定量與定性方法結(jié)合的圍巖變形等級預(yù)測研究

(成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院 四川 成都 610059；地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室 四川 成都 610059)

圍巖嚴重變形災(zāi)害發(fā)生后果極其嚴重，因此很多學(xué)者對其預(yù)測研究做了工作，如采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、SVM和灰色理論等對圍巖變形進行預(yù)測[1-3]，但這一類工作對原始數(shù)據(jù)要求較高，預(yù)測過程復(fù)雜不適用于實際情況，因此，需構(gòu)建一種適用于實際工程并能準確快速的預(yù)測圍巖變形等級的方法，為地下工程施工提供參考。本文采用AHP法求解權(quán)重，綜合專家評分構(gòu)建圍巖變形等級預(yù)測模型。

一、圍巖變形等級預(yù)測模型理論

(一)AHP法。AHP(層次分析)法能有效結(jié)合定量和定性指標，且能用于目標決策事件。AHP法計算權(quán)重過程為：1)基于決策目標構(gòu)建自上而下的層次結(jié)構(gòu)；2)基于層次結(jié)構(gòu)且考慮同層指標對上層目標的影響程度構(gòu)建判斷矩陣F=(fij)m*m；3)解析目標矩陣并檢查矩陣合理性[4]。

(二)專家評分。確定各個評價指標的次級范圍，結(jié)合專家意見確定各個指標的分值，各指標的最大分值為其權(quán)重乘以100。最后將各個指標的打分求和，由此得到評價結(jié)果。

二、圍巖變形等級預(yù)測指標體系構(gòu)建及權(quán)重求解

(一)指標選取。綜合考慮類似工程案例選擇巖石堅硬程度、地下水情況、地應(yīng)力情況和圍巖級別4個指標對圍巖變形進行快速預(yù)測。圍巖嚴重變形一般在軟巖中發(fā)生；地下水會軟化圍巖，使其強度降低更易發(fā)生變形；在相對高地應(yīng)力條件下，圍巖更易發(fā)生嚴重變形；根據(jù)以往工程經(jīng)驗，圍巖嚴重變形一般發(fā)生Ⅴ級圍巖中，少部分發(fā)生在Ⅳ級圍巖中[5]。由此構(gòu)建圍巖變形等級預(yù)測模型指標體系，如圖1。

圖1 大變形快速預(yù)測指標體系

(二)AHP法求權(quán)。采用AHP法對圖1建立的指標體系中的各指標權(quán)重進行求解，構(gòu)建A-B判斷矩陣，見表1。

表1 A-B判斷矩陣

由表1可得巖石堅硬程度權(quán)重0.351，地下水權(quán)重0.189，圍巖級別權(quán)重0.109，地應(yīng)力權(quán)重0.351。

三、圍巖變形等級預(yù)測模型構(gòu)建

(一)評分細則

各個指標的最高分值為對應(yīng)指標求得的權(quán)重乘以100，綜合考慮專家的意見打出各個指標的具體分值范圍，見表2。

表2 圍巖變形等級預(yù)測打分體系

(二)圍巖變形等級分值范圍

通過收集部分地下工程的圍巖嚴重變形案例，將其打分并統(tǒng)計分值分布規(guī)律，得到圍巖變形等級和各指標總分的關(guān)系，見表3。

表3 圍巖變形等級預(yù)測分值范圍

注：本文將圍巖變形等級分為4個等級，分別為無、Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級。

四、結(jié)論

采用AHP法計算權(quán)重，利用專家評分建立圍巖變形等級預(yù)測模型，得到以下結(jié)論。

(1)通過分析圍巖嚴重變形的關(guān)鍵影響因素，考慮指標的重要程度及現(xiàn)場施工實際情況，選取巖石堅硬程度、地下水、圍巖級別和地應(yīng)力4個指標來建立圍巖變形等級預(yù)測模型。

(2)由AHP法解出權(quán)重，得出巖石堅硬程度和地應(yīng)力對圍巖嚴重變形的影響程度一樣，地下水對圍巖嚴重變形的影響程度大于圍巖級別而小于巖石堅硬程度和地應(yīng)力對圍巖變形的影響程度。

(3)基于AHP和專家評分建立圍巖變形等級預(yù)測模型簡單實用，能較為快速且準確的對施工現(xiàn)場的圍巖變形情況進行預(yù)測，該預(yù)測體系應(yīng)用于地下工程的圍巖變形等級預(yù)測有一定價值。