiàn)場的地質(zhì)條件是千變?nèi)f化的，所以，這些方法還有待于進(jìn)一步發(fā)展和完善。但巖體質(zhì)量問題是一個很復(fù)雜的矛盾問題，例如，RMR巖體質(zhì)量分級方法對軟巖就不適用，需要建立一種能夠處理矛盾問題的新方法，而可拓學(xué)理論就是把矛盾問題轉(zhuǎn)化為相容問題。因此，本論文基于可拓學(xué)理論以及物元模型對工程巖體的圍巖進(jìn)行質(zhì)量等級評價，為巖土工程問題的綜合評判提供了一種新的思路和手段，得

4、出了一些有意義的研究成果。 (1)可拓學(xué)是系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)和數(shù)學(xué)科學(xué)的交叉學(xué)科，可拓學(xué)的研究對象是矛盾問題，它研究事物的可拓性和可拓規(guī)律，并用以解決矛盾問題的方法。其理論支柱是物元理論和可拓集合。它以物元為基本元，建立物元模型；以物元可拓為依據(jù)，應(yīng)用物元變換法化矛盾問題為抽象問題，由于其很強(qiáng)的實際背景，因而在許多領(lǐng)域得到了廣防應(yīng)用。 (2)基于可拓工程方法，在物元模型理論的基礎(chǔ)上建立了洞室圍巖質(zhì)量評價的物元模型，提出了

5、采用層次分析法計算物元模型中各評價指標(biāo)的權(quán)系數(shù)的方法。通過實際洞室圍巖質(zhì)量等級的關(guān)聯(lián)度計算，對水布埡水電站地下廠房的圍巖質(zhì)量進(jìn)行了評價，得出了與現(xiàn)場實際相符合的結(jié)論。結(jié)果表明：層次分析法用于確定洞室圍巖質(zhì)量評價指標(biāo)的權(quán)系數(shù)是可行的，并且洞室圍巖質(zhì)量的可拓學(xué)評價能夠較好地反映洞室?guī)r體的質(zhì)量等級，具有較好的適用性。 (3)隧道圍巖分類問題是受多種因素影響，應(yīng)用可拓理論識別方法，建立了錦屏水電站深埋長大引水隧洞圍巖分類的物元識別模型，

6、通過計算物元關(guān)聯(lián)度給出了定量的識別結(jié)果。研究分析表明：可拓識別方法用于隧洞圍巖分類是可行的，能夠較全面地反映多因素對隧洞圍巖分類的影響，對解決巖土工程中類似的問題具有重要的借鑒意義。 (4)基于物元模型的可拓學(xué)理論分析，提出了糯扎渡水電站和龍灘水電站高邊坡的巖體邊坡穩(wěn)定性的可拓學(xué)預(yù)測方法。利用巖體邊坡穩(wěn)定性等級和影響因子，構(gòu)造經(jīng)典域物元和節(jié)域物元，應(yīng)用物元和可拓集合中的關(guān)聯(lián)函數(shù)，建立了巖體邊坡穩(wěn)定性等級可拓預(yù)測的簡單模型，通過可

7、拓學(xué)評價分析，得到了巖體邊坡穩(wěn)定性的預(yù)測結(jié)果。實例分析結(jié)果表明該方法是可行的。 (5)在建立物元模型的過程中，運(yùn)用了層次分析法確定各評價指標(biāo)的權(quán)系數(shù)。物元模型和層次分析法的結(jié)合具有一定的科學(xué)性，對評價對象不是籠統(tǒng)地計算綜合評價值，而是對評價對象由表及里逐層計算，逐層剖析，使得對研究對象的評價更符合客觀實際。層次分析法的最大優(yōu)點是將復(fù)雜問題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進(jìn)行簡單的比較和計算，得出不同因素的權(quán)重，為最佳方案的